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Die Erfindung betrifft eine Waage,
z.B. eine Küchen-
oder Personenwaage, mit einer Lastplatte, die mittels Fußelementen
auf einem Untergrund anordbar ist, und mit an der Lastplatte angeordneten Messelementen
zur Messung von Streckungen und/oder Stauchungen der Lastplatte.
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Aus der
EP 0 034 656 ist eine derartige Waage
bekannt. Ein Nachteil der offenbarten Waage ist, dass die Messelemente
auf ausgefrästen
Abschnitten der Lastplatte angeordnet sind. Dadurch gestaltet sich
zum einen die Herstellung der Lastplatte aufwendig und teuer. Zum
anderen erweist sich das Kalibrieren einer solchen Waage als schwierig,
da bei der Kalibrierung einer jeden Lastplatte Material von den
ausgefrästen
Abschnitten der Lastplatte abgetragen werden muß, um das Flächenträgheitsmoment des
Abschnittes und somit seinen Einfluß auf das Messergebnis zu verändern.
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Ferner ist aus der
EP 0 126 566 A2 eine gattungsgemäße Waage
bekannt. Auch hier sind die Messelemente auf ausgefrästen Abschnitten
der Lastplatte angeordnet, wodurch sich auch hier die bei der Waage
gemäß
EP 0 034 656 beschriebenen Nachteile
ergeben. Die aus der
EP
0 126 566 A2 bekannte Waage ist jedoch gegenüber der
aus der
EP 0 034 656 bekannten
Waage insofern verbessert, dass die Messelemente auf einem Abschnitt
mit einem freien Ende angeordnet sind, der von zwei ausgefrästen Abschnitten
der Lastplatte getragen ist. Auf diese Weise wird eine Torsion des
Abschnittes, auf dem das als ein Dehnungsmessstreifen ausgebildete Messelement
angeordnet ist, während
des Wiegevorgang weitesgehend eliminiert. Durch diese Maßnahme erhöht sich
jedoch der Herstellungsaufwand der Lastplatte erheblich.
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Ein Nachteil des Standes der Technik
ist weiter, dass die Waagen, insbesondere Körperwaagen, häufig eine
Mehrzahl von Platten, wie Grundplatten, Zwischenplatten oder Trittplatten
aufweisen, durch die der Aufbau der Waage kompliziert und die Herstellungskosten
erhöht
werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, eine Waage zu schaffen, die einen besonders einfachen
und einheitlichen Aufbau bei einer möglichst einfachen Kalibrierung
aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Waage mit einer Lastplatte, die mittels Fußelementen auf einem Untergrund
anordbar ist, und mit an der Lastplatte angeordneten Messelementen zur
Messung von Streckungen und/oder Stauchungen der Lastplatte, wobei
die Messelemente zur Bestimmung einer lokalen Verbiegung der eigentlichen Lastplatte
ausgebildet und auf der Lastplatte selbst aufgebracht sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen
aufgezeigt.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass die Waage, insbesondere die Messung weitgehend unabhängig gegenüber der
Lage oder Position der Last auf der Lastplatte und somit unempfindlich
gegenüber
einer exzentrischen oder außermittigen
Lastanordnung sein sollte. Darüber
hinaus sollte eine besonders einfach aufgebaute und möglichst
einfach zu wartende Waage ermöglicht
sein, wobei Messungenauigkeiten innerhalb eines vorgebbaren Bereiches
tolerierbar sind. Hierzu ist vorgesehen, dass anstelle eines komplexen
im Stand der Technik durch aufwendiges Fräsen der Lastplatte ausgeführten Aufnahmeelements
als Referenzpunkt zur indirekten Bestimmung der Verbiegung und/oder Stauchung
der Lastplatte durch das Aufnahmeelement erfindungsgemäß die Lastplatte
selbst als Aufnahmeelement oder Sensor dient, indem die Messelemente
unmittelbar auf der Lastplatte aufgebracht sind und zur Bestimmung
einer lokalen Verbiegung der eigentlichen Lastplatte ausgebildet
sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Waage ist die Lastplatte als Federelement oder Federkörper ausgebildet.
