DE1052708B

DE1052708B - Force measuring device

Info

Publication number: DE1052708B
Application number: DEB44058A
Authority: DE
Inventors: Malcolm Green; Eric Laimins
Original assignee: Baldwin Lima Hamilton Corp
Current assignee: Baldwin Lima Hamilton Corp
Priority date: 1956-04-06
Filing date: 1957-03-26
Publication date: 1959-03-12

Description

Kraftmeßeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmeßeinrichtung, die aus mehreren zumindest zum Teil mit Dehnmeßstreifen versehenen, im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden B iegebalken besteht. Biegebalkeneinrichtungen dieser Art sind dann besonders nützlich, wenn ein Maximum an meßbarer Dehnung bei einem Minimum an Auslenkung erwünscht ist.Force measuring device The invention relates to a force measuring device, which consists of several at least partially provided with strain gauges, essentially bending beams running parallel to each other exist. Bending beam devices these types are particularly useful when there is a maximum of measurable elongation at a minimum of deflection is desired.

Es ist bereits bekannt, Kraftmeßeinrichtungen mit parallel zueinander verlaufenden B iegebalken derart auszubilden, daß die Biegebalken an ihren Enden mittels Verbindungsteilen miteinander verbunden sind. It is already known force measuring devices with parallel to each other to form extending bending beams in such a way that the bending beams at their ends are connected to one another by means of connecting parts.

Es ist weiterhin bekannt, aus Biegebalken bestehende Kraftmeßeinrichtungen einstückig herzustellen. Bei den bekannten Einrichtungen wird als nachteilig empfunden, daß entweder die Herstellung kompliziert und teuer ist oder zufolge der Anordnung der Biegebalken Verfälschungen des Meßergebnisses auftreten können, die durch Momente verursacht werden.It is also known force measuring devices consisting of bending beams to manufacture in one piece. In the case of the known devices, it is felt to be disadvantageous that it is either complicated and expensive to manufacture or due to the arrangement the bending beam falsifications of the measurement result can occur due to moments caused.

Die Erfindung bezweckt, eine Weiterbildung der bekannten Einrichtungen zu schaffen, durch die, unter Ausnutzung ihrer Vorteile, die erwähnten Nachteile vermieden werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Biegebalken an ihren Enden jeweils durch gemeinsame steife Verbindungsteile miteinander verbunden sind, wobei das Verbindungsteil auf der einen Seite gleichzeitig zur Befestigung der Einrichtung dient und eine mit dem anderen Verbindungsteil starr verbundene, nicht bewegliche innere Erstreckung, die die zu messende Last aufnimmt, sich zwischen den Biegebalken erstreckt. Durch diese Ausbildung wird bewirkt, daß die durch an den einzelnen Biegebalken angreifende Kräfte verursachten Momente immer entgegengesetztes Vorzeichen besitzen und sich deshalb gegenseitig aufheben. Hierdurch wird eine Verfälschung des Meßergebnisses vermieden. Weiterhin wird durch den erfindungsgemäßen Lastangriffspunkt erreicht, daß bei gleichem Meßeffekt in den einzelnen Biegebalken geringere Zug- bzw. Druckkräfte auftreten, da die Last nicht einen so großen Momentenarm besitzt, wie dies bei den bekannten Einrichtungen zur Erreichung des gleichen Meßeffektes erforderlich ist. The aim of the invention is to develop a further development of the known devices to create, by taking advantage of their advantages, the disadvantages mentioned be avoided. This is achieved by having the bending beams at their ends are each connected to one another by common rigid connecting parts, wherein the connecting part on one side at the same time for fastening the device serves and one with the other connecting part rigidly connected, not movable inner extension, which takes up the load to be measured, is between the bending beam extends. This training has the effect that the through to the individual bending beams acting forces always have opposite signs and therefore cancel each other out. This falsifies the measurement result avoided. Furthermore, the load application point according to the invention achieves that with the same measuring effect in the individual bending beams lower tensile and compressive forces occur because the load does not have such a large moment arm as it does with the known devices to achieve the same measuring effect is required.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausbildungsform der Erfindung ist ein Biegebalken in Form einer vorzugsweise dünneren Führungsplatte ausgebildet, die so angeordnet ist, daß die Last auf die innere Erstreckung in Richtung auf den weiteren vorzugsweise dickeren Biegebalken einwirkt, dessen Biegung als Maß für die Größe der angreifenden Last dient. Die zu messende Last greift dabei vorteilhafterweise längs einer Linie an, die die Länge der Kraftmeßeinrichtung durchschneidet. Hierzu ist es gemäß weiterem Erfindungsgedanken vorteilhaft, die Führungsplatte aus zwei parallelen Teilen herzustellen, die sich derart Seite an Seite erstrecken, daß sie eine Öffnung frei lassen, durch welche hindurch die Last auf die innere Erstreckung einwirkt. In gleicher Weise kann auch der andere Biegebalken aus zwei parallelen Teilen bestehen, an denen erfindungsgemäß die Dehnmeßstreifen angebracht sind. According to an expedient embodiment of the invention, there is a bending beam in the form of a preferably thinner guide plate, which is arranged is that the load on the inner extension towards the further is preferred thicker bending beam acts, its bending as a measure of the size of the attacking Load serves. The load to be measured advantageously grips along a line which cuts through the length of the force measuring device. For this it is according to further Inventive idea advantageous to produce the guide plate from two parallel parts, which extend side by side in such a way that they leave an opening free through through which the load acts on the inner extension. In the same way the other bending beam can also consist of two parallel parts on which according to the invention the strain gauges are attached.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Es zeigt Abb. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Kraftmeßeinrichtung nach der Erfindung, Abb. 2 eine Seitenansicht der Einrichtung nach Abb. 1, Abb. 3 eine Draufsicht der Einrichtung nach Abb. 1, Abb. 4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Further details of the invention will become apparent to those skilled in the art from the description and the drawings. It shows Fig. 1 a perspective view an embodiment of the force measuring device according to the invention, Fig. 2 is a side view the device according to Fig. 1, Fig. 3 a plan view of the device according to Fig. 1, Figure 4 is a side view of another embodiment of the invention.

