DE10007267C2 - Wägeaufnehmer mit mehreren Übersetzungshebeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wägeaufnehmer nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation, dessen wesentliche Teile aus einem einzigen Block herausgearbeitet sind, mit einem beweglichen Lastaufnehmer, der durch einen oberen und einen unteren Lenker mit dem feststehenden Bereich des Blockes verbunden ist, mit mindestens zwei Übersetzungshebeln zur Kraftuntersetzung, mit Koppelelementen zwischen den Übersetzungshebeln und zwischen dem Lastaufnehmer und dem ersten Übersetzungshebel und mit einer Spule, die am längeren Hebelarm des letzten Übersetzungshebels befestigt ist und die sich im magnetischen Feld eines gehäusefesten Permanentmagneten befindet.

Ein Wägeaufnehmer dieser Art ist z. B. aus der DE 195 40 782 C1 bekannt. Er weist durch seine monolithische Bauweise sehr gute Messeigenschaften und eine hervorragende Langzeitstabilität auf und eignet sich durch seine zwei oder mehr Übersetzungshebel mit ihrem insgesamt hohen Übersetzungsverhältnis besonders für hohe Lasten oberhalb von 10 kg.

Nachteilig an diesem Wägeaufnehmer ist einzig, dass seine Empfindlichkeit nur durch die externe Auflage von Kalibriergewichten überprüft und ggf. nachjustiert werden kann. Die Handhabung von externen Kalibriergewichten ≧ 10 kg ist jedoch umständlich.

Es ist daher bei aus einzelnen Teilen zusammengesetzten Wägeaufnehmern bereits bekannt (z. B. aus dem DE-GM 84 38 006) interne Kalibriergewichte zu benutzen, die nicht am Lastaufnehmer direkt angreifen, sondern an einem der Übersetzungshebel. Dadurch kann das Kalibriergewicht deutlich kleiner als die Höchstlast der Waage bleiben und wirkt aufgrund des Übersetzungsverhältnisses dennoch wie ein Kalibriergewicht mit Höchstlast. - Die Übertragung dieses Prinzips auf einen monolithischen Wägeaufnehmer der eingangs genannten Art ist jedoch schwierig, da durch die monolithische Bauweise der Platz im Wägeaufnehmer sehr beengt ist.

Bei einem teilmonolithischen Wägeaufnehmer, bei dem bis auf den letzten Übersetzungshebel alle Übersetzungshebel, Koppelelemente und die Lenker aus einem Block durch dünne Schnitte herausgearbeitet sind (DE 196 05 087 A1), ist es außerdem bekannt, einen durch zwei zusätzliche Lenker parallelgeführten Ankopplungsbereich für ein internes Kalibriergewicht vorzusehen und an diesem Ankoppelungsbereich zwei Querstangen als Trägereinrichtung für das Kalibriergewicht anzubringen. Diese zusätzliche Lenkerparallelführung vergrößert jedoch die Bauhöhe des Wägeaufnehmers und erhöht die Zahl der Federgelenke um vier weitere Gelenke, sodass die Federkonstante des Wägeaufnehmers und damit die Gefahr von unkontrollierten Messwertänderungen steigt. Außerdem werden durch die Befestigung der Querstangen am monolithischen Teil Materialspannungen in dieses Teil eingebacht und dadurch die Vorteile der monolithischen Bauweise teilweise wieder zunichte gemacht.

Bei einem anderen teilmonolithischen Wägesystem (DE 198 20 637 A1) ist es weiterhin bekannt, an den ersten monolithischen Übersetzungshebel einen Verlängerungsarm in Form von zwei Schenkeln anzuschrauben, die beiden Schenkel seitlich neben dem monolithischen Block entlangzuführen und an diesen Verlängerungsschenkeln das Kalibriergewicht angreifen zu lassen. Durch diese Schraubverbindung ist aber der Vorteil der monolithischen Bauweise, nämlich die sehr gute Reproduzierbarkeit des Wägeaufnehmers, z. B. auch nach großen Temperaturänderungen, für das Kalibriergewicht nicht mehr gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wägeaufnehmer der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Kalibrierung und ggf. auch eine Justierung mit hoher Genauigkeit durch ein internes Kalibriergewicht möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass einer der Übersetzungshebel einen zusätzlichen Hebelarm für die Auflage eines Kalibriergewichtes aufweist und dass dieser zusätzliche Hebelarm ebenfalls monolithischer Bestandteil des Blockes ist, den Lastaufnehmer etwa waagerecht durchsetzt und außerhalb des Lastaufnehmers die Auflagemöglichkeit für das Kalibriergewicht aufweist.

