DE19924738A1 - Load cell, especially for measuring yarn tension, uses a lever attached to a diaphragm which seals a housing containing sensors and damping fluid - Google Patents
Load cell, especially for measuring yarn tension, uses a lever attached to a diaphragm which seals a housing containing sensors and damping fluidInfo
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Abstract
Description
Die folgende Erfindung betrifft eine Meßzelle nach Ober begriff des Hauptanspruchs.The following invention relates to a measuring cell according to Ober concept of the main claim.
Derartige Meßzelle ist zum Beispiel bekannt aus DE-PS 41 10 429.Such a measuring cell is known for example from DE-PS 41 10 429.
Bei derartigen Meßzellen wird eine Meßlast über einen ortsfest gelagerten Hebel in die Meßzelle eingeleitet und auf ein elastisch verformbares Federgebilde übertragen. Die Ver formung des Federgebildes wird über geeignete Meßwertaufneh mer erfaßt und zu einer Auswerteschaltung gegeben.In the case of such measuring cells, a measuring load over a Fixed lever introduced into the measuring cell and on transfer an elastically deformable spring structure. The Ver The formation of the spring structure is recorded using suitable measured values mer detected and given to an evaluation circuit.
Die Meßzelle muß hierzu an einem ortsfesten Maschinenge stell befestigt werden. Zu diesem Zweck dient ein starres Ge häuse, welches mit jeweils geeigneten Vorrichtungen zur Befe stigung am Maschinengestell ausgestattet ist.To do this, the measuring cell must be connected to a stationary machine stell be attached. A rigid Ge is used for this purpose housing, which with suitable devices for befe the machine frame.
Derartige Meßzellen werden vielfach bei Meßaufgaben ein gesetzt, bei denen die Gefahr der Dekontamination besteht, weil sich beispielsweise Dämpfe, Ölnebel, verflüchtigte Sub stanzen jeder Art auf der Meßzelle im Laufe der Zeit vertei len können.Such measuring cells are often used for measuring tasks where there is a risk of decontamination, because, for example, vapors, oil mist, volatilized sub punch any type on the measuring cell over time len.
Es gilt daher grundsätzlich, die Meßzelle gegen derarti ge Umwelteinflüsse abzuschirmen. It is therefore essential to measure the measuring cell against such shield against environmental influences.
Hierzu sind im Stand der Technik Faltenbälge bekannt, deren Hub erfaßt und in ein Meßsignal umgewandelt wird.For this purpose, bellows are known in the prior art, whose stroke is detected and converted into a measurement signal.
Das Problem derartiger Faltenbälge ist die relativ große Masse und demzufolge taugen derartige Konstruktionen nicht zur Messung kleiner Kräfte und insbesondere kleiner Kräfte unter hochfrequenten zeitlichen Änderungen.The problem with such bellows is the relatively large one Such constructions are unsuitable for mass and consequently for measuring small forces and especially small forces under high frequency changes over time.
Obwohl dies keine Beschränkung der Erfindung auf derar tige Verfahren sein soll, tritt das Problem der Dekontamina tion insbesondere im Textilbereich auf. Dort dienen derartige Meßzellen zum Beispiel der Erfassung kleiner Fadenkräfte, die hochdynamischen Schwingungen unterworfen sind. Gerade hier muß berücksichtigt werden, daß der laufende Faden mit einer Präparation beziehungsweise Avivage versehen ist, die sich im Laufe der Zeit in der gesamten Maschinenhalle hauchdünn ver breitet und somit die Gefahr von Fehlmessungen an der Meßzel le hervorruft.Although this is not a limitation of the invention process, the problem of decontamina arises tion in particular in the textile sector. There serve such Measuring cells for example the detection of small thread forces that are subject to highly dynamic vibrations. Especially here must be considered that the running thread with a Preparation or finishing is provided, which is in the Very thin ver spreads and thus the risk of incorrect measurements on the measuring cell le evokes.
Man kann zwar versuchen, derartige Meßzellen zu kapseln. Dann jedoch tritt das zusätzliche Problem von Fehlmessungen und Nichtlinearitäten in den Vordergrund, da die Kapselung auch die Eintrittsstelle des Hebels in die Meßzelle umfassen muß und auch an dieser Stelle dicht zu sein hat.One can try to encapsulate such measuring cells. Then, however, there is the additional problem of incorrect measurements and nonlinearities to the fore since the encapsulation also include the lever's entry point into the measuring cell must and must also be tight at this point.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die be kannte Meßzelle so weiterzubilden, daß unter Vermeidung obi ger Dichtigkeitsprobleme trotzdem ein hochdynamisch auflösen der Sensor für kleine Kräfte entsteht, der ein lineares Aus gangssignal aus einer Biegeverformung liefert.It is therefore an object of the present invention, the be known measuring cell so that avoiding obi leak tightness problems can still be resolved in a highly dynamic manner the sensor for small forces arises which has a linear out provides output signal from a bending deformation.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des An spruchs 1.This task is solved by the characteristics of the An saying 1.
Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die Zel len hermetisch gegenüber der Umgebung abgeriegelt sind und einen in sich abgeschlossenen Topf bilden, wobei diejenige Wandung des Topfs, die den Hebel zur Einleitung der Meßlast trägt, als linear verformbares Federgebilde erkannt wurde.The advantage of the invention is that the cell len are hermetically sealed from the environment and form a self-contained pot, the one Wall of the pot, which is the lever for initiating the measuring load carries, was recognized as a linearly deformable spring structure.
