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Dokumentenidentifikation DE69303048T2 10.10.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0556036
Titel Befestigung von Kraftsensoren
Anmelder GEC Avery Ltd., Warley, West Midlands, GB
Erfinder Ford, Michael William, Sutton Coldfield, West Midlands B73 6UW, GB
Vertreter Dipl.-Ing. W. Reichel, Dipl.-Ing. H. Lippert, Patentanwälte, 60322 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69303048
Vertragsstaaten CH, DE, FR, IT, LI
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 10.02.1993
EP-Aktenzeichen 933009755
EP-Offenlegungsdatum 18.08.1993
EP date of grant 12.06.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.10.1996
IPC-Hauptklasse G01G 3/16
IPC-Nebenklasse G01L 1/10   F16B 35/04   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftsensoren für die Verwendung in Wägemaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung Kraftsensoren mit oszillierenden Stäben und die Art und Weise, wie sie in Kraftmeßzellen eingebaut sind. Solche Sensoren sind gut bekannt und weisen im wesentlichen entweder zwei parallele Stäbe oder einen Mittelstab auf, der von zwei äußeren Stäben umgeben ist, wobei der Sensor aus einem einzigen Stück Metall hergestellt ist. Bei dem Verfahren sind die Enden eines solchen Sensors an einem Kraftmeßrahmen befestigt, der einen Teil einer Kraftmeßzelle bildet. Der Sensor ist so befestigt, daß er unter Spannung steht und der Stab durch geeignete Meßwandler in Biegeschwingungen versetzt wird. Die Schwingungsfrequenz des Stabes ändert sich entsprechend den Änderungen der Spannung und diese Änderungen werden gemessen, um eine Messung der angelegten Spannung und somit der einwirkenden Kraft zu erhalten.

Die Klemmbefestigung von Kraftsensoren mit oszillierenden Stäben hat einen kritischen Einfluß auf ihr Verhalten. Eine ideale Klemmverbindung wird lediglich eine Kraft erzeugen, die senkrecht zu der Fläche gerichtet ist, in welcher die Klemmbefestigung erforderlich ist. Die meisten Klemmverbindungen erzeugen jedoch Kräfte, die parallel zu der Ebene gerichtet sind, in welcher die Klemmbefestigung erforderlich ist.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Verringern dieses Nachteils.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftmeßzelle für eine Wägemaschine zur Verfügung gestellt, wobei die Kraftmeßzelle einen Kraftsensor mit oszillierenden Stäben aufweist, der mit seinen zwei Enden an entsprechenden Trägerteilen der Kraftmeßzelle eingespannt ist, und wobei jedes Ende des Sensors mit einem Bolzen festgeklemmt ist, der einen Kopf aufweist, welcher das verbundene Ende des Sensors gegen ein Trägerteil einschließt, wobei der Bolzen, entfernt von seinem Kopf, einen Gewindeabschnitt aufweist, der in eine Mutter eingreift, welche den Bol;zen spannt, und einen Abschnitt mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt, der wenigstens eine Querschnittsabmessung aufweist, die größer ist, als diejenige des Gewindeabschnitts, wobei der Bolzenabschnitt mit dem nicht kreisförmigen Querschnitt durch ein Loch in dem Trägerteil gezogen wird, dessen Durchmesser kleiner als die eine Querschnittsabmessung ist.

Damit die Erfindung leichter verstanden werden kann, wird nun eine Ausführungsform beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei sind:

Figur 1 eine diagrammartige Ansicht von der Seite, von einem Wägesystem, das einen oszillierenden Kraftsensor aufweist,

Figur 2 eine Ansicht von oben, von einem oszillierenden Kraftsensor,

Figur 3 zeigt die jeweiligen Ansichten von oben und von der Seite von dem Klemmbefestigungsende eines oszillierenden Kraftsensors, und

Figur 4 zeigt verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Bolzens, für die Klemmbefestigung eines oszillierenden Kraftsensors.