Durch die monolithische Integration auch dieses zusätzlichen Hebelarms werden die Vorteile der monolithischen Bauweise - insbesondere die gute Temperatur- und Langzeitstabilität - auch für die Kalibrierung/Justierung nutzbar gemacht. Dadurch, dass der zusätzliche Hebelarm den Lastaufnehmer durchsetzt und das Kalibriergewicht außerhalb des Lastaufnehmers aufgelegt wird, werden Platzprobleme im Innenraum des Wägeaufnehmers vermieden. Durch die Länge des zusätzlichen Hebelarms kann das Übersetzungsverhältnis des internen Kalibriergewichtes zum Lastaufnehmer bzw. zur Spule der elektromagnetischen Kraftkompensation leicht verändert werden. Außerdem werden keine zusätzlichen Gelenkstellen benötigt, da nur einer der sowieso vorhandenen Übersetzungshebel durch einen zusätzlichen Hebelarm ergänzt bzw. verlängert sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Wägeaufnehmer in Seitenansicht in einer ersten Ausgestaltung,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Lastaufnehmers aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Wägeaufnehmer in Seitenansicht in einer zweiten Ausgestaltung,

Fig. 4 eine Vorderansicht des Lastaufnehmers aus Fig. 3,

Fig. 5 einen Wägeaufnehmer in Seitenansicht in einer dritten Ausgestaltung und

Fig. 6 einen Wägeaufnehmer in Seitenansicht in einer vierten Ausgestaltung,

In den Fig. 1 und 2 ist der Wägeaufnehmer in einer ersten Ausgestaltung gezeigt. Fig. 1 ist eine Seitenansicht, Fig. 2 eine Vorderansicht auf den Lastaufnehmer. Man erkennt in Fig. 1 in der Seitenansicht einen feststehenden Grundkörper 1, der auf seiner Unterseite flache Fußbereiche 6 aufweist, an denen er am Gehäuse der Waage festgeschraubt werden kann. Der Grundkörper 1 setzt sich nach links in einen vorkragenden Bereich 2 und einen vorkragenden Bereich 3 fort. Der Bereich 2 hat eine Breite von ca. zwei Drittel der Breite des Grundkörpers 1, der Bereich 3 ist noch schmaler (ca. 40% vom Grundkörper 1).

Im Grundkörper 1 befindet sich ein rundes Loch 8, das einen (nicht gezeichneten) zylindrischen Permanentmagneten aufnimmt.

Links in Fig. 1 ist der Lastaufnehmer 10 eingezeichnet, der durch einen oberen Lenker 12 und einen unteren Lenker 11 mit dem Grundkörper 1 verbunden ist. Die Gelenkstelle zwischen dem oberen Lenker 12 und dem Lastaufnehmer 10 ist mit 15 bezeichnet, sie zieht sich über die ganze Breite des Lenkers bzw. Lastaufnehmers hin, die Gelenkstelle zwischen dem unteren Lenker 11 und dem Lastaufnehmer 10 ist mit 14 bezeichnet, sie zieht sich ebenfalls über die ganze Breite des Lenkers bzw. Lastaufnehmers hin. Die Gelenkstellen zwischen den Lenkern 11 und 12 und dem Grundkörper 1 sind mit 16 bzw. 17 bezeichnet, sie ziehen sich ebenfalls über die ganze Breite hin. Der obere Lenker 12 weist eine mittige Ausnehmung auf, in die der vorkragende Teil 3 hineinragt. (Die obere Abschlussfläche des vorkragenden Teils 3 befindet sich auf der gleichen Höhe wie die Oberseite des Lenkers 12 und ist in der Seitenansicht daher nicht erkennbar. Nur die vertikale Rückseite 39 des vorkragenden Teils 3 ist in Fig. 1 teilweise erkennbar.) - Durch die Lenker 11 und 12 mit ihren Gelenkstellen ist der Lastaufnehmer 10 mit dem Grundkörper verbunden, kann sich aber in vertikaler Richtung etwas bewegen.

