專利名稱:整體的力傳感器的制作方法
本發明涉及具有內部平行導向裝置和一個測量轉換器的力傳感器，該轉換器從被測的力產生一個數字電信號或從被測的力轉換一個數字電信號。這類力傳感器已在一些專利文獻例如EP 0 325 619(D1)和EP 0 544 858(D2)中公開。此外，例如EP 0 540 474(D3)公開了弦線測量轉換器。
D1和D2公開的力傳感器都適用作面積荷載的測量裝置，因為有內部的平行導向裝置。在兩種情況中，彈性的力轉換是力傳感器的組成部分。在兩種情況中，測量轉換器都作為帶有部分最貴的和敏感的力傳遞機構的單獨元件裝在力傳感器內。而D1和D2所用的測量換器的防潮和氣密結構則出現了一些技術問題，因為這種結構通常做得相當大，并引起進一步的力轉換。此外，EP 319 176提出了一種帶有集成測量電子電路的擺動軸的密封結構。
但擺動軸原則上是為點荷載設計的，而不是輕而易舉地改用于面積荷載。
本發明的目的是，提出一種具有防潮和氣密結構的帶有組成一體的平行導向裝置和力的轉換的結構小的面積荷載的力傳感器。這個目的是按權利要求
1所述的基本特征來實現的，其他的有利結構可從權利要求
2至17從屬權利中得知。
下面結合附圖來說明本發明的構思。其中
圖1表示一個力傳感器的第一實施例的一個縱截面；圖2表示第一橫截面AA；圖3表示第二橫截面BB；圖4表示第三橫截面CC；圖5表示在荷載作用下承載體的一個縱截面；圖6表示力傳感器第二實施例的縱截面；圖7表示力傳感器的第一透視圖；圖8表示力傳感器的第二透視圖。
圖1表示本發明力傳感器的第一實施例。該傳感器由一個承載體1、一個測量轉換器4和相應的電子估算單元5組成。承載體1本身由一根承載梁2和一個底座3組成；這兩個部件設置有一塊板6或7用來傳遞被測的力F。該板6和7例如用螺絲9固定到承載體1上，當板6在底座3上方向右移動和底板7在承載梁2下方向左移動時其所在的位置則是無關緊要的。這樣，由被測的力在承載體1上引起的應力便可改變方向。該承載體1-如也可從圖6看出那樣 由一塊長方體組成。如圖2橫截面AA所示，承載梁2具有一個軸向的縱向鉆出孔8，該孔端是平的。如圖3橫截面BB所示，底座3也有一個縱向鉆出孔，該孔做成與縱向鉆出孔8同軸的空心鉆孔10。該孔10可豎立一根棒形元件即一根桿11在其內部，且其端部是平的。
孔8和10的長度之和比承載體1的總長度短。這樣就為兩個垂直于承載體1縱軸設置在承載梁2和底座3之間的的相同的銑出孔12留出了空間，這兩個銑出孔在這里例如基本上作成矩形。在銑出孔12和承載體1的外表面之間分別保留一個平面元件，該元件叫做彎曲簧片15，其外側由承載體1的表面界定，其內側由銑出孔12界定。由縱向鉆孔8和空心鉆孔10的平的端部和銑出孔12界定出一塊薄板16，此板與桿11連接。這樣該薄板16對桿11起彈性鉸鏈的作用。
兩個銑出孔32垂直于銑出孔12延伸并連通銑出孔12，其垂直于圖紙平面的深度基本上與銑出孔12的深度相同(見圖4)。
從圖4示出的圖1承載體1的一個橫截面CC中可清楚看出薄板16。當荷載沿圖1所示的力F的箭頭方向加到底座3和承載梁2上時，彎曲簧片15成S形彎曲，桿11向上移動，如圖5夸大所示的那樣。實際上，有效的變形比圖示夸大的要小得多，因為大多數在這里涉及的測量轉換器實際上沒有位移地進行工作。此外，圖5中沒有示出測量轉換器4和相應的電子估算單元5。所以桿11根據由桿11的短段18的長度和桿11的長度給定的轉矩關系轉換作用到承載梁2上的力或轉換作用到薄板16上并傳遞到位于薄板16界定面之間的桿11短段18上的力。如欲增大這種彈性的轉換，則一方面薄板16可作得薄一些或彎曲簧片15可做得厚一些；當然，這兩個措施是漸增的。
