DE3307574A1

DE3307574A1 - Lastzelle

Info

Publication number: DE3307574A1
Application number: DE19833307574
Authority: DE
Inventors: Björn 69147 Karlskoga Bergfalk
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: NOBEL ELEKTRONIK KARLSKOGA SE AB
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1983-09-15
Anticipated expiration: 2003-03-04
Also published as: JPH0477258B2; SE8201365L; DE3307574C2; GB2117128A; NL8300806A; GB8306087D0; GB2117128B; JPS58166231A; SE438733B; FR2522815A1; FR2522815B1; US4516646A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lastzelle basierend auf dem Scherkraftprinzip, mit einem Meßkörper in Form eines langgestreckten Balkens, der an seinen äußeren Enden gelagert ist und in seinem mittleren Bereich belastet ist und mit Dehnungsmeßfühlern versehen ist, die an den Zwischenstücken zwischen den Enden und dem mittleren Bereich befestigt sind, um durch die Verformung im Balkenmaterial infolge der Durchbiegung des Balkens, welche durch die Kraft der Belastung verursacht wird, beeinflußt

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zu werden.

Es ist bereits bekannt, in verschiedenen elektronischen Wiegeeinrichtungen balkenartige Lastzellen oder Kraft-Übertragungszellen zu verwenden, die auf widerstandsfähigen Dehnungsmeßfühlern basieren. Der Grund hierfür liegt darin, daß solche Lastzellen sehr zuverlässig sind und die KaIibrierungs- und Wiederholbarkeitsanforderungen auch über lange Zeit und unter ungünstigen Meßbedingungen aufrechterhalten können. Infolge ihrer vergleichsweise kleinen Abmessungen sind die Balken-Lastzellen sehr schnell und leicht.zu installieren und es kann eine niedrige Gesamthöhe erzielt werden. Die Lastzellen sind üblicherweise zylindrisch, wodurch ein Auswechseln gegen eine vorhandene Achse oder ein anderes mechanisches Element möglich ist, was die Installation der Lastzelle in bestehenden mechanischen Systemen, in die die Wiegevorrichtung eingebaut werden soll, vereinfacht.

Ein bedeutender Vorteil der auf dem Scherkraftprinzip beruhenden Lastzellen besteht darin, daß solche Lastzellen im wesentlichen gegenüber Seitenkräften unempfindlich sind, d. h. gegenüber solchen Kräften, die in von der Meßeinrichtung abweichenden Richtungen wirken. Es werden seitlich keine Biegeabstützungen benötigt und die Lastzellen können Seitenkräfte bis zu 100 - 200 % der Nennlast zulassen.

Es treten jedoch auch andere unerwünschte Kräfte, insbesondere "parasitäre" Kräfte, die durch Temperaturveränderungen verursacht werden, auf, die auf eine Lastzelle einwirken. Die in der Lastzelle verwendeten Dehnungsmeßfühler werden ebenfalls durch die Temperatur · beeinflußt, unter anderem infolge der Tatsache, daß der Meßkörper und die Drähte der Dehnungsmeßfühler unterschiedliche Wärmeausdehnungsvermögen haben. Wenn jedoch wenigstens vier gleiche Dehnungsmeßfühler verwendet werden, die an dem gleichen Material haften, dann werden die durch die Temperaturveränderungen verursachten Wi derstandsänderungen die gleichen sein. Wenn die Dehnungsmeßfühler dann in einer herkömmlichen Meßbrücke geschaltet sind, wird unter dem Einfluß solcher Widerstands-Veränderungen an der Brückenschaltung kein Ungleichgewicht auftreten.

Weitere unerwünschte, die Wiegegenauigkeit beeinflussenden Kräfte werden beispielsweise durch die Temperaturveränderungen der Beschwerungsplattform oder des Beschwerungsrahmens verursacht. Aus diesem Grund wurde die Lastzelle üblicherweise mit zusätzlichen Lagern oder anderen Montagedetails versehen, so daß unerwünschte ' Kräfte, wie Seitenkräfte oder Biegemomente die Lastzelle nicht beeinflussen. Dann wurde die Lastzelle üblicherweise

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mit ihren äußeren Enden in Bügellagern oder dergleichen mit sphärischen oder anderen gut definierten Kontaktflächen montiert. In diesem Fall wurde die'Last ebenfalls mittels eines Lagers auf den mittleren Bereich des Meßkörpers der Lastzelle übertragen.

