DE2350037A1

DE2350037A1 - Mechanical force measurement equipment - uses curved rod as measuring tool

Info

Publication number: DE2350037A1
Application number: DE19732350037
Authority: DE
Inventors: Andreas Jaudt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1973-10-05
Publication date: 1975-04-17

Abstract

The force measuring equipment has a curved rod which bends when a force is exerted at one end. The rod contains markings along its length which are used to measure the degree of force applied. A reference plate, is used and the movement of the markings on the rod over the plate and therefore force can be calculated. A plunger connects the load to the flexible rod, which is supported at its ends in a casing and may be straight when unloaded. The plunger has spherical surfaces seating on matching surfaces on the centre portion of the rod. A rubber grommet round the plunger prevents ingress of moisture into the inside of the casing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßdose mit Ri.egG-körper und daran angebrachten Dehnungsmeßstreifen.The invention relates to a load cell with a Ri.egG body and attached strain gauges.

Kraftmeßdosen dieser Art werden überall dort verwendet, wo Kräfte (Gewichte) möglichst weglos elektrisch angezeigt werden sollen, so beispielsweise bei Bodenwaagen, zur Füllstandsanzeige bei Silos und bei vielem anderen mehr. Ihr Prinzip beruht darauf, daß zu messende Kraft einen Körper verformt (z.B. biegt). Die Verformung wird mit einem oder mehreren Dehnungsmeßstreifen, die auf dem Körper angebracht sind, durch Veränderung deren elektrischen Widerstands nachgewiesen.Load cells of this type are used everywhere where forces (weights) should be displayed electrically with as little displacement as possible, for example with floor scales, for level indicators in silos and much more. Its principle is based on the fact that to be measured Force deforms a body (e.g. bends). The deformation is measured with one or more strain gauges, that are attached to the body are detected by changing their electrical resistance.

Der Kraftbereich, den eine bestimmte Kraftmeßdose zu erfassen vermag, hängt demnach von der Verformbarkeit des genannten Körpers ab, im Falle der BiegungThe range of forces that a given load cell able to grasp, therefore depends on the deformability of the body mentioned, in the case of bending

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also von dessen Biegemoment. Dieses ist wiederum- eine Funktion des Querschnitts des Biegekörpers. Um Kraftmeßdosen mit verschiedensten Meßbereichen anbieten zu können, war es deshalb bisher erforderlich, Biegekörper mit verschiedensten Dimensionierungen zu verwenden, ßs bedarf keiner näheren Erläuterung, daß dies herstellungstechnisch und lagermäßig außerordentlich aufwendig ist.thus from its bending moment. This in turn is one Function of the cross section of the flexure. To offer load cells with various measuring ranges to be able to, it was therefore necessary to use flexible bodies to use with various dimensions, ßs does not need any further explanation that this is extraordinary in terms of production technology and storage is expensive.

Die vorliegende Erfindung hat eine Kraftmeßdose zum Ziel, die unter Verwendung ein und desselben Biegekörpers gestattet, den Meßbereich in weiten Grenzen zu variieren. Es ist bereits bekannt, zu diesem Zwecke platten- oder blechartige Biegekörper zu verwenden, deren Aufriß sich von einem zum anderen Ende verjüngt. Die Kraft wird atf das schmale Ende aufgebracht. Der Meßbereich wird nun dadurch bestimmt, an welcher Stelle zwischen dem schmalen und dem breiten Ende der Biegekörper eingespannt wird. Dieser bekannte Biegekörper läßt sich jedoch nur für verhältnismäßig geringe Kräfte verwenden. Werden für größere Kräfte höhere Anforderungen an Genauigkeit, Linearität und Fehlerfreiheit in der Kraftaufnahme gestellt, ist die bekannte Vorrichtung ungeeignet.The present invention has a load cell to the goal, which allows using one and the same bending body, the measuring range within wide limits to vary. It is already known to use plate-like or sheet-like bending bodies for this purpose, whose elevation tapers from one end to the other. The force is applied at the narrow end. The measuring range is now determined by the point between the narrow and the wide The end of the bending body is clamped. However, this known bending body can only be used relatively use small forces. For larger forces, higher demands are placed on accuracy and linearity and if the force absorption is correct, the known device is unsuitable.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Lösung des geschilderten Problems darin, daß der Biegekörper besitztAccording to the present invention, the solution to the problem is that the bending body owns

ein Mittelstück, das zu seiner Längsachse rotationssymmetrisch ist und in welches die Kraft im wesentlichen senkrecht eingeleitet wird,a center piece which is rotationally symmetrical to its longitudinal axis and in which the force is essentially is introduced vertically,

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am MitteIstuck anschließende und an den Enden gelagerte Seitenstücke mit einem Querschnitt, der bezüglich verschiedener Achsen verschiedene Biegemomente besitzt,at the middle and at the ends Supported side pieces with a cross-section that has different bending moments with respect to different axes owns,

wobei der Biegekörper um seine Längsachse drehbar ist und so der Kraft ein Biegemoment bietet, das von der Winkelstellung der Drehung abhängt.The bending body can be rotated around its longitudinal axis and thus offers the force a bending moment, which depends on the angular position of the rotation.

