PFEFFER, Otto (Biggenmoos 29, Tettnang, 88069, DE)
FUTTERER, Bernd (Max-Planck-Weg 6, Tettnang, 88069, DE)
PFEFFER, Otto (Biggenmoos 29, Tettnang, 88069, DE)
Patentansprüche
1. Kraftaufnehmer (10) zur Messung von Zug- und/oder Druckkräften, mit einem laschenförmigen Körper (12), der die zu messende Kraft derart aufnimmt, dass die Kraft zu einer elastischen Verformung des Körpers (12) bzw. zu einer positiven oder negativen Dehnung in zumindest einem Teilbereich des Körpers (12) führt, und mit zumindest einem elektrischen Messsystem (29), welches an den Körper (12) gekoppelt ist und welches die Verformung oder die Dehnung erfasst und diese in ein elektrisches Signal umwandelt, wobei der Körper (12) in einer Längsrichtung (14; X) eine längere Abmessung als in einer Querrichtung (Y) und als in einer Höhenrichtung (Z) hat, und wobei der Körper (12) eine zentrale öffnung (26) zur Aufnahme des elektrischen Messsystems (29) aufweist, wobei die zentrale öffnung (26) des Körpers (12) in der Höhenrichtung (Z) durchgehend ist und von einem Steg (28) durchquert wird, wobei der Steg (28) mit dem elektrischen Messsystem (29) verbindbar ist, wobei der Steg mehrteilig ausgebildet ist und ein das Messsystem tragendes Element und Vorsprünge (68), die aus dem Körper (12) in die zentrale öffnung (26) vorstehen, aufweist, damit das Element form- und/oder kraftschlüssig befestigt werden kann.
2. Kraftaufnehmer (10) nach Anspruch 1, wobei sich der Steg (28) im Wesentlichen in der Längsrichtung (X) des Körpers (12) erstreckt.
3. Kraftaufnehmer (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steg (28) einstückig mit dem Körper (12) ausgebildet ist.
4. Kraftaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Stärke des Stegs (28) im Vergleich zur Stärke des Körpers (12) in der Höhenrichtung (Z) kleiner ist.
5. Kraftaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Steg (28) eine Querschnittsfläche aufweist, die im Wesentlichen in einer Ebene (X-Y) liegt, die von der Längsrichtung (X) und der Querrichtung (Y) aufgespannt wird.
6. Kraftaufnehmer (10) nach Anspruch 5, wobei die Querschnittsfläche an Verbindungsstellen (36) mit dem Körper (12) breiter ist als in Richtung einer Stegmitte, wobei vorzugsweise die Querschnittsfläche bei der Stegmitte wiederum breiter wird und insbesondere genauso breit wie bei den Verbindungsstellen (36) ist.
7. Kraftaufnehmer nach Anspruch 6, wobei die Stegmitte einen kreisförmigen Querschnitt (28) aufweist.
8. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei äußere, schmale Längsseiten (30, 32) des Körpers (12) entlang eines Mittelstücks (20) des Körpers (12), welches die zentrale öffnung (26) umschließt, eine Kontur aufweisen, so dass eine Materialstärke (S) des Körpers (12) im Bereich der zentralen öffnung (26) in einer radialen Richtung, innerhalb einer durch die Längsrichtung (X) und die Querrichtung (Y) aufgespannten Ebene (X-Y), relativ zu einem Mittelpunkt der zentralen öffnung (26) eine Mindeststärke (S m m) nicht unterschreitet, wobei die Mindeststärke (S min ) durch die Materialstärke (S) des Körpers (12) in der Querrichtung (Y) auf Höhe des Mittelpunkts bestimmt ist.
9. Kraftaufnehmer nach Anspruch 8, wobei die Materialstärke (S) in Richtung (14) von Längsenden (16, 18) des Körpers (12) in einem Zentralöffnungsab- schnitt (50) nahezu konstant ist und in übergangsabschnitten (52) zunimmt.
10. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zentrale öffnung (26) im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
11. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zentrale öffnung (26) in der Höhenrichtung (Z) stufenförmig ausgebildet ist. |
Torsionsunanfälliger Kraftaufnehmer mit Steg in Zentralöffnung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer zur Messung von Zug- und/oder Druckkräften, mit einem laschenförmigen Körper, der die zu messende Kraft derart aufnimmt, dass die Kraft zu einer elastischen Verformung des Körpers bzw. zu einer positiven oder negativen Dehnung in zumindest einem Teilbereich des Körpers führt, und mit zumindest einem elektrischen Messsystem, welches an den Körper gekoppelt ist und welches die Verformung oder die Dehnung erfasst und diese in ein elektrisches Signal umwandelt, wobei der Körper in einer Längsrichtung eine längere Abmessung als in einer Querrichtung und als in einer Höhenrichtung hat, und wobei der Körper eine zentrale öffnung zur Aufnahme des elektrischen Messsystems aufweist.
Die offengelegte deutsche Patentanmeldung DE 33 07 020 Al offenbart eine Anordnung zur Messung von Seilkräften und zur Signalübertragung bei Schaftförderanlagen und Aufzügen. Zwischen Seilen und einem Förderkorb und/oder einem Gegengewicht wird ein Kraftmessgerät angeordnet, dessen Ausgangssignale einer Kontrollanordnung zugeführt werden, wobei verschiedene Signale zur überwachung einer Last in den einzelnen Seilen auch bei in Bewegung befindlichen Förderanlagen gewonnen werden, welche Signale an einen ortsfest montierten Teil der Anordnung übertragen werden. Fig. 4 der DE 33 07 020 zeigt ein gegossenes bzw. geschmiedetes Gelenkteil, in welchem ein Fenster oder eine Aussparung mit einem zentralen Steg vorhanden ist. Im Fenster sind am zentralen Steg mehrere Drahtdehnungsgeber (Dehnungsmessstreifen) paarweise angeordnet.
Die DE 41 03 765 offenbart einen Kraftaufnehmer, der auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung zurückgeht.
Der allgemeine Aufbau und die Funktionsweise eines Kraftaufnehmers ist in der DE 100 60 201 C2 beschrieben, die ebenfalls auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung zurückgeht.
In der DE 100 60 201 wird ein Kraftaufnehmer für Zug- und/oder Druckkräfte offenbart, der in praktischen Anwendungen zum Aufnehmen und Messen von Zug- und/oder Druckkräften verwendet wird. Ein Anwendungsbeispiel ist die Messung von sehr hohen Kräften im Bereich bis zu 2000 kN oder darüber in Tragseilen von Lastkränen oder in Stützauslegern von schwerem Arbeitsgerät, wie Baggern oder Kränen.
Der Kraftaufnehmer, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, weist einen Ia- schenförmigen Körper auf, der die zu messende Kraft derart aufnimmt, dass die Kraft zu einer Verformung oder Dehnung (negativ oder positiv) in zumindest einem Teilbereich des Körpers führt. Ein solcher Kraftaufnehmer mit einem laschenförmi- gen Körper wird auch als Messlasche bezeichnet. üblicherweise weist ein Kraftaufnehmer mit einem laschenförmigen Körper im Bereich seiner beiden Längsenden jeweils ein Auge (durchgehende öffnung) auf, in die jeweils eine Anhängewelle (Bolzen) eingesetzt wird, über die der Kraftaufnehmer beispielsweise am Tragseil oder dem Stützausleger angehängt wird, dessen Kraftbelastung gemessen werden soll.
Die infolge der Zug- oder infolge einer Druckkraft verursachte Verformung oder Dehnung des Körpers wird von einem elektrischen Messsystem, das mit dem Körper verbunden ist, erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Ein solches elektrisches Messsystem basiert üblicherweise, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt ist, auf Dehnungsmessstreifen (DMS), wobei der Effekt ausgenutzt wird, dass ein Draht, der eine Längenänderung erfährt, proportional dazu seinen elektrischen Widerstand als Folge der Längenänderung ändert. In der Regel werden mehrere
solche DMS zu einer Widerstandsbrücke (Wheatstonesche Brücke) zusammengeschaltet.
