DE19841025A1 - Plattformwaage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Plattformwaage an deren Randbereich mehrere gleichartige Biegeelemente (6, 10, 12) angeordnet sind. Dabei besteht die Plattformwaage aus einem Ober- (3) und einem Unterteil (11), zwischen denen in profilierten Rahmenelementen (17, 18) die Biegeelemente (6, 10, 12) angeordnet sind. Jeder dieser Biegeelemente (6, 10, 12) ist mit mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen (14, 15) bestückt, wobei die Dehnungsmeßstreifen (14, 15) aller Biegeelemente (6, 10, 12) als mehrteilige Wägezelle zu einer Vollbrücke zusammengeschaltet sind. Dabei ist ein Ecklastabgleich vorgesehen, in den ein Ecklastabgleichwiderstand (R¶E1¶, R¶E2¶, R¶E3¶, R¶E4¶) zu den Dehnungsmeßstreifen (R1 und R1'; R2 und R2'; R3 und R3'; R4 und R4') eines Biegeelementes (6, 10, 12) parallel geschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Plattformwaage gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Plattformwaagen werden für die vielfältigsten Wägeaufgaben in der Industrie, im Handel und anderen Bereichen der Wirtschaft benötigt. Dazu sollen diese Waagen in der Regel möglichst ge­ nau sein und dies unter einfachster, kostengünstigster Ausge­ staltung. Deshalb werden diese Plattformwaagen aus Kostengrün­ den überwiegend nur mit einer einzigen Wägezelle ausgestattet. Hierzu ist aber eine verwindungssteife Ober- und Unterkon­ struktion erforderlich, die bei diesen Waagen eine relativ hohe Bauhöhe erfordert und zu relativ großem Waagengewicht führt. Weiterhin stört insbesondere bei batteriebetriebenen Plattformwaagen der relativ hohe Stromverbrauch, da durch den niedrigen Innenwiderstand der wenigen Dehnungsmeßstreifen ein häufiger Batteriewechsel notwendig ist.

Aus der EP 0 034 656 ist allerdings eine Plattformwaage vor­ bekannt, die an den Eckbereichen vier Biegeelemente mit acht Dehnungsmeßstreifen enthält. Diese Biegeelemente werden direkt durch Bohrungen und Ausschnitte aus der Grundplatte ausgear­ beitet und jeweils mit zwei Dehnungselementen versehen. Dabei sind die Dehnungsmeßstreifen zweier Biegeelemente zu einer Vollbrücke verschaltet, die parallel zu einer Vollbrücke der anderen Biegeelemente verschaltet ist. Eine derartige Platt­ formwaage ist zwar in einer geringen Bauhöhe herstellbar, be­ sitzt aber einen relativ hohen Stromverbrauch, der insbesonde­ re beim Batteriebetrieb nachteilig ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine mög­ lichst kompakte und energiesparende Plattformwaage zu schaf­ fen, die darüber hinaus eine möglichst genaue Gewichtserfas­ sung gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die im Patent­ anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die Zusammenschaltung der Dehnungsmeßstreifen aller Biegeelemente im Grunde eine mehrteilige, beispielsweise vierteilige Wägezelle entsteht, deren Energieverbrauch nicht höher ist als der einer einzigen Wägezelle in Vollbrückenschaltung, obwohl an jedem Eckpunkt der Plattformwaage ein Meßelement vorgesehen ist. Insbesondere wird durch die Reihenschaltung der Dehnungsmeßstreifen in ei­ nem Viertelzweig der Vollbrücke der Innenwiderstand gegenüber einer herkömmlichen Vollbrücke mindestens verdoppelt, und da­ mit der Energieverbrauch halbiert, obwohl eine Meßgenauigkeit von vier Einzelwägezellen erzielbar ist. Durch die separate Anordnung der Biegeelemente zu einer mehrteiligen Wägezelle ist diese praktisch für alle Größen und Gewichtsklassen von Plattformwaagen einsetzbar, obwohl der schaltungstechnische Aufwand nicht nennenswert größer ist als bei einer einstücki­ gen Wägezelle in Vollbrückenschaltung.

Bei einer besonderen Ausführungsart der Erfindung mit Ecklast­ ausgleich ist auf einfache Art ein Abgleich möglich, der bei stark unterschiedlichen Eckbelastungen Symmetrie- und Empfind­ lichkeitsunterschiede der verschiedenen Biegeelemente aus­ gleicht, durch die die reihenmäßige Verschaltung verschiedener Biegeelemente in einem Brückenzweig nicht zu einer fehlerbe­ hafteten Brückenverstimmung führt. Insbesondere ist bei einer zentralen Anordnung der Ecklastausgleichswiderstände an einem zentralen Verschaltungspunkt durch einen gemeinsamen elektri­ schen Abgleich auf einfache Art und Weise eine Genauigkeit einstellbar, die in etwa der von vier Einzelwägezellen ent­ spricht. Da diese Ecklastwiderstände sehr hochohmig sind, wird dadurch auch der Energieverbrauch nicht nennenswert erhöht und die Empfindlichkeit kaum beeinflußt. Durch ein solches z-entrales Verschaltungselement können in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch Temperaturkompensationselemente dort ange­ bracht und mit abgeglichen werden, ohne den schaltungstech­ nischen und montagetechnischen Aufwand wesentlich zu erhöhen. Ein derartiges zentrales Verschaltungselement kann auch auf vorteilhafte Art zur Anordnung von elektronischen Verstärker­ schaltungen, A/D-Wandlern und Schnittstellenschaltungen ge­ nutzt werden, so daß eine solche Plattformwaage für die unter­ schiedlichsten Anwendungsbereiche auch mit programmgesteuerten Auswertungen verwendbar ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Unterteil der Plattformwaage aus profilierten formstabilen Rahmenelementen, in dessen Profilhohlräumen die Biegeelemente angeordnet sind. Dadurch ist eine sehr leichte und flache Bauweise möglich, wodurch die Einsatzmöglichkeiten auch bei verschiedenen Einsatzorten verbessert werden. Ins­ besondere sind durch einfache Profiländerungen Anpassungen an größere oder kleinere Gewichtsbereiche möglich. Anderseits sind in die Profilierungen auch unterschiedliche Biegeelemente einsetzbar, so daß auf einfache Art und Weise verschiedene Genauigkeits- und Gewichtsklassen mit einer Waagenbauart her­ stellbar sind, ohne daß die Waagenmechanik und -elektrik nen­ nenswert verändert werden müßte.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung durch Einsatz eines Einfachbiegebalkens mit Kraftrückführungselementen, kann in vorteilhafter Weise auf ein biegesteifes aufwendiges Ober­ teil verzichtet und eine äußerst flache Bauweise erreicht wer­ den.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Plattformwaa­ ge;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Eckberei­ ches aus der Explosionsdarstellung, und

