CN114061724A

CN114061724A - 用于秤或称量单元的传力件

Info

Publication number: CN114061724A
Application number: CN202111346500.7A
Authority: CN
Inventors: 扬·戈特弗里德森; 扬-戴维·克林格霍弗尔
Original assignee: Wipotec GmbH
Current assignee: Wipotec GmbH
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2022-02-18
Also published as: US20220155135A1; JP7281525B2; JP2022078966A; EP4001861A1; DE102020130068A1

Abstract

本发明涉及一种用于秤或称量单元的传力件，其中，该传力件被设计成布置在接纳待称量负载的负载容置单元与称量单元的负载传导位置之间，以传递由该负载施加的负载力，其特征是，该传力件至少部分作为由空心杆尤其是圆杆构成的杆件系统来构成，其中，该传力件且尤其是空心杆至少部分以3D打印技术制造。

Description

用于秤或称量单元的传力件

技术领域

本发明涉及一种用于秤或称量单元的传力件，其布置在容置待称量负载的负载容置单元和称量单元的负载传导位置之间，以便传递由负载施加的负载力，其特征是，该传力件至少部分作为由空心杆构成的杆件系统且至少部分按照3D打印技术制造。

背景技术

在产品例如食品、药品等的自动化工业制造中，秤扮演重要角色，因为它们例如控制充入成品包装中的公称填充量的质量检查，再调节填充机构或者检查包装和容器的完整性，例如药片盒中是否有说明书。

为此所用的精确称量技术设备应该基于期望的高生产能力在尽量短的测量时间内确定尽量精确的称量结果。

安装在秤的负载传导件或其负载测量传感器即称量单元上的质量因为其惯性将秤机构的快速机械起振减速至(尽量恒定的)最终值。这适用于具有应变片的机械弯曲杆以及如下称量单元，该称量单元按照电磁力补偿原理工作并且例如采用整块式杠杆机构和带有载流线圈的磁系统。

安装在或作用于秤或称量单元的负载传导件/传力件(尤其按照电动势力补偿原理EMK，英文简称为EMFR：电磁力复原)上的负载(例如像如负载杆/负载传导销、负载板、负载运输系统例如输送带/带式输送机，其由底盘、输送带、同步带、滚轮/轴、马达等构成)应该同时满足以下要求(a)-(d)：

(a)小的固有质量(因为高的初负载会延长起振时间)；

(b)高刚性(因为由此出现高的机械固有频率和快速起振)；

(c)弱导热(因为由此减轻从外界经由负载传导件引入的针对内部测量系统尤其是整体块的热影响)；

(d)电导能力(以将例如来自产品的所带静电导走或接地，以便因此避免或减少形成影响测量的静力场)。

当前已知的负载传导件/传力件一般是庞大和笨重的，因为期望的刚性通常通过使用实心构件来获得。期望的低导热能力例如通过塑料绝热中间体来实现。在此，需要各不同的螺纹连接机构，进而伴随可能丢失的小型零件和高的安装成本。

在用于现有技术的秤或称量单元的传力件的情况下，通常采用由金属和塑料构成的组合体作为材料。但塑料的E模量小于10,000N/mm²，故传力件刚性受损，结果是低的机械固有频率和缓慢起振。因此，快速且同时精确的测量变得困难。

为了提高刚性，代替塑料地例如可以采用钢。但是，钢因为其自重大且其导热能力强而是不利的。或者，可以采用不锈钢，其导热能力仅是钢的约五分之一。但是，不锈钢易碎且较难以切削加工。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种传力件，其满足所有上述的要求(a)-(d)并且能简单廉价地制造。

本发明为此提供一种根据权利要求1的传力件。在从属权利要求2至13中描述了优选实施方式。

本发明依据以下认识，即，能够根据也称为3D打印技术的增材制造原理来制造重量很轻的传力件。在此，多个薄材料层在一方向上接连叠置并且相互连接，以便因此逐步形成三维物体，即，传力件以其组成部分通过材料添加来逐层构造。

将3D打印技术用在传力件用特殊应用中带来许多显著优点：

-已知的传力件一般由塑料件和金属件的组合构成，因此一般重量大于“需求”。此外，较厚的材料部分在环境温度变化时比之较薄的材料部分更缓慢地变热或变冷，因此在达到稳定的工作条件之前不必要地浪费了时间。根据本发明所制造的传力件仅具有就功能而言需要的材料，因此将总重量减至最轻。通过将本发明的传力件的各个组成部分设计成由具有尽量小的材料横截面的空心杆构成的杆件系统，还减轻了温度变化时的敏感性。

