專利名稱：用于在注塑期間測量注射力的力感測元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于安裝力感測裝置的方法以及一種根據該方法制造的裝置，其 中所述力感測裝置特別適于在注塑期間測量注射力。
背景技術：
熱塑塑料或其它注塑材料例如液體金屬在注射壓力或包壓壓力下被注射入注 模，所述注射壓力或包壓壓力相應地是注塑期間的關鍵特征，并且可以經由注射器的下 壓力來測量，例如在使用全電注塑機的情況下。通常，測量這些力要借助于力感測元件 (force-sensing cell)，該力感測元件被布置在注塑機的注射單元中，與軸的旋轉軸線旋 轉對稱，這樣，由蝸輪軸施加的力可以直接被測量，而注射壓力或包壓壓力則相應地根據該 力來建立。通常，這樣的限定類別的力感測元件包括旋轉對稱地形成的本體，所述本體具有 力導入部分、力導出部分以及在力導入部分和力導出部分之間的變形區域。該變形區域以 切入(cut-in)的方式漸變為本體的表面，并且取得平面表面，應變計精確地成對粘接在該 平面表面上，成對的應變計相對于對稱軸線彼此面對。力感測元件還包括電子電路，所述電 子電路具有擁有至少兩個輸入端的橋放大器，來自至少一對應變計的信號借助于所述至少 兩個輸入端被加入并被放大地輸出，其中在安裝了力感測元件以后，一對應變計的測量值 中的非配對性被所述電路平衡掉。在目前在注塑期間測量注射力的實例中，力感測元件的整個尺寸和測量范圍符合 特定的客戶定制的應用，并且尤其由注射單元的整體尺寸來確定。用于測量注射力的力感 測元件以全部整體尺寸制造，并且經常在客戶或應用者處被安裝在對應的機器中，并投入 運行。當需要時，根據客戶定制而設計并單獨制造的力感測元件可能是必須的。相應的測 量范圍由幾何形狀來確定，尤其是由變形區域的幾何形狀來確定，而在所有類型的情況下， 應變計、尤其是和相關的電子系統統一設計。因為這樣一種整體測量裝置在制造和運輸上的困難，根據本領域現有的制造方法 是不具有優勢的，依據該方法，典型地，注模裝置的金屬本體首先借助于材料去除來構建， 隨后應變計被精確地粘接在變形區域上，并且與電子系統連接。具體來說，提供備件是很大的問題，因為經常只有一個或幾個應變計、和/或電子 系統出現故障，但是不能以與機械上沒有故障的力感測元件分離的方式被替換，這是由于 精確地粘接應變計以及后續的電平衡只能在制造者處進行。
發明內容
因此，本發明基于上述目的提供一種力測量裝置，特別用于基于應變計技術的注 塑設備，所述裝置可以被通用于不同尺寸和不同力范圍的力感測元件，并且所述裝置減小 了制造和運輸上的困難。本目的的解決方案由根據方法獨立權利要求的主題內容以及同等裝置權利要求給出。優選的和/或有利的實施例、以及進一步的實施例是相關從屬權利要求的主題內容。根據本發明，具有用于軸向和/或徑向力測量的應變計的傳感器系統至少包括一 對變形元件，其中相應的變形元件包括兩個安裝部、在安裝部之間延伸的一個彎曲梁以及 附接在每個彎曲梁上的一個應變測量元件。變形元件的應變測量元件與電子系統連接，所述電子系統由一對變形元件平衡。優選地，應變測量元件優選設計為應變計。但是，應變測量元件還可以附接在變形元件上，所述應變測量元件只與一個安裝 元件連接在一起，因而在彎曲梁上具有一個松散端來掃描運動。根據本發明的傳感器系統的一個優點是預制的變形元件可以由應變測量元件來 電平衡，并且可以通用于具有不同尺寸、不同的力范圍、和不同幾何形狀的力感測元件。平衡可以在電子系統中進行，所述電子系統優選地包括至少一個橋放大器，所述 橋放大器與變形元件和應變測量元件平衡。傳感器系統與力感測元件的測量本體分別制造，并且可以在客戶處被安裝在特定 的測量本體上而無需進一步的平衡。特別是考慮到備件的供應，與本領域的現有技術相比， 本發明的優勢在于在應用者處，只有存在缺陷的傳感器系統需要被更換，而不是整個平衡 過的感測元件都要被更換。因此，運輸和安裝的費用大大降低。為了這個目標，變形元件和 力感測元件形成為彼此可拆卸。具體來說，適合于在變形元件的安裝部處與測量本體螺紋 連接。例如，也可以設想一種可鎖定夾持布置。