Die zu messende Kraft wird vom Lastaufnehmer 10 über den stabilen Vorsprung 13 und über Koppelelemente 18 mit den Gelenkstellen 19 und 20 auf den kurzen Hebelarm 21 des ersten Hebels übertragen. Der lange Hebelarm des ersten Hebels ist mit 22 bezeichnet. Weiter erkennt man eine dreieckförmige Verstärkung 42 zwischen dem kurzen Hebelarm 21 und dem langen Hebelarm 22 des ersten Hebels. Der erste Hebel 21/22 ist über Lagerstellen 4 am vorkragenden Teil 3 gelagert.

Vom Ende des langen Hebelarms 22 wird die untersetzte Kraft über eine Gelenkstelle 43 auf das Koppelelement 23 übertragen und von dort über Gelenkstellen 38 auf den kurzen Hebelarm 24 des zweiten Hebels. Der zweite Hebel 24/25 ist über Gelenkstellen 5 am vorkragenden Teil 2 gelagert. Der obere Teil des langen Hebelarms 25 ist gabelförmig aufgespalten: Der eine Teil befindet sich auf der einen Seite des vorkragenden Teils 3 - in Fig. 1 vor dem vorkragenden Teil 3 -, der andere Teil befindet sich auf der anderen Seite des vorkragenden Teils 3 - in Fig. 1 hinter dem vorkragenden Teil 3 und damit nicht erkennbar.

Von dort werden die beiden Kräfte von den langen Hebelarmen 25 des zweiten Hebels über zwei Teilkoppelgelenke 26 auf die beiden Teile 29 des aufgespaltenen kurzen Hebelarms des dritten Hebels 29/27/28 übertragen. Der dritte Hebel ist über Abstützelemente 30 mit den Gelenkstellen 32 und 33 am Grundkörper 1 gelagert. Der lange Hebelarm des dritten Hebels ist in seinem Anfangsbereich 27 aufgespalten und wird am Ende wieder in einem Teil 28 zusammengeführt. An diesem gemeinsamen Teil 28 ist die Spule 34 befestigt. Die gabelförmigen Schenkel 27 des dritten Hebels umgreifen den vorkragenden Teil 3 symmetrisch. Die Abstützelemente 30 für den dritten Hebel befinden sich wiederum seitlich außerhalb der beiden Schenkel 27.

Weiter ist am Lastaufnehmer 10 auf der Oberseite und der Unterseite je eine Stufe 40 erkennbar. Die Höhe dieser Stufe ist so bemessen, dass sich die waagerechte Fläche der Stufe 40 genau in der Höhe der neutralen Faser der Dünnstellen 15 und 17 des oberen Lenkers 12 bzw. in der Höhe der neutralen Faser der Dünnstellen 14 und 16 des unteren Lenkers 11 befindet. An diesen waagerechten Flächen wird die Waagschale bzw. die Unterschale mittels eines C- förmigen Zwischenteils am Wägeaufnehmer befestigt. Durch diese Ausgestaltung der Waagschalen/Unterschalen-Befestigung wird das bei außermittiger Belastung der Waagschale auftretende Drehmoment als waagerechtes Kräftepaar direkt in die Lenker 11 und 12 eingeleitet und verursacht keine Torsion des Lastaufnehmers 10.

