DE69212847T2

DE69212847T2 - Kraftmesseinrichtung

Info

Publication number: DE69212847T2
Application number: DE69212847T
Authority: DE
Inventors: Thomas H. Winnebago Mn 56098 Johnson
Original assignee: Avery Weigh Tronix LLC
Current assignee: Avery Weigh Tronix LLC
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2012-10-03
Also published as: EP0634003B1; CA2133456C; CA2133456A1; KR100235129B1; KR950701068A; CN1054432C; MX9301932A; JPH07505472A; TW234740B; PT101129A; WO1993020413A1; DE69212847D1; EP0634003A1; AU2777492A; ZA928933B; US5313023A; JP2695291B2; CN1077024A

Description

Technisches Fachgebiet

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßdose zur Messung von Kräften. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kraftmeßdose zur Messung von Kräften, die eine Belastung oder eine Spannung zur Folge haben, die durch Wirkungen, wie z.B. Kraft, Beschleunigung oder Druck erzeugt wurden, und die Kraft in ein elektrisches Signal umwandelt, das zu einer Rechen- oder Auswerteeinheit übertragen wird. Die Vorrichtung widersteht Veränderungen durch Umwelteinflüsse, die z.B. durch Alterung, Änderung der Temperatur und der Feuchtigkeit erzeugt wurden, die schließlich den Elastizitätsmodul, die Hysterese oder inelastische Materialeigenschaften beeinflussen können.
Last-Meßeinrichtungen und Dosen sind Stand der Technik. Ein Meßgerät zur Messung von Masse oder Kraft, bei dem die erfaßte Verstellung indirekt auf die Spannung der zwei transversal vibrierenden elektrisch erregten Saiten wirkt, ist bekannt. Ein Überlastungsschutz für eine Kraftmeßdose ist auch bekannt. Eine Montagekonstruktion für Doppelbalken-Resonatoren, die die symmetrische Belastung des Resonators bei der Reaktion auf externe Kräfte sicherstellt, ist auch bekannt.
Darüber hinaus werden verschiedenste Sensoren in Kraftmeßdosen verwendet, wie z.B. vibrierende Elemente, vorgespannte Saiten, zwei Blaftfedern und piezoelektrische Oszillatoren. Zusätzlich werden Brückenschaltkreise, elektrische Rückkoppelungs- und frequenzempfindliche Schaltkreise in Kraftmeßdosen verwendet.
in letzter Zeit wurden doppelendige Quarz-Abstimmgabeln als Kraftsensoren in Umgebungen verwendet, wo die Spannung der Bewegung einer belasteten Struktur entgegenwirkt, oder die Spannung durch Belastung innerhalb der belasteten Struktur erzeugt wurde. Hebelsysteme und parallele Führungsstrukturen wurden verwendet, wo die angelegte Kraft am Kraftsensor-Kristall nur ein Bruchteil der gesamten angelegten Kraft war. Der Kraftsensor-Kristall war im allgemeinen klein, da die benötigte Kraft, um eine angemessene Frequenzänderung in der resonanten doppelendigen Quarz- Abstimmgabel zu bewirken, nicht groß sein mußte.
Jedoch müßte die belastete Struktur massiv sein, um Effekten unerwünschter lateraler Auslenkung zu widerstehen. Die flexiblen Abschniffe dieser Strukturen, die als parallele Biegebalken oder Biegegelenke wirkten, trugen einige Last, da der Kraftsensor-Kristall und seine Verbindungen sich auslenken, wenn eine Spannung an den Kristall angelegt wurde.
Bei bisherigen Kraftmeßdosen war die Ausgangsstabilität von der Stabilität der belasteten Struktur und den Verbindungen bezüglich Temperatur und Zeit abhängig. Eine Kraftmeßdose z.B., die eine lineare Beziehung zwischen dem erzeugten Signal und der erfaßten Kraft schaffen sollte, verwendet ein spezifisches Kristalldesign, das mifteis Schrauben an den Rahmen der Kraftmeßdose befestigt ist und eine Reibungsverbindung erzeugt, woraus eine unzulängliche Rückkehr in den Nullzustand und Zellenpräzision resultiert. Die Kraftmeßdose baut auf eine longlitudinal starre Struktur, um Störungen durch verschiedene Lastpositionen zu verhindern. Die Kraftmeßdose ist so konstruiert, daß die bei einer Belastung auf die Meßdose ausgeübte Kraft einen Arbeits- oder Energieverlust innerhalb der Schraubenverbindung zur Folge hat. Umgekehrt hat dieses Phänomen eine schlechte Rückkehr in den Nullzustand und schlechte Präzision zur Folge.
Ohne die Matarialähnlichkeit zu beachten, können nicht-belastungsempfindliche Designs, und Kristalldesigns, die ein Kriechen und Hysterese reduzieren oder kompensieren, keine Druckmeßdose schaffen, die Material- und Temperatureffekte wirklich ausgleicht.
Wegen der Materialalterung lift des öfteren die Funktion nach der Kalibrierung. Darüber hinaus waren diese Geräte in ihrer Auflösung durch den Bereich begrenzt, in dem inelastisches Kriechen und Belastungshysterese in ihrem Design kompensiert wurden. Die Quarzkristallverbindungen konnten oft mit ihrer eigenen entgegenwirkenden Hysterese und dem Kriechen, das Kriechen und die Hysterese kompensieren, die in der belasteten Struktur verursacht wurden. Wenn die Quarzkristalle mit Haftmitteln, wie z.B. Expoxyharzen verbunden wurden, wurden wegen der unterschiedlichen Ausdehnung zwischen dem Substrat und dem Quarz und dem Zusammenziehen des Epoxyharzes während des Aushärtens Spannungen in die Klebeverbindungen und den Kristall eingebracht.
Darüber hinaus ändern sich die Eigenschaften der Verbindungen wegen der nichtlinearen Spannungs-Belastungskurve des Haftmittels, da sich diese Spannungen mit der Zeit entspannen. Das verursacht an der Kraftmeßdose eine ausgeprägte zeitliche Nullstellungs- und Spannungsschwankung, bis sich die Spannungen der Klebeverbindung entspannt haben. Eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen dem Quarz und dem Strukturmaterial würde bewirken, daß der Kraftsensor ein Ausgangssignal aufgrund der Temperatur als auch der angelegten Last hat.
Folglich besteht ein Verlangen noch einer Kraftmeßdose, die Änderungen im Elastizitätsmodul, durch inelastisches Kriechen, und durch Belastungshysterese kompensieren kann, die in den Elementen der Dose aufgrund von Spannungen auftreten, die außerhalb der Anwendung erzeugt wurden.
