DE2729064C2

DE2729064C2 - Symmetrische flache Kraftmeßzelle

Info

Publication number: DE2729064C2
Application number: DE2729064A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 2081 Ellerbeck Bethe
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1977-06-28
Filing date: 1977-06-28
Publication date: 1985-04-11
Also published as: US4146864A; FR2396278A1; FR2396278B1; DE2729064A1; JPS5942812B2; GB2000597A; GB2000597B; JPS5412875A

Description

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3. Kraftmeßzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement (7) aus Bronze oder Messing besteht

4. Kraftmeßzelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement (7) ein aus einer Anzahl in einem Käfig laufender Kugeln bestehender Ring ist

5. Kraftmfteelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Kraftübertragungselement (7) ein Ring mit auf de» Kreispfattenfedern (1 und 2) kreislinienförmiger Auflagefläche ist

6. Kraftmeßzelle nach einem Jer vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kreisplattenfedern (1 und 2) durch einen an ihrem Umfang angebrachten elastischen Mantel (8) zusammengehalten sind.

Die Erfindung betrifft eine flache Kraftmeßzelle mit zentrisch liegendem Krafteinleitungspunkt und axialsymmetrischer Kreisplattenfeder, die eine über den Radius variable Dicke und einen verstärkten Randbereich aufweist, deren eine Seite im wesentlichen flach und deren andere profiliert ist. wobei an den Punkten größter Dehnung bzw. Stauchung Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind.

Aus der DE-AS 11 29 317 ist eine flache Kraftmeßzelle dieser Art mit axialsymmetrischer Kreisplattenfeder und zentraler Krafteinleitung bekannt, deren Abstützung gegen eine Unterlage durch drei um 120° versetzte und am verstärkten und damit biegesteifen Randbereich der Kreisplattenfeder angreifende Schraubbolzen erfolgt. Der biegesteife Randbereich hat die Aufgabe, die bei Kraftmeßzellen beobachtete Hysterese, die Nichtlinearitäten sowie den Temperaturgang (C. Rohrbach, Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, VD!-Verlag, Düsseldorf) zu begrenzen, die ihrerseits durch die bei Belastungswechscl der Kraftmeßzcllc auftretende Relativbewegung zwischen Schraubbolzen und Unterlage und den damit erzeugten Reibungsverlusten entstehen. Diese radiale Ausweichbewegung des Randbereiches der Kreisplattenfeder bzw. der Schraubbolzen tritt um so stärker auf, je kleiner der Radius der Kreisplattenfeder bei sonst gleichen Abmessungen ist und läßt sich selbst durch stark dimensionierte Außenränder nicht beseitigen. Hysterese, Nichtlinearitäten und Temperaturgang nehmen, da bei BeIa- stungswechsel zwischen Schraubbolzen und Unterlage Gleitreibung auftritt relativ große Werte aufgrund der erzeugten Reibungsverluste an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei bekannten Kraftmeßzellen dieser Art beobichteten

ίο Reibungsverluste infolge auftretender Gleitreibung weitestgehend zu beseitigen und die Empfindlichkeit flacher Kraftmeßzellen zu steigern·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine zweite in ähnlicher Weise ausgebildete Kreis plattenfeder koaxial so gegenüber der ersten angeord net ist daß ihre im wesentlichen flachen Seiten einander zugewandt sind und daß zwischen ihren verstärkt ausgebildeten Randbereichen ein ringförmiges, elastisches Kraftübertragungselement angeordnet ist

Hierdurch wird erreicht daß bei Belastung während der nach außen gerichteten Bewegung der auf dem Kraftübertragungselement liegenden flachen Seiten der beiden Kreisplattenfedern zwischen diesen keine radiale Relativbewegung auftritt und daß bei gleichzeitiger Dehnung des elastischen Kraftübertragungselementes nach außen die Kreisplattenfedern auf diesem abrollen. Zwischen den Krel· plattenfedern und dem Kraftübertragungselement tritt somit im wesentlichen nur noch Rollreibung auf, so daß die Kraftübertragung zwischen beiden Kreisplattenfedern praktisch reibungsfrei erfolgt und Hysterese, Nichtlinearitäten und Temperaturgang so verringert werden, daß eine Präzisionsausführung flacher Kraftmeßzellen möglich ist Vorzugsweise besteht: das Kraftübertragungselement aus einem Mc- tall oder einer Metallegierung mit einem Elastizitätsmodul zwischen 1,0 ■ 10" und 2.5 · ICkpcm², z.B. aus Bronze oder Messing.

Das Kraftübertragungselement kann ein aus einer Anzahl in einem Käfig laufender Kugeln bestehender Ring oder vorzugsweise ein Ring mit auf den Kreisplattenfedern kreislinienförmiger Auflagefläche sein.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die beiden Kreisplattenfedern durch einen an ihrem Umfang angebrachten elastischen Mantel zusammengehalten, der eine freie Bewegung der Randbereiche der Kreisplattenfedern ermöglicht.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine Krafimeß-

bo zelle.

Die flache Kraftmeßzelle besitzt zwei axialsymmetrische Kreisplattenfedern 1 und 2 mit im wesentlichen gleichen geometrischen Abmessungen, die koaxial so zueinander angeordnet sind, daß ihre flachen Seiten cinander gegenüberliegen.