Der erfindungsgemäße Wägeaufnehmer weist nun am zweiten Übersetzungshebel 24/25 eine kurze vertikale Verlängerung 51 auf, die in einen horizontalen Hebelarm 52 übergeht. Dieser horizontale Hebelarm 52 durchsetzt den Lastaufnehmer 10, der dazu in seiner Symmetrieebene eine rechteckige Ausnehmung 53 aufweist. Diese Ausnehmung 53 ist in der Vorderansicht auf den Lastaufnehmer 10 in Fig. 2 erkennbar. Der horizontale Hebel 52 weist an seinem (in Fig. 1 linken) Ende eine Vertiefung 53 auf, in die beim Kalibrieren oder Justieren ein Kalibriergewicht 50 abgelegt werden kann. In Fig. 1 ist das Kalibriergewicht in dieser Kalibrierstellung gezeichnet. Die für das Anheben bzw. Absenken des Kalibriergewichtes notwendige Vorrichtung ist in Fig. 1 nur durch eine Aufnahme 54 angedeutet, die vertikal beweglich ist. - In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist also der gemäß dem Stand der Technik bereits vorhandene Übersetzungshebel 24/25 durch den zusätzlichen Hebelarm 51/52 verlängert und es wird so eine Auflagemöglichkeit für das Kalibriergewicht 50 geschaffen. Der zusätzliche Hebelarm 51/52 ist aus dem Materialblock des Wägeaufnehmers mit herausgearbeitet und dadurch monolithischer Bestandteil des Wägeaufnehmers. Damit ergeben sich auch für die Kalibriergewichtsauflage die Vorteile der monolithischen Bauweise, wie z. B. große Langzeitkonstanz und geringer Temperatureinfluss. Durch die zusätzliche Hebelwirkung des zusätzlichen Hebelarms 51/52 reicht ein Kalibriergewicht 50 von z. B. 300 g, um eine Belastung von 50 kg am Lastaufnehmer zu simulieren. Das Kalibriergewicht 50 ist daher auch bei hohen Nennlasten des Wägeaufnehmers so klein und so leicht, dass die Baugröße und das Gewicht des Wägeaufnehmers nicht wesentlich vergrößert werden.

Eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wägeaufnehmers ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Fig. 3 ist eine Seitenansicht, Fig. 4 eine Vorderansicht auf den Lastaufnehmer. Gleiche Teile wie in der ersten Ausgestaltung gemäß den Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht noch mal erläutert. In dieser zweiten Ausgestaltung ist der Hebelarm 62 für das Kalibriergewicht 50 in seinem mittleren Teil 62'/62" gabelförmig aufgespalten. Der eine Teil 62' befindet sich in einer Nut 63 im Lastaufnehmer 60, die in Fig. 3 auf der Vorderseite des Lastaufnehmers 60 eingefräst ist (in Fig. 4 auf der rechten Seite); der andere Teil 62" befindet sich in Fig. 3 auf der Rückseite des Lastaufnehmers 60 und ist deshalb in Fig. 3 nicht erkennbar, in Fig. 4 befindet sich der Teil 62" in einer Nut 63' auf der linken Seite des Lastaufnehmers 60. Im Bereich links vom Lastaufnehmer 60 in Fig. 3 ist der Hebelarm 62 wieder zusammengeführt und trägt dort das Kalibriergewicht 50.

In Fig. 5 ist der Wägeaufnehmer in einer dritten Ausgestaltung in Seitenansicht gezeigt. Man erkennt einen Lastaufnehmer 122 der über einen oberen Lenker 104 und einen unteren Lenker 103 in Form einer Parallelführung mit einem feststehenden Grundkörper 101 verbunden ist. Die Gelenkstellen der Lenker sind mit 106 bezeichnet. Am Lastaufnehmer 122 ist die nicht gezeichnete Waagschale befestigt. Die Gewichtskraft des Wägegutes wird nun von einem Vorsprung 107/117 des Lastaufnehmers 122 über ein erstes, vertikales Kraftübertragungselement 108 auf einen Winkelhebel 109 übertragen. Der Winkelhebel 109 ist mit einer Dünnstelle 119 an einem Vorsprung 114 des Grundkörpers 101 gelagert. Der kurze, waagerechte Hebelarm des Winkelhebels 109 ist gleich dem waagerechten Abstand zwischen dem Kraftübertragungselement 108 und der Dünnstelle 119; der lange, vertikale Hebefarm ist gleich dem vertikalen Abstand zwischen der Dünnstelle 119 und der Dünnstelle 116.