圖6表示本發明第二承載體1的縱截面。這里銑出孔1 2分成一個界定彎曲簧片15的外圍部分13和界定桿11的短段18的一個中心部分14。這時通過桿11的短段18基本上隔成兩個薄板16、17。只要不背離本發明的構思，由銑出孔12確定的彎曲簧片15和位于薄板16、17之間的桿11的短段18的其他結構型式，以及由縱向鉆出孔8和與它同軸的同時用來確定桿11的空心鉆出孔10所確定的薄板16、17的其他結構型式都是可能的。所謂“鉆出孔8”、“空心鉆出孔10”和“銑出孔12”不只限于鉆削和銑削加工，而是可用別的切削技術。此外，也可用眾所周知的其他方法例如浸入電蝕，擠壓或鑄造成型，最后進行切削精加工。
圖6承載體1的彈性變形與圖5所示的方式相似。
圖7和8表示長方形承載體1的透視圖。例如借助于螺絲19將外殼20固定在承載體1上。該外殼20對承載體1例如借助于一個在圖1中示出的O型密封圈21進行密封。此外，該外殼20在其內部具有一個密封隔板22，所以測量轉換器4是防水和氣密封閉的。它的這樣構成的外殼由隔板22、外殼20的承載體側的部分、空心鉆出孔10的壁和薄板17界定。電子估算單元5位于本身作成密封的離承載體較遠的外殼20的一部分中。
在圖7中和在從另一側表示圖7的力傳感器的圖8透視圖中，外殼20做成圓柱形。根據本發明的精神，裝有測量轉換器4和電子估算單元5、且其內部設有密封隔板22的外殼20當然也可以作成其他的形狀。該外殼20的例如包括一個插頭23的蓋-這里用編號24表示-也可用(圖中未示出)螺絲固定，并用一個O型密封圈密封。
作為測量轉換器4，在適當的造型時，今天全部已知的和實際上無位移的結構型式例如振弦式、應變片式、壓電式、電容式和折射式的測量轉換器都可使用。
本發明的整體的力傳感器用于測量面積荷載的所有場合，或測量任務可轉換成測定面積荷載的場合，而且板6、7除了可作用圖1所示的力以外，還可作用轉矩。為此，例如設置有-平臺秤，-皮帶秤，-懸掛單軌秤。
此外，也可輕易地擴大應用到測量點荷載，這時例如板6補充一個帶例如球狀部分表面的傳力件，或用這樣一個傳力件代替。如果兩塊板6、7用球形部分的表面補充成這樣的形狀，即球形件同軸設置，基本上具有相同的半徑，該半徑大于球形件的最外點的距離的一半，這樣就可獲得上述的擺動軸。
本發明的力傳感器的優點是，結構高度低、測量部分做成氣密和防水的結構，制造簡單和不是先驗地根據某一種測量轉換器確定的結構。
權利要求
1.帶內部平行導向裝置和彈性轉換以及一個測量轉換器(4)的力傳感器，該轉換器從傳遞給它的轉換的力中產生一個表示原來被測力值的數字電信號，其特征在于-它由一個基本上為矩形的承載體(1)組成，該承載由一個從一個端面同軸地與其縱軸延伸的縱向鉆出孔(8)，一個與該孔同軸的并從另一端面延伸的空心鉆出孔(10)和與縱軸垂直設置的第一銑出孔(12)和第二銑出孔(32)分成兩個彎曲簧片(15)、一個通過空心鉆孔(10)的桿(11)和至少一個膜片(16)；-該承載體(1)在限定彎曲簧片(15)的外表面上具有垂直其縱軸作用的被測力的傳遞裝置；-該承載體(1)與在桿(11)的一側上并由該桿加載的、設置在一個密封外殼(20)中的測量轉換器(4)密封連接；-此外，外殼(20)由一塊密封隔板(22)與測量轉換器(4)隔開并裝有一個將測量轉換器的信號處理成表示力值的數字電信號的電子估算單元(5)，外殼(20)是這樣構成的，即測量轉換器(4)通過一個膜片(17)，空心鉆孔(10)的壁和外殼(20)與外界和電子估算單元(5)密封隔離。
2.按權利要求
1的力傳感器，其特征在于，承載體(1)用一整體制成。
3.按權利要求
2的力傳感器，其特征在于-鉆孔(8、10)的深度加在一起比承載體(1)的整個長度短；-垂直于其縱軸和基本上與它對稱設置的第一銑出孔(12)布置成分別在第一銑出孔(12)和承載體(1)的外表面之間保留一個平的彎曲簧片(15)；-兩個第一銑出孔(12)沿垂直于彎曲簧片(15)的外表面與另外兩個銑出孔(32)連通，后者離縱軸的距離大致相當于第一銑出孔(12)的距離；-膜片(16)的厚度由孔(8、10)的端面距離來決定。
4.按權利要求