Beispielsweise ist die Lastplatte als Glasplatte oder aus einem ähnlichen
elastischen Material, z.B. Metall, ausgeführt. Somit bildet die Lastplatte
selbst einen Sensor der Waage, so dass aufwendige und kostenintensive
zusätzliche Platten,
wie Tritt- oder Grundplatten sicher vermieden sind.
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Für
eine möglichst
genaue und sichere Messung sind die Messelemente ober- und/oder
unterseitig, d.h. ein- oder beidseitig, auf der Lastplatte angeordnet.
Bevorzugt ist die Lastplatte dabei mehreckig mit einem in der jeweiligen
Ecke angeordneten Messelement ausgebildet. Beispielsweise sind bei
einer viereckigen Lastplatte vier Messelemente in der jeweiligen
Ecke der Messplatte angebracht. Vorzugsweise ist das jeweilige Messelement
auf der Winkelhalbierenden der betreffenden Ecke und möglichst nahe
am Krafteinleitungspunkt angeordnet.
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Zur Bildung einer möglichst
einfachen elektromechanischen Messstruktur ist das jeweilige Messelement
zweckmäßigerweise
als ein Dehnungsmessstreifen ausgebildet. In der einfachsten Form sind
die Messelemente identisch ausgeführt und vorzugsweise zu einer
Wheastons'schen
Messbrücke elektrisch
mitein ander verbunden. Für
eine platzsparende und ggf. bei einer als Glasplatte ausgeführten Lastplatte
optisch wirkungsvollen Anordnung sind die Messelemente elektrisch
miteinander verbindende Leitungen unmittelbar auf der Lastplatte
angebracht. Bevorzugt bildet die Führung der Leitungen dabei eine
optisch wirkungsvolle geometrische Figur oder einen Rahmen.
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Für
eine möglichst
genaue Messung ist der zugrundeliegende Hebelarm weitgehend konstant und
exakt einzustellen. Hierzu ist vorteilhafterweise eine elektronische
oder mechanische Kalibrierung der Waage vorgesehen. Für eine mechanische
Kalibrierung ist zweckmäßigerweise
eines der Fußelemente
kraftflussseitig mit einem zugehörigen
Messelement derart verbunden, dass der Abstand zwischen Krafteinleitungspunkt
und dem Messelement einstellbar ist. Dabei werden mittels eines
derartigen mechanischen Abgleichs der Messanordnung der Waage aus
einer exzentrischen Belastung resultierende Fehler mittels eines
variierbaren Abstands mindestens eines Messpunktes vom Punkt der
Krafteinleitung ausgeglichen. Durch ein derartig variabel einstellbaren
Abstand zwischen Krafteinleitungspunkt und dem Messelement ist eine
besonders einfach ausgebildete elektromechanische Waage mit einer weitgehend
einfachen Kalibrierung gegeben.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Waage weist das jeweilige Fußelement einen an der Lastplatte
und/oder einen an dem Untergrund anliegenden und den Krafteinleitungspunkt
bildenden Auflagebereich auf. Hierzu ist einer der Auflagebereiche
bevorzugt punktförmig
ausgebildet. Beispielsweise ist der betreffende Auflagebereich als ein
Kegel ausgebildet.
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Zur Einstellung des zwischen dem
Krafteinleitungspunkt und dem Messelement gebildeten Abstand ist
mindestens einer der Auflagebereich vorzugsweise bewegbar ausgeführt. D.h.
der Abstand ist mittels eines der Auflagebereich und somit in einfach
zugänglicher
Art und Weise einstellbar. Für
eine möglichst
variable Einstellung des Abstands und somit einer variablen Einstellung
des Hebelarmes ist der betreffende Auflagebereich entlang der Lastplatte
horizontal und/oder vertikal bewegbar ist. Beispielsweise ist der
Auflagebereich in einer horizontalen Ebene parallel zur Lastplatte
bewegbar, wodurch die Länge
des Abstandes besonders einfach verkürzt oder verlängert wird.
Alternativ oder zusätzlich
kann der Auflagebereich in vertikaler Richtung und somit in der
Höhe bewegt
werden, so dass in besonders einfacher Art und Weise neben der Änderung
des Abstandes und somit der Änderung
der Länge
des Hebelarmes auch Unebenheiten des Untergrundes ausgeglichen werden
können.