Es sei nun auf die Figur 1 der beigefügten Zeichnungen verwiesen, die eine Anordnung zeigt, welche als Roberval- Mechanismus bekannt ist. Eine Waagschale 10 wird oberhalb einer Kraftmeßzelle 11 von einem Waagschalenträger 12 gehalten. Die Zelle 11 ist aus einem geeigneten Metall hergestellt und enthält im wesentlichen ein gelenkig angebrachtes Parallelogramm.

So ist die Zelle 11 nur an einer Seite auf eine Grundplatte 13 montiert, wobei die Halterung mit 14 bezeichnet ist.

Wie man sehen kann, ragt der Großteil der Zelle 11 freitragend über die Grundplatte 13 vor. Der Waagschalenträger 12 ist an der Seite der Zelle angebracht, die sich entfernt von der Halterung 14 befindet. Der mittlere Bereich der Zelle 11 ist so ausgeschnitten, daß er einen Hohlraum 15 freiläßt, der in dieser Ausführungsform an eine grobe Darstellung des Buchstaben Z erinnert. Ein Sensor 16 mit zwei Stäben ist mit den jeweiligen oberen und unteren Sensorhalterungen 17 und 18 in diesen Hohlraum eingebaut und wird auch dann unter Spannung gehalten, wenn die Zelle nicht belastet wird. Wenn eine Last auf die Waagschale 10 gebracht wird, verbiegt sich die Zelle als Reaktion auf das hinzugefügte Gewicht und ändert die Spannung in dem Kraftsensor. Bei dem Betrieb des Wägesystems wird der Sensor 16 in Biegeschwingungen versetzt und diese werden vermessen. Die Schwingungsfrequenz ändert sich mit der aufgebrachten Last, so daß eine Kraftmessung aus der gemessenen Frequenz abgeleitet werden kann.

Es sei jetzt auf die Figur 2 der Zeichnungen verwiesen, welche eine Ansicht des Sensors 16 von oben zeigt. Der Sensor ist aus Metall oder einer Metalllegierung hergestellt. Er weist zwei Stäbe 20, 21 gleicher Breite auf. Die Stäbe 20/21 sind aus einem einzigen Stück Metall hergestellt, das Flansche 23 an jedem seiner Enden aufweist, mittels derer der Sensor in einer Kraftmeßzelle montiert werden kann. Wie man in Figur 2 sehen kann, gehen die zwei Stäbe 20/21 von gemeinsamen Stabbefestigungsteilen 22 aus, die Absätze 24 aufweisen. Die Breite jedes Absatzes 24 beträgt etwa die Hälfte des Abstandes zwischen den Stäben.

Die Klemmbefestigung von Kraftsensoren mit oszillierenden Stäben hat einen kritischen Einfluß auf ihr Verhalten. Eine ideale Klemmverbindung wird lediglich eine Kraft erzeugen, die senkrecht zu der Fläche gerichtet ist, in welcher die Klemmbefestigung erforderlich ist. Die meisten Klemmverbindungen erzeugen jedoch Kräfte, die parallel zu der Ebene gerichtet sind, in welcher die Klemmbefestigung erforderlich ist. Dies wird in Figur 3 gezeigt, wo ein Kraftsensor 16 mit oszillierenden Stäben gezeigt ist, wie er mit einem Bolzen 30, der einen Bolzenkopf 31 und eine Unterlegscheibe 32 aufweist, an dem Teil 4 des Kraftmeßrahmens der Zelle 11 befestigt ist. Im Idealfall wird die Klemmkraft allein durch die Spannung die in dem Bolzen 30 erzeugt wird bereitgestellt. Aufgrund der Reibung zwischen dem Bolzen 30, der Unterlegscheibe 32 und dem Kraftsensor 16 mit oszillierenden Stäben jedoch, verursacht die Drehung des Bolzens 30 ein Drehmoment 36, welches wiederum die Kräfte 37 und 38 in dem Kraftsensor 16 mit oszillierenden Stäben erzeugt. Die Größenordnung der Kräfte 37 und 38 ist von nicht vorhersagbarer Größe. Dieser Effekt erzeugt unterschiedliche Spannungskräfte über den Sensor hin. Dies reduziert den Q-Faktor des Sensors und fügt verschiedene Schwingungsmoden zu den für die Messung benutzten hinzu. Diese beiden Effekte sind nachteilig für das Verhalten des Sensors.