Demgemäß war es bisher notwendig, für fast jede Waagenanwendung" spezielle Montageeinzelteile ergänzend zur Lastzelle selbst zu liefern. Als eine Alternative zu solchen Montagezubehörteilen könnte der Käufer sich gemäß den Anweisungen des Lieferanten um die Montage der Lastzelle kümmern. Im beiden Fällen treten jedoch zusätzlich zu den Kosten der Lastzelle extra Kosten auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Anzahl solcher

Montagezubehörteile insbesondere so zu reduzieren, daß überhaupt keine eigenen Montageteile erforderlich sind, d. h. , daß die Lastzelle als verwendungsfertige Saueinheit angeboten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die äußeren Enden des Meßbalkens jeweils mit einem eingebauten Lager versehen sind. Durch ein solches eingebautes Lager sind jegliche zusätzliche Montageteile,

die bisher zur Reduzierung der Auswirkung unerwünschter Kräfte erforderlich waren beseitigt. Durch die Verwendung eingebauter Lager kann die Lastzelle mittels einer einfachen Lastkupplung, ohne daß irgendein zusätzliches Lager erforderlich ist, belastet werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Lastzelle, die mit einem eingebauten Lager in Form eines Gleitlagers

versehen ist;

Fig. 2 eine Lastzelle mit einem Kugellager;

Fig. 3 und 4 jeweils das äußere Ende einer Lastzelle mit einem Rollenlager und einem Nadellager;

Fig. 5 eine Lastzelle mit direkt an der Zylinderfläche

des Meßbalkens angeformten sphärischen Lagerringen, so daß das eingebaute Lager durch die Kontaktfläche zwischen den sphärischen Ringen und der Montagebasis gebildet wird; und

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Fig. 6 und 7 jeweils in der Drauf.sieht von hinten-die— Lastzelle gemäß der Fig. 1 und 2.

In der folgenden Beschreibung der unterschiedlichen Ausführungsformen der Lastzelle sind entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Bei den" verschiedenen Ausführungsformen der Lastzelle ist die Grundform ebenfalls die gleiche, während die spezifischen eingebauten Lagerungen unterschiedlich sind. Wie in den Figuren dargestellt besteht der Meßkörper 1 der Lastzelle hauptsächlich aus einem hohlen zylindrischen Balken mit zwei äußeren Enden 2, 3 zur Lagerung der Lastzelle und einem mittleren Teil 4, an dem die Last angelegt wird, und in den Figuren durch die Belastungskraft F angegeben ist.

Die Lastzelle ist vorzugsweise horizontal_montiert.,-_um beispielsweise Tanks und Container zu wiegen , was eine einfache Installation und ein niederes Profil bedeutet. Die Montagebasis ist häufig ein Betonboden oder dergleichen. Wenn die Lagerung der Montagebasis ungenügend ist, dann könnte eine gehärtete Montageplatte oder dergleichen verwendet werden, um die punktuelle Belastung der Montagebasis durch die Lastzelle zu verteilen.

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Wie in den Figuren dargestellt sind sowohl die beiden

äußeren Enden als auch der mittlere Bereich ringförmig mit

der
einem Radius ,größer als der Radius der verbleibenden Teile des Lastzellen-Meßkörpers ist. Wenn am mittleren Teil 4 der Lastzelle eine Last mittles eines einfachen Lastbügels 6 übertragen wird, dann wird die Lastzelle durch eine Scherkraft beeinflußt, so daß die Verformungen des Balkenmaterials in den Zwischenzonen 7, 8 zwischen den beiden äußeren Enden und dem mittleren Teil infolge der verringerten Materialdicke dieser Zonen konzentriert sind.

Der Meßkörper 1 ist ebenfalls mit einer axialen Aussparung 9 versehen, die sich durch den Körper erstreckt, und welche eine geschütztere Anordnung der Dehnungsmeßfühler und mehr Raum für die elektrischen Leitungen von den Dehnungsmeßfühiern ermöglicht. In den Zwischenbereichen sind innerhalb der Aussparung vier Dehnungsmeßfühler 10, 11, 12 und 13 positioniert und an den einander gegenüberliegenden Seiten der inneren Oberfläche der Aussparung befestigt, welche parallel zur Biegeebene des Balkens liegen. Die Dehnungsmeßfühler sind weiterhin so angeordnet, daß sie durch die Verformungen des Balkenmaterials in zwei wechselseitig rechtwinkeligen Richtungen, die mit der Längsachse 14 des Balkens einen Winkel von 45° bilden, beeinflußt