也可以將變形元件的一端插入相應形成的 凹陷內，并且借助于螺紋連接固定另一端。在優選實施例中，設置熱敏元件，其至少附接在至少一個變形元件的彎曲梁上，并 且與電子系統連接。因此，利用在傳感器系統的電子系統中的模擬和/或數字電路，能夠進 行溫度補償的力測量。因此，本發明提供了一種傳感器系統，其可以被通用于所有幾何形狀的測量本體， 并且因而也可以被通用于所有力感測元件的幾何形狀。此外，傳感器系統的電子系統可以包括處理單元，所述處理單元在存儲器中保持 數據集，所述數據集被用于與現有的測量值相比較，以便提供預測。例如，數據集可以包括 應變、和/或變形模型，和/或數據集可以在以前測量值的基礎上產生。處理單元被布置為 將傳感器系統的現有力測量結果與數據集的值相比較。例如，借助對比，可以提供關于材料 疲勞或傳感器系統的退化的預測。數據集和測量值之間的對比可以在給定時間間隔內進行，或者由事件觸發。可選擇地或另外地，可以在處理單元中實現提供物理值、或相關測量值的相關性 模型的算法，例如以最匹配數據的形式，通過使用最匹配算法，其中所述最匹配數據是基于 所測得的物理值的周期性改變的相關性，而最匹配算法被應用于所存儲的測量值。該算法 借助這種模式提供預測。根據本發明的另一個實施例，這可以通過與存儲模型比較而進行。根據本發明的又一個實施例，設置選擇裝置。該選擇裝置在預定標準的基礎上決 定預測是由現有測量值和存儲數據集相比較而生成，還是通過由最匹配算法提供的模型來 生成。
根據本發明的再一個實施例，處理單元被布置為根據測量值與預存數據集之間的 比較，和/或根據提供最匹配模型來執行動作。這樣的動作可以根據時間發生，例如在給定 的周期變化中，或者是由事件觸發的。通過事件引起的激發動作是通過由預測檢測到的材 料疲勞引起的激發，例如已經存在的或者預計要發生的。在這種情況下，動作可以引發警告 信號，或發出通信數據。自校準是另一個可能的動作，例如在預定周期性改變中受時間控制 地執行。本發明還包含一種借助于對應的傳感器系統、用于軸向力測量的測量本體。測量 本體基本上旋轉對稱地形成，并且具有環形地形成在力導入部分和力導出部分之間的變形 區域。在力導入部分和力導出部分中，設置凹口，該凹口呈直線相對于彼此布置，使得一對 變形元件的變形元件可彼此對稱地安裝，并且與變形區域的表面齊平。以特別優選的方式，根據本發明的測量本體因此適合于接收并精確地裝配傳感器 系統。因而，傳感器系統的相應成對的變形元件可以由應用者彼此對稱地布置，并且與測量 本體的變形區域的表面齊平，而無需執行另一次費力的電平衡。
本發明的這些和其它特征以及優點參考所附附圖在下述更詳細的優選實施例的 說明中進行闡述。在附圖中，圖1示出了根據本領域現有技術的常規力感測元件的形式，圖2示出了根據本發明的力感測元件20，所述力感測元件基本由兩部分形成，其 中一個部分是傳感器系統，另一個部分是測量本體21，圖3示出了根據本發明的變形元件，其具有應變計和熱敏元件。
具體實施例方式圖1示出了據本領域現有技術已知的、用于測量軸向作用力的常規力感測元件， 該力感測元件例如可以用來測量注塑機的蝸輪軸處的注射壓力。這樣的常規設計力感測元件10包括基本旋轉對稱的本體11，所述本體例如由鉻 鉬鑄鋼組成，并且包括力導入部分12、力導出部分13、以及變形區域14。在當前附圖中，變 形區域以凹陷的形式示出，所述凹陷例如借助車床設置在本體11的上表面中。當需要時， 可以在本體11的相對后側面設置第二凹陷，該第二凹陷與第一凹陷對稱地形成。借助于機加工方法設置在表面或多個表面中的凹陷因而形成膜狀變形區域，當軸 向力被傳入大塊的力導入部分或力導出部分時，該變形區域可以被壓縮，和/或被拉緊。壓 縮或拉緊該變形區域可以被應變計15a、Mb檢測到，所述應變計被布置在變形區域的表面 上。用于軸向地測量力的應變計15a、Mb優選成對粘接在相應的力感測元件的變形 區域14的表面上。應變計對在變形區域14中相對于彼此關于本體11的對稱軸線對稱地布置。力感測元件此外還包括電子系統16，所述電子系統至少包括一個橋放大器電路， 其中特定橋電路的輸入與應變計電連接。根據特定應用，例如可以在電子系統16的輸出處 輸出電流或電壓信號。