Das von dem oder den elektrischen Messsystemen erzeugte elektrische Signal wird in einer Messwertverarbeitungseinrichtung, beispielsweise einem Messverstärker, verarbeitet, wobei das von dem oder den Messsystemen erzeugte Strom- oder Spannungssignal in einen Kraftwert konvertiert wird, der dann auf einer Anzeigerichtung angezeigt wird.
Bei Kraftaufnehmern zum Aufnehmen und Messen von hohen Zug- und/oder Druckkräften werden häufig zwei oder mehr Messsysteme zusammengeschaltet, oder es werden gar redundante Messsysteme verwendet, um bei sicherheitsrelevanten Anwendungen die erforderliche Sicherheit der Kraftmessung zu gewährleisten.
Aus der oben erwähnten DE 41 03 765 Al ist ein Kraftaufnehmer bekannt, der einen laschenförmigen Körper aufweist, der eine Dicke umfasst, die kleiner als die Abmessung des Körpers in Längsrichtung und in Querrichtung ist. Dieser bekannte Kraftaufnehmer weist zwei elektrische Messsysteme auf, die in einer zentralen Bohrung von der Unter- und der Oberseite, d.h. von den Flachseiten des Kraftaufnehmers her, in den Körper eingebaut sind. Dies entspricht der bis heute üblichen Art und Weise des Einbaus der elektrischen Messsysteme in derartige Messlaschen.
Bei den bekannten Messlaschen ist nun des öfteren der Effekt aufgetreten, das es zu Verzerrungen des gemessenen Signals aufgrund von Torsionserscheinungen kommt. Die Torsion stellt einen mechanischen Störeinfluss dar, ähnlich wie wenn die Krafteinleitung nicht zentrisch oder nicht axial erfolgt. Die Messergebnisse werden dadurch verfälscht. Wenn die eingeleiteten Querkräfte oder Momente einen zulässigen Wert überschreiten, kann zusätzlich das Messelement beschädigt werden.
Ferner kämpfen bekannte Kraftaufnehmer immer mit den Problemen einer Nicht- Linearität und Hysterese. Aus einer Nicht-Linearität und Hysterese leitet sich der
sogenannte zusammengesetzte Fehler ab. Der zusammengesetzte Fehler gibt die Breite eines Toleranzbandes an, in welchem jeder Punkt einer Aufnehmerkennlinie liegt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftaufnehmer vorzusehen, der gegenüber Torsion unempfindlich ist. Insbesondere soll die Linearität und Hysterese verbessert werden.
Diese Aufgaben werden mit einem Kraftaufnehmer der eingangs erwähnten Art gelöst, wobei die zentrale öffnung des Körpers in der Höhenrichtung (größtenteils) durchgehend ist und von einem Steg durchquert wird, wobei der Steg mit dem elektrischen Messsystem verbindbar ist.
Eine durchgehende öffnung bewirkt, dass in der zentralen öffnung keine „Membrane" mehr enthalten ist, auf der das elektrische Messsystem üblicherweise angebracht wurde. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen wird das elektrische Messsystem gemäß der Erfindung weder an einer weit von einem Mittelpunkt der zentralen öffnung entfernte Wandung angebracht, noch wird es auf einer membranartigen abschließenden Fläche angebracht, die die zentrale öffnung üblicherweise derart geteilt hat, dass die zentrale öffnung zwei sich gegenüberliegende Sacklöcher repräsentierte. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das elektrische Messsystem relativ nahe zu dem Mittelpunkt, und vorzugsweise genau im Mittelpunkt, der zentralen öffnung angeordnet.
Werden Torsionskräfte in den Kraftaufnehmer der vorliegenden Erfindung eingeleitet, so werden diese vorzugsweise um den mittig angeordneten Steg herum geleitet, so dass das elektrische Messsystem entweder überhaupt nicht oder zumindest nur begrenzt durch die eingeleitete Torsionskraft beeinflusst wird. Die Torsionskraft wird hauptsächlich durch Schenkel geleitet, die die Zentralöffnung umgeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Steg im Wesentlichen in der Längsrichtung des Körpers und ist mit dem Körper verbunden.