Dieses Federgebilde wird in der vorliegenden Anmeldung als flächige Membran bezeichnet, die an ihrem Umfang starr an das Gehäuse angekoppelt ist. Über den zu einer Seite der Mem bran hinausragenden Hebel wird die jeweilige Meßlast in die Membran eingeleitet, die ihrerseits infolge der starren Ein spannung am Umfang zumindest in derjenigen Ebene, in welcher außer dem Hebel auch die Meßlast liegt, eine S-förmige Aus lenkung erfährt.This spring structure is used in the present application referred to as a flat membrane that is rigid on its circumference the housing is coupled. About to one side of the mem Outstanding lever is the respective measuring load in the Membrane initiated, in turn, as a result of the rigid A tension on the circumference at least in the plane in which besides the lever there is also the measuring load, an S-shaped Aus steering experience.
Es kann daher das bewährte Meßprinzip des sogenannten Doppelbiegebalkens auch an der Erfindung angewandt werden. Infolge der starren Ankoppelung der Membran an das Gehäuse werden die angekoppelten Randzonen der Membran biegemomenten steif gehalten, so daß der Membran bei Lastbeaufschlagung des Hebels eine S-förmige Auslenkung aufgeprägt wird.It can therefore be the proven measuring principle of the so-called Double beam can also be applied to the invention. As a result of the rigid coupling of the membrane to the housing are the coupled edge zones of the membrane bending moments kept stiff so that the membrane when the Lever an S-shaped deflection is impressed.
Andererseits ist die Membran parallel zu der wirkungsli nie der jeweils eingeleiteten Meßlast sehr steif, so daß in den seitlich neben dem Hebel liegenden Zonen eine parasitäre Verformung praktisch nicht zu berücksichtigen ist. Die even tuell vorkommenden Verformungen sind darüberhinaus symme trisch zueinander und verfälschen daher das Meßergebnis nicht.On the other hand, the membrane is parallel to the effective never the respectively introduced measuring load very stiff, so that in the zones lying to the side of the lever are parasitic Deformation is practically not to be taken into account. The even any deformations that occur are also symme tric to each other and therefore falsify the measurement result Not.
Die Erfindung nutzt daher die generelle Tendenz der Mem bran, sich unter der jeweiligen Meßlast elastisch zu verfor men und greift die diesbezüglichen Verformungen an geeigneten Stellen der Membran ab.The invention therefore uses the general tendency of the mem bran to elastically deform under the respective measuring load the relevant deformations on suitable Turn off the membrane.
Diese Membran ist ein im Prinzip flächiges Gebilde, wel ches neben der Funktion einer elastischen Verformung auch die Funktion der Abdichtung des hinter der Membran liegenden Rau mes erfüllt. Dieser wird von dem Gehäuse dicht umschlossen und der eigentliche Raum der Meßzelle, in welchem sich auch die Meßwertaufnehmer zweckmäßigerweise befinden, ist daher auch für Flüssigkeiten mit stark kriechenden Eigenschaften unzugänglich.This membrane is in principle a flat structure, wel besides the function of an elastic deformation also the Function of the sealing of the surface behind the membrane mes fulfilled. This is tightly enclosed by the housing and the actual space of the measuring cell, in which also the transducers are therefore convenient also for liquids with strong creeping properties inaccessible.
Der hinter der Membran abgeschlossene Raum kann auf vielfältige Weise zur Erzielung vorbestimmter Effekte genutzt werden. Dieser Raum kann zum Beispiel mit einem Öl geeigneter Viskosität gefüllt werden. Hierdurch läßt sich eine vorbe stimmte Dämpfung beziehungsweise auch ein definierter Fre quenzgang erzielen. Zur Erhöhung der Dämpfung kann zusätzlich eine perforierte Trennwand vorgesehen sein, so daß einge schlossene Dämpfungsflüssigkeit durch die verringerten Fließ querschnitte der Perforation am freien Hin- und Herströmen zusätzlich gehindert wird.The space closed behind the membrane can open used in various ways to achieve predetermined effects become. This space can be more suitable with an oil, for example Viscosity can be filled. This can be done agreed damping or a defined Fre achieve quenzgang. To increase the damping can also a perforated partition may be provided so that closed damping fluid due to the reduced flow cross sections of the perforation on the free back and forth flow is additionally prevented.
Daher eignet sich die erfindungsgemäße Meßzelle insbe sondere zum Einsatz bei praktisch beliebig kleinen Nennmeß kräften in Prozessen zur Herstellung von Fäden, insbesondere Endlosfäden, da das Eigenschwingverhalten des Sensors prak tisch beliebig gedämpft werden kann.The measuring cell according to the invention is therefore particularly suitable especially for use with nominally small nominal measurements forces in processes for the production of threads, in particular Endless threads, because the natural vibration behavior of the sensor is practical table can be steamed as desired.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit einer Be füllung unter höherem Druck als Atmosphärendruck. Diese Maß nahme unterbindet jegliches Eintreten kriechender Flüssig keiten nachhaltig, so daß das Zeitstandverhalten der Meßzelle zuverlässig prognostiziert werden kann.Another advantage is the possibility of a loading filling under higher pressure than atmospheric pressure. This measure prevents any creeping liquid from entering sustainable, so that the creep behavior of the measuring cell can be reliably predicted.
Die Meßzelle ermöglicht darüberhinaus neben einer Erfas sung der S-förmigen Verbiegung der Membran auch eine Erfas sung von deren Torsion.The measuring cell also enables detection in addition to a detection solution of the S-shaped bending of the membrane also a detection solution of their torsion.