In einer besonders einfachen Ausführungsform ist der Auflagebereich
verschiebbar angeordnet. Je nach Art und Aufbau des Fußelements
mit dem zugehörigen
Auflagebereich kann zur Führung
des Auflagebereichs ein Führungselement
z.B. in Art einer Führungsschiene,
eines Führungsgewindes
und/oder eines Führungszylinders
vorgesehen sein. Dabei ist der Auflagebereich vorteilhafterweise
rotatorisch und/oder translatorisch bewegbar.
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Je nach Art und Funktion der zugrunde
liegenden Waage kann ein einzelnes Fußelement mit einem bewegbaren
Auflagebereich versehen sein. Alternativ kann jedes Fußelement
einen zugehörigen bewegbaren
Auflagebereich aufweisen. Hierdurch ist eine gegenüber einem
einzelnen einstellbaren Fußelement
verbesserte Kalibrierung und somit höhere Messgenauigkeit erreichbar.
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Alternativ oder zusätzlich kann
die Messanordnung elektronisch kalibriert werden. Bei zu einer Wheatstones'schen Messbrücke verschalteten
Messelementen erfolgt die Kalibrierung vorzugsweise in bekannter
Art und Weise mittels zusätzlicher
Widerstände.
Alternativ oder zusätzlich
kann jedem Messelement ein Messkanal zugeordnet sein, der separat kalibriert
wird, wobei alle Messsignale addiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
ist eine Anzeige zum Anzeigen einer auf der Lastplatte aufliegenden
Last vorgesehen. Beispielsweise kann die Anzeige dabei als integraler
Bestandteil in der Lastplatte, z.B. in einer Glasplatte eingebracht
sein, so dass die Anzeige stoß-
und schmutzsicher angeordnet ist. Bevorzugt ist die Anzeige als Digitalanzeige
zur genauen Ausgabe des auf der Lastplatte aufliegenden Gewichts
ausgebildet.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile
bestehen insbesondere darin, dass bedingt durch die unmittelbare
und direkte Verbindung von Krafteinleitungspunkt und Messpunkt anhand
der kraftflussseitigen Verbindung von Fußelement und Messelement mit
einem einstellbaren Abstand zwischen diesen eine baulich besonders
einfach ausgebildete Waage mit einer besonders einfachen Kalibrierung
gegeben ist. Insbesondere sind aufwendige und komplexe Zwischenplatte – wie Grund-
und Trittplatte – sicher vermieden.
Hierdurch ist eine baulich weitgehend flache Ausführungsform
der Waage mit großer
Gestaltungsfreiheit bei besonders niedrigen Herstellungskosten ermöglicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Waage,
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2 eine
Seitenansicht der Waage gemäß 1,
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3 eine
vergrößerte Teilansicht
der Waage gemäß der 1, und
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4 eine
Seitenansicht der Waage gemäß 3.
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Grundsätzlich sind verschiedene Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Waage
denkbar. Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen eine Waage 1 in Drauf-
bzw. in Seitenansicht. Die Waage 1 umfaßt eine viereckige Lastplatte 3,
die über
vier Fußelemente 5 auf
einem Untergrund 7 abgestützt ist. Die Lastplatte 3 selbst
ist zur Bildung eines Sensors für die
Waage 1 als Federelement oder Federkörper ausgebildet. Hierzu besteht
die Lastplatte 3 beispielsweise aus Glas oder einem ähnlichen
elastischen Material. Alternativ zur viereckigen Form der Lastplatte 3 kann
diese auch als Vieleck, z. B. als Drei-, Fünf- oder Achteck ausgebildet
sein.
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Ferner weist die Waage 1 bei
der Viereck-Form vier Messelemente 9, beispielsweise Dehnungsmessstreifen
(kurz DMS genannt) auf, um Streckungen und/oder Stauchungen der
Lastplatte 3 zu messen. Hierbei sind die Messelemente 9 jeweils bevorzugt
in ihrer Längsausrichtung
entlang einer der Winkelhalbierenden der Ecken der viereckigen Lastplatte 3 angeordnet.