Gemäß der Erfindung wird eine kraftaufnehmende Druckmeßdose nach Anspruch 1 geschaffen, mit einem lastaufnehmenden Element, das eine Öffnung überspannt, die zusätzlich zu der in der US Patentschrift US-A-475 849 gezeigten vorgesehen ist. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird eine kraftaufnehmende Kraftmeßdose geschaffen, die aus einer dreidimensionalen Struktur besteht mit einer inneren Öffnung, die durch eine obere Wand, eine untere Wand, eine erste und zweite Seitenwand bestimmt ist, einem Substrat, das wenigstens an einer Wand innerhalb der inneren Öffnung der dreidimensionalen Struktur befestigt ist, einem Lastaufnahmeelement, das am Substrat befestigt ist, kapazitäts unterstützenden Einrichtungen, die am Substrat befestigt sind, beabstandet und wenigstens in einer Ebene parallel zum Lastaufnahmeelement sind und kraftaufnehmenden Einrichtungen, wobei die kraftaufnehmenden Einrichtungen zwischen dem Lastaufnahmeelement und den kapazitäts-unterstützenden Einrichtungen befestigt sind. Weitere Ausführungsformen können mehrere Kraftaufnahmeeinrichtungen beinhalten, die zwischen beliebig vielen Kraftaufnahmeelementen befestigt sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine kraftaufnehmende Kraftmeßdose vorgesehen, umfassend ein erstes und zweites elektrisches Element zur Krafterfassung, ein Substrat, und Einrichtungen zur strukturellen Unterstützung der zwei elektrischen Elemente, die am Substrat befestigt sind, auf die eine gleiche Amplitude aber gegensätzliche Einflüsse wirken, wenn die Druckmeßdose belastet wird. Nach der Belastung der Druckmeßdose durch Beaufschlagen einer Kraft, findet eine unabhängige Signalverarbeitung am ersten und zweiten elektrischen Element statt, die ein unabhängiges Modus-Signal, getrennt ven einem Differenzmodus-Signal, erzeugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wird eine kraftaufnehmende Kraftmeßdose geschaffen, die eine dreidimensionale Struktur mit einer Öffnung, die durch eine obere Wand und eine untere Wand, die durch eine erste und eine zweite Seitenwand verbunden sind, bestimmt ist, einem Substrat, das innerhalb der Öffnung an wenigstens einer der Öffnungswände befestigt ist, einem ersten kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken, der an dem Substrat befestigt ist, und sich in der Ebene der dreidimensionalen Strukturöffnung erstreckt, einem zweiten parallelen kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken, der am Substrat befestigt ist, und sich auch innerhalb der dreidimensionalen Strukturöffnung erstreckt, einem Lastaufnahmebalken, der am Substrat in der Mitte zwischen dem ersten kapazitäts unterstützenden Auslegerbalken und dem zweiten kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken befestigt ist, einem ersten elektrischen Sensor, der zwischen dem ersten kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken und dem Lastaufnahmebalken befestigt ist, und einen zweiten elektrischen Sensor, der zwischen dem Lastaufnahmebalken und dem zweiten kapazitäts unterstütztenden Auslegerbalken befestigt ist, umfaßt. Nach Belastung der Kraftmeßdose durch Einwirken einer Kraft, erzeugt die unabhängige Signalverarbeitung des ersten und zweiten elektrischen Sensors ein unabhängiges Modussignal, getrennt von einem Differenzmodussignal.
Die Erfindung schafft eine kraftaufnehmende Kraftmeßdose, die Ausgangssignale zeigt, die in höchsten Maße isoliert von unerwünschter Information und von Störungen ist, die auf Veränderungen des Angriffspunkts der Belastungskräfte zurückzuführen sind. Die kraftaufnehmende Meßdose zeigt reduziertes inelastisches Kriechen und Hystereseeffekte bei statischer Belastung. Das Design der kraftaufnehmenden Meßdose ermöglicht es, Effekte aufgrund von Temperaturen um Null Grad, Streckspannung und Vorspannung im Aufbau, auch bei erhöhter Temperatur zu vermindern.
Die Struktur ist vorzugsweise maschinell aus monolithischem, isotropen Metall gearbeitet, weshalb der Elastizitätsmodul nahezu homogen ist und der Effekt des Elastizitätsmoduls nahezu aufgehoben wird, wenn das Kristall-Klebstoffsystem sehr steif relativ zu den verschiedenen Elementen der Meßdose ist, die in einer Reihe mit dem Kristall sind. Das bedeutet, daß die Kraftmeßdose aus jedem geeigneten homogenen Strukturmaterial mit gut angepaßtem Elastizitätsmodul mit ähnlichen Eigenschaften maschinell hergestellt sein kann, wenn sie innerhalb der Grenzen des verwendeten Materials konstruiert wurde.
Inelastisches Kriechen, statische Hysterese, Temperaturempfindlichkeit des Elastizitätsmoduls und die Rückstellkraft in den Nullzustand wirken auf die am kraftaufnehmenden Kristall angelegte Kraft, wobei diese Effekte dazu neigen, sich gegenseitig aufzuheben. Wenn z.B. das Meßdosenelement, das der Kraft widersteht und den Kristall beeinflußt, inelastisches Kriechen zeigen sollte, wird normalerweise die Ausgangsgröße mit der Zeit steigen. Jedoch zeigt bei der Erfindung das Meßdosenelement in Reihe mit dem Kristall auch ein inelastisches Kriechen, was dazu führt, daß die Ausgangsgröße sinkt und somit den inelastischen Kriecheffekt nach der Krafteinwirkung auf den Kristall ausgleicht.
Eine Nullpunktverstellung wird vermindert, weil die vom Kristall belastete Feder eine große Auslenkung relativ zur differentiellen Ausdehnung zwischen dem Quarz und dem Strukturmaterial hat. Eine Nullpunktverstellung kann auch ausgeglichen werden, wenn ein zweiter, entgegengesetzt belasteter Kristall in der gleichen monolithischen Struktur mit einer zweiten, von ihm belasteten Feder verwendet wird, die in ihren Eigenschaften an die erste angeglichen ist, wobei seine Ausgangsgröße von der ersten Kristall-Ausgangsgröße subtrahiert wird.
Eine Verschiebung kann auch beschränkt und beinahe kompensiert werden weil die Elastizitätsmoduli sowohl des parallelen Federsystems als auch des seriellen Federsystems beinahe dieselbe Temperaturempfindlichkeit haben, und wenn die parallelen Federn weiter unter der angelegten Kraft ausgelenkt werden, wird die reaktive Kraft der seriellen Feder vermindert.
Eine Alterung aufgrund der Aufhebung von Härtungs-Vorspannungen bei erhöhter Temperatur wird gegen Null reduziert, weil die anfängliche Nullpunktverstellung aufgrund des Abstands zwischen dem Quarz und dem Strukturmaterial, relativ zur Auslenkung der seriellen Feder und ihre Bewegung aufgrund der Entspannung klein ist und wie bei der Nullpunktverstellung aufgrund der Temperatur mit einem zweiten Kristall und einer zweiten Feder ausgeglichen werden kann, wenn die Klebeverbindungen beständig sind.