Die bei Druckbelastung der Kraftmeßzelle in l'feilrichtung P wirkende Kraft wird, um eine definierte Kraftwirkungsrichtung zu erhalten, über ein kugclkappenförmig ausgebildetes und nach unten mn einem F-'ührungszapfen versehenes Element 3 eingeleitet. Dieses Element 3 ist, z. B. auf einer elastischen Scheibe 4 ruhend, mittels eines Zapfens 5 in einer sich erweiternden Bohrung6 der Krcisplaltenfcder I gelagert.

Zwischen beiden Kreisplattenfedern 1 und 2 liegt im Bereich der verstärkt ausgebildeten Außenränder 21 und 22 ein ringförmiges Kraftübcrtragungsclement 7, welches auf geeignete Weise zentrisch angeordnet ist, in dem es /.. B. in über den gesamten Umfang beider Kreis

piattenfedern gegenüberliegend eingebrachten FOhrungsnuten bzw. in einem Lager (nicht gezeichnet) ruht oder mit Distanzstücken versehen ist, die bis zu einem Mantel 8 reichen, der am Umfang der Kreisplattenfedern 1 und 2 angebracht ist und diese somit zusammen- - hält. Der Mantel 8 greift in über den gesamten Umfang beider Kreisplattenfedern 1 and 2 eingebrachten Führungsnuten 9 ein und besteht aus einem elastischen Material, wie z. B. Kunststoff oder dünnerem Metallblech, so daß die bei Selastung der Kraftmeßzelle aufiretende Bewegung der Randbereiche 21 und 22 der Kreisplatlenfedern 1 und 2 nicht behindert wird.

Zur Erzielung eines geeigneten radialen Dehnungsverlaufs sind beide Kreisplattenfedern 1 und 2 auf ihren Außenseiten stark profiliert, während die im wesentlichen flachen, sich gegenüberliegenden Seiten dazu dienen, an den Stellen größter Dehnung bzw. Stauchung z. B. aufgedampfte oder auch Folien-Dehnungsmeßstreifen IO aufzunehmen. Im Ausführungsbeispiel sind auf der flachen Seite der Kreisplattenfeder 2 vier Dehnungsmeßstreifen 10 angeordnet, deren elektrische Verbindungsleitungen durch eine Nut H sowie eine Bohrung 12 nach außen geführt werden. Ein Zapfen 13 der Kreisplattenfeder 1 dient der Überlastsicherung und bewirkt, daß beide Kreisplattenfedern sich bei Überschreiten der Lastgrenze gegeneinander abstützen. Für die Montage der Kraftmeßzelle auf einer Unterlage dient ein Schaft 14, welcher gleichzeitig den kraftausleitenden Teil darstellt.

Das Kraftübertragungselement 7 kann z. B. ein aus einer Anzahl in einem Käfig laufender Kugeln bestehender Ring sein, der aus einem Metall oder einer Metallegierung mit einem Elastizitätsmodul zwischen 1,0 · 10" und 23 · 10" kpcm-² gefertigt ist, vorzugsweise aus Bronze oder Messing. Unter Berücksichtigung des Flächendruckes besteht der Ring aus einer geeigneten Anzahl von Kugeln, während die sich gegenüberliegenden Seiten der Randbereiche 21 und 22 gehärtet sind.

Bei einer anderen Ausführungsform des Kraftübertragungselementes 7 wird ein elastischer Ring, z. B. aus Bronze oder Messing, mit auf den Kreisplattenfedern 1 und 2 kreislinienförmiger Auflagefläche und kreis- oder linsenförmigem Querschnitt verwendet. Dieser Ring kann über Distanzstücke bzw. direkt an der Innenfläche des elastischen Mantels 8 anliegen und von diesem zenirisch geführt werden. Er kann aber auch in über den gesamten Umfang beider Kreisplattenfedern 1 und 2 gegenüberliegend eingebrachten Führungsnuten liegen.

Weiterhin kann dieser Ring einen drei- oder vierkantförmigen Querschnitt besitzen, dessen Kanten an den beiden Kreisplattenfedern 1 und 2 kreislinienförmig aufliegen. Ein solcher Ring i?t in über den gesamten Umfang beider Kreisplattenfedern 1 und 2 gegenüberliegend eingebrachten Schneidlagern gelagert.

Bei Ausübung eines Druckes Pauf die Kraftmeßzelle wird die Kreisplattenfeder 1 konkav und die Kreisplattenfeder 2 konvex durchgebogen. Hierbei rollen sich die beiden Kreisplattenfedern auf dem sich gleichzeitig nach außen ausdehnenden Ring 7 ab, wobei lediglich geringe Reibungsverluste durch Rollreibung entstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flache Kraftmeßzelle mit zentrisch liegendem Krafteinleitungspunkt und asialsymmetrischer Kreisplattenfeder, die eine über den Radius variable Dicke und einen verstärkten Randbereich aufweist, deren eine Seite im wesentlichen flach und deren andere profiliert ist, wobei an den Punkten größter Dehnung bzw. Stauchung Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, in ähnlicher Weise ausgebildete Kreisplattenfeder (2) koaxial so gegenüber der ersten (1) angeordnet ist, daß ihre im wesentlichen flachen Seiten einander zugewandt sind und daß zwischen ihren verstärkt ausgeb'Jdeten Randbereichen (21,22) ein ringförmiges elastisches Kraftübertragungselement (7) angeordnet ist

2. Kraftmeßzelle nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement (7) aus einem sietaü oder einer Metallegierung mit ei nem Elastizitätsmodul zwischen 1,0 · ίο⁶ und