CN101473199B - 用于电子秤的校准重量部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于具有力传递机构(1)的电子秤的校准重量系统(4，104)。所述系统包括可连接到力传递机构(1)的校准重量体(3，103)、转移机构、和用于校准重量体(3，103)的引导运动的驱动装置。所述驱动装置具有与转移机构相互作用的致动器(18)、和驱动致动器(18)的至少一个压电元件(19)。所述压电元件与驱动轮(17，117)相互作用，所述驱动轮设在校准重量系统的中心，且作用于同样设在中心的轴(16，126)。所述相互作用在沿一个方向的行进运动中借助于重复建立和释放的摩擦接触产生。

Description

用于电子秤的校准重量部件

技术领域

本发明涉及一种用于电子秤的校准重量部件，特别是涉及一种用于校准重量部件的驱动机构。

背景技术

在许多情况下，电子秤借助于内部校准重量体校准。为了实施校准，限定质量的校准重量体被使得与力传递机构形成力传递接触，所述力传递机构设置在秤的力测量单元中，借此确定参考重量。基于该参考值，可调节秤的进一步的称重参数。在校准已被成功完成之后，校准重量体与力传递机构之间的接触再次被释放，且校准重量体锁定在待用位置。在该过程中，校准重量体从待用位置移动到校准位置，且借助于转移机构返回，所述转移机构包括与驱动机构配合的至少一个提升元件。在校准位置，校准重量体与力传递装置形成力传递接触，而在待用位置未形成力传递接触。

现有技术提供了多种类型的提升元件和多种形式的校准重量部件。

公开于EP0468159B1中的校准重量体借助于相对彼此水平滑动的楔块对垂直移动，因此被使得与秤的力传递装置形成力传递接触。该提升元件借助于电机和水平定向的心轴驱动，所述心轴连接到楔块。

描述于EP0955530A1中的装置同样实现了校准重量体的垂直提升和下降。重量体搁设在通过电驱动提升元件移动的座上。

DE20318788U1描述了一种部件，其中，单件式形成的校准重量体通过坡道状提升元件被提升和下降，其中，提升元件通过线性驱动装置致动并执行一种倾斜平移运动。

在许多秤中，如EP0955530A1中所公开的那样，校准重量部件和力传递装置一个设置在另一个之后。然而，校准重量体也可例如分成两个校准重量体，且可侧面加装到力传递装置，类似于EP0789232B1中公开的圆柱形校准重量体。两个相同的重量体设置在力传递装置的两相反侧。描述了用于移动校准重量体的两个不同的机构。在第一种情况下，配备有引导销的校准重量体搁设在被构造成支撑件的校准重量座上。为了执行校准，在 一侧铰接的校准重量座被倾斜，借此，校准重量体下降并设在两个校准重量载体上，所述校准重量载体连接到力传递装置且被构造成杠或杠杆。第二种情况下，处于其待用位置的重量体被保持在校准重量座上，所述校准重量座设置在校准重量载体之间，所述校准重量载体连接到力传递装置。为了执行校准，校准重量体被使得通过校准重量座的垂直向下运动与校准重量载体接触。

DE20119525U1公开了一种校准重量部件，其具有用于校准机构的提升装置，所述提升装置包括两个角形杠杆，所述杠杆具有固定在壳体中的支点安装部，其中垂直杠杆臂通过水平滑动件彼此连接，且校准重量体承载在水平杠杆臂上。

上述提升元件通常由伺服电机驱动。使用伺服电机的不足是，它在秤的力测量单元中占据相当大的空间，因此，力传递单元以及秤本身被不必要地扩大。

尤其是在高度灵敏的电子秤中，称重结果受静电电荷和相互作用的影响、甚至被改变。用于驱动转移机构的伺服电机包含非导电的齿轮箱构件，所述齿轮箱构件通过在操作过程中出现的摩擦会产生静电电荷。最终的静电场、以及传统电机的电磁场会足够强地影响称重结果，特别是在高灵敏度的秤中。

几乎所有的现有技术的校准重量部件均具有相当大的驱动机构。因此，为了改进校准重量部件，特别需要对转移机构的驱动源进行优化和使其小型化。驱动源需要非常小、紧凑并灵活地满足不同的应用要求。