-迄今需要由多个不同的单独部分组成传力件。根据本发明，这种复杂的制造得到显著简化。

-因为高的加工精度，本发明的传力件可以借助3D打印技术很节省空间地形成，从而出现更大空隙并且在那里可以安装秤的其它部件。

根据本发明的用于秤或称量单元的传力件被设计成布置在接纳待称量负载的负载容置单元和称量单元的负载传导位置之间，以便传递由负载施加的负载力。本发明的传力件的特点是，它至少部分作为由空心杆、尤其是空心圆杆构成的杆件系统构成，其中，该传力件、尤其是空心杆至少部分以3D打印技术制造。

由空心杆构成的杆件系统的使用导致了轻型但仍稳固的传力件。另外，材料横截面和进而导热能力此时仍低。此外，空心杆、尤其是空心圆杆提供较小的造成干扰性气流/通风的表面/空气阻力/作用面，由此适合也应用在受到层流作用的药品生产中。由电子装置和载流线圈在称量单元内产生的热升空气可也由此较少地影响测量值。因此，将由空心杆构成的杆件系统使用在称量单元/秤壳体之内和之外都具有优点。另外，在圆杆上沉积的污垢也很少，并且它们能很好地被清洁。由空心杆构成的杆件系统的使用允许本发明的传力件的节省地方的花巧设计。在此留有空闲的内部空间，其可被用于布置其它构件或组件。

该称量单元例如可以是具有例如将应变片(DMS)用作力传感器的单纯机械式弯曲梁结构的测力传感器，或者是按照电磁力补偿(EMK)原理工作的测力传感器。但也可以想到在现有技术中已知的其它类型的称量单元用测力传感器。本发明的传力件尤其优选被用在按照EMK原理工作的称量单元内。

负载容置单元可以是负载板、负载盘或负载运输单元。负载传导位置是称量单元的如下位置，在这里，负载被传导。负载容置单元和负载传导位置优选被接合到本发明的传力件。传力件优选作为模块布置在负载容置单元和负载传导位置之间。负载容置单元例如可以从负载运输单元接纳待测负载。负载运输单元可以例如是输送带或转动星形架。

本发明的传力件在纵向X、与之正交的横向Y和与这两个方向又正交的竖向Z上延伸。

在一个设计方案中，本发明的传力件优选完全以3D打印技术制造。由此可以将本发明的传力件设计得很轻且还是稳固。

在另一个设计方案中，作为用于本发明的传力件、尤其是通过3D打印技术制造的传力件部分的材料，可以至少部分采用不锈钢。不锈钢相对于钢的优点是，它具有明显更低的导热性能。另外，在使用3D打印技术时，因为不锈钢的脆性材料性能而在使用切削方法时出现的缺点并不显著。

本发明的传力件可以布置在秤或称量单元的壳体之内或之外，或者该传力件可以穿过该壳体，即穿过所述壁。换言之，本发明也涉及一种秤或称量单元，其中，该传力件安置在该秤或称量单元的壳体之内或之外，或者该传力件穿过该壳体。本发明优选安置在壳体之内。

在另一个设计方案中优选的是，本发明的传力件包括该称量单元的过载保护机构(作为一体的组成部分或突入空隙中)，和/或该传力件设计用于间接或直接连接到过载保护机构。该过载保护机构优选设计成可偏移，以便在称量单元或秤的部件上出现损伤之前在过载时消减力。

在另一个设计方案中，本发明的传力件可以具有至少三个、优选四个端部。该端部优选设计用于间接地或直接地安装到所述负载容置单元和/或负载传导位置和/或过载保护机构上。最优选的是，所述端部设计用于直接安装到所述过载保护机构上。

在本发明的传力件的另一个设计方案中优选的是，该传力件具有至少一个V形结构。根据本发明，V形结构优选是指，此时有两个空心杆相互连接，使得它们共同仿照“V”形。这两个空心杆在此被称为“V形结构的支臂”，所述V形结构的支臂相连的点在此被称为V形结构的“尖侧”。“V形结构的支臂的末端”位于对置一侧。一个V形结构的使用具有机械稳定性相对高的优点，因为它可以使作用力转向并集中。