Ein Alterungsprozeß der Einrichtung wird auch reduziert, weil die Auslenkung der Klebeverbindungen unter Belastung relativ zur Auslenkung der seriellen Feder sehr klein ist. Deshalb hat die Veränderung des Elastizitätsmoduls im Kleber aufgrund der Entspannung der Vorspannung wegen der Heilung bei erhöhter Temperatur einen sehr geringen Effekt.
Hinsichtlich der Belastungseffekte wird das inelastische Kriechen reduziert, weil die zeitlich kontinuierliche Bewegung der parallelen Feder, die mit der angelegten Last belastet ist, beinahe durch die Entspannung der reaktiven Kraft in der seriellen Feder aufgrund des isotropen Verhaltens der Federstruktur aufgehoben wird.
Darüber hinaus wird die statische Belastungs-Hysterese vermindert, weil der Bewegungswiderstand in der parallelen und seriellen Feder aufgrund des isotropen Verhaltens gleich ist.
Die Rückkehr in den Nullzustand, nachdem die Last entfernt wurde, ist auf die gleiche Art wie die Hysterese betroffen. Die Empfindlichkeit der Einrichtung gegenüber der Lastposition wird durch das Prinzip des schubinduzierten Verbiegens der parallelen Federn vermindert, wenn sie an den Enden, außerhalb der Meßdosenmitte belastet wird. Die Empfindlichkeit der Einrichtung wird auch vermindert, weil sich die oberen und unteren lateralen flexiblen Elemente leicht seitwärts, relativ zu den horizontalen flexiblen Parallelogramm-Elementen in der äußeren Struktur, biegen.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Kraftmeßdose gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Kraftmeßdose, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Kraftmeßdose in Fig. 2 von oben, entlang der Linie 3- 3.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Kraftmeßdose gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 ist eine nicht beanspruchte Ansicht der Kraftmeßdose.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Betrachtet man die Zeichnungen, in denen in verschienen Ansichten gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, so zeigt Fig. 1 eine Kraftmeßdose 20. Die Meßdose kann im allgemeinen aus einer dreidimensionalen Struktur bestehen, mit einer Öffnung, die durch eine obere Wand 26 und eine untere Wand 28 bestimmt ist, die durch eine erste und eine zweite Seitenwand 24a bzw. 24b verbunden sind. Die Meßdose 20 besteht im allgemeinen aus einem Substrat 40, das innerhalb der Öffnung 10 angeordnet ist, und wenigstens an einer der Öffnungswände befestigt ist. Ein erster kapazitäts-unterstützender Auslegerbalken 42a ist am Substrat befestigt und erstreckt sich innerhalb der Ebene der dreidimensionalen Strukturöffnung 10, genau wie ein zweiter kapazitäts-unterstützender Auslegerbalken 42b, der zum ersten kapazitäts unterstützenden Auslegerbalken 42a parallel beabstandet ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Auslegerbalken 42a und 42b ist auch ein Lastaufnahmebalken 45 am Substrat befestigt. Es sind auch zwei Sensoren an den verschiedenen Balken in dieser Ausführungsform der Erfindung befestigt. Der erste Sensor ist zwischen dem ersten kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken 42a und dem Lastaufnahmebalken 45 befestigt. Der zweite Sensor ist zwischen dem Lastaufnahmebalken 45 und dem zweiten kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken 42b befestigt.
Betrachtet man die einfachste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose, zeigt Fig. 5 eine Kraftmeßdose, die im allgemeinen ein Substrat 40 umfaßt, das eine stationäre Anordnung aller Elemente der Erfindung ermöglicht. Das Substrat 40 der Kraftmeßdose kann, gemäß bestimmter Ausführungsformen der Erfindung, als Basis für die Aufnahme von Gewicht, Kraft oder anderer Verstellung durch die zu ermittelnde Last vorgesehen sein. Neben anderen Funktionen kann das Substrat auch als Auflageplatte oder als weitere Oberfläche dienen, um die Kraft aufzunehmen, die analysiert werden soll.
Im allgemeinen kann das Substrat 40 aus beliebig vielen Ausgestaltungen und Substanzen bestehen, solange eine bestimmte Flexibilität vorgesehen ist. Das Substrat muß auslenkbar sein, um Kräfte zu übertragen, die vom Substrat aufgenommen wurden, und um die parallelen Balken 42 und 45 auszulenken, die am Substrat befestigt sind. Durch die Verstellung verteilen schließlich die parallelen Balken die Spannung und die Belastung an die Sensoreinrichtung, die zwischen den zwei parallelen Balken aufgehängt ist. Das Substrat besteht vorzugsweise aus homogenem und isotropen Metall. Die Kraftmeßdose ist aus einer einstückigen oder monolithischen Struktur gebildet, wobei das Substrat und die parallele Balkenstruktur aus einer fortlaufenden Einheit geformt sind. Das kann in jedem beliebigen Verfahren, einschließlich maschinellem Bearbeiten, Fräsen, Ionenschneiden, Gießen oder jedem anderen, Fachleuten bekannten Verfahren erfolgen. Die Kraftmeßdose wird vorzugsweise nach jedem Fräszyklus entspannt. Ferner wird in den bevorzugteren Ausführungsformen der Erfindung (Fig. 1) die Kraftmeßdose vorzugsweise symmetrisch hergestellt und die Federkonstanten der Balken angeglichen. Am Ende sollte der Gang der Sensorelemente so gut wie möglich angeglichen werden. Darüber hinaus kann die Kraftmeßdose weiter gefräst und entspannt werden, indem die Kraftmeßdose belastet, der Gang angeglichen und überschüssiges Material aus der belasteten Dose entfernt wird, um den Gang abzugleichen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beinhalten Metalle, wie z.B. reine Metalle und Metallegierungen. Metallverbindungen einschließlich Aluminium und seine Legierungen, wie z.B. 2024-T3, 7075-T6 und 1100; Kupfer und seine Legierungen einschließlich ASTM B147, ASTM B145 und ASTM B146; Zink und seine Legierungen einschließlich ASTM A40A und ASTM AC41A, als auch beliebige andere Metalle, die bekannt sind, eine leichte Struktur mit guter Elastizität zu schaffen, ausgerichtet auf Kräfte, die von der Meßdose aufgenommen werden sollen. Am besten werden Metalle wie z.B. Aluminium und seine Oxyde verwendet, um die erfindungsgemäße Kraftmeßdose zu bilden, obwohl beinahe jedes Material, das sich zur Bearbeitung besonders eignet, verwendet werden kann.