发明内容

上述任务通过根据独立权利要求的校准重量部件和电子秤解决。所述用于具有力传递机构的电子秤的校准重量部件包括可连接到秤的力传递机构的至少一个校准重量体，且它还包括驱动源、和用于校准重量体的引导运动的转移机构。所述驱动源包括与转移机构一起工作的致动器和驱动致动器的至少一个压电元件。所述压电元件与驱动轮相互作用，所述驱动轮设置在校准重量部件的中心，且驱动同样定位在中心的轴，其中，所述相互作用在沿一个方向的行进过程中通过摩擦接触力的重复咬合和释放产生。

在本发明的情况下使用的术语“致动器”包含执行运动的驱动机构的多个元件，其中，通常由于至少两个元件一起工作而产生所希望类型和方向的运动特性。

配有包括压电元件的驱动机构的校准重量部件具有的优点在于，仅需要小的空间来将驱动机构加到校准重量部件。驱动机构小而紧凑，因此可放置在任何所希望的位置上。作为另一优点，可避免驱动机构或其构件中的静电电荷的积聚。驱动机构还不具有可干扰秤的力测量单元的操作的磁性或可磁化的构件，所述力测量单元根据电磁力补偿原理操作。

校准重量部件的转移机构包括提升元件、校准重量座和引导装置。所述提升元件包括产生行进运动的轴、和提升平台或引导平台。所述提升平台或引导平台可与所述校准重量座连接成一体。这种配置形式的一个优点在于，由于其与轴的刚性连接，校准重量座不会翻倒。该特点通过引导装置进一步增强。然而，引导装置的主要功能是防止提升平台或引导平台在行进运动过程中转动。

这样做的效果是特别是使校准重量座、进而校准重量体本身产生垂直运动，从而当进行校准时，校准重量体可与秤的力测量单元的力传递装置形成力传递接触。在已经成功完成校准后，该力传递接触必须被再次释放，且转移机构需要返回到其待用位置。该任务通过驱动机构工作时所借助的特别有利的方式解决，因为运动方向通过这种类型的驱动机构是可逆的，这意味着向上和向下运动借助于相同的元件完成。

该驱动机构具有另外的优点在于，它容易在控制校准重量体的运动中实现所需的速度曲线，所述校准重量体借助于转移机构行进到其校准位置或从其校准位置返回。有利地，校准重量体的移交、即它与力传递装置形成力传递接触的那个阶段以最低的可能速度执行，以尽可能地避免振动以及还可使得校准重量体精确地搁设在连接到力传递机构的校准重量载体上。

作为另一独特的特点，由于驱动机构的自锁特性，因此当没有电流流入驱动机构时，在绝大部分情况下可在垂直方向上移动的校准重量座被固定不动。

在校准重量部件的另一可能构型中，驱动机构配有转动压电电机、特 别是行波电机或具有环形压电元件的电机，所述电机具有轴，提升元件借助于作为轴的整体部分的心轴在轴上执行垂直运动。

在本发明的主题的另一改进中，驱动机构可被配备成执行传感器功能，以监测转移机构的正确工作。对用于激励压电元件的电流或反馈回路的感应的监测可例如用于确定提升元件和校准重量体的位置。

在优选的实施例中，校准重量部件的驱动机构的压电元件具有推动指，所述推动指沿着椭圆形路径移动，其中，在该运动过程中，所述推动指可周期性地与驱动轮形成接触、即形成摩擦或形状配合咬合。这种类型的压电驱动例如描述于WO01/71899中。该推动指使驱动轮以及具有外螺纹的轴转动，同时具有内螺纹的引导平台被设置为沿着轴移动。

由于驱动装置不利地产生热，驱动装置设置在底板中的凹部内，力传递装置安装在所述底板上。底板可在凹部区域具有减小的厚度，在此，可设置用于提升元件的至少一部分、例如可被开口中的轴承约束的轴的通道的开口。因此，过量的热通过底板和可能通过壳体被带走。

附图说明

下面附图中示出了与电子秤的力传递装置相关的校准部件的配置和校准重量部件的优选实施例，附图包括：

图1示出了电子秤的力传递装置和校准重量部件的示意性侧视图，其中所述力传递装置具有细长的校准重量载体，所述校准重量部件沿力传递装置的纵向尺度设置，其中校准重量体处于其待用位置；