Hierzu wird vorgeschlagen, daß in Frontalansicht die Meßwertaufnehmer auf einer Parallelen zur Wirkungslinie der Meßlast und paarweise zu beiden Seiten des Hebels angeordnet sind und darüberhinaus zusätzliche Meßwertaufnehmer auf einer hierzu querliegenden Linie vorgesehen sind. Letztere Meßwert aufnehmer werden zweckmäßigerweise als Torsionsaufnehmer aus gestaltet, zum Beispiel in Form von Dehnungsmeßstreifen, de ren Orientierungsrichtung unter 45° zu der Querlinie liegt.For this purpose, it is proposed that the front view Sensor on a parallel to the line of action of the Measuring load and arranged in pairs on both sides of the lever are and also additional sensors on a for this purpose transverse line are provided. The latter measured value transducers are expediently made as torsion transducers designed, for example in the form of strain gauges, de ren orientation is less than 45 ° to the cross line.
Da die vorliegende Meßzelle auf einfache Weise punktsym metrisch beziehungsweise rotationssymmetrisch ausgeführt sein kann, läßt sich eine vollständige Auswuchtung erzielen.Since the measuring cell at hand is easy to spot be designed metrically or rotationally symmetrical complete balancing can be achieved.
Diese Meßzelle ist daher insbesondere auch für den Ein satz im rotierenden Bereich geeignet.This measuring cell is therefore especially for the one suitable in the rotating area.
Verwendet man zur Auswuchtung Kontergewichte im Innenbe reich der Meßzelle, können diese auch in einer weiteren Funk tion als überlastbegrenzender Anschlag dienen.Counterweights are used in the interior for balancing range of the measuring cell, these can also be used in another radio serve as an overload-limiting stop.
Darüberhinaus bietet die Meßzelle nach dieser Erfindung die Möglichkeit unterschiedlicher Befestigungen am Maschinen gestell, zum Beispiel über eine Gewindehülse, ein am Außenum fang des Gehäuses angebrachtes Schraubgewinde, eine glatte und zylindrische Oberfläche in Verbindung mit axialen Klemm einrichtungen, der Befestigung über einen umlaufenden Flanschring etc.In addition, the measuring cell according to this invention offers the possibility of different attachments to the machine frame, for example via a threaded sleeve, one on the outside screw thread attached to the housing, a smooth and cylindrical surface in connection with axial clamping facilities, fastening via a revolving Flange ring etc.
Es ist in Weiterbildung vorgesehen, daß der Hebel die Membran durchstößt und bis kurz vor den Boden des Topfs ver läuft. Auf diese Weise kann auf einfache Weise ein überlast begrenzender Anschlag installiert werden. Hierzu wird am Bo den des Topfs ein Ring verankert, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Hebels am topfseitigen Ende ist, so daß der Hebel mit seinem topfseitigen Ende in gewissem Umfang frei beweglich ist, bevor er an den Innenum fang des angesetzten Ringes stößt. It is provided in training that the lever Membrane pierces and ver until shortly before the bottom of the pot running. In this way, an overload can easily limiting stop can be installed. For this purpose, Bo anchored to that of the pot, its inner diameter larger than the outer diameter of the lever on the pot side Is end so that the lever with its pot-side end in To a certain extent it is freely movable before being attached to the inside catch of the attached ring bumps.
Zudem läßt sich die Verlagerung des topfseitigen Endes des Hebels unter der jeweils wirkenden Meßlast auch relativ einfach abgreifen und als Meßsignal nach außen führen. Hierzu kommen insbesondere kapazitive Meßverfahren oder Hall-Sonden in Betracht, da diese berührungsfrei arbeiten und somit das jeweilige Meßsignal leicht aus der Meßzelle herausgebracht werden kann.In addition, the displacement of the pot-side end of the lever under the respective measuring load also relative just tap and send it out as a measurement signal. For this come especially capacitive measuring methods or Hall probes into consideration, since they work without contact and thus the respective measurement signal easily brought out of the measuring cell can be.
Berücksichtig man ferner, daß der Sensor bei kleinem Hub ein hohes Ausgangssignal liefern soll, wird ergänzend vorge schlagen, den in sich geschlossenen Umfangsrand der Membran als stabilen massiven Ring auszubilden, auf den nach innen gesehen eine relativ dünne Meßzone von nur wenigen einzehntel Millimetern Dicke folgt. An die Meßzone schließt sie nach in nen erneut ein dicker massiver Bereich an, welcher der Auf nahme des Hebels dient.Also take into account that the sensor with a small stroke is to provide a high output signal is additionally provided beat the self-contained peripheral edge of the membrane to form as a stable massive ring, on the inside seen a relatively thin measuring zone of only a few tenths Millimeters thick follows. It closes after the measuring zone in again a thick solid area, which is the opening lever is used.
Ein derartiger Sensor bietet eine relativ hohe Auflösung auch bei kleinen Kräften, wobei sich gegenüber den dicken massiven Zonen mit erheblicher Materialanhäufung die reinen Meßzonen sehr feinfühlig auslenken werden.Such a sensor offers a relatively high resolution even with small forces, whereby compared to the thick ones massive zones with considerable material accumulation the pure Deflect measuring zones very sensitively.
Zweckmäßigerweise ist die Membran ein einstückiges Bau teil, so daß eventuelle innere Verspannungen etc. vermieden werden.The membrane is expediently a one-piece construction part, so that any internal tension etc. avoided become.