Somit flankieren in Querrichtung durchgehende Aussparungen der zentralen öffnung den sich vorzugsweise in Längsrichtung erstreckenden Steg. Der Steg ist vorzugsweise streifen- bzw. stabartig ausgebildet, was die übertragung von Torsionskräften im Vergleich zu einem flächigen übertragungsmedium weiter reduziert. Die Verbindung mit dem Körper ist erforderlich, um eine Kraftmessung zu ermöglichen.
Es ist bevorzugt, wenn der Steg einstückig mit dem Körper ausgebildet ist.
Bei einstückiger Ausbildung des Messlaschenkörpers und des Stegs sind keine aufwendigen Arbeiten erforderlich, um den Steg mit dem Körper zu verbinden. Der Körper und der Steg können dann in einem Arbeitsgang hergestellt werden, so dass sich Arbeitswand und somit die Produktionskosten reduzieren.
Auch ist es von Vorteil, wenn eine Stärke des Stegs im Vergleich zur Stärke des Körpers in der Höhenrichtung kleiner als z.B. 1:20 ist.
Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass einerseits eine Verbindung zur übertragung des Kraftflusses vorhanden ist, andererseits aber die Verbindung so ist, dass Torsionskräfte, wenn überhaupt, nur sehr schlecht durch den Steg übertragen werden, der wiederum das elektrische Messsystem trägt.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Steg aus mehreren Elementen aufgebaut ist.
Durch diese Maßnahme lässt sich eine Modularität realisieren. Der Teil bzw. das Element des Stegs, der das elektrische Messsystem trägt, kann außerhalb der Messlasche selbst gefertigt werden, was insbesondere beim Kleben oder Sputtern der DMS von erheblichem Vorteil ist.
Die Messzelle bzw. der Teil, der das elektrische Messsystem trägt, lässt sich auch einfacher temperaturkompensieren. üblicherweise werden dazu komplette Messlaschen, d.h. inklusive Messlaschenkörper, in eine Vorrichtung zum Erwärmen und Abkühlen verbracht und anschließend aufgeheizt und/oder abgekühlt. Gemäß der vorliegenden Erfindung muss lediglich das das Messystem tragende Element inklusive Messsystem, das um ein Vielfaches kleiner als eine Messlasche ist, in die Kompensationsvorrichtung verbracht werden, wobei anstatt eines einzigen Messlaschenkörpers mehrere Elemente gleichzeitig kompensiert werden können.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Aufnahme eines das Messsystem tragenden Elements in der Zentralöffnung formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgt.
Eine form- bzw. kraftschlüssige Aufnahme gewährleistet eine gute übertragung des Kraftflusses, was wiederum für das Erzielen von guten und genauen Messergebnissen erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verläuft die Stegöffnung im Wesentlichen in der Höhenrichtung.
Somit sind die Kontaktflächen zwischen Messzelle und Körper in einer Ebene angeordnet, in der der Kraftfluss im Wesentlichen übertragen wird.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weist der Steg eine Querschnittsfläche auf, die vorzugsweise in einer Ebene liegt, die von der Längsrichtung und der Querrichtung aufgespannt wird, und wobei Verbindungsstellen mit dem Körper breiter sein können als in Richtung einer Stegmitte, wobei vorzugsweise die Querschnittsfläche bei der Stegmitte wiederum breiter wird, und insbesondere breit ist wie bei den Verbindungsstellen.
Durch diese Maßnahme ist die Kontur des Steges zuerst konkav, dann konvex und dann wiederum konkav entlang der Außenseite der Lasche relativ zur Längsachse
orientiert. Diese Form hat sich als besonders geeignet erwiesen, um hysteresefreie und lineare Signale zu erzeugen.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Stegmitte einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Mit einem kreisförmigen Querschnitt in der Stegmitte kann, ähnlich wie im Stand der Technik, ein membranartig ausgebildeter Aufnehmer realisiert werden, dessen Vorteile auch bei der vorliegenden Erfindung ausgenutzt werden können.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn Längsseiten des Körpers entlang eines Mittelstücks des Körpers, welches die zentrale öffnung umschließt, eine Kontur aufweisen, so dass eine Materialstärke des Körpers im Bereich der zentralen öffnung in einer radialen Richtung, innerhalb einer durch die Längsrichtung und die Querrichtung aufgespannten Ebene, relativ zu einem Mittelpunkt der zentralen öffnung eine Mindeststärke nicht unterschreitet, wobei die Mindeststärke durch die Materialstärke des Körpers in der Querrichtung auf Höhe des Mittelpunktes bestimmt ist.
Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass der Kraftaufnehmer gute lineare Signale liefert, die nahezu hysteresefrei sind. Es kommt an keiner Stelle um die zentrale öffnung herum zu Verengungen, so dass sich dort keine Inhomogenitäten hinsichtlich des Kraftflusses ausbilden können, die üblicherweise die Ursache für Nicht-Linearität und Hysterese darstellen.
Vorzugsweise ist die äußere Kontur des Kraftaufnehmers, ähnlich wie der Mittelsteg, zuerst konkav, dann konvex und dann wiederum konkav relativ zur Längsachse ausgebildet.
Weiter ist es von Vorteil, wenn die Materialstärke in Richtung von Längsenden des Körpers, d.h. innerhalb einer X-Y-Ebene in einem Zentralöffnungsabschnitt nahezu konstant ist und in übergangsabschnitten zunimmt.
Durch diese Maßnahme ist weiter das Kriterium erfüllt, dass die Materialstärke (in radialer Richtung) um die zentrale öffnung herum nie unter eine Mindeststärke fällt. Jedoch lassen sich Kraftaufnehmer bereitstellen, die größere Kräfte aufnehmen können, da mehr Masse zum Aufnehmen der Kräfte zur Verfügung gestellt wird.
Auch ist es von Vorteil, wenn die zentrale öffnung im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Eine kreisförmige zentrale öffnung lässt sich herstellungstechnisch einfach realisieren, wie z.B. durch Fräsen oder Bohren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Kraftaufnehmer gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie H-II der Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der Fig. 1, wobei der Maßstab nicht beibehalten wurde; und
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Mittelstücks des Kraftaufnehmers der
Fig. 1.
In der nachfolgenden Beschreibung der Figuren werden gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Ein Kraftaufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung wird allgemein mit 10 bezeichnet werden.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Kraftaufnehmer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Der Kraftaufnehmer 10 weist einen Körper 12 auf, der vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt ist. Es können jedoch auch andere Materialien gewählt werden, wie z.B. Feinkornstahl, weil dieser gebrannt werden kann und erheblich weniger kostet als Edelstahl (1:5 bis 1:10).
Der Körper 12 erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse 14 und ist hier plattenförmig ausgebildet. Die Längsachse 14 stimmt mit einer Längsrichtung X überein. Eine Querrichtung steht senkrecht zur X-Achse und wird als Y-Achse bezeichnet werden.
An seinen längsseitigen Enden weist der Körper 12 Endstücke 16 und 18 auf, die über ein mittig angeordnetes Mittelstück 20 miteinander verbunden sind. Zur Verdeutlichung der verschiedenen Stücke, die üblicherweise einstückig ausgebildet sind, sind gestrichelte Hilfslinien 21 gezeigt. Die Endstücke 16 und 18 weisen jeweils eine durchgehende öffnung 22 bzw. 24 (Augen) auf, durch die beispielsweise Bolzen (Anhängewellen) geführt werden können. über solche (hier nicht dargestellte) Bolzen wird eine zu messende Kraft, vorzugsweise in Zug- und/oder Druckrichtung, in den Körper 12 eingeleitet. Druck- und Zugkräfte sind hier parallel zur Längsachse 14 orientiert.
