CN106133492B - 测力装置的预紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预紧装置(1)，其具有用于收纳力传感器的收纳凹部(11)，该预紧装置可以被设置在一个机器构件中的、或者多个机器构件之间的、或者辊中的留空中，该预紧装置可以被灵活、简单地放置在不同成型的留空中，并且可被容易地、可松脱地固定在该留空中。这可以被如下地实现：预紧装置(1)具有与收纳凹部(11)沿纵轴线(L)的方向间隔开的工具抓持区段(12)，并且至少一个能弹性弯曲的区段(101)被不能松脱地设置在收纳凹部(11)与至少一个力传导板(100)之间，其中，通过至少一个能弹性弯曲的区段(101)的弹性弯曲，并通过沿平行于纵轴线(L)的各个不同方向在至少一个力传导板(100，100′)和工具抓持区段(12)上施加力，能够使预紧装置(1)的松弛状态的高度降低到引入状态下的高度。

Description

测力装置的预紧装置

技术领域

本发明涉及一种预紧装置，其具有用于收纳力传感器的收纳凹部，该预紧装置包括至少两个彼此沿垂直于纵轴线的方向相对设置的力传导板，所述力传导板具有彼此背向的力传导面；本发明还涉及一种测力装置以及一种用于将测力装置引入到位于一个机器构件中的、或者多个机器构件之间的、或者辊中的留空中的方法。

背景技术

测力装置长期以来以各种不同的实施方式为人所熟知，其包括用于夹紧力传感器的预紧装置。这种测力装置可以测量在至少一个空间方向上施加的动态和准静态的力。优选使用压电式力传感器，大多数情况下使用所谓的压电式测量垫圈作为力传感器。已知的测力装置在各种不同的应用中被用于测量不同的力，例如在过程监控中。

由专利文献EP0719405B1已知一种测力装置，其具有由多部分组成的预紧装置，该预紧装置用于呈双楔形测力装置形式的力传感器。由此，可以测量彼此平行的机器构件之间的力，优选可以测量力支流(Kraftnebenfluss)中的力。平行的支承面之间的垂直间距是可变的。两个可彼此相对移动的楔形件通过一调节装置相互连接。楔形件和力传感器在位于机器构件之间的袋状留空中被可松脱地固定夹紧，在此，力传感器与楔形件一起构成一结构单元并被集成在第一楔形件中。力传感器的第一测量面相对于第一楔形件伸出并形成第一支承面。利用第二测量面来将力传感器支撑在第一楔形件中。这种由多部件组成的装置应该具有很低的结构高度并且能够被简单地安装。

由专利文献WO2004/065924已知的预紧装置与力传感器一起构成一测力装置，该预紧装置可以被引入具有平行的壁的留空中以及被引入圆柱对称形的留空中，并在预紧的条件下被固定，从而能够实现更灵活的力测量。由此，例如可以通过将具有有效连接(功能连接)的力传感器的预紧装置设置在辊中的圆柱形孔中来测量辊上的力。该预紧装置由多部分构成，并具有销和带有至少一个楔形面的基座。在该楔形面上可运动地设置有至少一个夹持元件，该夹持元件借助于夹紧螺钉被拉向保持板。在一特别的实施方式中使用了弹簧元件，该弹簧元件将保持板的反作用力施加在夹持元件上。通过利用合适的工具简单地牵拉夹紧螺钉，可以使力传感器与这种被紧凑构造的预紧装置一起在预紧情况下被可松脱地固定在一留空中，在此，通过旋拧夹紧螺钉来使预紧装置沿预紧方向的高度适配该留空的大小。预紧装置的力传导面紧贴在相应的留空的壁上，使得将力传递至预紧装置和力传感器上。仅通过靠近横向于预紧装置的方向，就可以固定和松开预紧装置，使得这样的预紧装置能被设置在辊上的圆柱形孔中并使用。

由现有技术已知的这些预紧装置或者说测力装置(其包括带有内置的力传感器的预紧装置)均是由多部分组成的，并且只能繁琐地借助于旋拧工具被旋拧预紧地固定在不同形状的留空的壁之间。为了达到预紧装置的预紧状态，需要将一楔形设计的结构拧紧，在此要调整预紧装置的高度。在该高度调节过程中旋拧夹紧螺钉，直至预紧装置的表面充分地按压留空壁，以及由此力传感器被充分预紧地夹住。力传感器设置为通过所述的预紧装置被不对称地相对于留空壁可夹持地拧紧，例如在一侧通过预紧装置并在相对侧通过销夹持。当通过夹紧螺钉楔入或调校楔形件时，会有摩擦力作用在力传感器上。