图2示出了图1的力传递装置和校准重量部件在校准过程中的示意性侧视图；

图3示出了具有与图1和2中所示的转移机构不同的转移机构的校准重量部件的侧视图；

图4示出了图3的校准重量部件的俯视图；

图5以分解透视图示出了图3和4的校准重量部件；

图6以侧视图示出了作为图1的放大细节的校准重量部件，其中，驱动机构设置在底板的凹部中。

具体实施方式

图1和2示出了例如电子秤中的从侧面看时的校准重量部件4、和其相对于力测量单元的力传递装置1的位置。图1示出了处于其待用位置的校准重量部件4，而图2示出了在校准过程中的状态。力传递装置1包括平行引导机构，所述平行引导机构具有静止的平行四边形腿部5、和通过两个平行四边形引导件6结合到静止平行四边形腿部5的可移动的平行四边形腿部7。可移动的平行四边形腿部通过截头锥8连接到称重盘(在该图中未示出)。通过在盘上放置负载，可移动平行四边形腿部7可沿重力方向相对于静止平行四边形腿部5移位。力传递装置1包括第一连接元件9，所述第一连接元件9将引导到可移动平行四边形腿部7上的力传递到杠杆机构。在所示的力传递装置1中的杠杆机构具有第一降力杠杆10，所述第一降力杠杆10通过第二连接元件12连接到第二杠杆11。第一和第二连接元件9、12通过变细(thinned-down)的柔性枢转部分分别作用在第一和第二杠杆10、11上。

可移动的平行四边形腿部7在重力方向上的移位使得力传递到杠杆机构，所述杠杆机构将借助杠杆作用减小的力传递到电磁力补偿系统41，所述电磁力补偿系统41在此未详细示出。

平行引导机构5、6、7，第一和第二连接元件9、12，和第一和第二杠杆10、11以大致砖块形材料块通过这种方式形成，使得其材料域通过成薄的线性切口13的形式的无材料间隙彼此分离，所述薄的线性切口13在与其最大外表区域垂直的方向上横过材料块。线性切口13优选借助于电火花腐蚀制造。显然，无材料的间隙也可通过磨削过程产生。

杠杆10设有通孔，两个校准重量载体2在第一杠杆10的输入侧借助于作为较短杠杆的延伸部的合适的紧固件44加装在此处。校准重量载体2中的第二个与第一个载体平行地设置在力传递机构1的相反侧，且在该图中被遮挡。

可从图1看出，只要秤处于称重模式，校准重量体3就搁设在校准重量座14上，且被靠着校准重量部件的侧向部分21推压，所述侧向部分21被构造成驻留支架。为了具有更好的可见性，在该视图中以及在图2中省去了前面的侧向部分。校准重量体3当处于其待用位置时完全从力传递装 置的杠杆机构脱开。

为了执行校准，校准重量体借助于转移机构下降到两个校准重量载体2上，因此，被使得与杠杆机构形成力传递接触，如图2所示。在该图示中，校准重量体3完全搁设在校准重量载体2上，且不与校准重量座14接触。在该视图中，转移机构被校准重量座14所遮挡，因此，在图1和2中看不见。转移机构包括提升元件和驱动机构，所述提升元件中仅有提升平台16在该图示中可见，所述驱动机构在此也不可见(参见图3和4)。

校准重量部件的被构造成驻留支架的两个侧向部分21在校准重量体3处于其待用位置时固定校准重量体3(参见图1)。为了接收校准重量体3，侧向部分21具有大致圆形的凹口。在其待用位置，校准重量体3搁设在校准重量座14上。驱动机构是自锁的，这意味着，所述驱动机构在动力被断开时保持在它所处的位置，且被调节成使校准重量体3以轻微的力推压在驻留支架21上，借此，校准重量体被防止因落下或震动而被移出。

在所示的实施例中，校准重量座14稳固地连接到提升平台16，且通过两个引导杆25被引导成做垂直运动，所述引导杆25紧固到侧向部分21且通过校准重量座14中的两个细长孔24。细长孔24对校准重量座14的垂直移位路径进行限制，且还用作安全保护装置，以防止校准重量座可能翻倒。

