DE19743832A1 - Vorrichtung zur Ermittlung der Lage des Schwerpunktes eines Prüfkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung der Lage des Schwerpunktes eines Prüfkörpers mit einer Prüfkörper-Aufnahmeplatte, die sich auf mindestens zwei wegarmen Wägesystemen abstützt, wobei aus den jeweiligen Auflagekräften an den Wägesystemen die Lage des Schwerpunktes berechnet wird.

Vorrichtungen dieser Art sind z. B. aus der US-PS 3,221,543, der DE-OS 23 63 157, der DE-OS 34 19 546 oder der US-PS 5,187,976 bekannt. Dabei läßt sich bei der Benutzung von zwei Wägesystemen mit zwei Abstützpunkten die Lage des Schwerpunktes nur in einer Richtung bestimmen, was z. B. bei stabförmigen Objekten häufig ausreicht, während zur Bestimmung des Schwerpunktes in zwei Koordinatenrichtungen drei Wägesysteme mit drei Abstützpunkten notwendig sind. Die Bestimmung des Schwerpunktes in zwei Koordinatenrichtungen ist z. B. zum Auswuchten von scheibenförmigen Prüfkörpern, wie z. B. Rädern oder Schleifscheiben, notwendig und ausreichend.

Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen dieser Art ist die undefinierte Kraftübertragung zwischen der Prüfkörper-Aufnahmeplatte und den Wägesystemen. In der DE-OS 34 19 546 besitzt die Prüfkörper-Aufnahmeplatte auf der Unterseite ballige Bereiche, mit denen sie auf der ebenen Oberfläche der Wägesysteme lose aufliegt. In der US-PS 5,187,976 stützt sich die Prüfkörper- Aufnahmeplatte mittels Schneiden auf den Wägesystemen ab. In der DE-OS 23 63 157 ist nur vom Aufliegen auf den Waagen die Rede ohne nähere Angabe, genauso in der US-PS 3,221,543. - Diese undefinierte Auflage kann z. B. verschmutzen und durch Reibung undefinierte Drehmomente übertragen, was zu Meßfehlern führt. Dasselbe gilt für den Fall, daß die Auflage-Gegenfläche nicht ganz eben ist, z. B. aufgrund von Abnutzungserscheinungen. Außerdem können Temperaturunterschiede zwischen der Prüfkörper-Aufnahmeplatte und dem Grundgestell zu undefinierten seitlichen Kräften auf die Wägesysteme führen, die deren Meßgenauigkeit negativ beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die diese Fehler ausschließt und dadurch zu einer höheren Meßgenauigkeit führt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Verbindung zwischen der Prüfkörper-Aufnahmeplatte und den Wägesystemen durch Koppelelemente mit je mindestens einer Dünnstelle, die eine horizontale Drehachse definiert, erfolgt.

Dadurch ist eine praktisch reibungsfreie und daher reproduzierbare Verbindung zwischen der Prüfkörper-Aufnahmeplatte und den Wägesystemen geschaffen, die außerdem nur minimale seitliche Kräfte überträgt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

Fig. 1 eine Aufsicht auf die Vorrichtung in einer ersten Ausgestaltung,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung längs der strichpunktierten Linie in Fig. 1,

Fig. 3 ein Koppelelement mit zwei vertikal übereinander befindlichen Dünn­ stellen in einer ersten Ausgestaltung,

Fig. 4 ein Koppelelement mit zwei vertikal übereinander befindlichen Dünn­ stellen in einer zweiten Ausgestaltung,