发明内容

本发明就此提出一种预紧装置，该预紧装置可以被灵活、简单地放置在各种不同形状的留空中，并能够被容易地、可松脱地固定在留空中。在引入预紧装置的过程中，应该避免有干扰性的摩擦力作用在力传感器上。留空可以位于机器构件之间/在机器构件中或者在机器构件中的圆柱形孔中。本发明的目的在于实现一种能够在没有旋拧工具和不拧紧的情况下固定在留空中的预紧装置。

本发明的目的通过对预紧装置的构型来实现，在该预紧装置中设计有至少一个能弹性弯曲的区域。由此，在插入过程中，该预紧装置能够在最小的装置高度上进入到弹性张紧的引入状态中，并被无摩擦地引入到留空壁之间。当到达所期望的最终位置时，该预紧装置能够置于弹性张紧的安装状态下，使得该预紧装置和安置在该预紧装置中的力传感器在预紧的情况下保持在留空中位于测量位置上。在以弹性张紧的引入状态插入预紧装置的过程中，没有摩擦力作用在力传感器上。

与现有技术相反，可以省略刚性夹持元件(例如楔形件)的移动，从而防止这种夹持元件的干扰性夹持。

附图说明

下面参照附图详细说明本发明。

图1示出了测力装置的剖面图，该测力装置包括力传感器，该力传感器被可松脱地固定在预紧装置中，在此，该测力装置在已弹性张紧的安装状态下被夹紧地安置在位于两个机器构件之间的留空中。

图2以纵剖面图示出了在被引入到留空之前处于松弛的基态下的测力装置。

图3以立体图示出了处于松弛的基态下的单独的预紧装置。

图4示出了测力装置的剖面图，在此示出，预紧装置弹性张紧地处于引入状态下。

图5a和图5b分别示出了测力装置的剖面图，其中，预紧装置分别通过附加的保险器件保持在弹性张紧的安装状态下。

图6a示出了测力装置的剖面图，该测力装置沿引入方向位于辊中的圆柱形对称的留空中，而

图6b以立体图示出了具有呈拱形的力传导板的预紧装置，该预紧装置处于在留空的外面的松弛的基态下。

具体实施方式

在图1中示出了测力装置0，其包括预紧装置1和力传感器2。在此，预紧装置1被一件式地制成，并被带入到位于两个机器构件5、5′之间的留空4中，被可松脱地夹紧固定。留空4由平面平坦的留空壁40构成，在此，预紧装置1在通过垂直于纵向方向L起作用的力F表征的力传导方向上的距离，相应于其在弹性张紧的安装状态下的高度H。所述预紧装置1的预紧受到结构上的限制，因为预紧装置1在所限定的范围中是弹性可弯曲的并由此可被引入留空4，且能够在那里相对于留空壁40被夹持地安置。可以借助于被夹紧保持的力传感器2来测量横向于纵轴线L以及因此沿夹紧方向作用于机器构件5、5′的力F。

在此，例如使用压电式测量垫圈2作为力传感器2，其包括由多部分组成的壳体，在该壳体上固定或模制有连接装置20。该壳体通常由钢制成，并具有盖和底部。在这里，在壳体中彼此堆叠地设置有两个被设计为环形的压电体。这些压电体分别被设计为环形体，在压电体之间设有电极。使用呈高绝缘同轴电缆形式的连接电缆实现压电式测量垫圈2与未示出的测量电子器件的外部缆接，这种连接电缆具有极低的电容。这种同样未被示出的连接电缆在最小程度的运动中只产生最小的摩擦电。这种工业用连接电缆可以在市场上购得，并能够很容易地连接在压电式测量垫圈2的连接装置20上，由此可以取出压电体的负载信号。为了使压电式测量垫圈2能够测量力，必须使壳体中的这些组件沿夹紧方向彼此重叠挤压地设置，并将这些组件不可运动地焊接在壳体中。