Ein geeigneter Querschnitt für den Biegekörper ist beispielsweise ein Rechteck.A suitable cross section for the bending body is, for example, a rectangle.

Um zu vermeiden, daß Querkomponenten der Kraft zu Meßfehlern führen, wird die Kraft im Mittelstück zweckmäßigerweise über ein Kugelgelenk eingeführt.In order to avoid that transverse components of the force lead to measurement errors, the force in the middle section expediently introduced via a ball joint.

Zur Kompensation einer Vorlast, etwa des Leergewichts eines Behälters, kann eine Federvorrichtung vorgesehen sein, welche den Biegekörper unter eine entsprechende Vorspannung setzt.A spring device can be used to compensate for a preload, for example the empty weight of a container be provided, which sets the bending body under a corresponding bias.

Die Lagerung des Biegekörpers erfolgt zweckmäßigerweise durch Rollenlager.The bending body is expediently supported by roller bearings.

Die Erfindung wird nun genauer anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben;The invention will now be explained in more detail with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing described;

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Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Seitenansicht der Kraftmeßdose, teilweise im Schnitt;Fig. 1 is a side view of the load cell, partly in section;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kraftmeßdose, wobei in der rechten Hälfte das obere Gehäuseteil teilweise abgenommen ist (teilweise außerdem im Schnitt);Fig. 2 is a plan view of the load cell, wherein in the right half the upper housing part is partially removed (partially also in section);

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 um 90 verdrehte Seitenansicht, teilweise im Schnitt;FIG. 3 is rotated by 90 relative to FIG. 1 Side view, partly in section;

Fig. h einen Schnitt durch ein Lager des Biegekörpers gemäß Linie A-B von Fig. 2.FIG. H shows a section through a bearing of the bending body according to line AB of FIG. 2.

Wie Fig. 1 zeigt, besitzt die Kraftmeßdose ein Gehäuse 1, durch dessen Öffnung 2 über einen Stempel 3 die zu messende Kraft eingeführt wird. Am unteren Stempelende ist eine Kugelkalotte k ausgebildet. Diese umgreift nach Art eines Kugelgelenks das kugelförmige Mittelstück 5 des Biegekörpers. Dadurch ist sichergestellt, daß die Kraft auch dann zentral in den ßiegekörper eingeleitet wird, wenn sie Querkomponenten besitzt.As FIG. 1 shows, the load cell has a housing 1, through the opening 2 of which the force to be measured is introduced via a punch 3. A spherical cap k is formed at the lower end of the punch. This engages around the spherical center piece 5 of the bending body in the manner of a ball joint. This ensures that the force is also introduced centrally into the bending body when it has transverse components.

Um die.Öffnung 2 abzuschließen, besitzt der Stempel 3 einen Kragen 6, an dem sich eine elastische Manschette 7» bexspxelsweise aus Gummi oder Kunststoff befindet.To close the opening 2, the stamp has 3 a collar 6 on which there is an elastic sleeve 7, for example made of rubber or plastic is located.

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Zu beiden Seiten des kugelförmigen Mittelteils^ schließen sich die Seitenstücke S des Biegekörpers an. Diese Seitenstücke haben etwa rechteckigen Querschnitt, wie aus dem Vergleich der Figuren 1 und 2 sowie insbesondere aus Fig. 4 zu entnehmen ist. Auf diesen Seitenstücken 8 sind in bekannter Weise die Meßstreifen angebracht (nicht gezeigt). Sie reagieren auf die Durchbiegung dieser Seitenstücke mit einer Veränderung ihres elektrischen Widerstands. Zur Vermeidung von Korrosion und Feuchtigkeit, die Lebensdauer und Anzeigegenauiglceit beeinträchtigen, befinden sich die Dehnungsmeßstreifen in Schutzgasgefüllten, flexiblen Kammern, beispielsweise aus Tombakschlauch. Die lage dieser Kammern ist durch die strichpunktierte Linie 9 in etwa angedeutet.On both sides of the spherical middle part ^ join the side pieces S of the bending body. These side pieces have an approximately rectangular cross-section, as can be seen from the comparison of FIGS. 1 and 2 and in particular from FIG. on these side pieces 8, the measuring strips are attached in a known manner (not shown). they react on the deflection of these side pieces with a change in their electrical resistance. To avoid corrosion and moisture, which impair the service life and display accuracy, are the strain gauges in inert gas filled, flexible chambers, for example made of tombac tubing. The location of these chambers is through the dash-dotted line 9 roughly indicated.