图3以从图1的箭头A所示的方向的侧视图示出了校准重量部件104的另一实施例。与图1和2中的元件相同的元件以相同的附图标记表示且在此不再进行描述。

校准重量部件104包括转移机构，所述转移机构具有提升元件23，所述提升元件23与驱动机构的致动器18一起工作。驱动机构包括压电元件19，所述压电元件19在椭圆形路径上移动推动指20。在该运动的过程中，推动指20周期性地与设置在校准重量部件104的中心的驱动轮17形成接触、即与驱动轮17摩擦咬合，借此，驱动轮被使得转动。同样对正于中心的轴26稳固地连接到驱动轮17。轴26具有外螺纹，所述外螺纹啮合引导平台116中的内螺纹孔，使得引导平台可沿着轴26上下垂直移动。校准重量座114位于引导平台116的上方。在所示的实施例中，校准重量座与引导平台116一起形成一个整体。这使得引导平台例如不会被放置在校准重量座114上的校准重量体103翻倒。借助于引导装置，引导平台116受到 约束，使得它在与运动方向垂直的平面上不具有自由度。引导装置具有两个引导柱27，所述引导柱27稳固地与转移机构的基部22连接，且穿过校准重量体103和引导平台116。通过校准重量体103的通道相对于引导柱具有非接触的间隙。为了升起带有校准重量座114的引导平台116，即当校准重量体103要被抬离校准重量载体(在此未示出)时，引导平台116及搁设在校准重量座114上的校准重量体103沿着引导柱27向上滑行，直到校准重量体103达到止挡部29，所述止挡部29限制向上方向的行程范围。当带有校准重量座114的引导平台116下降时，即将校准重量体103设置在校准重量载体(在此未示出)上以执行校准测量时，引导平台116及搁设在校准座114上的校准重量体103沿着引导柱27向下滑行，直到行程限制盘36与基部22的部分形成接触，所述行程限制盘36分别连接到每个引导柱27。在该情形下，校准重量体不再搁设在校准重量座114上，而是搁设在校准重量载体上。校准重量体103为大致圆柱形状，且具有两个圆周凹槽30，用于咬合校准重量载体(在此未示出)。

在校准重量部件104的俯视图中，图4示出了驱动轮17和推动指18是如何一起工作的。推动指优选由铝制成，且一体地连接到环32(参见图3)，驱动机构的压电元件19通过挤压配合保持在环32中。弹簧31使得推动指18抵靠在驱动轮17上，使得在周期性发生的摩擦接触的过程中作用在驱动轮17上的力大到足以使驱动轮转动。在摩擦接触的时间段外，压电元件19的力能够克服弹簧31的力，使得推动指18使自身与驱动轮17分离开短的时间段。这种类型的压电驱动配置方式及其操作描述于WO01/71899。

图5以透视分解图示出了图3和4的校准重量部件104。基部22在其中心处具有圆形凹部37，轴承38装配在所述凹部37中。轴26可转动地被约束在轴承38中。轴26的向下延伸的销39挤压配合在驱动轮17的中心开口中，使得轴和驱动轮牢固地彼此连接。轴26的上部分40携带有外螺纹，所述外螺纹啮合在校准重量座114的孔43的内螺纹中，所述校准重量座被设计成与引导平台116构成整体单元。引导平台116在每侧配有引导架42，所述引导架42的尺寸被确定成使引导平台116可沿着引导柱27几乎没有游隙地滑行。校准重量体103具有两个孔，引导柱27在它们的安装 状况下通过所述两个孔，且柱27的上端部装设充当上限制止挡部的螺栓29来实现阻挡作用。每个引导柱27挤压配合在基部22中的孔43内。还在图5中示出了推动指20及弹簧31和环32，压电元件19装设在环32中，所述压电元件19使推动指20在其路径上移动。

校准重量体103的孔15具有比引导平台116的凹部42的宽度大的直径，使得引导柱27不会触及校准重量体103。

由于具有压电元件的驱动机构在操作期间产生在秤的力测量单元所占据的空间中起着不良作用的热，作为图1的放大细节的图6中示意性示出的力测量单元的实施例中的驱动机构安装在底板34的凹部33中，力传递机构设置在底板34上。底板34的保持在致动器的驱动轮117与引导平台16之间的部分具有开口45，轴126通过所述开口45。开口45包含约束轴126的轴承46。因此，过量的热通过底板34带走，且如果合适时，通过连接到底板的壳体带走。这种配置形式具有的另外的优点在于，可能由推动指120与驱动轮117之间的摩擦产生的摩损掉的物质发生在包含力测量单元的空间的外部，因此不会污染力测量单元。根据另一变型，驱动机构容纳在底板的上方敞开的凹部中，与图3至5所示的类似。