Dabei sind die Messelemente 9 ein- oder beidseitig, beispielsweise
ober- und/oder unterseitig, als integraler Be standteil der Lastplatte 3 unmittelbar
auf dieser angebracht. Die Messelemente 9 können in
Abhängigkeit
von der Oberflächenart
der Lastplatte 3 z.B. mit Hilfe der Dünn- oder Dickfilmtechnik auf
der als Glasplatte ausgebildeten Lastplatte 3, z.B. im
Siebdruck- oder auch mit Hilfe von Tampondruckverfahren mit nachfolgenden
Oxidationsverfahren aufgebracht werden. Ferner können die Messelemente 9 auch
als sogenannte Folien-Dehnungsmessstreifen direkt auf der Lastplatte 3 angebracht,
z.B. aufgeklebt sein. Die vier Messelemente 9 sind zur
Bildung einer elektromechanischen Wägestruktur in bekannter Weise
anhand von Leitungen 10 zu einer Wheatstons'sche Brückenschaltung
elektrisch miteinander verbunden. Vorteilhaft werden identische
Messelemente 9 mit identischer Signalbildung verwendet.
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Die Fußelemente 5 sind vorteilhaft
ebenfalls in den Ecken des Vierecks (bzw. Vielecks) angeordnet.
Dabei ist jedem Fußelement 5 ein
Messelement 9 derart zugeordnet, dass das Fußelement 5 kraftflussseitig
mit dem jeweils zugehörigen
Messelement 9 verbunden ist. Mit anderen Worten: Das Messelement 9 ist
zwischen den Ecken des Quadrates (bzw. Vielecks), insbesondere dem
jeweils zugehörigen Fußelement 5 und
dem Zentrum bzw. Schwerpunkt des Quadrates (bzw. Vielecks) angeordnet.
Durch eine derartige Anordnung der Messelemente 9 am Rande
der Lastplatte 3 und die Verwendung der Lastplatte 3 als
Federelement kann die gesamte Oberfläche der Lastplatte 3 als
Wiegefläche
und somit als Messinstrument bzw. Sensor verwendet werden, indem
mittels der Messelemente 9 eine lokale Verbiegung der eigentlichen
Lastplatte 3 bestimmt wird.
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Wird nun die Waage 1 im
Betrieb mit einem Gewicht 11 zentrisch belastet, so wird
die Lastplatte 3 selbst bereichsweise gedehnt und/oder
gestaucht. Diese Längenänderungen
wer den von den als Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Messelementen 9 direkt
gemessen und einer Messverarbeitungseinheit 13 zugeführt, die
die Ausgangssignale der Messelemente 9 in einen korrespondierenden
Gewichtswert umwandelt, der einem auf der Waage 1 lastenden Gewicht 11 entspricht.
Die Messverarbeitungseinheit 13 führt ein dem Gewichtswert repräsentierendes
Signal, einer Anzeige 15 zu, die das Gewicht 11 anzeigt.
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Zur Spannungsversorgung der Messelemente 9,
der Messverarbeitungseinheit 13 und der Anzeige 15 sind
diese mit einer Spannungsquelle 17 elektrisch verbunden.
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Wie in den 2, 3 und 4 dargestellt, ist die Lastplatte 3 über die
Fußelemente 5 auf
dem Untergrund 7 abgestützt.
Die Fußelemente 5 weisen
einen oberen Auflagebereich 19, der an der Lastplatte 3 anliegt,
sowie einen unteren Auflagebereich 21, der an dem Untergrund 7 anliegt,
auf. Vorliegend ist der obere Auflagebereich 19 des jeweiligen
Fußelements 5 mit
der Lastplatte 3 fest verbunden, z. B. verklebt. Der untere
Auflagebereich 21 ist punktförmig ausgebildet und verbreitert
sich senkrecht in Richtung Lastplatte 3 kegelförmig, wobei
die Kegelspitze den Krafteinleitungspunkt PK bildet.
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Alternativ können die beiden Auflagebereich 19 und 21 auch
umgekehrt ausgebildet sein, d.h. der untere Auflagebereich 21 liegt
flächig
auf dem Untergrund 7 auf und auf dem oberen, z.B. punktförmigen Auflagebereich 19 liegt
die Lastplatte 3 punktförmig auf.