Fig. 5 eine zweite Ausgestaltung der Vorrichtung im vertikalen Schnitt,

Fig. 6 eine dritte Ausgestaltung der Vorrichtung in Aufsicht,

Fig. 7 die Ausgestaltung aus Fig. 6 im vertikalen Schnitt und

Fig. 8 eine dritte Ausgestaltung der Vorrichtung in Aufsicht.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausgestaltung der Vorrichtung; Fig. 1 ist eine Aufsicht, Fig. 2 ist ein vertikaler Schnitt längs der strichpunktierten Linie in Fig. 1. Man erkennt eine Montageplatte 40, die von einem - nur in Fig. 2 erkennbaren - Gehäuseunterteil 50 gehalten wird. Unterhalb der Montageplatte 40 sind drei Wägesysteme 12, 13 und 14 an dieser befestigt (Schrauben 51). Die Prüfkörper-Aufnahmeplatte 2 besteht aus drei Teilen: einem Unterteil 2', einem Mittelteil 2'' und einem Oberteil 2'''. Das Unterteil 2' ist einstückiger Bestandteil der Montageplatte 40 und durch eine U-förmige Ausfräsung 43 vom Rest der Montageplatte getrennt. Außerdem sind in der Montageplatte 40 durch Einfräsungen zwei parallele Dünnstellen 42 und 44 erzeugt, die einen Lenker 41 eingrenzen, so daß das Unterteil 2' der Prüfkörper-Aufnahmeplatte in vertikaler Richtung beweglich, in den beiden horizontalen Richtungen jedoch geführt, mit dem Rest der Montageplatte 40 verbunden ist. Außerdem erlaubt diese Führung eine Verkippung der Prüfkörper-Aufnahmeplatte 2 in beiden Richtungen. - Im Mittelteil 2'' der Prüfkörper-Aufnahmeplatte sind mit drei Schrauben 52 die Endbereiche von drei Koppelelementen 22, 23 und 24 festgeklemmt. Das andere Ende der Koppelelemente ist jeweils durch Schrauben 53 mit dem Krafteinleitungsbereich der Wägesysteme 12, 13 und 14 verbunden. Die Koppelelemente weisen im oberen Bereich je eine Dünnstelle 33 und im unteren Bereich je eine Dünnstelle 34 auf. Durch die Dünnstellen 33 und 34 sind die Koppelelemente in beiden Richtungen etwas beweglich, so daß geringe seitliche Verschiebungen der einzelnen Teile zueinander ausgeglichen werden. Die seitlichen Verschiebungen sind aber in der gezeichneten Bauart von vornherein außerordentlich klein: Durch die enge thermische Kopplung der Montage­ platte 40, der Prüfkörper-Aufnahmeplatte 2 und der Wägesysteme 12, 13 und 14 stellen sich kaum Temperaturunterschiede zwischen diesen Teilen ein, so daß bei gleichem Material von Montageplatte und Wägesystemen auch temperaturbedingte seitliche Verschiebungen minimal sind. Durch die in Fig. 2 angedeutete Lenkerparallelführung aus den Lenkern 45 und 46 und die elektromagnetische Kraftkompensation sind auch die Bewegungen innerhalb der Wägesysteme unter Belastung sehr gering, so daß auch aus diesem Grunde die Dünnstellen 33 und 34 nur minimal ausgelenkt werden. - Das Oberteil 2''' der Prüfkörper-Aufnahmeplatte ist kundenspezifisch ausgeführt und trägt die - nicht gezeichneten - Aufnahmevorrichtungen für die Prüfkörper; dies können z. B. Aufnahmedorne sein oder Einsenkungen oder Anlageflächen. Die drei Teile 2', 2'' und 2''' der Prüfkörper-Aufnahmeplatte 2 sind durch nicht dargestellte Verbindungsmittel, wie z. B. Schrauben, miteinander verbunden. In Fig. 1 ist das Oberteil 2''' der Prüfkörper-Aufnahmeplatte der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden. - Die Berechnung der Lage des Schwerpunktes erfolgt im allgemeinen durch einen angeschlossenen PC, der in bekannter Weise aus den Ausgangssignalen der drei Wägesysteme und der bekannten Lage der Krafteinleitungspunkte der Wägesysteme relativ zur Aufnahmevorrichtung für den Prüfkörper die Lage des Schwerpunktes des Prüfkörpers berechnet.

Die gesamte in den Fig. 1 und 2 gezeichnete Vorrichtung beinhaltet keine undefinierten, mit äußerer Reibung behafteten Verbindungen und keine statische Überbestimmtheit, so daß die Reproduzierbarkeit sehr gut ist. Außerdem ist die Vorrichtung sehr kompakt aufgebaut, so daß sich kaum Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Teilen einstellen können.