测力装置0或者说预紧装置1在如图2所示的松弛的基态下沿夹紧方向具有高度Hg。预紧装置1可以沿横向于夹紧方向的引入方向E被引入到留空4中。为了能够将预紧装置1引入到留空4中，在预紧装置1上设置至少一个能弹性弯曲的区段101，该区段使得预紧装置1能够沿夹紧方向局部地弹性弯曲。该能弹性弯曲的区段101平行于纵轴线L延伸，而在弹性弯曲过程中沿夹紧方向以及因此垂直于纵轴线L会发生高度变化。

在如图3所示的具体实施方式中，预紧装置1被设计为叉形的，在此，沿纵轴线L的方向从工具抓持区段12向外伸出地设置有两个臂10、10′。在这两个臂10、10′之间设置有收纳凹部11，力传感器2可以被引入到该收纳凹部中并被可松脱地保持。收纳凹部11具有第一壁111和第二壁112，力传感器2可以在这两个壁之间被夹紧。收纳凹部11被如下地成型：壁111、112将力均匀地传递到被夹紧以及因此被无间隙地安置的力传感器2上。因为这两个臂10、10′彼此能够沿夹紧方向弹性弯曲，所以力传感器2可以由平面壁111、112至少局部包围地夹紧保持在收纳凹部11中。工具抓持区段12具有牵拉/按压板120，该牵拉/按压板能够与未示出的工具有效连接。可以通过模制底切部121来支持工具抓持区段12与工具之间的连接。

臂10、10′分别包括力传导板100、100′，该力传导板在此具有平坦的力传导面。能弹性弯曲的区段101、101′连接在该力传导板100、100′上，该能弹性弯曲的区段从力传导板100、100′开始沿收纳凹部11的方向延伸。所述至少一个能弹性弯曲的区段101在垂直于纵轴线L的方向上被不可松脱地固定设置在收纳凹部11与至少一个力传导板100之间。

在此示出的优选的实施方式中，能弹性弯曲的区段101、101′分别由多个薄片1010构成，这些薄片被贯穿能弹性弯曲的区段101、101′的长孔1011彼此隔开。

在图4中示出了处于弹性张紧的引入状态下的测力装置0，在此为简化起见省略了工具。彼此相反指向的力分别作用在预紧装置1上、更准确地说在两个力传导板100、100′的边缘部分1001、1001′上和在工具抓持区段12上，这些力通过箭头示出。由用户施加这些力，在此优选使用工具。这些力沿引入方向E作用在边缘部分1001、1001′上，并且反向于引入方向E牵拉工具抓持区段12。在所述力起作用时，能弹性弯曲的区段101、101′被弹性弯曲，使得力传导板100、100′与收纳凹部11之间的距离减小。由此，预紧装置1的结构高度从松弛的基态下的高度Hg降低到引入状态下的高度h，在此，h相应地小于Hg。这样弹性变形的预紧装置1可以被引入到高度处于Hg与h之间的留空4中。

因为臂10、10′的弹性变形对于收纳凹部11的壁111、112没有产生影响，所以在引入预紧装置1的过程中就没有干扰力作用于被夹紧的力传感器2。当预紧装置1被放置在留空4中的所希望的测量位置时，臂10、10′和工具抓持区段12上的力被降低至零。

在这里示出的能弹性弯曲的区段101具有多个在所限定的界限内能弹性弯曲的薄片1010，这些薄片设计为相对于夹紧方向成角度α地定向。该夹紧方向被定向为垂直于预紧装置1的纵轴线L。相应地，薄片1010之间的长孔1011也被成角度地设置。优选地，该角度α被选择为偏离夹紧方向小于等于10°。当在弹性张紧的引入状态下有力作用于力传导板100时，所有的薄片1010均将大致统一地弹性弯曲，在此，预紧装置1在不同状态之间会出现高度差。

在力被消除之后，能弹性弯曲的区段101、101′试图回到其原来的形状，在此，力传导板100、100′相对于收纳凹部11的距离由于回弹而增大，直至力传导板100、100′的力传导面贴靠留空壁40。在此，预紧装置1的结构高度从h变化至留空4的高度H，如图1所示。相应地，预紧装置1或者说测力装置0在预紧的情况下由于能弹性弯曲的区段101、101′的回弹而被形状配合地、可松脱地固定在留空4中。