Zur besseren Abtragung der jeweiligen Meßlast wird er gänzend vorgeschlagen, die Membran an jeweils zwei sich ge genüberliegenden Stellen abzuflachen und das jeweilige Gehäu se ebenfalls, damit innerhalb der Membran unter der Meßlast ein im wesentlichen gleichmäßiger Spannungsaufbau erfolgen kann.For better transfer of the respective measuring load, it is proposed entirely, the membrane ge each two flatten opposite areas and the respective housing se also so that within the membrane under the measuring load an essentially uniform build-up of voltage takes place can.
Darüberhinaus bietet die Erfindung den Vorteil, daß zu sätzlich zur Verformung der Membran auch eine Verformung des Hebels abgegegriffen werden kann. Dies erfolgt zweckmäßiger weise durch Einfangen des topfseitigen Hebelendes mittels ei ner festen Abstützung am Topf. Zweckmäßigerweise wird der He bel dann zwischen dem Einspannpunkt am Topf und der Befesti gungsstelle an der Membran nach Art einer Biegefeder ge schwächt, so daß sich unter der jeweils gegebenen Meßlast ei ne Ausbiegung des Hebels im abgeschlossenen Topfbereich ein stellen wird.In addition, the invention offers the advantage that in addition to the deformation of the membrane also a deformation of the Lever can be tapped. This is more convenient wise by catching the pot-side lever end using egg a firm support on the pot. The He then between the clamping point on the pot and the fastening in the manner of a spiral spring weakens, so that ei under the given measuring load ne Bend the lever in the closed pot area will put.
Diese Ausbiegung läßt sich in geeigneter Weise abgreifen und zur Meßauswertung überlagern.This deflection can be tapped in a suitable manner and overlay for measurement evaluation.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs beispielen näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention based on execution examples explained in more detail. Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit frei beweglichem Hebelende, Fig. 1 shows a first embodiment of the invention with a freely movable end of the lever,
Fig. 2 eine mögliche Frontalansicht auf die Meßzelle, Fig. 2 shows a possible front view of the measuring cell,
Fig. 3 eine weitere mögliche Frontalansicht auf die Meß zelle, Figure 3 is a further possible frontal view cell. On the measurement,
Fig. 4 Frontalaufsicht auf eine modifizierte Membran mit abgeflachten Einspannzonen, Fig. 4 frontal plan view of a modified membrane with flattened Einspannzonen,
Fig. 5 schematische Darstellung einer weiteren Meßzelle mit kopfseitig eingespanntem Hebel. Fig. 5 shows a schematic representation of a further measuring cell with a lever clamped in the head.
Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren.Unless otherwise stated below, the following description always for all figures.
Die Figuren zeigen eine Meßzelle 1 zur Messung von Kräf ten mittels ortsfest gelagertem Hebel 3 zur Einleitung der jeweiligen Meßlast 2. Der Hebel 3 überträgt die jeweilige Meßlast 2 auf ein elastisch verformbares Federgebilde 4. An dem Federgebilde 4 sind Meßwertaufnehmer 5 vorgesehen, welche die jeweilige Verformung des Federgebildes erfassen und in ein Meßsignal umwandeln. The figures show a measuring cell 1 for measuring Kräf th by means of a fixed lever 3 to initiate the respective measuring load 2nd The lever 3 transmits the respective measuring load 2 to an elastically deformable spring structure 4 . On the spring structure 4 , transducers 5 are provided, which detect the respective deformation of the spring structure and convert it into a measurement signal.
Die Meßzelle 1 sitzt innerhalb eines starren Gehäuses 9. Das Gehäuse 9 weist Vorrichtungen zur Befestigung am Maschi nengestell auf. Hierunter können beispielsweise Klemmvorrich tungen am Außenmantel des Gehäuses fallen. Gegebenenfalls können Anschraubflansche vorgesehen sein. Im gezeigten Aus führungsbeispiel ist am Gehäuseumfang ein umlaufendes Gewinde vorgesehen, welches über geeignete Paare von Spannmuttern ge genüber dem Maschinengestell 6 verschraubt wird.The measuring cell 1 sits within a rigid housing 9 . The housing 9 has devices for attachment to the machine frame. This can include, for example, clamping devices on the outer casing of the housing. If necessary, screw-on flanges can be provided. In the exemplary embodiment shown, a circumferential thread is provided on the circumference of the housing, which thread is screwed to the machine frame 6 via suitable pairs of clamping nuts.
Wesentlich ist nun, daß das Federgebilde 4 die Form ei ner flächigen Membran 7 hat. Die Membran 7 weist einen umlau fenden und in sich geschlossenen Rand 8 auf und ist mit die sem Rand 8 an den Innenumfang des Gehäuses 9 dicht angefügt und dort starr befestigt. Hierzu dient die dichte Befesti gungsfuge 10 zwischen dem Außenumfang des geschlossenen Ran des 8 und dem Innenumfang des Gehäuses 9. Zur Abdichtung des geschlossenen Randes am Gehäuse kann zum Beispiel Metall, Teflon, Kunststoff dienen. Gleichsam sind Metallringdichtun gen, Lötfugen, Klebefugen, Schweißnähte denkbar. Die Membran kann aber auch einstückig mit dem Anschlußbereich des Gehäu ses 9 hergestellt sein. Geeignete Fertigungsverfahren sind Stanzen, Fräsen, Drehen, Erodieren oder Verfahren aus der Mikromechanik.It is now essential that the spring structure 4 has the shape of a flat membrane 7 ner. The membrane 7 has a umlau fenden and self-contained edge 8 and is tightly attached to the inner periphery of the housing 9 with the sem edge 8 and rigidly attached there. For this purpose, the tight fastening joint 10 serves between the outer circumference of the closed rim 8 and the inner circumference of the housing 9 . Metal, Teflon, plastic, for example, can be used to seal the closed edge on the housing. Metal ring seals, solder joints, adhesive joints, weld seams are also conceivable. The membrane can also be made in one piece with the connection area of the housing 9 . Suitable manufacturing processes are stamping, milling, turning, eroding or processes from micromechanics.