Die Vorrichtung aus Fig. 1 und 2 kann in entsprechender Weise auch mit nur zwei Wägesystemen aufgebaut sein. Das Wägesystem 14 aus Fig. 1 entfällt dann und die beiden verbleibenden Wägesysteme 12 und 13 werden fluchtend in einer Linie angeordnet. Der vertikale Schnitt in Fig. 2 bleibt unverändert. Dieser Aufbau kann dann nur die Schwerpunktlage in einer Richtung (Richtung links/rechts in den Fig. 1 und 2) bestimmen. Er toleriert jedoch geringe Verschiebungen des Schwerpunktes aus der Symmetrieebene, die durch die Schnittebene der Fig. 2 gegeben ist, da das dann entstehende Drehmoment durch einen kippsteiferen oder breiteren Aufbau des Lenkers 41 aufgefangen werden kann. Alternativ kann die Kippsteifigkeit auch durch die Benutzung von drei Koppelelementen, von denen sich zwei versetzt nebeneinander auf demselben Wägesystem 13 abstützen, oder durch ein Koppelelement mit einer einzigen, breiten Dünnstelle, wie es weiter unten anhand der Fig. 6, 7 und 8 beschrieben ist, erzielt werden.

Die Vorrichtung aus Fig. 1 und 2 kommt bei der Benutzung von drei Wägesystemen auch ohne den Lenker 41 aus, da die Prüfkörper-Aufnahmeplatte 2 durch die drei Koppelelemente 22, 23 und 24 statisch bestimmt gehalten wird. In diesem Fall würde die Ausfräsung 43 rechteckförmig ganz um das Unterteil 2' herumgeführt und damit das Unterteil 2' auf allen Seiten von der umgebenden Montageplatte 40 trennen. Die Überlastsicherheit gegenüber horizontalen Kräften müßte dann z. B. durch eine entsprechend geringe Breite des Schlitzes 43 sichergestellt werden. Durch die geringe Rückstellkraft der Koppelelemente 22, 23 und 24 würde sich die Prüfkörper-Aufnahmeplatte 2 ohne horizontale äußere Kräfte immer wieder in die richtige Soll-Lage zurückbewegen. Ohne Lenker 41 ist die Vorrichtung also nicht so robust wie mit Lenker 41, für manche Zwecke ist dies jedoch ausreichend.

In Fig. 3 ist das Koppelelement 22 aus Fig. 1 und 2 nochmal vergrößert dargestellt. Es besteht aus einem Rundstab, der sowohl im Mittelteil 56 als auch an seinen beiden Endbereichen 54 und 55 seinen ursprünglichen Durchmesser aufweist. Der Querschnitt der beiden Dünnstellen 33 und 34 ist ebenfalls kreisförmig, dasselbe gilt für die Übergangsbereiche 57. Durch diese rotationssymmetrische Form ist der Biegewiderstand des Koppelelementes in allen Richtungen gleich. - Die Koppelelemente 23 und 24 sind in gleicher Weise aufgebaut.

Eine alternative Ausführung des Koppelelementes ist in Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Man erkennt den oberen Endbereich 58, den Dünnstellenbereich 35/36, das Mittelteil 59 und den unteren Endbereich 58'. In dieser Ausführungsform hat das Koppelelement 25 zwei eng benachbarte Dünnstellen 35 und 36, wobei die durch die Dünnstellen definierten horizontalen Drehachsen senkrecht zueinander liegen. Durch diese Ausführungsform kann ebenfalls eine Biegemöglichkeit des Koppelelementes 25 in allen Richtungen sichergestellt werden. Der geringfügige vertikale Versatz der beiden Drehachsen ist für die Funktion unerheblich.

Eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 5 in einem vertikalen Schnitt gezeigt. Diese zweite Ausgestaltung unterscheidet sich von der ersten Ausgestaltung aus den Fig. 1 und 2 dadurch, daß die Montage­ platte 60 durchgehend ausgeführt ist und nur drei Löcher, von denen in Fig. 5 die Löcher 61 und 62 erkennbar sind, enthält. Durch diese Löcher erstrecken sich die drei Koppelelemente, von denen in Fig. 5 die beiden 22 und 23 erkennbar sind, die genauso gebaut sind wie in der ersten Ausgestaltung. Die Wägesysteme 12 und 13 und das nicht erkennbare dritte Wägesystem sind ebenfalls identisch wie in der ersten Ausgestaltung. Die Prüfkörper-Aufnahmeplatte 3 besteht nur aus einem Unterteil 3', das sich dicht oberhalb der Montageplatte 60 befindet, und einem Oberteil 3'', das wieder die kundenspezifischen Aufnahmevorrichtungen für die zu messenden Prüfkörper trägt. Am Unterteil 3' sind wieder mittels der Schrauben 52 die Koppelelemente 22, 23 und 24 befestigt. Zusätzlich ist am Unterteil 3' der Prüfkörper-Aufnahmeplatte ein horizontaler Lenker 64 befestigt, der auf seiner anderen Seite unter Zwischenlage einer Unterlegplatte 65 mit der Montageplatte 60 verbunden ist. - In dieser modularen Ausgestaltung ist die Montageplatte 60 sehr viel einfacher aufgebaut, da sie nur die drei Durchgangslöcher für die Koppelelemente und einige Befestigungsbohrungen aufweist. Der Lenker 64 kann je nach den Erfordernissen des Einzelfalles weggelassen oder montiert werden, so daß diese Ausgestaltung den Vorteil der leichten Anpassbarkeit aufweist. Bei Bedarf kann gegebenenfalls auch noch ein zweiter Lenker auf der gegenüberliegenden Seite oder um 90° verdreht gegenüber dem Lenker 64 eingebaut werden. Die thermische Kopplung zwischen der Prüfkörper- Aufnahmeplatte 3 und der Montageplatte 60 bleibt gut, da sich das Unterteil 3' der Prüfkörper-Aufnahmeplatte großflächig in nur geringem Abstand oberhalb der Montageplatte 60 befindet.