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werden. Auf bekannte Art und Weise wird die Empfindlichkeit der Lastzelle erhöht, indem zwei Lastzellenpaare 10, 11 und 12, 13 jeweils in vier Armen einer herkömmlichen Wheatstonschen Brücke geschaltet sind. Ein Kabel—15- verbindet die Zuführungsleitungen der Dehnungsmeßfühler über eine Buchse 16, die an einem der beiden Enden des Meßbalkens angeordnet ist. Das andere Ende des Balkens ist mit einem inneren kreisförmigen Endverschluß 17a und einem äußeren Deckel 17b versehen. — ~

Wie in der Einleitung bereits erwähnt, sind herkömmliche . Lastzellen üblicherweise mit getrennten Montageteilen in Form von Lagergabeln o. dgj.. mit sphärischen oder anderen gut definierten Kontaktflächen,., ,sowie mit Lastkupplungen mit Lagern versehen, um zu verhindern, daß die Lastzellen von unerwünschten Kräften beeinflußt werden. Insbesondere beim Belasten von großen Tanks und Behältern können solche unerwünschten Kräfte infolge der Wärmeausdehnung und auch infolge des Windes auftreten. _

Solche getrennten Montageteile sind bei der vorliegenden .20 Lastzelle unnötig. Anstatt der Verwendung dieser getrennten Montageteile sind die Enden der Lastzelle mit eingebauten Lagern versehen, um die Lastzelle gegen unerwünschte Kräfte unempfindlich zu machen. D. h., daß die Lastzellen direkt

auf einer Montagebasis oder einem Fundament mit einer ausreichend großen Lagerfestigkeit angeordnet werden können, und d. h. auch , daß eine einfache Lastkupplung verwendet werden kann, die mit Schrauben oder dergleichen direkt am mittleren Bereich des Lastzellenbalkens befestigt werden kann. Die Lager ermöglichen eine von Zwangskräften freie Drehbarkeit der Lastzelle um die Achse des Meßbalkens.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist an den äußeren Enden des Balkens ein eingebautes Lager in Form eines Gleitlagers angeordnet. Die Gleitlager sind zwischen einem äußeren sphärischen Ring 18 mit einem L-förmigen Querschnitt und einem inneren zylindrischen Ring 1 ausgebildet, der die direkt an der Außenfläche des Meßbalke angeformt ist. Die äußeren sphärischen Ringe sind aus einem gehärteten Material, beispielsweise Stahl hergestellt und werden in ihren genauen Längspositionen mittels Klemmringen 20 gehalten, die mit dem Winkelteil 21 des Ringes 18 in Berührung stehen. Um die Herstellung zu erleichtern, ist de: innere zylindrische Ring mit einer inneren, ebenen, zylindr:

sehen Oberfläche vorzugsweise mit dem gleichen Radius wie die zylindrische Lastkupplung 4 versehen. Der äußere sphäri; Ring ist mit einer entsprechenden inneren, "ebenen, zylindrischen Kontaktfläche versehen. In cfer Kontaktfläche zwischen c zylindrischen Flächen der Ringe ist ein Gleitlager 22 aus einem polytetrafluoräthylen-beschichteten Gewebe oder Tefloi angeordnet, um eine Gleitbewegung zwischen dem sphärischen

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Außenring und dem Meßkörper zu erleichtern.

In der Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der das eingebaute Lager aus einem Kugellager 23 besteht, welches zwischen einem äußeren sphärischen Ring 18 und einem inneren zylindrischen Ring 19 angeordnet ist, welcher entsprechend dem Ring 19 aus der Fig. 1 direkt am Meßkörper angeformt ist. Das Kugellager 23 ist zwischen diesen beiden Ringen mittels eines inneren und äußeren Klemmringes 20 gesichert. In diesem Fall ist die Lastzelle anstatt auf einer Trägerplatte in zwei Trägerrinnen, vorzugsweise aus Stahl gelagert. __

In der Fig. 3 ist der linke äußere Teil einer weiteren Ausführungsform eines Lastzellen-Meßkörpers dargestellt, in dem das eingebaute Lager ein Nadellager 24 aufweist. Auch in diesem Fall weist das Balkenende einen Jiußer en, sphärischen, gehärteten Ring 18 und einen inneren, an der zylindrischen Fläche des Meßkörpers direkt angeformten, zylindrischen Ring 19 auf. Das Nadellager ist zwischen den beiden Ringen mittels eines Klemmringes 20 befestigt.

^}-0 Fig. 4 zeigt eine andere Aus führungs form, bei der das eingebaute Lager ein sphärisches Rollenlager 25 aufweist. In; diesem Fall ist der äußere Ring 18 anstatt der

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sphärischen Fläche mit einer zylindrischen Fläche versehen. Zwei Klemmringe legen das Rollenlager 25 in seiner genauen Position zwischen den Ringen fest. Wie aus "beiden Figuren 3 und 4 zu ersehen ist werden für die Lastzelle Lagerrinnen verwendet.