Die Druckmeßdose kann auch aus polymeren Systemen hergestellt sein, die gleichmäßige Materialeigenschaften schaffen, darunter fallen: Elastizitätsmodul, Temperaturempfindlichkeit, Ausdehnungseigenschaften, etc. . Plastik, wie z.B. Polyamide, Polyamid-Imide, Polyvinylchloride, Polyethylen, Propylen, Polycarbonate, Aminoplastkunststoffe, wie z.B. Melaminharze, Epoxid-Gießharze, Acryl-Gießharze, Gieß-Fluorplaste, Phenolharze, Polyacrylnitrile, Gieß-Polyurethane, Gieß-Polyester oder Polyolefine; synthetische oder natürliche Gummi-Polymere und -Copolymere, wie z.B. Silikone; Keramiken, wie z.B. Silikondioxid; und Celluloseprodukte; oder Mischungen jeder dieser Verbindungen.
Die einfachste Ausführungsform dieses Substrats 40 ist in Fig. 5 als ein starres Befestigungselement gezeigt, an dem parallele Balken 42 und 45 befestigt sind. In einer alternativen Ausführungsform, Fig. 4, ist das Substrat 40 als Montageplatte gezeigt, um die Lastaufnahmeeinrichtung oder den Lastaufnahmebalken 45 und die Kapazitäts-Unterstützungseinrichtung 42 anzuordnen. Das Substrat trägt schließlich dazu bei, daß der Lastaufnahmebalken 45 und der Auslegerbalken 42 in wenigstens einer Ebene parallel zueinander angeordnet sind, Fig. 5.
Wie in der Kraftmeßdose in Fig. 4 vorgesehen ist, kann das Substrat 40 verwendet werden, um den Auslegerbalken 42 und den Kraftaufnahmebalken 45 in der Öffnung 10 der Meßdosenstruktur 20 anzuordnen. Genauer betrachtet erstreckt sich das Substrat 40 im allgemeinen weiter und ist an der innenwand 28 der Öffnung 10 der Kraftmeßdose befestigt. Das Substrat 40 der Kraftmeßdose kann auch an der inneren Wand 28 oder zu diesem Zweck an jeder anderen inneren Wand befestigt sein, einschließlich der Seitenwand 24a, der Seitenwand 24b oder der oberen Wand 26 und jedem anderen Teil, einschließlich der Biegung 32.
Daraus erkennt man, daß das Substrat 40 somit jede beliebige Form annehmen kann, einschließlich einer einfachen starren Struktur 40, wie Fig. 5 zeigt, oder zu diesem Zweck einer komplizierteren Plattform 40, wie Fig. 4 zeigt. Das Substrat 40, kann auch Biegungen zwischen den verschiedenen Balken aufweisen, die an seiner Oberfläche montiert sind, um eine ungewünschte oder störende Bewegung außerhalb der beabsichtigten Achse zu verhindern.
Die erfindungsgemäße Kraftmeßdose umfaßt im allgemeinen auch eine parallele Balkenstruktur, die zur Messung der auf die Kraftmeßdose einwirkende Kraft beiträgt. Die parallele Balkenstruktur 42 und 45 (Fig. 4 und 5) dient auch dazu, die Sensoreinrichtung 52 zu halten. Im allgemeinen kann die parallele Balkenstruktur jede Anordnung eines geeigneten Materials und beliebige Abmessungen einschließen, die eine Auslenkung unter den beabsichtigten Bedingungen aufzeigt und erleichtert.
Betrachtet man wiederum Fig. 5, wird die Ausbildung der parallelen Balken 42 und 45 von der Amplitude der Kraft, von der Beschleunigung oder einer anderen Bewegung abhängen, die von der Balkenstruktur erfaßt werden soll. Relevante Parameter sind die Länge der parallelen Balken und die Notwendigkeit einer eingesetzten Öffnung 44 und 46 in die Balken, Fig. 5. Relevant sind auch die Materialien, die verwendet werden, um die Balken zu schaffen, und die Anwesenheit von Biegungen, um die Balken an einem Substrat zu befestigen.
Im allgemeinen kann die parallele Balkenstruktur erfindungsgemäß beliebig viele verschiedene Anordnungen umfassen. Eine alternative Ausführungsform der parallelen Balkenstruktur ist in Fig. 5 mit parallelen Balken 42 und 45 gezeigt. In diesem Fall dient der Balken 45 als ein Lastaufnahmebalken, der die erste Unterstützungseinrichtung für eine Masse, Kraft oder eine andere Verstellung an der Struktur ist. Währenddessen dient der Lastaufnahmebalken 42 als Einrichtung, die die Kapazität, die an diesem unteren Balken 42 befestigt ist, unterstützt. Anders ausgedrückt wird der Balken 42 die Hauptlast aus einer Verstellung aufnehmen.
Währenddessen dient der Balken 45 als Lastaufnahmeelement sowie auch als zusätzlicher Sitz, um das Sensorelement 52 aufzusetzen.
Wie Fig. 5 zeigt, entsteht ein innerer Abschnitt 41 durch die Unterseite des Balkens 45, die obere Seite des Balkens 42, die innere Seite der Sensoreinrichtung 52 und die äußere Seite des Substrats 40. Nach einer Ablenkung werden die parallelen Balken 45 und 42 entlang einer Achse bewegt, die gleich der Richtung der verstehenden Kraft ist. Jedoch werden sowohl die äußere Fläche des Substrats 40 als auch die innere Fläche der Sensoreinrichtung 52 parallel zueinander in einer "Parallelogramm" Anordnung bleiben. Die Folge dieser "Parallelogramm"-Struktur ist die Umkehr eines Momentenarms im Kraftsensor.
Diese Anordnung schafft eine Kraftmeßdose, die einfach herzustellen ist und eine gleichmäßige Reaktion an der Oberfläche der parallelen Balken erzeugt, unabhängig davon, wo die Kraft ansetzt. Darüber hinaus schafft die parallele Balkenstruktur, einschließlich der Nähe der Balken zueinander, eine Struktur, in der die Balken auf Änderungen der Temperatur, der Feuchtigkeit als auch auf andere Umwelteinflüsse einander ähnlich reagieren. Im wesentlichen schafft die Erfindung einen Kraftsensor, der die Änderungen im Elastizitätsmodul kompensiert und der die Veränderung und die Auslenkung berücksichtigt, die durch Umwelteinflüsse entstanden sind.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt, wobei innerhalb der Öffnung der dreidimensionalen Struktur oder des Blocks ein Lastaufnahmeelement 45 parallel zum Auslegerbalken 42 oder zur Kapazitäts Unterstützungseinrichtung angeordnet ist. Hier hat wiederum das Substrat 40 eine innere Ebene, die parallel ist zur inneren Seite des Sensors 52. Gleichzeitig ist die gesamte Anordnung des Auslegerbalkens 42 an seiner inneren Kante parallel zur inneren oder gegenüberliegenden Seite des Lastaufnahmebalkens 45.
Die Öffnungen 44 und 46 können an jedem der Lastaufnahmebalken 42 bzw. 45 gebildet sein. Diese Öffnungen ermöglichen eine größere Empfindlichkeit gegenüber Kräften und berücksichtigen, daß die Auslenkung des Lastaufnahmebalkens von einer bevorzugten Amplitude einer Kraft erzeugt wird. Im wesentlichen ermöglichen die Öffnungen, wie z.B. die mit 44 und 46 bezeichneten, die Schaffung einer Kraftmeßdose mit höherer Empfindlichkeit auf eine Krafteinwirkung auf die Meßdose. Die Öffnungen können einfach gebohrt oder mit Standardwerkzeugen maschinenbearbeitet werden und können schlitz oder hantelförmig sein.