驱动机构可特别是配备成实施传感器功能，以监测转移机构的正确工作。对用于激励压电元件的电流、或反馈回路的感应的监测可例如用于确定提升元件和校准重量体的位置。

在此所呈现的优选实施例示出了校准重量部件与单件式构造的力传递机构的组合，所述力传递机构适合与根据电磁力补偿原理的力测量装置一起使用。具有可与在此示出类型的校准重量部件组合的其他的现有技术的力传递装置。作为示例，人们可想到在应变仪载荷单元中所使用的类型的可弹性变形的本体、或由彼此连接的多个构件组成的传统力传递装置。当然，任何这种类型的力传递装置可同样也与在用于执行本发明的示例中所述的校准重量部件组合，所述校准重量部件具有驱动机构，所述驱动机构具有压电元件。

在此呈现的类型的校准部件可用于高分辨率的秤中以及具有较低的分辨率水平的秤中。

附图标记列表

1     力传递机构

2     校准重量载体

3、103     校准重量体

4、104     校准重量部件

5     固定平行四边形腿部

6     平行四边形引导件

7     可移动的平行四边形腿部

8     截头锥

9     第一连接元件

10    第一杠杆

11    第二杠杆

12    第二连接元件

13    线性切口

14、114    校准重量座

15         孔

16、116    提升平台、引导平台

17、117    驱动轮

18    致动器

19    压电元件

20    推动指

21    被构造成驻留支架的侧向部分

22    基部

23    提升元件

24    细长孔

25    引导杆

26    轴

27    引导柱

28    孔

29 螺栓

30 凹槽

31 弹簧

32 环

33 凹部

34 底板

36 行程限制盘

37 凹部

38 轴承

39 轴的向下延伸的销

40 轴的具有螺纹的上部分

41 力补偿系统

42 引导架、凹部

43 具有内螺纹的孔

44 紧固装置

45 底板中的开口

46 轴承

Claims (10)

1.一种用于包括力传递机构(1)的电子秤的校准重量部件(4，104)，其中，所述校准重量部件(4，104)包括能够连接到力传递机构(1)的至少一个校准重量体(3，103)、驱动机构、和用于操纵校准重量体(3，103)使其做被引导的运动的转移机构，以及其中，所述驱动机构包括与转移机构配合的致动器(18)，其特征在于，致动器(18)包括压电元件(19)，所述压电元件(19)与驱动轮(17，117)相互作用，所述驱动轮相对于校准重量部件(4，104)定位在中心处，且与同样也定位在中心处的轴(26，126)配合而产生直线行进运动，其中，压电元件(19)与驱动轮(17，117)之间的相互作用在沿一个方向的所述行进运动中通过摩擦接触力的重复咬合和释放产生，配有外螺纹的轴(26，126)可借助于致动器(18)被使得转动，且包括内螺纹的提升平台或引导平台(16，116)设置成具有沿着所述轴(26，126)线性移位的能力。

2.如权利要求1所述的校准重量部件，其特征在于，转移机构包括提升元件(23，123)、校准重量座(14，114)和引导装置。

3.如权利要求2所述的校准重量部件，其特征在于，所述引导装置包括设置在轴(26，126)的侧面的两个引导柱(27)、和引导平台(116)，在所述引导平台(116)的每侧形成有引导架(42)，所述引导架(42)的尺寸选择成使引导平台(116)可几乎在没有松窜动的情况下沿着引导柱(27)滑行。

4.如权利要求3所述的校准重量部件，其特征在于，所述校准重量座(114)实质上与引导平台(116)成一体形成。

5.如权利要求1所述的校准重量部件，其特征在于，由于驱动机构的自锁性能，当没有电流流到驱动机构时，提升平台或引导平台(16，116)可固定在当前位置。

6.如权利要求1或2所述的校准重量部件，其特征在于，驱动机构本身又起着传感器的作用，以检查传递机构的正确功能和/或实际位置。

7.如权利要求1或2所述的校准重量部件，其特征在于，驱动机构的压电元件(19)在椭圆形路径上移动推动指(20，120)，所述推动指(20，120)产生致动作用，所述推动指(20，120)当在所述路径上移动时可周期性地以摩擦或形状配合连接的方式与驱动轮(17，177)接触。

8.如权利要求2所述的校准重量部件，其特征在于，力传递机构(1)设置在底板(34)上，驱动机构设置在所述底板(34)的凹部(33)中。

9.如权利要求8所述的校准重量部件，其特征在于，在凹部的区域，底板(34)具有减小的厚度、和用于提升元件的至少一部分的通道的开口(45)。

10.一种电子秤，所述电子秤具有根据权利要求1至9中任一所述的校准重量部件(4，104)。

Images