Die in den Abb. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist einen festen rechteckigen Materialklotz auf, in welchen Öffnungen ausgefräst oder auf andere Weise ausgearbeitet sind, um einen steifen Befestigungsteil 1 zu erhalten, von welchem der verhältnismäßig dicke Biegebalken 2 und die verhältnismäßig dünne biegsame Führungsplatte 3 auslädt, wobei beide an ihren äußeren beweglichen Enden durch einen verhältnismäßig schweren Verbindungsteil 4 verbunden sind. Ein in entgegengesetzter Rich- tung sich erstreckender Lastaufnahmefortsatz 5 des Balkens lädt von dem beweglichen Verbindungsteil 4 innerhalb, dazwischen und im wesentlichen parallel zu dem Balken 2 und der biegsamen Platte 3 aus. Die Führungsplatte 3 verhält sich wie ein Balken. Die innere Erstreckung 5 ist so ausgebildet, daß sie entweder eine Zug- oder eine Druckkraft6 aufnehmen kann, die vorzugsweise durch einen auf der Zeichnung in gestrichelten Linien dargestellten Stab übertragen wird, welcher in das vorzugsweise in der Längsachse der Erstreckung eingeschnittene Muttergewinde 8 eingeschraubt sein kann. The embodiment of the invention shown in Figs has a solid rectangular block of material in which openings are milled or otherwise worked out to form a rigid fastening part 1 obtained from which the relatively thick bending beam 2 and the relatively thin flexible guide plate 3 unloads, both on their outer movable Ends are connected by a relatively heavy connecting part 4. A in the opposite direction extension of the load-bearing extension 5 of the beam loads from the movable link 4 inside, between and substantially parallel to the beam 2 and the flexible plate 3. The guide plate 3 behaves like a bar. The inner extension 5 is designed so that they can absorb either a tensile or a compressive force6, which is preferably carried out by a rod shown in dashed lines on the drawing is transferred, which in the nut thread cut preferably in the longitudinal axis of the extension 8 can be screwed in.

Um dem Stab 7 einen direkten vertikalen Zugang zu der lastaufuehmenden Erstreckung 5 zu verschaffen, wurde eine entsprechende Öffnung 9 in der oberen Führungsplatte3 vorgesehen. Diese Öffnung kann, wenn erforderlich, als Langöffnung ausgebildet sein und dabei die Führungsplatte 3 halbieren. Wenn gewünscht, kann auch der relativ schwere Biegebalken 2, welcher im wesentlichen die ganze Last trägt, in zwei Längsteile, ähnlich denen der Führungsplatte 3, geteilt sein. To the rod 7 direct vertical access to the load-bearing To provide extension 5, a corresponding opening 9 in the upper guide plate 3 was made intended. This opening can, if necessary, be designed as a long opening and cut the guide plate 3 in half. If desired, the relative can also be used heavy bending beam 2, which essentially bears the entire load, in two longitudinal parts, similar to those of the guide plate 3, be divided.

Durch eine große Querausdehnung der beiden Hälften der Führungsplatte und des Biegebalkens wird die Querfestigung der Einrichtung beachtenswert verstärkt.Due to the large transverse expansion of the two halves of the guide plate and the bending beam, the transverse strength of the device is considerably strengthened.