Wie Fig. 4 zeigt, kann eine Kraftmeßdose jede beliebige Anordnung haben, einschließlich der eines dreidimensionalen sechsseitigen Blocks. innerhalb der Dose kann im allgemeinen eine Öffnung 10 sein, die durch die zwei Seitenwände 24a und 24b sowie durch eine obere Seitenwand 26 und eine untere Seitenwand 28 bestimmt ist, wobei in der Öffnung das Substrat 40 angeordnet ist, auf dem der Lastaufnahmebalken 45 und der kapazitäts-unterstützende Auslegerbalken 42 montiert sind.
Wahlweise können durch die Verwendung von Biegungen beliebig viele Elemente in der Kraftmeßdose befestigt werden. Die Biegungen helfen bei der Bestimmung der Lastkapazität der parallelen Balkenstruktur sowie beim Verhindern des Schwenkens oder Verbiegens des Substrats oder anderer Strukturen außerhalb einer gewollten Ebene. Die Biegungen wandeln die aufgenommene Kraft einheitlich in eine Auslenkung des Substrats und der parallelen Balkenstruktur um, so daß der Sensor durch einen mechanischen Vorgang beeinflußt wird, was schließlich ein umgewandeltes Signal vom Sensor zur Folge hat.
Im allgemeinen können Biegungen überall in der Kraftmeßdose angeordnet sein, die eine störende Auslenkung verhindern. Fig. 4 zeigt insbesondere, daß eine Biegung 32 an der Basis des Substrats 40 vorhanden sein kann, die das Substrat 40 mit der unteren Wand 28 verbindet. Die Biegung 34 befindet sich am oberen Ende des Lastaufnahmebalkens 45 und verbindet den Lastaufnahmebalken 45 mit der oberen Wand 26.
In der Öffnung der dreidimensionalen Struktur ist das Sensorelement 52 zwischen dem Lastaufnahmebalken 45 und dem kapazitäts-unterstützenden Balken 42 gehalten. Der Lastaufnahmebalken 45 und der Auslegerbalken 42 sind zumindest in einer Ebene parallel zur Öffnung 10 des dreidimensionalen Blocks 20. Das erhält die parallelogrammförmige Struktur, die durch das Substrat 40, das Sensorelement 52, sowie durch die zwei inneren oder gegenüberliegenden Seitenwände des Balkens 42 und 45 gebildet wird. Demgemäß wird eine Auslenkung der Kraftmeßdose durch eine Kraft eine parallelogrammförmige Reaktion innerhalb des Erfindungsgegenstandes zur Folge haben.
Die Sensoren können mit Mitteln befestigt sein, die eine einstückige oder feste und stabile Verbindung schaffen, wie z.B. mit Thermoplasten oder hitzehärtbarem Kunstharzkleber. Eine bevorzugte Klasse von Haftstoffen umfaßt epoxyartige Haftstoffe, wie sie im Handel erhältlich sind. Die bevorzugte Eigenschaft einer Kraftmeßdose sollte so fest und stabil wie möglich sein. Um Verbindungseffekte zu minimieren, ist eine größere Ablenkung des parallelen Federsystems erwünscht. Wenn sich die Befestigungsverbindungen bewegen, ist diese Bewegung relativ zur Balkenauslenkung klein. Die Ausgangsgröße wird dann weniger empfindlich gegenüber kleineren Auslenkungen aufgrund weniger perfekter Befestigungsverbindungen sein.
Die erfindungsgemäße Meßdose umfaßt auch eine Sensoreinrichtung 52, Fig. 5. Die Sensoreinrichtung dient im allgemeinen zur Aufnahme von Kräften, die durch eine Krafteinwirkung auf die Meßdose erzeugt wurden. Die Sensoreinrichtung wird durch die Kraft entweder mit Druck oder Spannung beeinflußt und wandelt diese Kraft in ein elektrisches Signal um, das an einen Auswertekreis übertragen wird. Im allgemeinen können erfindungsgemäß beliebig viele Sensoreinrichtungen einschließlich der elektrischen Verdrahtung, der elektrischen Schaltkreise, der Transistorschaltkreise, einschließlich Halbleitern und dergleichen verwendet werden. Die verwendbaren Sensoreinrichtungen umfassen optische, elektromechanische und Impedanz- oder Resonator-Sensorein richtungen.
Ein bevorzugtes Sensorelement umfaßt eine Impedanz oder einen Resonator, wie z.B. einen Quarzkristall. Bevorzugte Resonatoren umfassen die von Mikrokristall erhältlichen und von ETA, Schweiz hergestellten Modelle. Dieser Resonator bezieht sich gewöhnlich auf eine doppelendige Abstimmgabel und umfaßt im allgemeinen zwei parallele Zinken, die an ihren Enden verbunden sind. Die Zinken werden hierzu piezoelektrisch erregt, daß sie so stark vibrieren, daß sie sich gegensätzlich in der Ebene der Plafte verbiegen. Wenn man auf den Kristall entlang seiner Längsachse eine Spann- oder Druckkraft ausübt, wird seine innere Frequenz wie bei den Saiten einer Violine steigen oder sinken.
Der Quarzkristall ist eine sehr stabile und zuverlassige elektromechanische Einrichtung. Seine Kraft-Frequenz-Reaktion und sein quasi digitales Ausgangssignal, verbunden mit genauen Frequenz-Meßeigenschaften ermöglichen ein gutes Funktionieren. Die herausragenden mechanischen und physikalischen Eigenschaften eines Einkristallquarzes bringen ein Verhalten mit genauer Wiederholbarkeit und ohne Hysterese, sowie gute thermische und Langzeit-Stabilität. Darüber hinaus werden aufgrund der hohen Steifigkeit des Quarzes nur geringe Verstellungen im Aufbau verursacht.
Es wird ein Osziliator benötigt, um den Quarzresonator anzutreiben. Da die entsprechenden elektrischen Parameter des Kristalls ähnlich denen der häufig verwendeten Abstimmgabeln sind, sind die bekannten Quarzoszillatoren in Pierce- Schaltung für das Betreiben des Kristalls geeignet. Oszillatoren die integrierte Standardverstärker verwenden, sind einfach zu implementieren. Ein gebräuchlicher Oszillatorschaltkreis kann von einer Vielzahl bekannter Schaltkreisanordnungen mit 5 bis 15 Volt versorgt werden.
Vorzugsweise wird die Größe der Quarzkristall-Wandler in einem Bereich zwischen 2 und 26 mm, am geeignetsten zwischen 6 und 12 mm liegen. Der Frequenzbereich des Wandlers kann abhängig von der vorgegebenen Anwendung variieren. Jedoch wurde eine Frequenz von 20 bis 100 kHz, vorzugsweise 44 bis 48 kHz und am günstigsten 86 bis 94 kHz als am geeignetsten ermittelt.
Die erfindungsgemäße Kraftmeßdose kann auch eine Vielzahl von Schaltkreisen umfassen, die bei der Auswertung des elektrischen Signals, das von der Sensoreinrichtung erhalten wird und die entsprechende Amplitude der erfaßten Kraft wiederspiegelt, nützlich sind.
