DE19540782C1 - Oberschalige elektronische Waage mit zwei Übersetzungshebeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine oberschalige elektronische Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation, mit einem parallel geführten Lastaufnehmer, zwei Übersetzungshebeln zur Kraftuntersetzung, zwei Kraftübertragungselementen, von denen das eine die Kraft vom Lastaufnehmer auf den kurzen Hebelarm des ersten Übersetzungshebels überträgt und das andere die Kraft vom langen Hebelarm des ersten Übersetzungshebels zum kurzen Hebelarm des zweiten Übersetzungshebels überträgt, wobei der Lastaufnehmer, die Parallelführung, die Übersetzungshebel, die Dünnstellen zur Lagerung der Übersetzungshebel und die Kraftübertragungselemente einstückig aus einem Metallblock herausgearbeitet sind, und mit einer Spule, die am langen Hebelarm des zweiten Übersetzungshebels befestigt ist und die sich im magnetischen Feld eines gehäusefesten Permanentmagneten befindet.

Waagen dieser Art sind z. B. aus der EP 518 202 A1 bekannt. Nachteilig an dieser bekannten Bauart ist, daß für den Permanentmagneten kein Platz innerhalb des einstückigen Blocks bleibt; in der EP 518 202 A1 ist deshalb vorgesehen, daß der Permanentmagnet außerhalb des einstückigen Blocks angebracht ist und daß der zweite Übersetzungshebel durch seitliche Verlängerungsstücke, die die Spule tragen, verlängert ist. Dadurch sind aber die funktionellen und preislichen Vor­ teile des einstückigen Aufbaues teilweise verloren. Außerdem ist die Lage des Permanentmagneten, die sich bei der bekannten Waage zwangsläufig ergibt, ungünstig: Bei Waagen mit einem einzigen Übersetzungshebel, wie sie z. B. aus der US-PS 4, 799, 561 bekannt sind und wie sie schematisch in Fig. 5 gezeichnet ist, befindet sich das Kraftübertragungselement 101 und der kurze Hebelarm 103 des Übersetzungshebels in der Nähe des Lastaufnehmers 102 und der lange Hebelarm 104 des Übersetzungshebels endet mit der Spule 105 in der Nähe der gehäusefesten Abstützung 100 der Parallelführung. Der Permanentmagnet 106 kann daher direkt an der ortsfesten Abstützung 100 der Parallelführung montiert werden. Wird nun ein zweiter Übersetzungshebel hinzugefügt, wie es schematisch in Fig. 6 gezeichnet ist, so befindet sich dessen kurzer Hebelarm 107 und das zweite Kraftübertragungselement 109 in der Nähe der ortsfesten Abstützung 100 und der lange Hebelarm 108 endet mit der Spule 105 in der Nähe des beweglichen Lastaufnehmers 102. Dort stehen dann aber direkt keine Befestigungsmöglichkeiten 110 für den Permanentmagneten 106 zur Verfügung, so daß diese erst durch zusätzliche Streben außerhalb des Blockes geschaffen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer Waage der eingangs genannten Art für den Magneten Platz innerhalb des einstückigen Blocks zu schaffen und eine solche Anordnung der beiden Übersetzungshebel anzugeben, daß sich der Permanentmagnet wie bei Waagen mit einem einzigen Übersetzungshebel in der Nähe der gehäusefesten Abstützung der Parallelführung befindet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß beide Übersetzungshebel Winkelhebel sind und daß das zweite Kraftübertragungselement waagerechte Kräfte überträgt.

Unter einem Winkelhebel wird dabei ein Hebel verstanden, dessen beide Hebelarme einen Winkel von ca. 90° miteinander bilden, so daß auch die Eingangs- und die Ausgangskraft einen Winkel von ca. 90° miteinander bilden. Im Gegensatz dazu sind bei einem "normalen" Hebel gemäß dem Stand der Technik die Eingangs- und die Ausgangskraft parallel zueinander. Durch die beiden Winkelhebel erfolgt also jeweils eine Änderung der Kraftrichtung um 90°, so daß sich ein kurzer und ein langer Hebelarm jeweils in vertikaler Richtung erstrecken. Dadurch zeigt das lange Ende des zweiten Übersetzungshebels mit der Spule wieder zur gehäusefesten Abstützung der Parallelführung hin und der Permanentmagnet kann direkt an dieser gehäusefesten Abstützung befestigt werden. Auch die Einbaurichtung des Permanentmagneten ändert sich nicht, da durch die zweimalige Kraftrichtungsänderung um 90° die Kraft an der Spule wieder vertikal ist. Durch die vertikale Anordnung der beiden Hebelarme müssen nicht mehr - wie beim Stand der Technik gemäß der EP 518 202 - zwei komplette Übersetzungshebel übereinander angeordnet werden, so daß auch der Platz, der für den Permanentmagneten zur Verfügung steht, größer wird, so daß ein üblicher, aus den Waagen mit nur einem Übersetzungshebel bekannter Permanentmagnet eingebaut werden kann.