An der Dünnstelle 116 wird die reduzierte und umgelenkte Gewichtskraft auf einen zweiten Winkelhebel 111 übertragen, der sich über ein Kraftübertragungselement 110 am Grundkörper 101 abstützt. Der kurze, vertikale Hebelarm des Winkelhebels 111 ist gleich dem vertikalen Abstand zwischen der Dünnstelle 120 des Kraftübertragungselementes 110 und der Dünnstelle 116; sein langer, horizontaler Hebelarm 123 ist gleich dem horizontalen Abstand zwischen der Dünnstelle 116 und dem Befestigungspunkt 124 der Spule. Die Spule 112 befindet sich im Luftspalt des Permanentmagneten 113, der direkt am Grundkörper 101 befestigt ist.

Die im Vorstehenden beschriebene Anordnung der Parallelführung und der Hebel und die Herausarbeitung aus einem einzigen Metallblock ist aus der bereits zitierten DE 195 40 782 C1 bekannt und deshalb hier nur ganz kurz beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Wägeaufnehmer weist nun der Winkelhebel 109 einen zusätzlichen Hebelarm 139 auf, der gabelförmig aufgespalten ist und sich in je einer Nut 136 auf beiden Seiten des Lastaufnehmers 122 bis in den Bereich links (in der Darstellungsweise der Fig. 5) vom Lastaufnehmer 122 erstreckt und dort eine Vertiefung 138 zur Aufnahme des Kalibriergewichtes 140 aufweist. Die Bauart dieses zusätzlichen Hebelarms 139 entspricht der in den Fig. 3 und 4 bereits erläuterten Bauart und muss daher nicht noch mal im Einzelnen erläutert werden. Auch die Hubvorrichtung 137 ist wieder nur angedeutet. - Selbstverständlich ist es auch möglich, den zusätzlichen Hebelarm durch ein mittiges Loch im Lastaufnehmer hindurchzuführen, wie es bereits anhand der Fig. 1 und 2 erläutert wurde.

Die vierte Ausgestaltung des Wägeaufnehmers, die in Fig. 6 in Seitenansicht gezeigt ist, ähnelt der gerade anhand von Fig. 5 beschriebenen Ausgestaltung. Gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet und werden nicht noch mal erläutert. In Fig. 6 ist der zweite Winkelhebel 111 durch einen zusätzlichen Hebelarm 141 nach links verlängert, umgreift gabelförmig in je einer Nut 142 den Lastaufnehmer 132 und trägt an seinem freien Ende das Kalibriergewicht 140. - Selbstverständlich kann auch hier der zusätzliche Hebelarm durch ein mittiges Loch im Lastaufnehmer hindurchgeführt werden.

Claims (4)

1. Wägeaufnehmer nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation, dessen wesentliche Teile aus einem einzigen Block herausgearbeitet sind, mit einem beweglichen Lastaufnehmer, der durch einen oberen und einen unteren Lenker mit dem feststehenden Bereich des Blockes verbunden ist, mit mindestens zwei Übersetzungshebeln zur Kraftuntersetzung, mit Koppelelementen zwischen den Übersetzungshebeln und zwischen dem Lastaufnehmer und dem ersten Übersetzungshebel und mit einer Spule, die am längeren Hebelarm des letzten Übersetzungshebels befestigt ist und die sich im magnetischen Feld eines gehäusefesten Permanentmagneten befindet, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Übersetzungshebel (21/22, 24/25, 27/28/29, 109, 111) einen zusätzlichen Hebelarm (52, 62, 139, 141) für die Auflage eines Kalibriergewichtes (50, 140) aufweist und dass dieser zusätzliche Hebelarm (52, 62, 139, 141) ebenfalls monolithischer Bestandteil des Blockes ist, den Lastaufnehmer (10, 60, 122, 132) etwa waagerecht durchsetzt und außerhalb des Lastaufnehmers (10, 60, 122, 132) die Auflagemöglichkeit für das Kalibriergewicht (50, 140) aufweist.

2. Wägeaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (52) den Lastaufnehmer (10) mittig in der Symmetrieebene des Wägeaufnehmers durchsetzt.

3. Wägeaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (62, 139, 141) gabelförmig aufgespalten ist und den Lastaufnehmer (60, 122, 132) in etwa waagerechten, seitlichen Nuten (63, 63', 136, 142) umgreift.

4. Wägeaufnehmer nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriergewicht (49, 130) zylinderförmig ausgebildet ist, wobei die Länge längs der Zylinderachse größer ist als die Breite des Blockes.