Im allgemeinen wird jeder Schaltkreis, der diesem Zweck entspricht, eine lineare Reaktion auf ein elektrisches Signal erzeugen und kann erfindungsgemäß verwendet werden.
Besonders geeignete Schaltkreise bei dieser Erfindung sind Impedanzschaltkreise, wie z. B. Wheatstone-Brückenanordnungen und dergleichen oder Differenzschaltkreise, die die Vorspannungssignale der Elemente innerhalb der Kraftmeßdose kompensieren. Die Wheatstone-Brücke verwendet vier resistive Elemente, die in einem rechteckigen Schaltkreis angeordnet sind, wobei eine Spannung über den zwei diagonalen Ecken angelegt ist und das Signal über die zwei anderen diagonalen Ecken gemessen wird.
Betrachtet man wiederum Fig. 1, so wird eine bevorzugtere Ausführungsform der parallelen Balkenstruktur gezeigt. im wesentlichen kann diese Ausführungsform der Kraftmeßdose mit zwei Sensorelementen 52a und 52b, einem Substrat 40 und einer angemessenen Struktur funktionieren und sicherstellen, daß beide Sensorelemente gleichmäßig beeinflußt werden, wenn die Kraftmeßdose belastet wird. Das berücksichtigt die unabhängige Signalverarbeitung jedes entsprechenden Sensors, der Signaleffekteim unabhängigen Modus und Signaleffekte im Differenzmodus erzeugt.
Signaleffekte im Gleichtakt-Modus beinhalten Effekte der Temperatur, des Drucks, externer Vibration und Alterung neben anderen Effekten, die sowohl die Auslegerarme 42a und 42b als auch die Sensoren 52a und 52b gleich beeinflussen, Fig. 1. Die wichtigsten Effekte im Modus mit Phasenverschiebung sind Kräfte oder Spannungen am Sensor, die die Auslegerbalken 42a und 42b sowie die Sensoren 52a und 52b ungleich beeinflussen.
In diesem Fall sind die ausgehöhlten Auslegerbalken 42a, 42b und 45 an einem einzigen einstückigen Substrat 40 befestigt und befinden sich an der unteren Seite 28 der Öffnung. Die Kraftmeßdose kann Veränderungen im Elastizitätsmodul, Abweichungen und Hysterese sowie inelastisches, langsames Verformen durch eine Befestigung beider flexibler Balken 42a und 42b an den Sensoreinrichtungen 52a und 52b kompensieren, die zwischen den oberen Enden der flexiblen Balken und dem stationären Balken 45 befestigt sind. In diesem Fall wird jede Veränderung des Elastizitätsmoduls, der Hysterese oder der langsamen Verformung durch die Befestigung der Sensoreinrichtungen zwischen beiden flexiblen Armen und dem stationären Balken ausgeglichen, da beide proportional betroffen sind.
Weil es nicht erwünscht ist, an einen speziellen Modus oder ein bestimmtes theoretisches Modell beim Betrieb gebunden zu sein, hat die Kraftmeßdose einen Kraftaufnahmebalken 45, der mit einer überbrückenden Spalte an einer kleinen Federeinrichtung 42 angeordnet ist. Diese kleine Federeinrichtung 42 trägt bei einer Ablenkung des Lastaufnahmebalkens 45 bei Kraftübertragung wegen eines relativ starren Kraftsensors 52a oder 52b eine Last, die sie z.B. nur etwa 0,1 µm bei voller Belastung auslenkt. In diesem Fall wird die gesamte Kraftmeßdose nur etwa 0,4 mm ausgelenkt. Der Kraftsensor erfährt dann eine Kraft, die unabhängig vom Elastizitätsmodul des bearbeiteten Materials ist.
In diesem Fall, wenn P eine Last ist, ist die gesamte von den parallelen Federeinrichtungen getragene Last:
PT = P&sub1; + P&sub2;
wobei P&sub1; die Last ist, die von den Balken 45 und P&sub2; die Last ist, die von der Federeinrichtung 42 getragen wird.
Die Last auf jedem Balken ist proportional zu seiner Ablenkung:
P&sub1; = K&sub1; Y&sub1; und P&sub2; = K&sub2; Y&sub2;
wobei Y&sub1; und Y&sub2; die entsprechenden Auslenkungen in Millimetern, K&sub1; und K&sub2; die entsprechenden Federkonstanten sind, die den Druck in N/cm² bei Auslenkung angeben.
Wenn der verbindende Kraftsensor eine sehr hohe Federkonstante hat, dann haben die zwei Balken nahezu gleiche Auslenkung bei Belastung:
Y&sub1; = Y&sub2; und P&sub1; = P&sub2;, K&sub1; = K&sub2;
Die Federkonstante jedes Balkens ist an das Elastizitätsmodul des Materials seiner Zusammensetzung angepaßt:
K&sub1; = C&sub1;E&sub1; und K&sub2; = C&sub2;E&sub2;
wobei C&sub1; und C&sub2; von der Balkenform abhängige Konstanten und E&sub1; und E&sub2; ihre entsprechenden Elastizitätsmoduli sind.
Weil das Material beider Federeinrichtungen gleich ist, sind ihre Moduli gleich.
E&sub1; = E&sub2; und
P&sub1; = P&sub2;
C&sub1;E&sub1; = C&sub2;E&sub2;
Die Kraft von P&sub2; ist gleich der Kraft auf den Kraftsensor, weil dieser das verbindende Element ist. Deshalb ist die gemessene Kraft proportional zur ausgeübten Last.
und
P&sub2; = PT/(1 + C&sub2;/C&sub1;)
C&sub2; und C&sub1; sind Dimensionsfaktoren damit P&sub2; direkt von der ausgeübten Kraft ohne grundlegende Modul-Effekte abhängt.
Deshalb wird die Empfindlichkeit des Elastizitätsmoduls gegenüber der Temperatur, inelastischem Kriechen (ein zeitabhängiger Moduleffekt) und statischer Hysterese (ein interner Material-Reibungseffekt, der eine geschichtliche Abhängigkeit des Moduls erzeugt) vernachlässigbar, wenn die Strukturen in beiden Federeinrichtungen gleichen Umwelteffekten und Belastungsniveaus ausgesetzt sind, wenn eine nicht-lineare Spannungs-Belastungs-Beziehung besteht.
Das Ausgangssignal dieser Kraftmeßdosen ist beinahe allein von ihren Konstruktionsabmessungen und der angelegten Last abhängig, wenn die Temperatur die Funktion des Kraftsensors nicht beeinflußt. Wenn die Kraftmeßdose nicht aus dem gleichen Material wie der Kraftsensor hergestellt ist, werden Temperaturveränderungen eine Änderung des Signals des Kraftsensors in Form einer Nullpunktverschiebung verursachen. Andere Umgebungseffekte, wie z.B. der barometrische Druck können auch ähnliche Effekte auf die Nullzustands-Stabilität verursachen. Um diese Umgebungseffekte auszuschließen, wird im allgemeinen ein gut übereinstimmender zweiter Kraftsensor bevorzugt. Der zweite Kraftsensor 52b kann zwischen dem Lastaufnahmebalken 45 und einem anderen parallelen Balken 42b montiert sein. Dieser Kraftsensor wird dann, verglichen mit dem ersten Kraftsensor 54a eine negative Kraft erfahren. Beim Auswerten der Differenz zwischen den zwei Kraftsensoren wird die Ausgangsgröße aufgrund der angelegten Kraft verdoppelt, aber Einfluß-Effekte, die auf beide Sensoren 52a und 52b gleich wirken, werden kompensiert.