Die Benutzung eines einzigen Winkelhebels zur Anpassung der senkrechten Gewichtskraft an eine waagerechte Spulenkraft ist bereits aus der DE 31 27 939 C2 bekannt. Dort findet sich jedoch keinerlei Hinweis auf eine zweimalige Kraftumlenkung und ein waagerechtes Kraftübertragungselement.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Waage in einer ersten Ausge­ staltung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der strichpunktierten Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Waage in einer zweiten Ausge­ staltung,

Fig. 4 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Waage in einer dritten Ausge­ staltung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Waage mit einem Übersetzungs­ hebel gemäß dem Stand der Technik und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Waage mit zwei Übersetzungs­ hebeln gemäß dem Stand der Technik.

In der Seitenansicht in Fig. 1 erkennt man einen Lastaufnehmer 2, der über einen oberen Lenker 4 und einen unteren Lenker 3 in Form einer Parallelführung mit einem gehäusefesten Bereich 1 verbunden ist. Die Gelenkstellen der Lenker sind mit 6 bezeichnet. Am Lastaufnehmer 2 ist über ein Zwischenstück 5 die Waagschale 15 befestigt. Die Gewichtskraft des Wägegutes wird nun von einem Vorsprung 7/17 des Lastaufnehmers 2 über ein erstes, vertikales Kraftübertragungselement 8 auf einen Übersetzungshebel 9 übertragen. Der Übersetzungshebel 9 ist mit einer Dünnstelle 19 an einem Vorsprung 14 des gehäusefesten Bereiches 1 gelagert. Der Übersetzungshebel 9 ist ein Winkelhebel; sein kurzer, waagerechter Hebelarm ist gleich dem waagerechten Abstand zwischen dem Kraftübertragungselement 8 und der Dünnstelle 19; sein langer, vertikaler Hebelarm ist gleich dem vertikalen Abstand zwischen der Dünnstelle 19 und dem zweiten Kraftübertragungselement 10.

Das zweite Kraftübertragungselement 10 erstreckt sich horizontal und überträgt die reduzierte und umgelenkte Gewichtskraft auf einen zweiten Übersetzungshebel 11, der mit einer Dünnstelle 16 an einem Vorsprung 18 des gehäusefesten Bereiches 1 gelagert ist. Der Übersetzungshebel 11 ist ebenfalls ein Winkelhebel; sein kurzer, vertikaler Hebelarm ist gleich dem vertikalen Abstand zwischen dem Kraftübertragungselement 10 und der Dünnstelle 16; sein langer, horizontaler Hebelarm ist gleich dem horizontalen Abstand zwischen der Dünnstelle 16 und dem Befestigungspunkt 21 der Spule 12 (= Angriffspunkt der Spulenkraft). Die Spule 12 befindet sich im Luftspalt des Permanentmagneten 13, der direkt am gehäusefesten Bereich 1 befestigt ist.

Durch die eben beschriebene Ausgestaltung der Übersetzungshebel 9 und 11 als Winkelhebel befindet sich der Befestigungspunkt 21 der Spule 12 ganz in der Nähe des gehäusefesten Bereiches 1, so daß der Permanentmagnet 13 problemlos am gehäusefesten Bereich 1 befestigt werden kann. Die beschriebene Ausgestaltung sorgt ebenfalls dafür, daß im Bereich des Permanentmagneten 13 innerhalb der Lenker 3 und 4 der Parallelführung nur noch ein Übersetzungshebel Platz finden muß, so daß der Permanentmagnet 13 relativ hoch sein darf. Dadurch ist der Einsatz eines kräftigen Permanentmagneten möglich, wodurch die benötigte Spulenkraft schon durch entsprechend kleinere Ströme - und damit kleinerer Verlustleistung - erzielt werden kann. Die beschriebene Ausgestaltung erlaubt es ferner, das waagerechte Kraftübertragungselement 10 relativ lang zu machen, da in der waagerechten Richtung mehr Platz zur Verfügung steht als in der vertikalen Richtung, die durch den vertikalen Abstand der Lenker 3 und 4 begrenzt ist. Ein langes Kraftübertragungselement verringert die Probleme durch die Übertragung von Querkräften auf die Übersetzungshebel.