Bei der in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist das eingebaute Lager einfach aus einem sphärischen Ringteil 26 gebildet, welches direkt an der zylindrischen Fläche des Meßkörpers ausgebildet ist. In diesem Fall wird das Lager selbst durch die Berührung zwischen dem sphärischen ringförmigen Teil 26 und der Montagebasis 27 gebildet. Diese Lastzelle kann bei solchen Anwendungsarten verwendet werden, bei denen eine konstante Temperatur erwartet wird und bei denen die Genauigke it sanfor.derungen gering sind, beispielsweise beim Überwachen des Flüssigkeitsniveaus in einem Tank oder dergleichen.

In den Fig. 6 und 7 sind zwei Endansichten der Lastzelle gemäß der Fig. 1 und 2 dargestellt. Wie dargestellt ist der Lastbügel aus einem einfachen Element 6 gebildet welches mittels einer Schraube 28 im mittleren Bereich der Lastzelle befestigt ist und mit zwei Bohrungen 29 zur Erleichterung der Montage der Lastzelle in der in Frage stehenden Einrichtung versehen. Wie in den Figuren dargestellt ist der äußere Deckel 17b am Meßkörper mittels vier Schrauben 30 befestigt.

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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen • Ausführungsformen begrenzt, sondern kann innerhalb des Schutzumfanges der Patentansprüche modifiziert werden. Beispielsweise kann der balkenförmige Meßkörper anstatt des kreisförmigen Querschnittes einen quadratischen Querschnitt aufweisen, wobei die äußeren Enden mit einem eingebauten Lager versehen sind. Weiterhin ist es nicht notwendig, daß der Balken hohl ist, der Balken könnte statt dessen massiv sein, wobei in diesem Fall die Dehnungsmeßfühler an der Außenfläche des Meßbalkens an den Zwischenbereichen angeordnet sind.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Auf dem Scherkraftprinzip basierende Lastzelle mit
einem balkenförmigen Meßkörper, der an seinen äußeren Enden gelagert ist und an seinem mittleren Teil belastet wird und mit Dehnungsmeßfühlern versehen ist, die an den Zwischenbereichen zwischen den Enden und dem mittleren Teil angeordnet sind, um durch die Verformungen des Balkenmaterials infolge der Durchbiegung des Balkens, welche durch die äußere Belastung verursacht wird, "beeinflußt werden, dadurch
gekennzeichnet , daß die äußeren Enden (2, 3)

des balkenförmigen Meßkörpers (1) eingebaute Lager (22, 23, 24, 25, 26) aufweisen.

2. Lastzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der balkenförmige Meßkörper im wesentlichen zylindrisch ist und ringförmige äußere Enden (2, 3) und einen mittleren Teil (4) aufweist, deren Radius größer als der Radius der übrigen Teile des Meßkörpers ist.

3. Lastzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das eingebaute Lager ein Gleitlager aufweist, welches zwischen einem äußeren Ring(18)und einem inneren, direkt an der Außenfläche des Meßkörpers angeformten, zylindrischen Ring¹¹ {19) ausgebildet ist.

4. Lastzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Ring (18) mit einer sphärischen, äußeren Fläche zur Berührung der Lagerbasis versehen ist.

5. Lastzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet., daß ein Gleitlager (22) aus einem polytetrafluoräthylen-beschichteten Gewebe oder dergleichen besteht, welches auf der Kontaktfläche zwischen dem äußeren und dem inneren Ring (18, 19) angeordnet ist.

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6. Lastzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das eingebaute Lager ein Kugellager (23) aufweist, welches zwischen einem äußeren, sphärischen Ring (18) und einem inneren, direkt an der Außenfläche des Meßkörpers angeformten, zylindrischen Ring (19) ange ordnet i st.

7. Lastzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das eingebaute Lager ein Nadellager (24) aufweist, welches zwischen einem äußeren, sphärischen Ring (18) und einem inneren, direkt an der Außenfläche des Meßkörpers angeformten, zylindrischen Ring (19) angeordnet ist.

8. Lastzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eingebaute Lager ein Rollenlager (25) aufweist, welches zwischen einem äußeren, zylindrischen Ring (18) und einem inneren, direkt an der Außenfläche des Meßkörpers angeformteh, zylindrischen Ring (19) angeordnet ist.

9. Lastzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das eingebaute Lager einen sphärischen ringförmigen Teil (26) aufweist, der direkt an der Außenfläche des Meßkörpers angeformt ist, um die Lagerbasis zu berühren.

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