Das Mittelstück 20 weist eine zentrale öffnung 26 auf, um ein elektrisches Messsystem aufzunehmen. Bei bekannten Messlaschen werden beispielsweise DMS auf die Wandung der zentralen öffnung 26, die sich in Z-Richtung erstrecken, geklebt, um Kräfte messen zu können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die in Z-Richtung durchgehende zentrale öffnung hier durch einen beispielsweise in X-Richtung verlaufenden Steg 28 unterbrochen. Die zentrale öffnung 26 wird von Schenkeln 27 des Körpers 12 seitlich umgeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das elektrische Messsystem, wie z.B. ein DMS 29 mit entsprechender Verbindung zu einer Signalauswerteeinheit (nicht dargestellt), auf dem Steg 28 angeordnet sein. Man erkennt in Fig. 1 deutlich, dass der DMS 29 insbesondere nahezu im Mittelpunkt der zentralen öffnung 26 angeordnet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Durchmesser der zentralen öffnung 26 kleiner bzw. der Abstand zwischen der zentralen öffnung 26 zu den jeweiligen öffnungen 22 bzw. 24 in den Endstücken 16 und 18 kleiner als im Stand der Technik gewählt werden, und zwar bei gleich bleibender Belastbarkeit der Messlasche 10 selbst. Indem die Messzone, d.h. der Bereich, innerhalb dem der DMS 29 angeordnet ist, relativ weit innen sitzt, ist die Messlasche 10 torsionsunempfindlicher als bekannte Messlaschen.
Bezugnehmend auf Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1 gezeigt. Der Maßstab wurde hierbei beibehalten.
In Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1 gezeigt, wobei die Fig. 3 im Maßstab vergrößert wurde.
In Fig. 3 ist zu erkennen, dass die DMS 29 beidseitig auf den Steg 28 aufgeklebt werden können. Es kann jedoch auch lediglich eine Seite des Stegs 28 mit einem oder mehreren DMS beklebt werden. Die Verbindungen der DMS 29 zu ihren entsprechenden Auswerteelektroniken ist in keiner der Figuren explizit gezeigt, jedoch immer als vorhanden anzusehen.
Bezugnehmend auf Fig. 4 ist das Mittelstück 20 der Fig. 1 in größerem Detail gezeigt.
In Fig. 4 ist gezeigt, dass der Steg 28 mit einer Wandung 46 der zentralen öffnung 26 bei Verbindungsstellen 36 verbunden ist. Die Wandung 46 stellt die Innenfläche der zentralen öffnung 46 dar. Die Wandung 46 ist hier zylinderförmig, wobei sich die Zylinderachse hier in Z-Richtung erstreckt. Der Steg 28 ist vorzugsweise einstückig mit dem Körper 12 ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen z.B. in der X- Richtung. Er könnte sich alternativ auch in eine andere Richtung innerhalb der X-Y- Ebene erstrecken, z.B. auch in Y-Richtung. Der Steg kann auch erst nachträglich mit dem Körper 12 verbunden werden, wie z.B. durch Schweißen. Darauf wird weiter unten noch im Detail eingegangen werden.
Der Steg 28 weist hier eine kreisförmige mittlere Fläche 38 auf, auf der die DMS 29 angebracht werden können. Die Mittelfläche 38 ist gegenüber dem restlichen Steg abgesenkt (vergleiche auch Fig. 3), so dass sich um die Mittelfläche 38 herum ein erhöhter Rand 40 bildet.
Es versteht sich, dass die in den Figuren gezeigten Konturen des Stegs 26 auch anders gewählt werden könnten. So könnte beispielsweise lediglich ein geradliniges Plättchen eingesetzt werden, dass nicht die in Fig. 4 gezeigte konkav/konvexe Kontur aufweist.
Ferner sind in Fig. 4 nochmals gut den Steg 28 seitlich umgebende, durchgehenden Aussparungen zu erkennen, die hier mit den Bezugszeichen 42 und 44 bezeichnet sind. Die Aussparungen 42 und 44 sind hauptsächlich dafür verantwortlich, dass der Kraftaufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung weniger torsionsanfällig ist, da mit ihnen eine membranartige Trennung der zentralen öffnung durchbrochen wird.