Da das vertikale Kraftübertragungselement 8 wegen der Beschränkung der Bauhöhe nur relativ kurz gemacht werden kann, ist zur weiteren Entkopplung zwischen dem Lastaufnehmer 2 und dem erstem Übersetzungshebel 9 der Vorsprung 7/17 mit einer Dünnstelle 7 versehen, wie es im Schnitt in Fig. 2 erkennbar ist. Die blattförmige Dünnstelle 7 ist gegenüber der vertikalen Gewichtskraft steif und überträgt sie ohne nennenswerte Deformation auf das massive Ende des Vorsprunges 7/17 und über die Dünnstelle 20 auf das erste Kraftübertragungselement 8. Gegenüber Querkräften und Verdrehungen, die z. B. bei ausmittiger Belastung der Waagschale 15 entstehen, ist die blattförmige Dünnstelle 7 jedoch nachgiebig, so daß diese Querkräfte und Verdrehungen nur abgeschwächt auf den ersten Übersetzungshebel 9 übertragen werden. Zu dieser Abschwächung kann außerdem beitragen, daß das Kraftübertragungselement 8 und die Dünnstelle 20 schmaler ausgebildet werden können als die Dünn­ stelle 19 zur gehäusefesten Lagerung des Übersetzungshebels.

Eine zweite Ausgestaltung ist in Fig. 3 in Seitenansicht dargestellt. Der gehäusefeste Bereich 31, der Lastaufnehmer 32, der untere Lenker 33, der obere Lenker 34, die Dünnstellen 36 und 36′, die Waagschale 45 mit dem Zwischenstück 35, die Spule 42 sowie der Permanentmagnet 43 sind genauso aufgebaut wie die entsprechenden Teile der ersten Ausgestaltung aus Fig. 1. Die Übertragung der Gewichtskraft erfolgt wieder über einen Vorsprung 37/47 mit einer blattförmigen Dünnstelle 37 über ein erstes, vertikales Kraftübertragungselement 38 auf den kurzen Hebelarm des Übersetzungshebels 39. Das Kraftübertragungselement 38 wird dabei auf Druck beansprucht. Der Übersetzungshebel 39 ist mittels einer Dünnstelle 49 an einem Vorsprung 44 des gehäusefesten Bereiches 31 gelagert. Der Übersetzungshebel 39 ist wieder ein Winkelhebel; sein kurzer, waagerechter Hebelarm ist gleich dem waagerechten Abstand zwischen dem Kraftübertragungselement 38 und der Dünnstelle 49; sein langer, vertikaler Hebelarm ist gleich dem vertikalen Abstand zwischen der Dünnstelle 49 und dem zweiten Kraftübertragungselement 40. Das zweite Kraftübertragungselement 40 überträgt die reduzierte und umgelenkte, etwa waagerechte Kraft auf einen zweiten Übersetzungshebel 41, der über eine Dünnstelle 46, eine Stelze 55 und eine weitere Dünnstelle 56 an einem Vorsprung 57 des gehäusefesten Bereiches 31 gelagert ist. Der zweite Übersetzungshebel 41 ist wieder ein Winkelhebel; sein kurzer, vertikaler Hebelarm ist gleich dem vertikalen Abstand zwischen dem Kraftübertragungselement 40 und der Dünnstelle 46; sein langer, horizontaler Hebelarm ist gleich dem horizontalen Abstand zwischen der Dünnstelle 46 und dem Befestigungspunkt 51 der Spule 42.