Die Membran 7 erstreckt sich in Seitenansicht (siehe Fig. 1) im wesentlichen parallel und in Frontalansicht (siehe Fig. 2 bis 4) längs sowie quer zur Richtung der Meßlast 2, wo bei die Meßlast 2 von der eigentlichen Meßstelle an der Mem bran einen vorbestimmten Abstand 32 einnimmt. Dieser Abstand 32 ist wesentlich, da er eine S-förmige Auslenkung der Mem bran 7 bewirkt, deren Verformungen von den Meßwertaufnehmern 5 zu erfassen sind.The membrane 7 extends in side view (see Fig. 1) substantially parallel and in frontal view (see Fig. 2 to 4) lengthways and transversely to the direction of the measuring load 2 , where the measuring load 2 from the actual measuring point on the membrane bran takes a predetermined distance 32 . This distance 32 is essential since it causes an S-shaped deflection of the membrane 7 , the deformations of which are to be detected by the sensors 5 .
Zu einer Seite der Membran ist das Gehäuse 9 topfartig in sich geschlossen, so daß zwischen der Innenseite der Mem bran 7 und dem topfartigen Teil des Gehäuses 9 ein abge schlossener Hohlraum 11 entsteht. Der Hebel 3 zur Einleitung der Meßlast 2 ist starr im Zentrum der Membran 7 befestigt und ragt auf der anderen Seite der Membran 7 frei zugänglich in den Raum. An seinem freien Ende wird er von der Meßlast beaufschlagt. Zwischen dem Zentrum der Membran 7 und dem He bel 3 wird eine Verbindung über die Einspannstelle 12 ge schaffen, die nach Möglichkeit im Verhältnis zu den Meßzonen, an denen die Meßwerteaufnehmer 5 angebracht sind, biege- und verformungssteif ist.To one side of the membrane, the housing 9 is closed like a pot, so that a closed cavity 11 is formed between the inside of the membrane 7 and the pot-like part of the housing 9 . The lever 3 for introducing the measuring load 2 is rigidly fixed in the center of the membrane 7 and projects freely accessible on the other side of the membrane 7 in the room. At its free end, the measuring load acts on it. Between the center of the membrane 7 and the He bel 3 will create a connection via the clamping point 12 ge, which is if possible in relation to the measuring zones to which the transducers 5 are attached, is resistant to bending and deformation.
Durch die biege- und verformungssteife Verbindung zwi schen Hebel 3 und dem Zentrum der Membran 7 wird im wesentli chen die gesamte Meßlast 2 in entsprechende Verformungen der Membran 7 dort umgesetzt, wo auch die Meßwertaufnehmer 5 an gebracht sind.Due to the flexurally and deformation-resistant connection between the lever 3 and the center of the membrane 7 , the entire measuring load 2 is converted into corresponding deformations of the membrane 7 in wesentli, where the transducers 5 are brought to.
Wie Fig. 2 bis 4 zeigen, verläuft die Wirkungslinie 13 der Meßlast 2 im wesentlichen mittig durch das Zentrum der Membran 7. Eine hierzu quer liegende Querlinie 14 kann einem zusätzlichen Meßwertabgriff dienlich sein, da auch hier eine genau definierte Verformung erfolgen wird.As shown in FIGS. 2 to 4, the line of action 13 of the measuring load 2 runs essentially centrally through the center of the membrane 7 . A transverse line 14 lying transversely to this can be useful for an additional measured value tap, since a precisely defined deformation will also take place here.
Während nämlich die Bereiche ober- und unterhalb der Kraftangriffsstelle im wesentlichen eine S-förmige Verbiegung erfahren, erfolgt um den Bereich der Querlinie 14 herum eine Torsion, die mit geeignet orientierten Meßwertaufnehmern ab gegriffen werden kann.Namely, while the areas above and below the force application point experience an S-shaped bend, there is a torsion around the area of the transverse line 14 , which can be gripped with suitably oriented transducers.
Zweckmäßigerweise verläuft die Mittellinie des Hebels 13 durch den Schnittpunkt 15 zwischen der Wirkungslinie 13 der Meßlast und der Querlinie 14, da auf diese Weise definierte Angriffs- und Verformungsverhältnisse vorliegen.The center line of the lever 13 expediently runs through the point of intersection 15 between the action line 13 of the measuring load and the transverse line 14 , since defined attack and deformation conditions are present in this way.
Zusätzlich zeigen die Fig. 1 und 5 die Anordnung der Meß wertaufnehmer 5 auf der dem Topfinneren zugewandten Fläche der Membran 7. Da zwischen der Membran 7 und dem Innenumfang des Topfs eine dichte Fuge besteht, bleiben schädliche Sprüh nebel und so weiter außerhalb der Meßwertaufnehmer. Die Mem bran dient daher neben einer Abgriffsmöglichkeit für die Meß werte zusätzlich auch der Abdichtung der Meßwertaufnehmer ge gen die Umgebung.In addition, FIGS . 1 and 5 show the arrangement of the transducers 5 on the surface of the membrane 7 facing the interior of the pot. Since there is a tight joint between the membrane 7 and the inner circumference of the pot, harmful spray mist and so on remain outside the transducer. The Mem bran therefore serves in addition to a tap for the measured values also the sealing of the transducers ge against the environment.