Anwendungsbereich

Die beanspruchte Erfindung kann in jeder Biegebalken-Anordnung verwendet werden. Die Balken können starr an einem Substrat befestigt oder mit einem Drehpunkt oder einem gemischten, starren oder unterstützten Drehsystem angelenkt sein. Die Kraftmeßdose kann bei Belastung Druck-, Spannungskräften oder beiden ausgesetzt sein. In Systemen mit zwei oder mehreren Balken, in denen die Erfindung zwischen den Balken befestigt ist, können die Balken beide starr am Substrat befestigt sein. Alternativ kann ein Balken starr am Substrat und der andere Balken starr am ersten Balken befestigt sein.
Die Erfindung kann auch in Mehrfachbalkensystemen verwendet werden, die keine starre Befestigung der Balken am Substrat vorsehen. In dieser Anwendung können z.B. mehrere parallele Balken unter einem Substrat angeordnet oder gehängt sein, wobei die beanspruchte Meßdose in einer Reihe zwischen dem Balken und dem Substrat plaziert ist. Eine solche Anwendung könnte bei Einzelpunkt-Waagen Verwendung finden, wie z.B. Waagen, die verwendet werden, um landwirtschaftliche Produkte, Vieh und dergleichen zu wiegen.
Die Erfindung kann auch verwendet werden, um Gegenstände mit großer Masse, wie z.B. Lastwagen oder große Strukturen, wie Häuser oder Gebäude zu messen. In diesem Fall wäre der Balken auf zwei Drehpunkten befestigt, die an beiden Enden des Balkens mit einer beanspruchten Meßdose positioniert sind, die an einer Verbindung entlang des Balkens befestigt ist. Wenn sie belastet wird, erfaßt die beanspruchte Erfindung die Kräfte, die benötigt sind, um den Sensorbalken auszulenken.
Darüber hinaus kann die beanspruchte Erfindung in Mehrfach-Drehachsensystemen verwendet werden, wie z.B. mit auslenkbaren Platten, die starr mit einer oder mit mehreren Kanten befestigt, oder mit Drehachsen hebelbar gelagert sind.
Die beanspruchte Erfindung kann zwischen zwei axial belasteten Federn verwendet werden, wie z.B. bei Spulen-Tragfeder-Anwendungen. Diese Systeme können bei Fahrzeugfederungs-Anwendungen oder in Vibrations-Isolationssystemen, d.h. zur Stoßabsorption auftreten, in diesen Anwendungen kann die zu erfassende Kraft unabhängig von Störungen auch in Umgebungen, in denen sich die Amplitude der Kraft ständig verändert, erfaßt werden.
In Tragesystemen, die ausgelenkt werden, wenn sie belastet werden, kann die beanspruchte Erfindung mit mehreren Federn verwendet werden, die durch die axiale Bewegung eine Druck- und Spannungswirkung auf eine Kraftmeßdose ausüben, die senkrecht in einer Reihe mit den Federn plaziert ist, die in einem Winkel bezüglich der Linie zwischen der Last und dem Substrat positioniert sind. Durch das Anordnen einer Meßdose zwischen zwei Gruppen von Federn, Ketten oder flexiblen Elementen, kann der Lastholtemechanismus verwendet werden, um eine Kraft von großdimensionierten Gegenständen, wie z.B. hängenden Fördermaschinen zu erfassen.
Die Erfindung kann auch zur Meßwerterfassung oder zur Erfassung von Druckveränderungen verwendet werden. Entweder der absolute oder der Differenzdruck kann gemessen werden, wenn die beanspruchte Druckmeßdose in einer Reihe zwischen zwei Plattformen angeordnet wird, wobei jede Plattform an einem federenthaltenden System befestigt ist, wie z.B. an einem Balg. In einem Absolutdruck-System kann die Kraftmeßdose z.B. Druckkräften ausgesetzt sein, die von expandierenden Balgen oder Halte- oder reaktiven Balgen erzeugt wurden, die nicht druckempfindlich reagieren, sondern lediglich ihrer Auslenkung folgen und diese anzeigen.
Bei Differenzdruck-Messung kann die erfindungsgemäße Kraftmeßdose in einer Reihe mit den gegenüberliegenden Balgen oder Diaphragmen positioniert sein, die wiederum zwischen gegenüberliegenden Fluidöffnungen positioniert sind. Die erfindungsgemäße Meßdose kann bei Druckmessung in einer Reihe zwischen zwei gegenüberliegenden Fluidquellen plaziert sein.
Die Erfindung kann verwendet werden, um momentane Veränderungen der Beschleunigung zu erfassen, wie bei Laboranwendungen z.B. in nicht wiederholbaren Experimenten, wenn Effekte, die durch Hysterese erzeugt werden, eliminiert werden sollen. Zum Beispiel sind das destruktive Testen (d.h. Automobilcrashtests), explosives Testen und dergleichen alles Anwendungen, die ein System mit einer Masse verwenden können, die außerhalb, zwischen zwei lasttragenden Elementen befestigt ist, und auch die erfindungsgemäße Kraftmeßdose zwischen den lasttragenden Elementen befestigt ist.
Eine Torsions- oder Momentenerfassung kann auch mit der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose ausgeführt werden. In Anwendungen mit Wagenachsen, mit Motorleistung und dergleichen (jede Bewegung die Torsion erzeugt) kann die relative Kraft von der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose erfaßt werden, indem die Meßdose zwischen dem torsionserzeugenden Element und einem axial aufgereihten reaktiven Torsionselement befestigt wird.
Mehrere andere Anwendungen, wie z.B. Torsions-Biegen und dergleichen sind mit der Erfindung möglich. Diese Kraftmeßdose ermöglicht eine große Variabilität in der Anwendung und im Design bei vielen Mechanismen, in denen die Erfassung von kraftunabhängigen Materialeffekten oder Umgebungsstörungen gewünscht ist.