Diese zweite Ausgestaltung unterscheidet sich von der ersten Ausgestaltung einmal durch das auf Druck belastete Kraftübertragungselement 38. Dadurch kann die Krafteinleitung an der Dünnstelle 54 in den ersten Übersetzungshebel 39 etwa auf dieselbe Höhe gebracht werden wie die Dünnstelle 49 zur Lagerung des Übersetzungshebels 39, was sich positiv auf das Ecklastverhalten der Waage auswirkt. Zum anderen erfolgt der Ausgleich der verschiedenen Bewegungsrichtungen zwischen dem langen Ende des ersten Übersetzungshebels und dem kurzen Ende des zweiten Übersetzungshebels in Fig. 1 durch die Dünnstellen an den Enden des Kraftübertragungselementes 10, während sie in Fig. 3 durch die beiden Dünnstellen 46 und 56 an den Enden der Stelze 55 erfolgt. Durch diese Ausgestaltung ist der kurze Hebelarm des zweiten Übersetzungs­ hebels 41 kompakter aufgebaut und daher weniger anfällig gegen Temperaturunterschiede und der lange Hebelarm des Übersetzungshebels 41 kann etwas länger ausgebildet sein.

In Fig. 3 ist zusätzlich eine Möglichkeit zur Justierung der Ecklastfreiheit der erfindungsgemäßen Waage gezeigt. Für die Ecklastfreiheit muß der vertikale Abstand der beiden Dünnstellen 36′ am gehäusefesten Bereich 31 einen bestimmten Wert haben. Dieser Wert läßt sich fertigungstechnisch nur mit einer gewissen Toleranz von z. B. 0,01 mm einhalten, so daß eine möglichst feinfühlige Justiermöglichkeit mit einem maximalen Hub von ± 0,01 mm notwendig ist. Zu diesem Zweck ist in Fig. 3 eine Schraube 71 vorgesehen, die durch ein vertikales Loch 72 in der Nähe der Dünnstellen 36′ im gehäusefesten Bereich 31 hindurchreicht und die auf der Oberseite durch eine Mutter 73 und auf der Unterseite durch eine Mutter 74 gehalten wird. Durch mehr oder weniger starkes Anziehen der Muttern 73 und 74 kann eine mehr oder weniger große Druckkraft auf den gehäusefesten Bereich 31 ausgeübt werden und dadurch der vertikale Abstand der Dünnstellen 36′ geringfügig verändert werden. Da die Steifigkeit der Schraube 71 je nach Ausgestaltung um den Faktor 10 . . . 100 geringer ist als die Steifigkeit des gehäusefesten Bereiches 31 ergibt eine Verstellung an einer der Muttern 73 oder 74 z. B. um 0,1 mm nur eine Abstandsänderung der Gelenkstellen 36′ um 0,01 . . . 0,001 mm. Eine weitere Steigerung der Feinfühligkeit ist dadurch möglich, daß die Muttern 73 und 74 (und die zugehörigen Gewindeteile der Schraube 71) verschiedene Gewindesteigungen aufweisen. (Der Durchmesser der beiden Gewinde kann dabei gleich oder unterschiedlich sein.) Durch Drehen an der Schraube 71 entsteht dadurch ein Differenzgewinde, mit dem eine noch feinfühligere Justierung möglich ist. - Durch die Wahl der Differenz der beiden Gewindesteigungen und durch die Wahl des Verhältnisses der Steifigkeiten zwischen der Schraube 71 und dem umgebenden gehäusefesten Bereich 31 kann dadurch die Feinfühligkeit der Justierung und der maximale Justierhub in einem sehr weiten Bereich an die Erfordernisse der speziellen Waage angepaßt werden. Die Steifigkeit des gehäusefesten Bereiches 31 in der Umgebung der Befestigungsstellen für den oberen und unteren Lenker kann z. B. dadurch verändert werden, daß der obere und der untere Lenker in zwei schmalere Teillenker aufgeteilt wird, die sich vor und hinter der Zeichenebene in Fig. 3 befinden, und daß der gehäusefeste Befestigungsbereich entsprechend schmaler oder breiter ausgebildet wird.

In Fig. 4 ist eine alternative Bauform für die Ecklastjustierung gezeigt. Die Schraube 81 weist hier wieder im oberen Bereich 85 und im unteren Bereich 86 Gewinde mit verschiedener Steigung auf. Der Gewindebereich 85 wirkt mit einem korrespondierenden Innengewinde 87 zusammen, das direkt in den oberen Teil des Loches 82 im gehäusefesten Bereich 31 geschnitten ist. Der mittlere und untere Teil des Loches 82 ist gewindefrei. Auf den Gewindebereich 86 ist eine Mutter 84 aufgeschraubt. Beim Drehen der Schraube 81 wird durch die unterschiedliche Steigung der beiden Gewinde wieder eine mehr oder weniger große Druckkraft auf den umliegenden gehäusefesten Bereich 31 ausgeübt. - Die restlichen Teile der Waage in Fig. 4 entsprechen der Ausführungsform von Fig. 3 und sind deshalb nicht nochmals bezeichnet und erläutert.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ecklastjustiervorrichtungen können selbstverständlich auch in der Ausgestaltung nach Fig. 1 und 2 eingesetzt werden.