Durch einen derartig punktförmig
ausgebildeten Auflagebereich 19 bzw. 21 ist der
Auflagepunkt des Hebelarmes, d.h. der Krafteinleitungspunkt PK möglichst
eindeutig definiert, wodurch der Krafteinleitungspunkt PK möglichst
genau auf dem Untergrund 7 bzw. der Lastplatte 3 justiert
wer den kann, so dass eine genaue, insbesondere mechanische Kalibrierung
möglich
ist. Zum Abgleich bzw. zur Kalibrierung der Waage 1 können ferner
zusätzliche
Messelemente 9 oder auch zwei 90° gekreuzte Dehnungsmessstreifen,
die ein Messelement 9 bilden, verwendet werden. Alternativ
oder zusätzlich
kann die Waage 1 auch elektronisch kalibriert werden.
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Wie in 3 und 4 im Detail näher dargestellt,
ist der untere Auflagebereich 21 exzentrisch des Fußelementes 5 angeordnet
und um eine senkrecht zur Lastplatte 3 verlaufenden Achse 12 bewegbar,
insbesondere drehbar angeordnet. Wird die Waage 1 beim
Kalibrieren mit einem Gewicht 11 belastet, so kann man
durch Bewegen, z.B. Drehen des unteren Auflagebereiches 21 eines
der Fußelemente 5 den
Abstand A zwischen dem Krafteinleitungspunkt PK des unteren Auflagebereiches 21 zum
zugehörigen
Messelement 9 und somit zum einwirkenden Gewicht 11 variieren,
so dass der auf dem betreffenden Messelement 9 wirkende
Hebelarm variiert wird.
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Durch diesen einfach zugänglichen
und einstellbaren Auflagebereich 21 kann die Waage 1 sehr einfach
kalibriert werden. Messfehler, die durch eine exzentrische Belastung
des Lastplatte 3 verursacht werden, insbesondere systematische,
durch Herstellungsfehler wie z.B. bei Fußelementen 5 mit unterschiedlichen
Höhen,
die zu einer exzentrischen Gesamtkraft des auf der Waage 1 liegenden
Gewichtes 11 führen,
können
auf diese Weise ausgeglichen werden. Die seitlichen Auswanderungen
des unteren Auflagebereiches 21 bei Belastung der Waage 1 sind tolerierbar
und bewirken nur geringe Messungenauigkeiten, die insbesondere im
Bereich der Körperwaagen,
aber auch im Bereich der Küchenwaagen vernachlässigbar
sind. Analog zur Einstellung des unteren Auflagebereiches 21 kann der
obere Auflagebereich l9 bei entsprechender Ausbildung ebenfalls
zur einfachen Kalibrierung verwendet werden.
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Bevorzugt weisen alle Fußelemente 5 bewegbare,
insbesondere verschiebbare obere und/oder untere Auflagebereiche 19 bzw. 21 auf,
wobei der obere Auflagebereich 19 wie auch der untere Auflagebereich 21 oder
auch beide bewegbar sein können.
Die Auflagebereiche 19 und 21 sind vorteilhaft
horizontal oder vertikal parallel zur Lastplatte 3 bzw.
zum Untergrund 7 bewegbar. Die Auflagebereiche 19 und 21 können wie
im vorliegenden Fall rotatorisch, alternativ oder zusätzlich aber
auch translatorisch bewegbar sein. Mit anderen Worten: Mit „bewegbaren
Auflagebereichen" 19 und 21 (auch
verlagerbare oder verschiebbare Auflagebereiche genannt) ist in
dieser Schrift gemeint, dass die örtliche Position der Auflagebereiche 19, 21 entlang
der Lastplatte 3 veränderbar
ist, ohne auf eine Verschiebung, d.h. einen Schiebevorgang, beschränkt zu sein.
Vielmehr können
die Auflagebereiche 19 und 21 z.B. auch zwischen
diskreten Positionen entlang der Lastplatte 3 bewegbar
sein. Ferner können
die Auflagebereiche 19 und 21 auch durch eine
lösbare
Steckverbindung mit der Lastplatte 3 verbindbar sein.
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- 1
- Waage
- 3
- Lastplatte
- 5
- Fußelement
- 7
- Untergrund
- 9
- Messelemente
(z.B. Dehnungsmessstreifen)
- 10
- Leitungen
- 11
- Gewicht
- 12
- Achse
- 13
- Messverarbeitungseinheit
- 15
- Anzeige
- 17
- Batterie
- 19
- oberer
Auflagebereich
- 21
- unterer
Auflagebereich
- PK
- Krafteinleitungspunkt