在另一个设计方案中，本发明的传力件可以具有至少两个V形结构。所述至少两个V形结构优选通过该V形结构的尖侧间接地或直接地、优选借助共同的底部件相互连接。在此，所述至少两个V形结构可以直接相互连接。在这里存在两种可能性，即，它们直接在尖侧的末端相互连接，由此在俯视图中得到X形结构，或是至少两个V形结构在其尖侧方向上咬合，从而它们分别通过V形结构的支臂具有两处连接。此外，所述至少两个V形结构也可以间接相互连接。在此情况下，它们优选通过共同的底部件相连。底部件的使用有以下优点，即，在此例如可以设置固定可能性或连接部位用于其它秤部件例如称量单元的负载传导销或负载传导杆。多个V形结构的使用具有以下优点，即，本发明的传力件可被设计得很扁平(在竖向Z上)。

在本发明的传力件的另一个设计方案中，该V形结构的支臂的末端优选位于沿纵向X和横向Y所限定的平面内，即，所述支臂的末端形成(假想)矩形、尤其是正方形或梯形的角点。如果人们沿Z方向(XY投影)看向本发明的传力件，则人们优选看到正好两个V形结构、即所谓的双V形结构。这种双V形结构的使用具有以下优点，即，例如相比于H形结构(在XY投影中)，可以在结构受力时更好抵制偏心力。

优选地，设计成间接或直接安装到所述负载容置单元和/或负载传导位置和/或过载保护机构上的上述端部位于该V形结构的支臂的末端处。

在本发明的传力件的另一个优选设计方案中优选的是，该V形结构的尖侧也位于沿纵向X和横向Y限定的平面内。但同样，该V形结构的尖侧也可以在竖向Z方向上从沿纵向X和横向Y限定的平面突出。尤其优选地，在XY投影中可看到的每个V形结构具有两个V形结构，它们在XY投影中重叠。重叠的V形结构优选直接分别通过其支臂两端相互连接并且间接通过其尖侧、优选通过连条相互连接。

根据本发明的传力件的另一个设计方案，它具有至少一个用于连接至称量单元的负载传导位置的连接部位，其中，该连接部位优选布置在两个V形结构之间。该传力件优选具有两个连接部位，其中，其中一个所述连接部位允许在纵向X上通过第一安装件的固定，其中的另一个所述连接部位允许在竖向Z上通过第二安装件的固定。在此优选的是，该底部件具有至少其中一个所述连接部位。底部件优选至少部分被设计成板和/或平面。优选地，该底部件具有呈孔状的连接部位，称量单元的负载传导销被安装至连接部位。另一个连接部位优选设置在V形结构的尖侧上。

本发明的传力件在另一个设计方案中优选具有在沿纵向X和横向Y限定的平面内的比在竖向Z方向上的延伸范围更大的延伸范围。这有以下优点，即，本发明的传力件的稳定性很高，由此可以在负载容置单元和负载传导位置之间发生很好的力传递，尤其当该负载容置单元或过载保护机构被固定至该端部并且该负载传导位置被居中固定在传力件上时。优选地，在竖向Z方向上的延伸范围最多是在沿纵向X和横向Y限定的平面内的延伸范围的一半，更优选最多是五分之一，最优选最多是十分之一。

本发明也涉及一种采用3D打印技术制造本发明的传力件的方法。同样，本发明也涉及将本发明的通过3D打印技术制造的传力件应用在秤中，尤其是作为在接纳待称量负载的负载容置单元与称量单元的负载传导位置之间的单独的就力而言的模块化中间连接件。

在本发明的方法/用途中，本发明的传力件的单独组成部分通过反复重叠施加薄材料层(3D打印技术)构成。优选地，其中一个组成部分的制造与其它组成部分的制造“同时”地进行，其中，“同时”是指首先形成某个层的或在特定层高度上的所有材料区域，随后安置下一个更高层。当在相同的层高度中的两个组成部分需要材料构造时，其中一个组成部分的材料构造因此被至少另一个组成部分的材料构造中断。但理论上也可行的是，首先部分或完全形成至少一个部件，以便接着制作另一个部件。