Der Biegekörper ist an beiden Enden in Rollenlagern 11 gehaltert. Diese umschließen, wie Fig. 4 zeigt, den Querschnitt des Biegekörpers derart mit Rollen 12, daß ein seitliches Ausweichen unmöglich ist, erlaubt dagegen eine Bewegung des BiegekörpersThe bending body is held in roller bearings 11 at both ends. These enclose, as in FIG. 4 shows the cross-section of the bending body with rollers 12 in such a way that lateral evasion is impossible is, on the other hand, allows the flexure to move

istis

in Längsrichtung. Jedes Rollenlager 11/Seinerseits in einem aufgeschraubten Gehäuseteil 13 befestigt. Löst man auf beiden Seiten der Kraftmeßdose die Madenschrauben l4, so können die Rollenlager 11 mitsamt dem Biegekörper um dessen Längsachse gedreht werden. Dabei gleitet das rotationssymmetrische Mittelstück 5 des Biegekörpers in der Kugelkalotte am Stempel J. longitudinal. Each roller bearing 11 / itself is fastened in a screwed-on housing part 13. If the grub screws 14 are loosened on both sides of the load cell, the roller bearings 11 can be rotated together with the bending body about its longitudinal axis. The rotationally symmetrical center piece 5 of the bending body slides in the spherical cap on the punch J.

Dadurch können die Seitenstücke 8 des Biegekörpers mit ihrem Querschnitt so gegen die aufgenom-As a result, the cross-section of the side pieces 8 of the bending body can counteract the received

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mene Kraft ausgerichtet werden, daß - im Extremfall - entweder um die kurze oder um die lange Rechteckseite gebogen wird (selbstverständlich sind alle Zwischenstellungen möglich). Dadurch ergeben sich für denselben Biegekörper je nach Ausrichtung verschiedene Biegemomente. Unter Verwendung desselben Biegekörpers kann ein und dieselbe Kraftmeßdose innerhalb weiter Grenzen in ihrem Meßbereich variiert werden.Mene force be aligned that - in the extreme case - either around the short or the long Rectangular side is bent (of course, all intermediate positions are possible). Result from this There are different bending moments for the same bending body depending on the orientation. Using the same Flexural body can be one and the same load cell within wide limits in its measuring range can be varied.

Häufig ist es zweckmäßig, eine Vorrichtung vorzusehen, mit der eine konstante Vorlast, z.B. das Eigengewicht eines Behälters, kompensiert werden kann. Im vorliegenden Beispiel sind dazu am Unterteil 4 des Stempels 3 über Platten 15 zwei Kammern l8 befestigt. In diesen befinden sich jeweils zwei zwischen Federn (strichpunktiert angedeutet) gespannte Endstücke l6. Durch Öffnungen 17 in den Kammern l8 können Schrauben 19 gegen eines der Endstücke gedreht und damit die Federn gespannt werden. Auf diese Weise läßt sich der Biegekörper je nach Bedarf vorbelasten.It is often useful to provide a device with which a constant preload, e.g. Dead weight of a container, can be compensated. In the present example, this is done on the lower part 4 of the stamp 3 via plates 15 two chambers l8 attached. There are two in each of these between springs (indicated by dash-dotted lines) tensioned end pieces l6. Through openings 17 in the Chambers l8 screws 19 can be turned against one of the end pieces and thus the springs are tensioned. In this way, the bending body can be preloaded as required.

Um die Durchbiegung des Biegekörpers zu begrenzen und damit die Kraftmeßdose, insbesondere die Dehnungsmeßstreifen, vor einer Überlastung zu schützen, wird die Überlastsicherung 20 so weit gegen die Kammer l8 geschraubt, daß sich bei Nennlast diese beiden. Teile berühren.In order to limit the deflection of the bending body and thus the load cell, especially the To protect strain gauges from overload, the overload protection device 20 is so far against the chamber l8 screwed so that these two. Touching parts.

- 7 Ansprüche - 7 claims

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Claims

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Expectations

1.) Load cell with bending body and attached strain gauges, thereby marking g e t that the flexure has

a center piece (5) i which is rotationally symmetrical to its longitudinal axis and in which the Force introduced essentially vertically will,

side pieces (8) adjoining the middle piece (5) and mounted at the ends with a cross-section, which is different with respect to different axes Has moments of resistance,

the bending body can be rotated around its longitudinal axis and thus offers the force a moment of resistance, which depends on the angular position of the rotation.

2. Load cell according to claim 1, characterized in that the cross section of the side pieces (8) approximately or exactly rectangular is.

3 · load cell according to claim 1 or 2, characterized in that the force is introduced via a punch (3) which has a spherical cap (4) at one end, which cooperates in an articulated manner with a spherical center piece (5).

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Load cell according to one or more of the claims 1 to 3 j characterized in that the side pieces (8) at their free Ends in roller bearings (H) are held, the cross section of the side pieces (8) on all sides is comprised of rollers (12), whereby a deflection of the side pieces perpendicular to them Longitudinal axis is prevented.

5. Load cell according to one or more of the claims 1 to 4, thereby marked chn e t that to compensate for a constant preload on the punch (3) spring devices are attached are.

6. Load cell according to one or more of claims 1 to 5i thereby marked chnet, that the chamber l8 comes into contact with the overload protection device 20 at nominal load.

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