Weiterhin zeigen die Fig. 2 bis 4 in Frontalansicht, daß die Meßwertaufnehmer 5 auf einer Parallelen zur Wirkungslinie 13 der Meßlast liegen und paarweise zu beiden Seiten des He bels 3 angeordnet sind. Zusätzlich können Torsionsmeßstreifen auf der Querlinie 14 vorgesehen sein, die quer zu der Paral lelen zur Wirkungslinie der Meßlast orientiert ist. Auch in diesem Fall sollten die Meßwertaufnehmer paarweise zu beiden Seiten des Hebels vorgesehen sein.Furthermore, the Fig. 2 to 4 show in front view, that the sensors 5 are on a line parallel to the line of action 13 of the measuring load and are arranged in pairs on both sides of the He bels. 3 In addition, torsion measuring strips can be provided on the transverse line 14 , which is oriented transversely to the parallel to the line of action of the measuring load. In this case too, the transducers should be provided in pairs on both sides of the lever.
Obwohl die Grundrißform der Membran 7 beliebig wählbar ist, werden insbesondere punktsymmetrische Formen bevorzugt. Hierzu zählen insbesondere die quadratische Grundrißform und die kreisrunde Grundrißform gemäß Fig. 3. Letztere bietet den zusätzlichen Vorteil der relativ einfachen Herstellung auf einer Drehbank. Gleichwohl kommen aber auch elliptische oder rautenförmige Grundrißformen ohne weiteres in Betracht.Although the outline shape of the membrane 7 can be selected as desired, point-symmetrical shapes are particularly preferred. These include in particular the square outline shape and the circular outline shape according to FIG. 3. The latter offers the additional advantage of being relatively simple to manufacture on a lathe. Nonetheless, elliptical or diamond-shaped floor plans are also easily considered.
Ergänzend hierzu zeigen die Fig. 1 und 5, daß der Hebel 3 die Membran 7 durchstößt und mit einem zweiten Hebelende 16 bis kurz vor den Boden 17 des Topfs verläuft, diesen jedoch nicht berührt. Dieser Fall ist in Fig. 1 gezeigt. Dort ist das zweite Hebelende 16 innerhalb gewisser Grenzen frei beweg lich. Abweichend hiervon zeigt Fig. 5 einen Ausführungsfall, bei welchem das zweite Hebelende gegenüber dem Boden 17 des Topfs eingespannt ist. Dort ist ergänzend eine Biegezone 30 zwischen der endseitigen Festlegung 29 und der Membran 7 vor gesehen. Diese Biegezone dient der Aufnahme geeigneter Meß wertaufnehmer 31, so daß zusätzlich die dort anliegenden Ver formungen abgegriffen und ausgewertet werden können. In addition to this, FIGS. 1 and 5 show that the lever 3 pierces the membrane 7 and extends with a second lever end 16 to just before the bottom 17 of the pot, but does not touch it. This case is shown in Fig. 1. There, the second lever end 16 is freely movable within certain limits. 5 Notwithstanding the above, FIG. An exemplary case in which the second lever end opposite the bottom 17 of the pot is clamped. There is also a bending zone 30 between the end 29 and the membrane 7 seen before. This bending zone serves to accommodate suitable transducers 31 , so that the deformations present there can also be tapped and evaluated.
Ergänzend zum gezeigten Ausführungsfall läßt sich die endseitige Festlegung auch als feste Einspannung ausbilden. In diesem Falle würde im Bereich der Biegezone 30 ein Wende punkt entstehen, an welchem die Krümmung des zweiten Hebelen des 16 die Richtung wechselt. Es würde sich demnach ein zu mindest im wesentlichen S-förmig gekrümmter Biegebalken aus bilden.In addition to the embodiment shown, the end fixing can also be designed as a fixed clamping. In this case, a turning point would arise in the region of the bending zone 30 , at which the curvature of the second lever of the 16 changes direction. It would accordingly form an at least substantially S-shaped curved beam.
Ergänzend hierzu zeigt Fig. 1 einen gehäusefesten An schlag 18, der im Umgebungsbereich des bodenseitigen Endes des Hebels 3 vorgesehen ist. Der gehäusefeste Anschlag um fasst das zweite Hebelende 16 mit einem vorgegebenen Abstand, so daß für das zweite Hebelende 16 ein freier Bewegungsbe reich 19 entsteht.In addition to this, FIG. 1 shows a housing-fixed stop 18 , which is provided in the vicinity of the bottom end of the lever 3 . The fixed stop to the second lever end 16 with a predetermined distance, so that for the second lever end 16 a free Bewegungsbe rich 19 is created.
Innerhalb dieses Bewegungsbereichs 19 kann das zweite Hebelende 16 frei bewegt werden. Der Bewegungsbereich 19 wird bestimmt durch den Abstand, der zwischen dem Außenumfang des zweiten Hebelendes 16 und dem Innenumfang des gehäusefesten Anschlags 18 entsteht.The second lever end 16 can be moved freely within this movement range 19 . The range of motion 19 is determined by the distance that arises between the outer circumference of the second lever end 16 and the inner circumference of the stop 18 fixed to the housing.
Dieser Abstand ist so begrenzt, daß ein Anstoß des bo denseitigen Endes des Hebels noch während der elastischen Membranverformung erfolgt.This distance is so limited that the bo the end of the lever still during the elastic Membrane deformation takes place.
Für diesen Fall dient der Anschlag 18 als Überlastbe grenzer zur Vermeidung von Verformungen an der Meßzelle 1, die zu deren Zerstörung führen würden.In this case, the stop 18 serves as an overload limiter to avoid deformations on the measuring cell 1 , which would lead to their destruction.