In den Fig. 6 und 7 ist eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Wägesystemen 10 und 11 (also zur Messung der Lage des Schwerpunktes in nur einer Richtung) gezeigt; Fig. 6 ist eine Aufsicht, Fig. 7 ein vertikaler Schnitt. Die Prüfkörper-Aufnahmeplatte 1 besteht wieder aus einem kundenspezifischen Oberteil 1'' (nur in Fig. 7 gezeichnet) und einem Unterteil 1'. Oberteil 1'' und Unterteil 1' sind durch Stützen 1''' miteinander verbunden. Das Unterteil 1' stützt sich über ein erstes Koppelelement 21 mit einer einzigen, breiten Dünnstelle 32 auf dem ersten Wägesystem 10 ab und über ein zweites Koppelelement 22 mit zwei Dünnstellen 33 und 34 auf dem zweiten Wäge­ system 11. Das Koppelelement 21 und seine Dünnstelle 32 ist in Fig. 6 nur durch die strichpunktierte Linie angedeutet. Daß das Koppelelement 31 nur eine Dünnstelle besitzt, führt zu einer größeren Stabilität der Prüfkörper- Aufnahmeplatte gegenüber seitlichen Kräften ohne eine statische Überbestimmung zu erzeugen. Das Koppelelement 21 und die Dünnstelle 32 sind so breit ausgebildet, daß auch Drehmomente übertragen werden können, die bei seitlichen Abweichungen des Schwerpunktes aus der Symmetrieebene heraus entstehen. Das Koppelelement 22 ist wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ausgebildet. Die Wägesysteme 10 und 11 weisen Vorsprünge 10' bzw. 11' auf, an denen sie mittels Schrauben an einer Montageplatte 70 befestigt sind. (Die Gewindelöcher 59 in den Vorsprüngen 10' und 11' sind in Fig. 6 erkennbar.) Eine Lenkerführung für die Prüfkörper-Aufnahmeplatte 1 ist in dieser Ausgestaltung nicht eingezeichnet, kann aber bei Bedarf ergänzt werden.

Eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 8 in Aufsicht gezeigt; sie basiert auf der Ausgestaltung gemäß den Fig. 6 und 7, wobei nur ein drittes Wägesystem ergänzt wurde, um die Messung des Schwerpunktes in beiden Koordinatenrichtungen zu ermöglichen. Das Unterteil 4' der Prüfkörper-Aufnahmeplatte 4 stützt sich über ein erstes Koppelelement 27 mit einer einzigen, breiten Dünnstelle 37 (in Fig. 8 nur durch die entsprechende strichpunktierte Linie angedeutet) auf einer Kraftverteilplatte 48 ab und über ein zweites Koppelelement 26 mit zwei Dünnstellen auf dem ersten Wägesystem 15. Das Koppelelement 26 ist wieder gemäß Fig. 3 oder 4 ausgebildet. Das Koppelelement 27 mit seiner Dünnstelle 37 ist so breit ausgebildet, daß auch Drehmomente auf die Kraftverteilplatte 48 übertragen werden. Die Kraftverteilplatte 48 stützt sich wiederum über ein ersten Koppelelement 28 mit einer einzigen Dünnstelle 38 (in Fig. 8 wieder nur durch die entsprechende strichpunktierte Linie angedeutet) auf dem zweiten Wägesystem 16 und über ein Koppelelement 29 mit zwei Dünnstellen auf dem dritten Wägesystem 17 ab. Das Koppelelement 29 ist genauso wie das Koppelelement 26 ausgebildet. Alle drei Wägesysteme 15, 16 und 17 sind wieder an einer - nicht eingezeichneten - Montageplatte befestigt. Das kundenspezifische Oberteil 4'' der Prüfkörper- Aufnahmeplatte ist nur durch den gestrichelten Kreis 4'' angedeutet.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Lage des Schwerpunktes eines Prüfkörpers mit einer Prüfkörper-Aufnahmeplatte, die sich auf mindestens zwei wegarmen Wägesystemen abstützt, wobei aus den jeweiligen Auflagekräften an den Wägesystemen die Lage des Schwerpunktes berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Prüfkörper- Aufnahmeplatte (1. . .4) und den Wägesystemen (10. . .17) durch Koppelelemente (21. . .29) mit je mindestens einer Dünnstelle (32. . .38), die eine horizontale Drehachse definiert, erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Prüfkörper-Aufnahmeplatte (1) auf zwei Wägesystemen (10, 11) abstützt und daß das eine Koppelelement (21) eine einzige Dünnstelle (32) aufweist, während das andere Koppelelement (22) zwei vertikal übereinander befindliche Dünnstellen (33, 34) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Prüfkörper-Aufnahmeplatte (2) auf drei Wägesystemen (12, 13, 14) abstützt und daß die drei Koppelelemente (22, 23, 24) jeweils zwei vertikal übereinander befindliche Dünnstellen (33, 34) aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Prüfkörper-Aufnahmeplatte (4) auf drei Wägesystemen (15, 16, 17) abstützt, daß die Verbindung zwischen der Prüfkörper-Aufnahmeplatte (4) und dem ersten Wägesystem (15) durch ein Koppelelement (26) mit zwei vertikal übereinander befindlichen Dünnstellen erfolgt und daß die Verbindung zwischen der Prüfkörper-Aufnahmeplatte (4) und dem zweiten und dritten Wägesystem (16, 17) unter Zwischenschaltung einer Kraftverteilplatte (48) erfolgt, wobei die Verbindung zwischen Prüfkörper-Aufnahmeplatte (4) und Kraftverteilplatte (48) durch ein Koppelelement (27) mit einer Dünnstelle (37) erfolgt, die Verbindung zwischen der Kraftverteilplatte (48) und dem zweiten Wägesystem (16) durch ein Koppelelement (28) mit einer Dünnstelle (38) erfolgt und die Verbindung zwischen der Kraftverteilplatte (48) und dem dritten Wägesystem (17) durch ein Koppelelement (29) mit zwei vertikal übereinander befindlichen Dünnstellen erfolgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente (22, 23, 24, 26, 29) mit zwei vertikal übereinander befindlichen Dünnstellen je eine runde Dünnstelle (33, 34) zwischen einem dickeren Mittelteil (56) und dickeren Endbereichen (54, 55) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente (25) mit zwei vertikal übereinander befindlichen Dünnstellen je zwei breite Dünnstellen (35, 36) mit um 90° gegeneinander verdrehten Drehachsen zwischen einem dickeren Mittelteil (59) und dickeren Endbereichen (58, 58') aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkörper-Aufnahmeplatte (2, 3) zusätzlich durch mindestens einen waagerechten Lenker (41, 64) mit einem gehäusefesten Bereich (40, 60) der Vorrichtung verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägesysteme (12, 13, 14) unter einer Montageplatte (40) angeordnet sind, daß die Prüfkörper- Aufnahmeplatte (2) sieh zumindest teilweise in einer Ausnehmung in der Montageplatte (40) befindet und daß sich der Lenker (41) ebenfalls im wesentlichen in der Ebene der Montageplatte (40) befindet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil (2') der Prüfkörper-Aufnahmeplatte (2), der Lenker (41) und die Montageplatte (40) einstückig aus einer einzigen Metallplatte herausgearbeitet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägesysteme (12, 13) unter einer Montageplatte (60) angeordnet sind, daß die Prüfkörper-Aufnahmeplatte (3) sich direkt oberhalb der Montage­ platte (60) befindet und daß die Montageplatte (60) Ausnehmungen (61, 62) aufweist, durch die sich die Koppelelemente (22, 23) berührungsfrei hindurcherstrecken.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägesysteme (10. . .17) eine Lenkerparallelführung (45, 46) und eine elektromagnetische Kraftkompensation beinhalten.