橋電路使得能夠手動平衡電特性中的非配對性，或者手動平衡應變計15a、15b的 調整公差，其中平衡在制造者處執行。因此，可以找到用于在客戶處使用的、這樣的力感測元件10。在力導入部分12以 及在力導出部分13中設置鉆孔17，借助于此鉆孔17，力感測元件10例如被安裝在注塑機 的蝸輪軸和對應的驅動單元之間，這樣，注塑期間的注射壓力可以借助作用在蝸輪軸上的 力來確定。常規力感測元件的缺點在于為了能夠實現精確的粘接安裝并且由制造商進行應 變計的電平衡，這種客戶定制構造的力感測元件在被制造為一個單元后被運送給相應的客戶。圖2示出了根據本發明的力感測元件20，其基本設計為兩部分，一個部分是傳感 器系統，另一個部分是測量本體21。所示的傳感器系統包括兩個變形元件30a、30b，它們與預制的布線四組合成一對 變形元件，并且與電子系統一起與電纜(未在圖中明確示出)連接。測量本體21又包括基本旋轉對稱的凸緣，其具有力導入部分22、力導出部分23、 以及形成為環形的變形區域對。此外，為了安裝傳感器系統，在測量本體上設置用于接收變 形元件30a、30b的凹陷觀。每個用于接收成對變形元件的凹陷觀被布置在通過測量本體 21的對稱軸線延伸的直的連接線上，因而可以精確地、對稱地定位變形元件30、30a。大體上，存在在測量本體21上額外設置第二對變形元件的可能性，該第二對變形 元件被布置在通過測量本體21的對稱軸線延伸的第二公用線上，與直的連接線成任意角 度。在圖2中示出的、用于測量本體21的、一對變形元件中的變形元件30a在圖3中 示出。該變形元件30a包括兩個安裝部31、32，以及一個彎曲梁33，其中兩個應變測量元件 34,35被設置在彎曲梁33上，所述彎曲梁在安裝部31、32之間延伸，所述應變測量元件例 如可以設計為應變計。具有兩個安裝部31、32和彎曲梁的變形元件30a的基體形成為一件 式，例如為銑削件。變形元件借助于安裝部31、32可去除地固定在測量本體21處，所述本體具有凸緣 的形式。例如，螺紋連接是適合的。但是理論上，這樣的變形元件30a還可以只裝配有一個 應變測量元件，而且可以實現其功能。根據各個安裝部1、32以及各個應變測量元件34、35的定義，一對變形元件中的第 二變形元件30b設計為與變形元件30a手性對稱，其中只有相對于傳感器系統中的電連接， 才必須考慮手性對稱。變形元件的應變測量元件34、35與電子系統沈中的橋放大器的輸入連接在一起， 其中當將應變測量元件34、35設置在橋放大器中的彎曲梁33上時，應變測量元件34、35的 電非配對性以及機械公差被平衡。在變形元件30a、30b安裝入根據本發明的力感測元件20 的測量本體21內之前，進行傳感器系統的電平衡。除應變測量元件34、35以外，熱敏元件沈可以設置在一對變形元件中的一個和/ 或兩個變形元件的相應的彎曲梁31上。測量到的溫度以電信號的形式傳到電子系統沈， 從而使力測量期間的溫度補償成為可能。溫度補償可以借助于模擬和/或數字電路單元進 行。
在應用者那邊，當需要時，彼此電平衡的傳感器系統的變形元件30a、30b可以安 裝在已經存在的、和根據應用定制尺寸的測量本體21上所提供的凹陷觀中。凹陷28設置在測量本體21的力導入部分22和力導出部分23，鄰近變形區域，這 樣，傳感器系統的變形元件30a、30b將被布置在和安裝在變形區域的表面橫跨的平面內。 軸向作用在測量本體上的力導致變形區域中的局部應變，在力支路中(in the shunts)，所 述應變可以由傳感器系統的變形元件檢測。
權利要求
1.一種具有應變測量元件的傳感器系統，用于進行軸向和/或徑向力的測量，所述應 變測量元件包括至少一對變形元件，其中，各個變形元件(30a，30b)包括兩個安裝部(31， 32)、在所述安裝部(31，32)之間延伸的彎曲梁(33)以及附接到所述彎曲梁(33)上的至少 一個應變測量元件(34，35)，并且其中所述變形元件的應變測量元件(34,3 與電子系統 (26)連接，所述電子系統06)與所述至少一對變形元件平衡。
2.根據權利要求1所述的傳感器系統，其特征在于，應變測量元件是應變計。