Zusätzlich kann dieser Abstand, der sich naturgemäß bei Beaufschlagung des Hebels 3 zeitlich ändert, zum Beispiel durch ein kapazitives oder induktives Meßverfahren abgegrif fen werden. Der jeweils aktuelle Abstand ist daher auch ein Maß für die jeweils auf die Meßzelle 1 wirkende Kraft. In addition, this distance, which naturally changes over time when the lever 3 is acted upon, can be tapped, for example, by a capacitive or inductive measuring method. The current distance is therefore also a measure of the force acting on the measuring cell 1 .
Ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, die Meßwerte über eine drahtlose Funkverbindung aus dem Innenraum der Meßzelle 1 nach außen zu führen. Hierzu soll im Innenraum ein Sender 20 vorgesehen sein, der über entsprechende Verbindungsleitun gen von den Meßwertaufnehmern 5 beziehungsweise 31 beauf schlagt wird. Über einen Außenorts angeordneten Empfänger 21 werden die vom Sender 20 übermittelten Signale an eine Aus werteschaltung weitergereicht.In addition to this, provision can be made for the measured values to be conducted from the interior of the measuring cell 1 to the outside via a wireless radio connection. For this purpose, a transmitter 20 is to be provided in the interior, which is suggested by corresponding transducer lines gene from the transducers 5 and 31, respectively. The signals transmitted by the transmitter 20 are passed on to an evaluation circuit via an external receiver 21 .
Das topfartige Gehäuse kann zweckmäßigerweise mit einer Füllung 22 versehen sein. Hierunter ist zum Beispiel ein in nertes Schutzgas zu verstehen. Durch derartige Füllung läßt sich das Eintreten dekontaminierender atmosphärischer Be standteile zuverlässig unterbinden.The pot-like housing can expediently be provided with a filling 22 . This includes, for example, an inert shielding gas. Such filling can reliably prevent the occurrence of decontaminating atmospheric constituents.
Darüberhinaus kann auch eine Füllung 22 mit dämpfenden Eigenschaften eingefüllt sein. Hierunter sind zum Beispiel hochviskose Öle, zum Beispiel Silikonöle zu verstehen.In addition, a filling 22 with damping properties can also be filled. These include, for example, highly viscous oils, for example silicone oils.
Da bei Beaufschlagung der Membran 7 stets auch eine ge wisse Verdrängung der eingefüllten Dämpfungsflüssigkeit er folgt, läßt sich durch entsprechende Auswahl der Flüssigkeit eine definierte Dämpfung beziehungsweise ein definierter Fre quenzgang einstellen.Since, when the diaphragm 7 is always acted on, a certain displacement of the filled damping liquid is also followed, a defined damping or a defined frequency response can be set by appropriate selection of the liquid.
Durch Anordnung von Dämpfungsvorsprüngen 23, die zusam men mit dem Hebel 3 bewegt werden und die in die jeweilige Dämpfungsflüssigkeit eintauchen, kann eine zusätzliche Dämp fung erzielt werden. Der Dämpfungsgrad kann weiter gesteigert werden durch Verwendung einer zusätzlichen Dämpfungswand 24, die in den Innenraum des Gehäuses 9 eingepasst ist. Die Dämp fungswand verfügt über Perforationen, um der eingeschlossenen Dämpfungsflüssigkeit eine erheblich behinderte Strömung in nerhalb des Innenraums zu erlauben. By arranging damping projections 23 which are moved together with the lever 3 and which are immersed in the respective damping liquid, an additional damping can be achieved. The degree of damping can be further increased by using an additional damping wall 24 which is fitted into the interior of the housing 9 . The damping wall has perforations to allow the enclosed damping fluid to have a considerably restricted flow inside the interior.
Ergänzend zeigen die Figuren Membranen 7, bei denen der in sich geschlossene Rand 25 erhebliche Materialanhäufungen aufweist und der Zentralbereich ebenfalls, wobei zwischen Rand 25 und Zentrum 26 sehr dünne Meßzonen 27 vorgesehen sind, an denen die federelastische Verformung abgegriffen wird.In addition, the figures show membranes 7 , in which the self-contained edge 25 has considerable material accumulations and the central area as well, with very thin measuring zones 27 being provided between the edge 25 and the center 26 , from which the resilient deformation is picked up.
Während also die Materialanhäufungen im wesentlichen im Randbereich und im Zentrum der Membranen 7 vorgesehen sind, sind die dazwischen liegenden Zonen praktisch nur millimeter dünn oder geringer, so daß die insbesondere bei Textilmaschi nen auftretenden kleinen Kräfte hochdynamisch erfasst werden können. Bei derartiger Membrangestaltung treten parasitäre Verformungen praktisch nicht auf.So while the material accumulations are essentially provided in the edge area and in the center of the membranes 7 , the zones in between are practically only millimeters thin or less, so that the small forces occurring in particular with textile machines can be detected highly dynamically. With such a membrane design, parasitic deformations practically do not occur.
Ergänzend hierzu zeigt Fig. 4 eine Membran, die an je weils zwei sich gegenüberliegenden Stellen abgeflacht ist, wobei die Verbindungslinien der sich jeweils gegenüberliegen den Abflachungen zueinander senkrecht stehen.In addition to this, FIG. 4 shows a membrane which is flattened at two opposing locations, the connecting lines of the opposing flattenings being perpendicular to one another.