Beide Ausgestaltungen in den Fig. 1 und 3 sind so gestaltet, daß sie fast nur durchgehende Ausbrüche aufweisen, so daß sie beispielsweise durch Drahterodieren, Fräsen im Stapel und eventuell sogar durch Strangpressen hergestellt werden können. Selbstverständlich sind durch kompliziertere Fertigungstechniken auch Geometrien mit sehr viel kürzeren Hebelarmen - und damit größeren Übersetzungsverhältnissen - möglich. Beispielsweise können in Fig. 3 zwei Stelzen 55 vorgesehen sein, die vor und hinter der Zeichenebene angeordnet sind, während der lange Hebelarm des Übersetzungshebels 41 in der Zeichenebene mittig dazwischen angeordnet ist. Dadurch kann der vertikale Abstand der Dünnstellen 40 und 46, also der kurze Hebelarm, ohne Kröpfung und unabhängig von dem Durchmesser des benutzten Fräsers praktisch beliebig klein gemacht werden.

Claims (5)

1. Oberschalige elektronische Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit einem parallel geführten Lastaufnehmer (2, 32), zwei Übersetzungshebeln (9 und 11; 39 und 41) zur Kraftuntersetzung, zwei Kraftübertragungselementen (8 und 10; 38 und 40), von denen das eine Kraftübertragungselement (8, 38) die Kraft vom Lastaufnehmer (2, 32) auf den kurzen Hebelarm des ersten Übersetzungshebels (9, 39) überträgt und das andere Kraftübertragungselement (10, 40) die Kraft vom langen Hebelarm des ersten Übersetzungshebels (9, 39) zum kurzen Hebelarm des zweiten Übersetzungshebels (11, 41) überträgt, wobei der Lastaufnehmer (2, 32), die Lenker (3, 4, 33, 34) der Parallelführung, die Übersetzungshebel (9, 11, 39, 41), die Dünnstellen (16, 19, 46, 49) zur Lagerung der Übersetzungshebel (9, 11, 39, 41) und die Kraftübertragungselemente (8, 10, 38, 40) einstückig aus einem Metallblock herausgearbeitet sind, und mit einer Spule (12, 42), die am langen Hebelarm des zweiten Übersetzungshebels (11, 41) befestigt ist und die sich im magnetischen Feld eines gehäusefesten Permanentmagneten (13, 43) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß beide Übersetzungshebel (9 und 11; 39 und 41) Winkelhebel sind und daß das zweite Kraftübertragungselement (10; 40) waagerechte Kräfte überträgt.

2. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lastaufnehmer (2, 32) und dem ersten Kraftübertragungselement (8, 38) eine senkrechte, blattförmige Dünnstelle (7, 37) vorgesehen ist.

3. Oberschalige Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kraftübertragungselement (10) an beiden Enden je eine Dünnstelle aufweist.

4. Oberschalige Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Übersetzungshebel (41) über eine Stelze (55) an einem gehäusefesten Bereich (31) gelagert ist.

5. Oberschalige Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ecklastjustierung zwei Schrauben (71, 81) vorgesehen sind, die in der Nähe der Dünnstellen (36′) der gehäusefesten Endpunkte der Lenker (33, 34) durch ein vertikales Loch (72, 82) im gehäusefesten Bereich (31) führen und die an ihrem oberen und an ihrem unteren Ende Außengewinde verschiedener Steigung aufweisen, daß diese Außengewinde mit entsprechenden, in Muttern (73, 74, 84), Gewindehülsen oder direkt im Loch (82) geschnittenen Innengewinden (87) am oberen und unteren Ende des Loches (72, 82) zusammenwirken, so daß bei Verdrehen der Schrauben (71, 81) aufgrund der Differenz der Gewindesteigungen eine mehr oder minder große Kompressionskraft auf den gehäusefesten Bereich (31) in der Umgebung des Loches (72, 82) ausgeübt wird.