3.根據前述權利要求之一所述的傳感器系統，其特征在于，所述電子系統06)包括至 少一個橋放大器，所述至少一個橋放大器與所述變形元件(30a，30b)和應變測量元件(34， 35)平衡。
4.根據前述權利要求之一所述的傳感器系統，其特征在于，在所述變形元件(30a， 30b)中的至少一個變形元件的彎曲梁上附接有熱敏元件，所述熱敏元件與所述電子系統 (26)連接，并且能夠實現溫度補償的力測量。
5.根據前述權利要求之一所述的傳感器系統，其特征在于，所述傳感器系統的電子系 統06)包括處理單元，所述處理單元將數據集保持在存儲器中，其中所述處理單元布置成 用于將所存儲的數據集與當前測量值相比較，并且用于在比較的基礎上提供預測。
6.根據前述權利要求之一所述的傳感器系統，其特征在于，算法在其中運行的處理單 元利用最匹配算法來提供測量值的相關性的模型，所述最匹配算法被應用到所存儲的測量 值。
7.根據權利要求5和6的設備，其特征在于，一選擇裝置布置成用于在確定標準的基礎 上，決定預測是借助于當前測量值與所存儲的數據集的比較來進行，還是借助于由最匹配 算法提供的模型來進行。
8.根據權利要求5-7之一所述的設備，其特征在于，所述處理單元布置成用于根據測 量值與預存數據集的比較來執行動作，和/或根據提供最匹配模型來執行動作，其中至少 一個下述動作被執行-輸出警告信號，-發送通信數據，或-自校準。
9.一種利用根據前述權利要求之一所述的傳感器系統進行軸向力測量的注塑機的測 量本體，其特征在于，所述測量本體旋轉對稱地構建，并且具有變形區域(M)，所述變 形區域04)在力導入部分02)和力導出部分03)之間環狀地形成，其中凹口 08)設置 在力導入部分0 和力導出部分中，所述凹口彼此相對地布置在直的連接線上，使得 相應的一對變形元件(30a，30b)相對于彼此對稱地、可去除地安裝，并且與變形區域的表 面齊平。
10.根據權利要求9所述的測量本體，其特征在于所述測量本體被布置在注塑 機的蝸輪軸處，并且適合于測量注射壓力。
11.一種注塑機，該注塑機具有根據權利要求9或10所述的測量本體(21)，或根據權 利要求1-3之一所述的傳感器系統。
12.—種借助于根據前述權利要求所述的測量本體和至少一個傳感器系統進行軸向力 測量的力感測元件，其特征在于所述傳感器系統的成對變形元件中的變形元件彼此對稱地附接，并且與所述測量本體的變形區域04)的表面齊平。
13.一種用于制造借助于應變計提供軸向力測量的傳感器系統的方法，其中所述方法 至少包括下述步驟-制造至少兩個機械變形元件，每個機械變形元件具有至少兩個安裝部和一個彎曲梁；-將至少一個應變計附接在每個變形元件上； -使兩個變形元件結合成一對變形元件；-提供所述一對變形元件的相應應變計之間的電連接以及電子電路； -借助于電子電路，使所述一對變形元件和應變計平衡。
14.一種制造根據前一權利要求所述的力感測元件的方法，包括基本旋轉地對稱的測 量器本體以及傳感器系統，其特征在于，凹口 08)被設置在力導入部分0 和力導 出部分中直至相鄰變形區域(M)，電平衡后的傳感器系統隨后被精確裝配地插入到 所述凹口內，并被壓緊配合地固定。
全文摘要
本發明涉及一種用于測量軸向力尤其是用于測量注塑機的注射壓力的力感測裝置(20)，所述注塑機包括測量本體以及傳感器系統。傳感器系統包括一對變形元件，所述變形元件與電子系統(26)連接。各個變形元件(30a，30b)具有兩個安裝部(31，32)和在安裝部之間延伸的彎曲梁(33)，并且所述彎曲梁附接到至少一個應變測量元件(34，35)上。測量本體具有變形區域(24)以及用于安裝一對變形元件的多個凹口(28)，所述變形區域環狀地形成在力導入部分(22)和力導出部分(23)之間，所述一對變形元件相對于彼此電平衡。
文檔編號B29C45/76GK102072793SQ20101054668
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月16日 優先權日2009年11月16日
發明者A·塔拉夫, D·舍茨勒, J·西蒙, R·哈西斯坦恩 申請人:堡盟創新技術股份公司