Um diese, nicht vorhersagbaren Kräfte zu beseitigen, wird bei der vorliegenden Erfindung die Benutzung eines Klemmbolzens vorgeschlagen, der von der in Figur 4 gezeigten Art ist. Dieser Bolzen 40 besteht aus einem Kopf 41, unter dem der Kraftsensor mit oszillierenden Stäben 16 festgeklemmt werden soll. Unter dem Kopf 41 befindet sich ein Bereich 42, der in Form von Keilen ausgebildet ist. Das Ende des Bolzens 40 weist einen Gewindeabschnitt 43 auf. Wie man sehen kann, weist der Gewindeabschnitt 43 einen kleineren Durchmesser auf als der Bereich mit den Keilen. Beim Betrieb ist der Kraftsensor mit oszillierenden Stäben unter dem Klemmkopf 41 angeordnet. Der Gewindeabschnitt 43 des Bolzens 40 wird durch ein Loch in der Platte gesteckt, auf der das Ende des Sensors montiert werden soll, wobei das Loch einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Bereiches mit den Keilen. Mittels einer geeigneten Mutter wird der Bolzenabschnitt 42 mit den Keilen durch das Loch gezogen. Die Keile sind aus gehärtetem Stahl oder einem ähnlichen Material. Von den Keilen werden Kerben in die Wände des Loches geschnitten. Diese Kerben verhindern jegliche Drehung des Bolzens und erzeugen somit eine reine Klemmkraft senkrecht zur Klemmfläche.

Es soll darauf verwiesen werden, daß der wichtige Faktor dabei ist, daß der Abschnitt zwischen dem Bolzenkopf und dem Gewindeabschnitt wenigstens eine Querschnittsabmessung aufweist, die größer ist als diejenige des Gewindeabschnitts und des Loches, durch welches der Gewindeabschnitt hindurchgesteckt wird.

Die gezeigte Keilanordnung ist eine besonders günstige und leistungsfähige, jedoch nicht die einzige, die wirksame Ergebnisse erzielen kann.


Anspruch[de]

1. Eine Kraftmeßzelle für eine Wägemaschine, wobei die Kraftmeßzelle einen Kraftsensor mit oszillierenden Stäben aufweist, der mit seinen zwei Enden an entsprechenden Trägerteilen der Kraftmeßzelle eingespannt ist, und wobei jedes Ende des Sensors mit einem Bolzen festgeklemmt ist, der einen Kopf aufweist, welcher das verbundene Ende des Sensors gegen ein Trägerteil einschließt, wobei der Bolzen, entfernt von seinem Kopf, einen Gewindeabschnitt aufweist, der in eine Mutter eingreift, welche den Bolzen spannt, und einen Abschnitt mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt, der wenigstens eine Querschnittsabmessung aufweist, die größer ist, als diejenige des Gewindeabschnitts, wobei der Bolzenabschnitt mit dem nicht kreisförmigen Querschnitt durch ein Loch in dem Trägerteil gezogen wird, dessen Durchmesser kleiner als die eine Querschnittsabmessung ist.

2. Eine Kraftmeßzelle nach Anspruch 1, wobei der Abschnitt mit der nicht kreisförmigen Querschnittsabmessung von mehreren Keilen gebildet wird.

3. Eine Wägemaschine, die eine Kraftmeßzelle aufweist, wie sie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht wird.







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