在将测力装置0放置在留空4中并预紧地固定在测量位置之后，可以安装可选的保险器件3，以防止测力装置0在留空4中滑动并确保实现恒定的预紧。

正如在图5a中示例性示出的那样，保险器件3可包括梁30，该梁可以安放在预紧装置1上沿引入方向E作用于工具抓持区段12。为了将梁30固定在预紧装置1上，配设螺钉31、31′，这些螺钉在边缘区域贯穿梁30，并可松脱地固定在力传导板100、100′的螺纹孔1002中。通过拧紧螺钉31、31′，对预紧装置1的预紧可以通过能弹性弯曲的区段101、101′的薄片1010的偏转或者说反弹来增大，在此，可以在力传导方向F或者说夹紧方向上提高预紧装置1的刚性。

在如图5b所示的保险器件3′和预紧装置1′的一种变型中，变型的梁30′具有带有内螺纹33的中央通孔，该梁借助于中央螺钉32可松脱地固定在工具抓持区段12中的螺纹中。梁30'可以借助于该中央螺钉32沿箭头方向压迫地拧紧在力传导板100上。在这里，也可以通过对梁30′的固定来调整所述预紧。薄片1010的取向在如图5b所示的预紧装置1′中被改变，在此，在沿与引入方向E相反的方向牵拉力传导板100时并同时沿引入方向E按压工具抓持区段12时，能弹性弯曲的区段101可以弹性地变形。为了引入这样设计的预紧装置1′，或者说为了施加用于降低高度的力，必须相应地对工具进行不同的设计，使得能够在力传导板100上施加拉力并在工具抓持区段12或者说未示出的牵拉/按压板上施加压力。

如图6a中所示，预紧装置1可以被设计为，使其能够被设置在辊6的圆柱形留空4中，在此可以测量径向作用在辊6上的力。沿着引入方向E观察可以在留空4中看到：臂10的力传导板100具有拱形设计的力传导面。此外，臂10以上述方式形成。力传导面分段附着地(segmenthaft)紧贴在留空壁40上。因此，力线通量被准确地引导至测力装置0或者说力传感器2中。

为了阐明松弛的基态，在图6b中单独示出了没有力传感器的预紧装置1。因为力传导面被设计为拱形，所以可以实现在圆柱形成型的留空中的力传递。

预紧装置1优选是一件式的或者整体的，并被相应地设计为预紧元件1。但是，各个区段也可以由可彼此分离的元件组成，这些元件彼此连接成一预紧装置1。

在此，在两个臂10、10′之间居中地空出或者说设置收纳凹部11，由此可以实现相对于纵轴线L镜像对称的预紧装置1。但是，如果预紧装置1应该只设计有一个能弹性弯曲的区段101，则收纳凹部11也可以被相对于纵轴线L不对称地放置在预紧装置1的本体中。

这种两个或仅一个能弹性弯曲的区段101、101′的设计也可以被实施为与在此所详细说明的实施方式不同。例如，能弹性弯曲的区段101可以被设计为呈板簧形式，其中，力传导板100相对于收纳凹部11的距离同样可以在一定的界限内弹性地变化。

预紧装置1可以由金属材料制成，但是也可以由塑料或橡胶制成，在此，预紧装置1的材料和设计必须与沿夹紧方向待测量的力协调一致。

可以使用夹紧钳作为用于将预紧装置1引入到所期望的留空4中的可能的工具。

附图标记列表

0 测力装置

1 预紧装置/预紧元件(一件式)

10 臂

100 具有力传导面的力传导板

1001 边缘部分

1002 螺纹孔

101 能弹性弯曲的区段

1010 薄片

1011 长孔

11 收纳凹部

111 第一壁

112 第二壁

12 工具抓持区段

120 牵拉/按压板

121 底切部

122 内螺纹

H 弹性张紧的安装状态下的高度

Hg 松弛的基态下的高度

h 引入状态下的高度

2 力传感器

3 保险器件

30 梁

31 螺钉

32 中央螺钉

33 内螺纹

4 留空

40 留空壁

5 机器构件

6 辊

E 引入方向/安装方向

F 夹紧方向和加载方向

Claims (15)

1.一种预紧装置(1)，具有用于收纳由压电式测量垫圈构成的力传感器(2)的收纳凹部(11)，所述预紧装置包括至少两个彼此沿垂直于纵轴线(L)的方向相对设置的力传导板(100，100′)，所述力传导板具有彼此背向的力传导面，