Elektrische Widerstandsdehnmeß streifen vorzugsweise in Form der geklebten elektrischen Widerstandsdrahtstreifen 13 und 14 sind sowohl an der oberen als auch der unteren Fläche des Balkens 2 angebracht, wie Abb. 2 und 3 zeigen. Bekanntlich wird die Anderung des elektrischen Widerstandes des Dehnmeßstreifens in Abhängigkeit von einer gegebenen angreifenden Last mittels irgendeines geeigneten elektrischen Meßkreises, z. B. einer Wheatston'schen Brücke, ermittelt. Electrical resistance strain gauges are preferably in the form of the glued electrical resistance wire strips 13 and 14 are both on the top and attached to the lower surface of the beam 2, as shown in Figs. 2 and 3. As is well known the change in the electrical resistance of the strain gauge is dependent on from a given applied load by means of any suitable electrical Measuring circuit, z. B. a Wheatston bridge determined.

Der Dehnmeßstreifen hat also, grob ausgedrückt, die Aufgabe, die Ablenkung unter der Einwirkung einer angreifenden Last zu messen und bildet dementsprechend eine Ablenkungsmeßeinrichtung.Roughly speaking, the task of the strain gauge is to deflect to measure under the action of an attacking load and forms accordingly a deflection measuring device.

Zum Gebrauch wird die Einrichtung nach der Erfindung an einem geeigneten Fundament 15 durch Bolzen 16 befestigt, die sich durch den Befestigungsteil 1 erstrecken. Daher biegt sich beim Angriff einer vertikalen Kraft 6 auf dem nach rückwärts sich erstreckenden Balken 15 der dehnungsempfindliche Balken 2, wodurch eine Dehnung in den Dehnmeßstreifen 13 und 14 entsteht, während die Führungsplatte 3, die dieselbe Länge wie der Biegebalken 2 hat, sicherstellt, daß die angreifende Kraft jederzeit ihre vertikale Richtung beibehält. Der Biegebalken und die Führungsplatte nehmen unter dem Einfluß der Last die in det Abbildung durch die strichpunktierten Linien 17-17 dargestellte Form an, wobei jedoch die tatsächliche Durchbiegung geringer ist als gezeichnet. Insoweit die Aufgabe der geteilten Führungsplatte 3 darin besteht, die innere Balkenerstreckung 5 vertikal zu führen, kann die Führungsplatte relativ ^ dünn im Vergleich zum dehnungsempfindlichen Biegebalken 2 ausgebildet sein. For use, the device according to the invention is on a suitable one The foundation 15 is fastened by bolts 16 which extend through the fastening part 1. Therefore, when a vertical force 6 is applied to it, it bends backwards extending beam 15 of the stretch-sensitive beam 2, causing a stretch in the strain gauges 13 and 14 arises, while the guide plate 3, the same Length as the bending beam 2, ensures that the acting force is at all times maintains its vertical direction. Take the bending beam and the guide plate under the influence of the load in the figure by the dash-dotted lines 17-17, but the actual deflection is less is drawn as. In so far as the task of the divided guide plate 3 is to to guide the inner beam extension 5 vertically, the guide plate can relatively ^ be made thin in comparison to the stretch-sensitive bending beam 2.

Die Führungsplatte 3 und der Biegebalken 2 können selbstverständlich auch gleich dick sein und beide Dehnmeßstreifen an solchen Stellen tragen, wo die Ablenkung nicht bedeutend ist. Es ist jedoch durch Gestaltung der Balken in verschiedener Dicke möglich, die Ablenkung der Zelle zu vermindern und dabei den gleichen »Output«, d. h. die gleiche elektrische Widerstandsänderung der Dehnmeßstreifen, zu erhalten. Das hat die wünschenswerte Wirkung eines Anhebens der Ansprechfrequenz, wodurch es leichter ist, die Einrichtung hermetisch in einer Lastzelle abzuschließen, was die Anwendung der Zelle -insbesondere für die Wägung erleichtert. Auf jeden Fall sind beide, der Balkenteil 2 und die Führungsplatte 3, relativ dünn im Vergleich zur starren Basis 1, dem Verbindungsteil 4 und der inneren Erstreckung 5, wodurch die günstigste Wirkung in bezug auf Erzeugung von Dehnungen in dem Balken 2 in Abhängigkeit von einer geeigneten Last erzielt wird.The guide plate 3 and the bending beam 2 can of course also be of the same thickness and wear both strain gauges in those places where the Distraction is not important. However, it is different by designing the beams Thickness possible to reduce the deflection of the cell while maintaining the same "output", d. H. the same change in electrical resistance of the strain gauges. This has the desirable effect of raising the response frequency, thereby it is easier to hermetically seal the facility in a load cell, what makes it easier to use the cell, especially for weighing. Definitely are both that Beam part 2 and the guide plate 3, relatively thin in comparison to the rigid base 1, the connecting part 4 and the inner extension 5, whereby the most favorable effect in terms of generating strains in the beam 2 as a function is achieved by a suitable load.

Durch den nicht flexiblen Verbindungsteil 4 wird sichergestellt, daß der Balken2 und die Führungsplatte die innere Erstreckung 5 jederzeit in der horizontalen Lage halten, so daß die gemessene Kraft jederzeit eine vertikale Richtung einnimmt. DieAusdrücke »vertikal« und »horizontal« sind hier jedoch nur relativ zu verstehen insoweit, als die Einrichtung in jeder gewünschten Lage benutzt werden kann, ohne daß dadurch die Wirkung oder die Ergebnisse beeinträchtigt werden. The non-flexible connecting part 4 ensures that the bar 2 and the guide plate the inner extension 5 at all times in the keep horizontal position so that the measured force is always in a vertical direction occupies. However, the terms "vertical" and "horizontal" are only relative here to be understood to the extent that the device can be used in any desired position without affecting the effect or the results.

Die Einrichtung kann auch aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt -sein und braucht nicht aus einem-einzigen zusammenhängenden zu bestehen.The facility can also be composed of different parts -being and need not consist of a single coherent one.

Andere Vorteile der Zwillingsbalkengestaltung sind die relative Unempfindlichkeit gegen Seitenkräfte oder Momente. Letztere setzen zwar die Teile 2 und 3 unter Zug und Druck, dehnen dabei aber alle Meßglieder gleichmäßig, -so daß die Meßbrücke nicht aus dem Gleichgewicht gebracht wird. Other advantages of the twin beam design are the relative insensitivity against lateral forces or moments. The latter put parts 2 and 3 under tension and pressure, but stretch all measuring elements equally so that the measuring bridge is not unbalanced.

In der Ausführungsform gemäß Abb. 4 sind die Biegebalken 2,3 mit Stellen 28,29 konzentrierter Spannungen versehen, die durch Querschnittsverringerungen geschaffen sind. In einfacher Weise werden die Stellen 28, 29 durch Bohrungen hergestellt. An den Stellen konzentrierter Spannungen sind Dehnmeßstreifen30, 31 angeordnet. In the embodiment according to Fig. 4, the bending beams 2, 3 are with Provided 28.29 of concentrated stresses caused by cross-sectional reductions are created. The points 28, 29 are produced in a simple manner by means of bores. Strain gauges 30, 31 are arranged at the points of concentrated stresses.

PATENTANSPR0CHE 1. Kraftmeßeinrichtung, aus mehreren zumindest zum Teil mit Dehnmeßstreifen versehenen, im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden B iegebalken bestehend, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegebalken (2, 3) an ihren Enden jeweils durch gemeinsame steife Verbindungsteile (1, 4) miteinander verbunden sind, wobei das Verbindungsteil (1) auf der einen Seite gleichzeitig zur Befestigung der Einrichtung dient und eine mit dem anderen Verbindungsteil (4) starr verbundene, nicht bewegliche innere Erstreckung (5), die die zu messende Last aufnimmt, sich zwischen den Biegebalken (2, 3) erstreckt. PATENT CLAIMS 1. Force measuring device, from several at least to Partly provided with strain gauges, running essentially parallel to each other Existing bending beams, characterized in that the bending beams (2, 3) on their Ends connected to one another by common rigid connecting parts (1, 4) are, the connecting part (1) on one side at the same time for fastening the device is used and one with the other connecting part (4) rigidly connected, immovable inner extension (5), which takes up the load to be measured, itself extends between the bending beams (2, 3).

Claims

2. Force measuring device according to claim 1, characterized in that that a bending beam (3) is designed in the form of a preferably thinner guide plate and the load on the inner extension (5) in the direction of the further, preferably thicker bending beam (2) acts, the bending as a measure of the size of the attacking Load serves.

3. Force measuring device according to claim 2, characterized in that the guide plate (3) has two parallel parts extending side by side and leaving an opening free through which the force on the inner extension (5) can attack.

4. Force measuring device according to claim 2, characterized in that the bending beam (2) has two parallel parts that extend side by side, and that on both of these laterally extending beam parts strain gauge devices (-13, 14) are attached.

5. Force measuring device according to claim 2, characterized in that the bar (2) and the Guide plate (3) of uneven rigidity are.

6. Force measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that that on the bending beam (2, 3) by reducing the cross-section points (28, 29) which a concentration of tension occurs, created and in these places (28, 29> strain gauges (30, 3t are arranged.

Documents considered: French patent specification No. 1 010 506.