Ferner sind in der Fig. 4 die besonders geformten Außenkonturen 30 und 32 des Körpers 12 zu erkennen, die für einen linearen und hysteresefreien Betrieb des Kraftaufnehmers 10 mitverantwortlich sind. Die Schenkel 27, die die zentrale öffnung 26 umgeben, weisen in Höhe des Mittelpunkts der zentralen öffnung 26 in
radialer Richtung eine Mindeststärke bzw. -dicke S min auf, die in Richtung der in Fig. 4 nicht dargestellten Endstücke 16 und 18 nicht unterschritten wird.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Kraftaufnehmer 10 bleibt eine Materialstärke S, d.h. die Dicke des Körpers 12 in der X-Y-Ebene, zumindest in der Nähe der zentralen öffnung 26 konstant, d.h. sie ist gleich der Mindeststärke S min . An Zentralöffnungsab- schnitte 50 der Schenkel 27 schließen sich übergangsabschnitte 52 an. In den übergangsabschnitten 52 nimmt die Materialstärke weiter zu, wie es sich bei einem Vergleich mit einem Hilfskreis 49 ergibt.
Es versteht sich, dass die in Fig. 4 dargestellte äußere Kontur des Körpers 12 lediglich exemplarisch ist. Die Mindeststärke ist hier relativ klein gewählt. Die Mindeststärke könnte auch viel größer gewählt werden, so dass die Längsseiten 30 und 32 - nicht wie in Fig. 4 konkav-konvex-konkav - sondern nur konvex ausgebildet sind.
In Fig. 5a ist ein Element 60 isometrisch gezeigt, das eine Komponente eines alternativen Stegs 28' bildet, der in Fig. 5b in eine Messlasche eingebaut und in einer geschnitten Seitenansicht dargestellt ist. Fig. 5c zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 5b. Die Fig. 5a - 5c zeigen den modularen Steg 28', der ähnlich zu dem Steg 28 der Fig. 4 ist, jedoch mit dem Unterschied, dass der Steg 28' aus mehreren Komponenten (Element 60, Vorsprünge, usw.) bestehen kann.
Das Element 60 der Fig. 5a hat einen Hut-ähnlichen Querschnitt. Der Hut-ähnliche Querschnitt weist hier zwei Befestigungsabschnitte 62a, 62b mit öffnungen 64 auf. Die Anzahl der öffnungen 64 kann frei gewählt werden. Die öffnungen sind durchgehend und vorzugsweise mit einem Innengewinde versehen, um z.B. geeignete Schrauben 66 (vgl. Fig. 5b) aufzunehmen. Mit den Schrauben 66 kann das Element 60 fest an Vorsprüngen 68 befestigt werden, die in radialer Richtung in die zentrale öffnung 26 vorstehen. Die Vorsprünge 68 sind mit entsprechenden Löchern versehen, um die Schrauben 66 aufnehmen zu können. Die Vorsprünge haben eine
Funktion vergleichbar einem Brückenkopf. Sie dienen zur Aufnahme des die öffnung überspannenden Elements 60 und sind Teil des Stegs 28'.
Im mittleren Bereich des Hut-ähnlichen Querschnitts können die DMS 29 angeordnet werden. Dabei ist es unerheblich, ob die DMS 29 auf der Ober- oder Unterseite des Elements 60 angeordnet werden. Durch den Hut-ähnlichen Querschnitt bekommt das Element 60 eine „federnde" Funktionalität verliehen. Es wird unempfindlicher gegenüber Stößen und ähnlichem.
Alternativ zum Hut-ähnlichen Querschnitt könnte das Element 60 auch in Form eines geraden Plättchen realisiert werden, d.h. ohne Absenkung im mittleren Bereich.
In der Fig. 5c ist die Draufsicht auf den mehrteiligen Steg 28' in einem montierten Zustand gezeigt. Der abgesenkte Teil des Elements 60 berührt die Vorsprünge 64 vorzugsweise nicht, wie es durch eine gestrichelte Hilfslinie in der Fig. 5c angedeutet ist. In Fig. 5b ist dieses Detail nicht zu erkennen.
Es versteht sich, dass beim modularen Aufbau des Stegs unterschiedlichste Geometrien für das das Messsystem tragende Element 60 eingesetzt werden können. So könnten z.B. auch Ringe in die Zentralöffnung 26 eingesetzt werden, die die DMS an ihrer Innen- und/oder Außenseite und (radiale) Vorsprünge an ihrer Außenseite zur Verbindung mit der Wandung 46 der Zentralöffnung 26 aufweisen.
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