通过在所述力传导板(100，100′)的力传导面之间形成预紧，能够使所述预紧装置(1)设置在一个机器构件(5，5′)中的、或者多个机器构件之间的、或者辊(6)中的留空(4)中，使得外力(F)能够传递到在所述收纳凹部(11)内的所述力传感器(2)上，

其特征在于，

所述预紧装置(1)具有与所述收纳凹部(11)沿所述纵轴线(L)的方向间隔开的工具抓持区段(12)，并且，至少一个能弹性弯曲的区段(101)被不能松脱地设置在所述收纳凹部(11)与至少一个所述力传导板(100)之间，其中，通过所述至少一个能弹性弯曲的区段(101)的弹性弯曲，并通过沿平行于所述纵轴线(L)的各个不同方向在至少一个所述力传导板(100，100′)和所述工具抓持区段(12)上施加力，能够使所述预紧装置(1)的松弛状态的高度(Hg)降低到所述预紧装置(1)的引入状态下的高度(h)。

2.根据权利要求1所述的预紧装置(1)，其中，分别具有能弹性弯曲的区段(101，101′)的两个力传导板(100，100′)被有效连接。

3.根据权利要求1所述的预紧装置(1)，其中，所述预紧装置(1)被一件式地制成为预紧元件(1)的形式。

4.根据权利要求3所述的预紧装置(1)，其中，所述预紧装置(1)由金属材料或塑料制成。

5.根据权利要求1所述的预紧装置(1)，其中，所述力传导板(100，100′)具有成型为拱形的力传导面，使得所述预紧装置(1)能够被引入到圆柱形成型的留空(4)中。

6.根据权利要求1所述的预紧装置(1)，其中，所述至少一个能弹性弯曲的区段(101，101′)由多个薄片(1010)和长孔(1011)构成，所述多个薄片和长孔从所述力传导板(100，100′)沿所述收纳凹部(11)的方向延伸。

7.根据权利要求6所述的预紧装置(1)，其中，能弹性弯曲的所述薄片(1010)和相应的长孔(1011)被设计为，相对于夹紧方向以角度α定向。

8.根据权利要求7所述的预紧装置(1)，其中，所述角度α被选择为小于等于10°。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的预紧装置(1)，其中，所述工具抓持区段(12)具有牵拉/按压板(120)，所述牵拉/按压板能够与工具简单地有效连接。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的预紧装置(1)，其中，从所述工具抓持区段(12)向外伸出两个臂(10，10′)，所述臂具有形成于其中的能弹性弯曲的区段(101，101′)。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的预紧装置(1)，其中，所述收纳凹部(11)在所述预紧装置(1)的本体中被居中地空出凹口，从而实现相对于所述纵轴线(L)成型为镜像对称的预紧装置(1)。

12.一种测力装置(0)，包括根据前面任一项权利要求所述的预紧装置和由压电式测量垫圈构成的力传感器(2)，所述力传感器(2)被安置在所述收纳凹部(11)中。

13.根据权利要求12所述的测力装置(0)，其中，所述预紧装置(1)被保险器件(3，3′)支撑地、能松脱地固定在所述留空(4)中。

14.根据权利要求13所述的测力装置(0)，其中，使用梁(30)和至少一个螺钉(31，31′)作为所述保险器件(3，3′)，其中，所述螺钉(31，31′)能够分别被固定在所述工具抓持区段(12)中或者边缘部分(1001，1001′)的螺纹孔(1002，1002')中。

15.一种用于将根据权利要求12至14中任一项所述的测力装置(0)引入到位于一个机器构件(5，5′)中的、或者多个机器构件之间的、或者辊(6)中的留空(4)中的方法，其特征在于，所述方法具有以下步骤：

沿平行于所述预紧装置(1)的纵轴线(L)的相反方向，在至少一个力传导板(100)和工具抓持区段(12)上施加力作用，以使至少一个能弹性弯曲的区段(101)发生弹性弯曲，并且

同时，在所述力作用消除之前，沿引入方向将所述测力装置(0)引入到所述留空(4)中，并且

最后，通过所述至少一个能弹性弯曲的区段(101)的弹性回弹，所述预紧装置(1)在预紧的情况下在垂直于所述引入方向的夹紧方向上被夹紧地保持在所述留空(4)中。