Claims

1. Kraftmeßdose, bestehend aus:

einem Block (20) mit einer innenwand (24A, 24B, 26, 28), die eine Öffnung (10) darin begrenzt, wobei die Innenwand eine Grundplatte (40) aufweist;

einem Lastaufnahmeelement (45), das ein erstes und ein zweites Ende hat, das am ersten Ende an der Grundplatte (40) befestigt ist, das am zweiten Ende an der innenwand (24A, 24B, 26, 28) befestigt ist, das sich über die Öffnung (10) erstreckt, und das einen Auslegerbalken aufweist;

einem Kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken (42), der beabstandet ist und in wenigstens einer Ebene parallel zum Lastaufnahmeelement (45) ist; und

einer Kraftsensoreinrichtung (52), die zwischen dem Lastaufnahmeeleent (45) und dem Kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken (42) derart angeordnet ist, daß eine Reibbewegung verhindert wird, so daß bei Beanspruchung die parallele Verformung des Lastaufnahmeelementes (45) und des Kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalkens (42) der Meßdose Änderungen des Moduls kompensiert und eine Änderung der Verformung ermöglicht, die durch Umgebungsbeanspruchungen hervorgerufen wird.

2. Meßdose nach Anspruch 1, bei der das Lastaufnahmeelement (45) und der Kapazitäts-unterstützende Auslegerbalken (42) zentrale Öffnungen (44,46) innerhalb ihrer Struktur haben.

3. Meßdose nach Anspruch 1, bei der die Grundplatte (40) und die Kraftsenoreinrichtung (52) durch das Lastaufnahmeelement (45) und den Kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken (42) verbunden sind, um eine quadratische zentrale Öffnung zu bilden, in der wenigstens die Grundplatte und die Kraftsensoreinrichtung (52) einander gegenüber und parallel zueinander liegen.

4. Meßdose nach Anspruch 1, bei der die Sensoreinrichtung (52) einen piezoelektrischen Resonator aufweist, der an dem Lastaufnahmeelement (45) und dem Kapazitöts-unterstützenden Auslegerbalken (42) durch einen Klebstoff befestigt ist.

5. Meßdose nach Anspruch 1, bei der die Sensoreinrichtung (52) einen piezoelektrischen Quarzresonator aufweist, der eine erste und eine zweite Spitze hat, die parallel zueinander verlaufen und an ihren Enden befestigt sind.

6. Meßdose nach Anspruch 1, weiterhin bestehend aus dem Kapazitäts- unterstützenden Auslegerbalken (42), der weiterhin einen ersten Kapazitäts- unterstützenden Auslegerbalken (42A) hat, der an der Grundplafte (40) befestigt ist und innerhalb der Ebene der Öffnung (10) verläuft;

einem zweiten Kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken (42B), der an der Grundplaffe (40) befestigt ist und beanstandet vom und in wenigstens einer Ebene parallel zum ersten Kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken (42A) ist, wobei der zweite Kkapazitäts-unterstützende Auslegerbalekn (42B) sich auch in die Öffnung (10) erstreckt;

dem Lastaufnahmeelement (45), das weiterhin einen Belastungsbalken mit einem ersten und einem zweiten Ende hat, der an der Grundplatte (40) am ersten Ende befestigt ist und in wenigstens einer Ebene parallel zu dem ersten Kapazitäts- unterstützenden Auslegerbalken (42A) und dem zweiten Kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken (42B) verläuft, wobei der Belastungsbalken beabstandet ist von und angeordnet ist in der Mitte zwischen dem ersten und zweiten Kapazitäts- unterstützenden Auslegerbalken (42A, 42B), und wobei sich der Belastungsbalken über die Öffnung (10) erstreckt und am zweiten Ende an wenigstens einer der Öffnungwände (24A, 24B, 26, 28) befestigt ist;

der Kraftsensoreinrichtung (52), die wenigstens eine erste Sensoreinrichtung (52A) zur Ermittlung der Verstellung aufweist, wobei die Verstellungs-Sensoreinrichtung (52A) zwischen dem ersten Kapazitäts-unterstützenden Auslegerbalken (42A) und dem Belastungsbalken befestigt ist; und

einer zweiten Sensoreinrichtung (52B) zur Ermittlung der Verstellung, wobei die zweite Verstellungssensoreinrichtung (52B) zwischen dem Belastungsbalken und dem zweiten Kapapzitäts-unterstützenden Auslegerbalken (42B) befestigt ist, so daß eine Belastung der Meßdose durch die Beaufschlagung mit einer Kraft eine unabhängige Signalverarbeitung der ersten und zweiten Sensoreinrichtung (52A, 52B) bewirkt, so daß ein Gleichtaktsignal getrennt von einem Differentialsignal erzeugt wird.

7. Meßdose nach Anspruch 6, zusätzlich aufweisend eine Schaltungseinrichtung zur Aufnahme und Verarbeitung des Gleichtakt- und des Differentialsignals.

8. Meßdose nach Anspruch 6, bei der die Grundplatte (40) an der Öffnungswand (26) durch eine Biegung (32) befestigt ist.

9. Meßdose nach Anspruch 6, bei der der Belastungsbalken (45) am zweiten Ende mit der Öffnungswand (26) durch ein Biegung (34) befestigt ist.

10. Meßdose nach Anspruch 1, bei der das Lastaufnahmeelement (45) so angeordnet ist, daß es sich über die Öffnung (10) mit einer Achse etwa parallel zu einer Verformungsachse der Meßdose infolge einer aufgebrachten Kraft erstreckt.

11. Meßdose nach Anspruch 1, bei der sich die Meßdosen-Grundplatte (40) in die Öffnung (10) von der Innenwand (24A, 24B, 26, 28) aus erstreckt.

12. Meßdose nach Anspruch 1, bei der der Block (20) aus einer monolithischen Struktur gebildet ist.

13. Meßdose nach Anspruch 1, bei der die Sensoreinrichtung (52) am Lastaufnahmebalken (45) und dem Kapazitäts-unterstützenden Balken (42) durch einen Epoxy-Klebstoff befestigt ist.

14. Meßdose nach Anspruch 1, bei der die Sensoreinrichtung (52) eine doppelendige Kristallquarz-Abstimmgabel ist.

15. Meßdose nach Anspruch 1, bei der das Lastaufnahmeelement (45) eine Lastaufnahmefeder ist, und bei der der Kapazitäts-unterstützende Auslegerbalken (42) eine Feder ist.