3的力傳感器，其特征在于，第一銑出孔(12)在致為矩形橫面，且沿承載體(1)的縱向延伸長度至少等于與之垂直延伸的第二銑出孔(32)的延伸長度。
5.按權利要求
1的力傳感器，其特征在于，第一銑出孔(12)分成一個縱向延伸的外圍部分(13)和一個位于朝承載體(1)的縱軸方向的中心部分(14)，其中彎曲簧片(15)一方向由外圍部分(13)限定，另一方面又由承載體(1)的外表面限定，而且垂直于第一銑出孔(12)延伸的銑出孔(32)的寬度相當于第一銑出孔中心部分(14)的寬度，所以力傳感器具有兩個膜片(16、17)，它們通過桿(11)的短段(18)連接。
6.按權利要求
3至5中之一的力傳感器，其特征在于，孔(8、10)和銑出孔(12、32)通過切削加工產生。
7.按權利要求
3至5中之一的力傳感器，其特征在于，稱為成型單元的孔(8、10)和孔(12、32)用非切削加工技術產生。
8.按權利要求
7的力傳感器，其特征在于，以其孔(8、10)和孔(12、32)叫做成型單元的承載體(1)用火花電蝕產生。
9.按權利要求
7的力傳感器，其特征在于，以其孔(8、10)和孔(12、32)叫做成型單元的承載體(1)由沖擠產生。
10.按權利要求
7的力傳感器，其特征在于，以其孔(8、10)和孔(12、32)叫做成型單元的承載體(1)用鑄造產生。
11.按權利要求
9的力傳感器，其特征在于，承載梁在成型后進行切削精加工。
12.按權利要求
10的力傳感器，其特征在于，承載梁在成型后進行切削精加工。
13.按權利要求
1的力傳感器，其特征在于，使外殼(20)與承載體(1)密封連接的裝置由一個O型密封圈組成。
14.按權利要求
1的力傳感器，其特征在于-將被測的力傳遞到承載體(1)的裝置由兩塊板(6、7)組成，其中一塊板(6)緊貼在承載體(1)的一個外壁上，并固定在縱孔(8)沿承載體內部延伸的部位，另一塊板(7)緊貼在承載體(1)的對應外壁上，并固定在空心鉆孔(10)沿承載體(1)的內部延伸的部位；-板(6、7)用來承受產生轉矩的面積荷載。
15.按權利要求
1的傳感器，其特征在于，把被測力傳遞到荷載體上的裝置由下列部件組成-一塊板(6)，該板緊貼在承載體(1)的一個外壁上，并固定在縱孔(8)沿承載體內部延伸的部位；-一個球形段，該球形段緊貼在承載體(1)的對應的外壁上，并固定在空心鉆孔(10)沿承載體(1)內部延伸的部位。
16.按權利要求
15的力傳感器，其特征在于，該球形段是凸出的。
17.按權利要求
15的力傳感器，其特征在于，該球形段是凹入的。
18.按權利要求
14的力傳感器，其特征在于，板(6、7)分別有一凸出的相互同軸的球形段，這兩個球形段的曲率半徑基本上相等，但大于該球形段最外點的距離的一半。
專利摘要
具有內部平行導向裝置的一種力傳感器包括一個矩形的承載體(1)，一個測量轉換器(4)和一個電子估算單元(5)與該承載體進行氣密和防潮的固定連接。該承載體(1)在其一半上有一個軸向的縱向鉆孔(8)，在其另一半上有一個與該孔同軸的、長度大致相等的空心鉆孔(10)，該空心鉆孔(10)留出一根棒形的桿(11)。該承載體(1)中心的兩個相同的銑出孔(12)在其對應的外表面內留有兩個平的平行導向的彎曲片簧(15)。在孔(8、10)、銑出孔(12)和另外兩個鏡出孔(32)之間留有一塊薄板(16)，該薄板作為桿(11)的彈性鉸鏈用。由方向相反的相同的力引起的承載體(1)的變形通過彎曲片簧(15)傳遞到桿(11)上，在該桿的自由端上由測量轉換器(4)轉換成一個電信號，并由電子估算單元(5)以數字形式傳送出去。
文檔編號G01G3/00GKCN1119634SQ98800707
公開日2003年8月27日 申請日期1998年5月11日
發明者R·斯特克里, K·薩納 申請人:K-特龍技術有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan