CH656711A5

CH656711A5 - Waegezelle.

Info

Publication number: CH656711A5
Application number: CH4337/82A
Authority: CH
Inventors: Eugen Meier
Original assignee: Mettler Instrumente Ag
Priority date: 1982-07-16
Filing date: 1982-07-16
Publication date: 1986-07-15
Also published as: FR2530336B1; FR2530336A1; JPS5914031U; DE8313214U1; GB2124396A; GB2124396B; US4497386A; DE3316292C2; DE3316292A1; GB8310592D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Wägezelle mit einer Konsole, einem beweglichen Lastaufnehmer, der mittels einer aus elastischen Lenker gebildeten Parallelführung mit der Konsole verbunden ist, einem wegarmen Messsystem und einem dem Messsystem vorgeschalteten elastischen Kraftübertragungsorgan.

Für den Einbau in Handels- und Industriewaagen bestimmte Wägezellen dieser Art sind beispielsweise aus der CH-PS 552 799 und aus der unter der Nr. 0 016 238 veröffentlichten europäischen Patentanmeldung bekannt.

Die elastischen Lenker der Parallelführung einerseits und das elastische Kraftübertragungsorgan andererseits bilden zusammen zwei parallel geschaltete Federsysteme, auf welche sich die Wägelast nach Massgabe der für die einzelnen Federsysteme gewählten Federkonstanten verteilt. Der auf das Messsystem übertragene Anteil der Wägelast ergibt sich aus der Beziehung:

P=Q

1

1 + Cp/Ck

(1)

wobei

P = die am Messsystem wirkende Messkraft,

Q = die am Lastaufnehmer wirkende Wägelast,

cP = die Federkonstante der Parallelführung und Ck = die Federkonstante des Kraftübertragungsorgans ist.

Bei den erwähnten bekannten Wägezellen sind diese Federsysteme nun so dimensioniert, dass die elastische Parallelführung den Hauptanteil der Wägelast aufnimmt, während der die Messkraft bildende restliche Anteil vom elastischen

Kraftübertragungsorgan aufgenommen und auf das Messsystem übertragen wird. Das Verhältnis cP/ck ist dabei viel grösser als 1, z.B. 100. Auf diese Weise lässt sich eine hebelfreie Lastuntersetzung erzielen.

s Ein wesentlicher Nachteil dieses Konzepts liegt jedoch darin, dass die Messkraft in erheblichem Mass von den Federeigenschaften abhängt und ungleiche Änderungen dieser Eigenschaften in den beiden Federsystemen, insbesondere in bezug auf Temperatureinflüsse und Kriecheffekte, zu fehler-xo haften Messergebnissen führen können. Solche Abweichungen lassen sich zwar kompensieren, aber z.T. nur mit verhältnismässig grossem Aufwand. Um z.B. die Auswirkungen der Kriecheffekte zu vermeiden bzw. auf ein zulässiges Mass herabzusetzen, sind Massnahmen zu treffen, die ls bewirken, dass an beiden Federsystemen unter Last gleiche Materialdehnungsverhältnisse vorliegen. Zu diesem Zweck sind beispielsweise bei einer Ausführung gemäss einem früheren Vorschlag die Lenker und das Kraftübertragungsorgan, welche durchwegs aus Blattfedern mit örtlich konzen-20 trierten Biegestellen bestehen, aus dem gleichen Material hergestellt und so dimensionert, dass die durch eine Laständerung hervorgerufene Biegespannungsänderung an allen Biegestellen gleich ist. Die Herstellung solcher Federsysteme verlangt hohe Präzision, und auch an die Einspannung der 25 elastischen Teile werden hohe Anforderungen gestellt.

Im übrigen sind mit einer Wägezelle, die zur Kraftumsetzung nur ein Parallel-Federsystem aufweist, lediglich Lastuntersetzungen möglich, d.h. für Lastübersetzungen müssen entsprechende Einrichtungen ausserhalb der Wägezelle 30 zusätzlich vorgesehen werden.

Ein weiteres Problem stellt bei solchen Wägezellen die Überlast- bzw. Schocksicherung der Messzelle dar. Eine erste Schutzmassnahme bildet die elastische Ausführung des Kraftübertragungsorgans. Daneben ist es jedoch erfor-35 derlich, einen mechanischen Anschlag für den beweglichen Teil der Wägezelle vorzusehen. Besonders günstig ist es dabei, wenn dieser Anschlag möglichst nahe am Ende des Kraftübertragungsweges liegt, damit auch in den Lastaufnehmer eingeleitete Schockwellen vom Messsystem fernge-40 halten werden. Die Schwierigkeit besteht nun darin, bei den mitunter sehr kurzen Wegen des Lastaufnehmers einen Anschlag auf den Maximalwert der Messkraft sicher einzustellen. Unter ungünstigsten Umständen, insbesondere bei hartelastischen Parallelführungen, kann sich für den Weg 45 des Lastaufnehmers ein so geringes, mit dem aussteuerbaren Weg des Messsystems vergleichbares Mass ergeben, dass eine Anschlagjustierung praktisch nicht mehr durchführbar ist.

Die Erfindung soll den Bau einer Wägezelle der eingangs genannten Art ermöglichen, bei der die in das Messsystem so eingeleitete Messkraft von der Konstruktion der Parallelführung und den Materialeigenschaften der zugehörigen Lenker weitgehend unabhängig ist, bei der ferner günstigere Voraussetzungen für die Realisierung eines mechanischen Anschlags zur Sicherung des wegarmen Messsystems vor-55 handen sind und die ein breiteres Anwendungsgebiet hat.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass ein als Kraftumsetzer dienender, an der Konsole gelagerter Hebel an den Lastaufnehmer angeschlossen ist und dass ein Arm dieses Hebels mit einem Anschlag an der Konsole zusam-

eo menwirkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das elastische Kraftübertragungsorgan eine biegeelastische Feder, welche einen für die Kraftumsetzung wirksamen Hebelarm bildet.

65 Der Lastaufnehmer greift am starren Hebelarm an, während der elastische Hebelarm auf das Messsystem einwirkt.

Die Messkraft P ergibt sich nunmehr aus folgender Beziehung:

3 656711

n _ a ^ 1 /r}\ Tiefpassfilter wirkende Blattfedern 9 ausgebildet, über b~ 1 + cp/c'k welche die Konsole 1 mit dem nicht dargestellten Gestell einer Waage verbunden wird.

. ; _ b Zum genauen Parallelstellen der Lenker können verschie-

wo ei c k — Ck , 5 Massnahmen getroffen werden. Bevorzugt wird eine

Lösung, bei der je zwei übereinander angeordnete lenker 3 a = die wirksame Länge des starren Hebelarmes und an den, freischwebenden Verbindungsstegen 6 durch ein in b = die wirksame Länge des elastischen Hebelarmes ist. seiner Länge veränderliches Einstellorgan miteinander ver-

Da für die Kraftumsetzung ein Hebel eingesetzt ist, kann bunden sind.

die in die Parallelführung eingeleitete Kraft auf einen Bruch- io Als Einstellorgan dient im vorliegenden Beispiel eine teil der Wägelast herabgesetzt werden (cP « ck). Dadurch ver- lange Schraube 10, deren Kopf 11 auf dem oberen Verbin-mindert sich der Term A = cP/ck in Gleichung (2) und damit dungssteg 6 aufliegt und deren mit Gewinde versehenes Ende der Einfluss der veränderlichen Federeigenschaften auf die 12 in den unteren Verbindungssteg 6 eingeschraubt ist. Messkraft P. Im Falle einer Lastuntersetzung (a « b) ver- Durch eine Druckfeder 13 werden die beiden Verbindungs-

stärkt sich dieser Effekt noch, so dass der Term A verschwin- 15 stege 6 auf Distanz gehalten. Bei der Prüfung der Wägezelle dend klein wird und für die Messkraft folgende Näherungs- mit exzentrischer Belastung des Lastaufnehmers 2 ermög-formel gilt : licht diese Lösung eine Einstellung der Parallelführung.

An der Konsole 1 ist ein als Kraftumsetzer dienender, p =« JL Q (1-A) (3) dreiarmiger Hebel 14 gelagert. Zur Lagerung des Hebels 14

b 20 ist ein Biegelager in Form einer Blattfeder 15 mit örtlich kon zentrierter Biegestelle vorgesehen. Der kürzere, starre Hebel-In weniger extremen Fällen genügen einfache, bekannte arm 16 ist über einen biegeelastischen Lenker 17 mit dem Massnahmen zur Kompensation der von den Federsystemen Lastaufnehmer 2 verbunden. Der längere Hebelarm 18 ist ausgehenden störenden Wirkungen. Unter diesen Umstän- biegeelastisch ; er bildet das elastische Kraftübertragungs-den sind einfache und billige Konstruktionen für die Parallel- 25 organ. Ein zweiter längerer Hebelarm 19 ist starr ausgebildet führung anwendbar. und trägt einen Anschlagbolzen 20, der durch eine den

Für die Anschlagfunktion kann der Hebel einen zusätz- Schwenkweg des Anschlagbolzens 20 begrenzende Öffnung liehen starren Hebelarm aufweisen, dessen wirksame Länge 21 einer Anschlagplatte 22 ragt, welche an der Konsole 1 so gewählt wird, dass sich für das Zusammenwirken mit dem befestigt ist.

Anschlag ein genügend grosser Weg ergibt. Diese Lösung ist 30 Das wegarme Messsystem ist ein Einsaitenschwinger auch dann zu bevorzugen, wenn, wie im Falle einer Lastüber- bekannter Art, von dem in der Zeichnung nur die schwin-setzung, auf der Lastaufnehmerseite des Hebels genügend gende Saite 23 dargestellt ist. Die Saite 23 ist einerseits in Weg für die Anschlagfunktion verfügbar wäre, da auf diese einem Kopf 24 am freien Ende des elastischen Hebelarmes 18 Weise der Anschlag für alle Einsatzmöglichkeiten der Wäge- und anderseits in einem Ansatz 25 an der Konsole 1 einge-zelle an der gleichen, für seine Schutzwirkung günstigsten 35 spannt.

Stelle angeordnet werden kann. Bei Belastung des Lastaufnehmers 2 mit der Wägelast Q

Die erf indungsgemässe Lösung ermöglicht den Bau einer erzeugt der elastische Hebelarm 18 an der Saite 23 die Messgegenüber äusseren Einflüssen unempfindlichen Wägezelle kraft P, entsprechend dem Längenverhältnis der Hebelarme mit genauer und stabiler Darstellung der Messkraft über den 16 und 18. Dabei biegt sich der elastische Hebelarm 18 wegen ganzen Messbereich. Sie eignet sich für den Einsatz sowohl in 40 der geringen Dehnung der belasteten Saite 23 durch, wäh-Handels- und Industriewaagen als auch beispielsweise in rend der starre Anschlaghebel 19 voll ausschwenkt, nach

Analysenwaagen. In einem breiten Anwendungsbereich ist Massgabe der durch das Längenverhältnis der Hebelarme 16 dabei als einzige Variable nur die wirksame Länge des vom und 19 erzielten Wegübersetzung.

Lastaufnehmer beaufschlagten Hebelarmes der jeweiligen Die Saite 23 ist normalerweise vorgespannt. Die dazu

Nennlast anzupassen. . 45 erforderliche Vorspannkraft kann entweder durch eine am

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin- Kopf 24 des elastischen Hebelarmes 18 angreifende Zugdung schematisch dargestellt. Schraubenfeder oder durch eine zwischen dem elastischen

Die Wägezelle weist eine Konsole 1 und einen beweglichen Hebelarm 18 und der Konsole 1 eingelegte Biegefeder Lastaufnehmer 2 auf, welche durch eine elastische Parallel- erzeugt werden.

führung miteinander verbunden sind. Die Parallelführung so Die Anschlaganordnung befindet sich beim letzten Glied wird gebildet aus in zwei Ebenen übereinander angeordneten der Kraftübertragung zum Messsystem. Zusammen mit dem Lenkern 3 in Form von Blattfedern, wobei in jeder Ebene elastischen Kraftübertragungsorgan 18 wird dadurch das zwei Lenker 3 vorgesehen sind. Jeder Lenker 3 besteht aus Messsystem gegen Überlast- und Schockeinwirkungen zwei Armen 4 und 5, die sich je von der Konsole 1 und dem optimal gesichert.

Lastträger 2 aus in gleicher Richtung über den Lastträger 2 ss Der Hebel 14 mit seinen Hebelarmen 16,18,19 ist vorzugs-hinaus zu einer gemeinsamen, freischwebenden Verbin- weise einstückig ausgebildet, wobei z.B. die das Biegelager dungsstelle erstrecken, welche hier durch einen für beide bildende Blattfeder 15 zwei Schenkel aufweist, die an seit-

Lenker einer Ebene gemeinsamen Verbindungssteg 6 liehen Schultern am Hebel 14 befestigt sind. Eine wirt gebildet wird. In der Zeichnung sind die Lenkerarme der bes- schaftlich besonders günstige Lösung besteht darin, den seren Übersicht wegen nicht in einer Ebene dargestellt. An 60 Hebel als Druckgussteil aus einer Aluminiumlegierung her-der Ansatzstelle sind die beiden Arme 4 und die beiden Arme zustellen.

5 je unter sich durch einen Verbindungssteg 7 bzw. 8 mitein- Andererseits besteht auch die Möglichkeit, den elastischen ander verbunden. Der Verbindungssteg 7 ist an der Konsole 1 Hebelarm 18 aus einem anderen Material herzustellen als und der Verbindungssteg 8 am Lastträger 2 befestigt. demjenigen des übrigen Hebelteils oder das elastische Kraft-

Die Lenker 3 beider Ebenen sind je zusammen mit ihren 65 Übertragungsorgan in anderer Form, z.B. in Form einer Verbindungsstegen 6 bis 8 aus einem Stück hergestellt, vor- Schraubenfeder, als separaten Teil vorzusehen. Generell zugsweise aus Blech gestanzt. Im vorliegenden Beispiel sind wird man aber aus den früher erwähnten Gründen bestrebt am gleichen Stanzstück auch noch zwei als mechanische sein, für das elastische Kraftübertragungsorgan das gleiche

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Material zu verwenden wie für die Lenker der Parallelfüh- zelle wiederum ein Parallelfedersystem, das die Auswirkung rang, insbesondere in bezug auf die Temperaturabhängigkeit übermässiger mechanischer Beanspruchung auf die Wäge-

der mechanischen Materialeigenschaften. zelle, und insbesondere auf das Messsystem, abschwächt.

Für die meisten Anwendungsfälle können jedoch die Par- Durch geeignete Wahl des Materials für diese beiden Feder-

allelführung und der Hebel mit dem elastischen Kraftüber- s systeme können die materialbedingten Störfaktoren in tragungsorgan auf Grand der erfindungsgemässen Anord- bekannter Weise weitgehend kompensiert werden.

nung aus verhältnismässig billigem Material gefertigt werden, wobei auch ein gegebenenfalls höherer Temperatur- Abschliessend sei noch darauf hingewiesen, dass die in der koeffizient des Elastizitätsmoduls nicht in Betracht fällt. Zeichnung gewählte Darstellung von Konsole 1 und Lastauf-

Die beschriebene Wägezelle eignet sich auch für den Ein- io nehmer 2 sowie der Lenker 3 zur Verdeutlichung der ein-satz in Waagen mit hoher Nennlast. Für die Lastuntersetzung zelnen Lenkerarme dient. Real weisen die Konsole 1 und der kann der Wägezelle eine elastisch gelagerte Brücke vorge- Lastaufnehmer 2 die gleiche Höhe auf, und alle einander entschaltet sein. Dabei bildet die elastische Lagerung zusammen sprechenden Lenkerarme (4; 5 ; 9) sind stets parallel zuein-mit der elastischen Aufhängung (Tiefpassfilter) der Wäge- ander.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

656711 PATENTANSPRÜCHE

1. Wägezelle mit einer Konsole (1), einem beweglichen Lastaufnehmer (2), der mittels einer aus elastischen Lenkern (3) gebildeten Parallelführung mit der Konsole verbunden ist, einem wegarmen Messsystem (23) und einem dem Messsystem vorgeschalteten elastischen Kraftübertragungsorgan (18), dadurch gekennzeichnet, dass ein als Kraftumsetzer dienender, an der Konsole (1) gelagerter Hebel (14) an den Lastaufnehmer (2) angeschlossen ist und dass ein Arm (19) dieses Hebels mit einem Anschlag (22) an der Konsole (1) zusammenwirkt.

2. Wägezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Kraftübertragungsorgan eine biegeelastische Feder (18) ist und einen für die Kraftumsetzung wirksamen Hebelarm bildet.

3. Wägezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (14) mit der biegeelastischen Feder (18) einstückig ausgebildet ist.

4. Wägezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die biegeelastische Feder (18) aus einem Material besteht, das in bezug auf die Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften wenigstens annähernd dem Material gleich ist, aus dem die Lenker (3) der Parallelführung bestehen.

5. Wägezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (14) ein aus einer Aluminiumlegierung bestehender Druckgussteil ist.

6. Wägezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung des Hebels (14) ein Biegelager (15) vorgesehen ist.

7. Wägezelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (19) und die biegeelastische Feder (18) sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken und auf derselben Seite des Hebels (14) angeordnet sind.