Hierbei dienen die Abflachungen 28 der ortsfesten Ein spannung der Membran 7 über einen relativ breiten Längsbe reich, so daß auch außerhalb der Symmetrielinie, die parallel zur Wirkungslinie der Meßlast liegt, zuverlässig vorhersagba re Membranverformungen entstehen.Here, the flattened portions 28 serve as the fixed tension of the membrane 7 over a relatively wide longitudinal area, so that even outside the line of symmetry, which is parallel to the line of action of the measuring load, reliably predictable membrane deformations occur.
Ergänzend hierzu zeigen die Fig. 2 bis 4 in gestrichelter Form Membranen, bei denen der umlaufende Rand 25 über hoch kant und quer verlaufende Meßzonen verbunden ist. Die jeweils nicht mit Meßwertaufnehmern 5 besetzten Felder sind an dem Meßergebnissen nicht beteiligt und dienen insbesondere nur der Abdichtung einerseits und der versteifenden Aufhängung der horizontal und vertikal gelagerten Meßstreifen.In addition to this, FIGS. 2 to 4 show in dashed form membranes in which the circumferential edge 25 is connected via measuring elements which run vertically and transversely. The fields not occupied by transducers 5 are not involved in the measurement results and in particular only serve to seal on the one hand and to stiffen the horizontally and vertically mounted measuring strips.
Wie diesen Figuren zu entnehmen ist, lassen sich die Meßwertaufnehmer 5 auf zwei zueinander senkrechten Achsen auf der Membran anordnen, damit zeitgleich eine Messung in beiden Achsen durchgeführt werden kann. Derartige Maßnahmen bieten den Vorteil, daß mit der Messung der jeweils aktuellen Meß last auch Aussagen zum Beispiel über den Reibwert am An griffspunkt der Meßlast 2 getroffen werden können.As can be seen from these figures, the transducers 5 can be arranged on two mutually perpendicular axes on the membrane, so that a measurement can be carried out simultaneously in both axes. Such measures have the advantage that, with the measurement of the current measurement load, statements can also be made, for example, about the coefficient of friction at the measurement point 2 .
Derartiger Sensor bietet den zusätzlichen Vorteil, daß er um seine Zentralachse herum ausgewuchtet werden kann. Hierdurch läßt sich derartiger Sensor auch ohne weiteres im rotierenden Bereich einsetzen. Sieht man das Auswuchtgewicht im Innenraum des Sensors vor, kann dies zusätzlich als über lastbegrenzender Anschlag dienen.Such a sensor has the additional advantage that it can be balanced around its central axis. As a result, such a sensor can also be easily installed in the Insert the rotating area. You can see the balance weight in the interior of the sensor before, this can also be considered as over serve to limit the load.
Die vorliegende Erfindung bietet daher insgesamt den Vorteil, derartige Sensoren mit sehr kleiner Nennmeßkraft hermetisch dicht auszuführen und dabei trotzdem sehr kompakt zu gestalten. Da die Meßzelle mit Ausnahme der Meßzonen 27 insgesamt sehr biege- und verformungssteif ausgeführt werden kann, weisen derartige Sensoren auch eine sehr hohe System eigenfrequenz auf und eignen sich deshalb insbesondere auch für Messungen im hochdynamischen Bereich, zum Beispiel bei schnell laufenden Kunststoffäden (10 000 m pro Minute und mehr) an Spinnereimaschinen. Overall, the present invention therefore offers the advantage of making such sensors hermetically sealed with a very small nominal measuring force and still making them very compact. Since the measuring cell with the exception of the measuring zones 27 can be designed to be very resistant to bending and deformation, sensors of this type also have a very high system natural frequency and are therefore particularly suitable for measurements in the highly dynamic range, for example for fast-running plastic threads (10,000 m per minute and more) on spinning machines.
11
Meßzelle
Measuring cell
22nd
Meßlast
Measuring load
33rd
Hebel
lever
44th
Federgebilde
Feather structures
55
Meßwertaufnehmer
Sensor
66
Maschinengestell
Machine frame
77
Membran
membrane
88th
geschlossener Rand
closed edge
99
Gehäuse
casing
1010th
dichte Befestigungsfuge
tight fastening joint
1111
abgeschlossener Hohlraum
closed cavity
1212th
Einspannstelle des Hebels
Clamping point of the lever
1313
Wirkungslinie der Meßlast
Line of action of the measuring load
1414
Querlinie zur Wirkungslinie
Cross line to the line of action
1515
Schnittpunkt zwischen Wirkungslinie und Querlinie
Intersection between line of action and cross line
1616
zweites Hebelende
second lever end
1717th
Boden des Topfs
Bottom of the pot
1818th
gehäusefester Anschlag
Fixed stop
1919th
Bewegungsbereich
Range of motion
2020th
Sender
Channel
2121
Empfänger
receiver
2222
Füllung
filling
2323
Dämpfungsvorsprung
Damping advantage
2424th
zusätzliche Dämpfungswand
additional damping wall
2525th
Rand
edge
2626
Zentrum
center
2727
Meßzone
Measuring zone
2828
Abflachung
Flattening
2929
endseitige Festlegung
end determination
3030th
Biegezone
Bending zone
3131
Meßwertaufnehmer in der Biegezone
Sensor in the bending zone
3232
Abstand
distance
Claims (19)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924738A DE19924738A1 (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Load cell, especially for measuring yarn tension, uses a lever attached to a diaphragm which seals a housing containing sensors and damping fluid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924738A DE19924738A1 (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Load cell, especially for measuring yarn tension, uses a lever attached to a diaphragm which seals a housing containing sensors and damping fluid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19924738A1 true DE19924738A1 (en) | 2000-12-07 |
Family
ID=7909650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19924738A1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-05-31 DE DE19924738A patent/DE19924738A1/en not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
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