附图说明

现在，借助以下图来说明本发明：

图1A以斜视图示出本发明的传力件；

图1B以相对于图1A转动90°的斜视图示出本发明的传力件；

图1C沿Z方向(XY投影)看地示出本发明的传力件；

图1D沿Y方向(XZ投影)看地示出本发明的传力件；

图1E沿X方向(YZ投影)看地示出本发明的传力件；

图1F沿Y方向(XZ投影)从与图1D对置的一侧看地示出本发明的传力件；

图1G沿Z方向(XY投影)看地示出沿XY投影平面剖切的本发明的传力件；

图1H沿Y方向(XZ投影)看地示出沿XZ投影平面剖切的本发明的传力件；

图2示出与过载保护机构相连的本发明的传力件。

具体实施方式

图1A和1B分别以斜视图示出根据本发明的传力件1。传力件1基本上通过由空心杆构成的杆件系统2来构成，空心杆优选是空心圆杆。传力件1优选具有两个第一V形结构4a、4a'和两个另一V形结构4b、4b'，其中，所述第一V形结构4a、4a'和另一V形结构4b、4b'通过一底部件6相互连接。根据本发明，原则上也可能的是，第一V形结构4a、4a'之一和另一V形结构4b、4b'之一被省掉，从而第一V形结构仅通过V形结构4a或通过V形结构4a'构成，第二V形结构仅通过V形结构4b或通过V形结构4b'构成。在如图1A所示的实施方式中，V形结构4a和V形结构4b位于由纵向X和横向Y限定的平面内，即，第一V形结构4a的支臂的末端7a和第二V形结构4b的支臂的末端7b、还有尖侧5a和5b三者都位于所述平面内。同样，在V形结构4a'、4b'中，第一V形结构4a'的支臂的末端7a和第二V形结构4b'的支臂的末端7b位于所述平面内，但尖侧5a'和5b'在Z方向上从由纵向X和横向Y限定的该平面突出。尖侧5a和5a'通过连条9相互连接，连条优选作为空心杆沿着Z方向延伸。同样，尖侧5b和5b'也通过连条9相互连接，连条也优选作为空心杆沿Z方向延伸。在端部3设有用于连接过载保护机构的连接部位，其优选设计成沿Z方向的空心柱体，空心柱体优选不仅在上侧、也在下侧(在Z方向上看)具有直径较大的区域(凸缘)，以实现更好地容纳、支承并且安置随后在那里作用的构件。呈空心筒状的端部3在周面上分别侧向具有至少一个滴状开口，其用于使不需要的材料流出以形成空心杆的空心部。底部件6优选设计成板状，板沿着由纵向X和竖向Z限定的平面延伸。底部件6优选具有第一连接部位8a，其允许在竖向Z上通过第一安装件固定负载传导位置。在尖侧5a'和5b'也设有连接部位8b，其允许负载传导位置在纵向X上通过第二安装件的固定。

图1C沿Z方向(XY投影)看地示出本发明的传力件1。从XY投影中可以得知本发明的传力件1具有所谓的双V形结构。底部件6在此将第一V形结构4a、4a'连接至另一V形结构4b、4b'。因为沿Z方向看，故人们在此无法看到有两个第一V形结构4a、4a'和两个另一V形结构4b、4b'。但显而易见的是，尖侧5a、5a'和尖侧5b、5b'沿着X方向彼此相向。为了提高稳定性，第一V形结构4a、4a'和第二V形结构4b、4b'的支臂的末端7a、7b在X方向上进一步朝外凸出(不同于“纯H形”结构)。

图1D沿Y方向(XZ投影)看地示出本发明的传力件1。在此人们沿Y方向看地看到底部件6的板的大面积，其示出呈穿过底部件6的孔(带有沉槽)的形式的第一连接部位8a。在连接件8a上方设有穿过底部件6的板的另一个孔，其设置用于布置配合销。

图1E沿X方向(YZ投影)看地示出本发明的传力件1。在此能看到第一V形结构4a、4a'或另一V形结构4b、4b'通过连条9相互连接。

图1F沿Y方向(XZ投影)从与图1D对置的一侧看地示出本发明的传力件1，在此带有与图1D中一样的附图标记。

图1G沿Z方向(XY投影)看地示出沿XY投影平面剖切的本发明的传力件1。图1H沿Y方向(XZ投影)看地示出沿XZ投影平面剖切的本发明的传力件。在这两幅图中清楚看到，第一V形结构4a、4a'和第二V形结构4b、4b'的支臂设计成空心杆、优选是空心圆杆状。同样清楚看到，底部件6所具有的空腔沿着图1G中的Z方向延伸。

图2示出本发明的传力件1，其被连接至过载保护机构10。过载保护机构10在此优选通过螺钉连接至传力件1的四个呈圆筒形连接部位构成的端部3，其中，该螺钉优选被呈压缩弹簧状的弹簧件11围绕，弹簧件保证能够抵制过载。在此清楚看到，利用本发明的传力件1能够提供一种由传力件1和过载保护机构10构成的组合式部件，在此，用于连接至称量单元的负载传导位置的连接部位8a和8b居中。过载保护机构10具有用于与负载容置单元连接的元件12。

附图标记列表

1 传力件

2 由空心杆构成的杆件系统

3 端部

4a、4a' 第一V形结构

4b、4b' 另一V形结构

5a、5a' 第一V形结构的尖侧

5b、5b' 另一V形结构的尖侧

6 底部件

7a 第一V形结构的支臂的末端

7b 第二V形结构的支臂的末端

8a 第一连接部位

8b 第二连接部位

9 连条

10 过载保护机构

11 弹簧件

12 用于与负载容置单元连接的元件

X 纵向

Y 横向

Z 竖向

E 平面，其由纵向X和横向Y限定

Claims

1.一种用于秤或称量单元的传力件(1)，其中，该传力件(1)设计成布置在接纳待称量负载的负载容置单元与称量单元的负载传导位置之间，以传递由该负载施加的负载力，

其特征是，该传力件(1)至少部分作为由空心杆(2)尤其是圆杆构成的杆件系统来构成，其中，该传力件(1)且尤其是该空心杆至少部分以3D打印技术来制造。

2.根据权利要求1所述的传力件(1)，其特征是，该传力件(1)至少部分由不锈钢制造，尤其是通过3D打印技术制造的部分。

3.根据前述权利要求之一的传力件(1)，其特征是，该传力件(1)包括该称量单元的过载保护机构，和/或

该传力件(1)设计成间接或直接连接至过载保护机构(10)。

4.根据前述权利要求之一的传力件(1)，其特征是，该传力件(1)具有至少三个、优选四个端部(3)，所述端部被设计成间接或直接安装到该负载容置单元和/或该负载传导位置和/或该过载保护机构(10)上。

5.根据前述权利要求之一的传力件(1)，其特征是，该传力件(1)具有至少一个V形结构(4)。

6.根据前一项权利要求的传力件(1)，其特征是，该传力件(1)具有至少两个V形结构(4a；4a'；4b；4b')，它们优选通过所述V形结构(4a；4a'；4b；4b')的尖侧(5a；5b)间接地或直接地、优选通过共同的底部件(6)相连。

7.根据前一项权利要求的传力件(1)，其特征是，所述V形结构(4a；4a'；4b；4b')的支臂(7a；7b)的末端位于一平面(E)之内，该平面由纵向X和横向Y限定，即，所述支臂的末端形成(假想)矩形、尤其是正方形或梯形的角点。

8.根据前一项权利要求的传力件(1)，其特征是，所述V形结构(4a；4a'；4b；4b')的尖侧(5a；5b)同样位于由该纵向X和该横向Y限定的平面(E)之内，或者

所述V形结构(4a；4a'；4b；4b')的尖侧(5a；5b)在竖向Z的方向上从由该纵向X和该横向Y限定的平面(E)突出。

9.根据前述权利要求之一的传力件(1)，其特征是，该传力件(1)具有至少一个用于连接至该称量单元的负载传导位置的连接部位(8a)，其中，该连接部位(8a)优选布置在所述两个V形结构(4a；4a'；4b；4b')之间。

10.根据前一项权利要求的传力件(1)，其特征是，该传力件(1)具有至少两个连接部位(8a；8b)，其中，其中一个所述连接部位(8a)允许在竖向Z上通过第一安装件固定，其中另一个所述连接部位(8b)允许在纵向X上通过第二安装件固定。

11.根据权利要求9或10所述的传力件(1)，只要其引用权利要求6，其特征是，该底部件(6)具有至少一个连接部位(8a)。

12.根据权利要求6至11之一的传力件(1)，其特征是，该底部件(6)至少部分设计成板状和/或平面状。

13.根据前述权利要求之一的传力件(1)，其特征是，该传力件(1)的在由该纵向X和该横向Y限定的平面(E)内的延伸范围大于在该竖向Z方向上的延伸范围，所述在该竖向Z方向上的延伸范围尤其最多是所述在由该纵向X和该横向Y限定的平面(E)内的延伸范围的一半，更优选是最多五分之一，最优选是最多十分之一。