Fig. 3 ein Schaltbild der zu einer Vollbrücke ver­ schalteten Dehnungsmeßstreifen.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Plattformwaage, die im wesentlichen aus einem Unterteil 11, einem Oberteil 3 und den dazwischen angeordneten gleichartigen Biegeelementen 6, 10, 12 besteht, deren Dehnungsmeßstreifen 14, 15 zu einer Vollbrücke verschaltet sind.

Das Unterteil 11 bildet einen rechteckigen flachen Rahmen, der wannenartig aus geformt ist und sich an den vier Eckbereichen über vier Aufstellfüße 5 auf einer Unterlage abstützt. Aus dem Bodenblech ist parallel zu den Längskanten 7 eine senkrechte Falz 18 ausgestanzt, die eine Längsprofilierung des Rahmens 11 bildet. Gemeinsam mit der senkrechten Außenkante 17 stellen diese beiden Kanten 17, 18 ein U-Profil dar, das dem Rahmen 11 eine hohe Formstabilität und Steifigkeit verleiht.

Das Unterteil 11 könnte aber auch nur aus Profilleisten und Querverbindungen gebildet werden, das einen Rahmen darstellen würde. Es können auch andere Profilierungen und Formgebungen vorgesehen werden, die das Unterteil in Längsrichtung der Bie­ geelemente biegesteif gestaltet.

Innerhalb dieser U-Profile sind an den Randbereichen nahe der Stützfüße 5 jeweils ein gleichartiges Biegeelement 6, 10, 12 angeordnet. Das Biegeelement 6, 10, 12 ist als rechteckiger flacher Einfachbiegebalken ausgebildet, der auf der einen Seite fest mit dem Unterteil 11 und auf der anderen Seite fest mit einem Kraftrückführungselement 13 verbunden ist. Das Kraftrückführungselement 13 ist ebenfalls als U-förmiges Pro­ filteil ausgebildet, das überlappend das Rahmenprofil um­ greift. Dabei entspricht die Profilhöhe etwa der Höhe des Bie­ gebalkens 6, 10, 12. Das Kraftrückführungselement 13 kann auch in anderer Formgestaltung ausgebildet werden, es muß nur in Längsrichtung des Biegebalkens 6, 10, 12 zwischen seinen Krafteinleitungs- 9 und Kraftausleitungspunkten 8 biegesteif sein.

Zur Krafteinleitung in den Biegebalken 6, 10, 12 ist ein ela­ stisches Krafteinleitungselement 9 vorgesehen, das nach oben halbkugelförmig ausgebildet ist und aus einem Kunststoff- oder Gummiwerkstoff besteht. Mit diesem Krafteinleitungselement 9 ist eine Deckplatte 3 verbunden. Dazu sind in der Deckplatte 3 vier Bohrungen 4 im Bereich der Krafteinleitungspunkte des Kraftrückführungselementes 13 angebracht, in die jeweils ein Formkörper 2 eingesetzt ist, der eine feste Verbindung mit dem Krafteinleitungselement 9 herstellt. Dieser Formkörper 2 stellt gleichzeitig die Verbindung zu einer flachen oberen Abdeckung 1 her, die je nach Verwendungszweck auch anders aus­ gebildet sein kann. Dabei stellt die Deckplatte 3 im wesentli­ chen das Oberteil der Plattformwaage dar, auf die verschiedene Aufbauten wie die flache Abdeckung 1 oder behälterförmige Kon­ struktionen vorgesehen werden können.

In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Ausschnitt des Randbereichs der Plattformwaage nach Fig. 1 vergrößert dargestellt, der die linke vordere Ecke der Waage zeigt. So ist im unteren Bereich der Abstützfuß 5 näher erkennbar, der an der Ecke des Rahmens 11 angeordnet ist. Unmittelbar in der Nähe dieses Eckbereiches 5 ist längs der vorderen Seitenkante 17 der Einfachbiegebalken 6 auf der Grundplatte des Rahmens 11 mittels einer Schraub­ verbindung 16 befestigt. Dabei ist die Grundplatte mit einer senkrechten Wand als Seitenkante 17 umgeben, die gleichzeitig ein Teil des U-Profils bildet. Parallel dazu ist ein Falz 18 senkrecht aus der Grundplatte 11 ausgestanzt und senkrecht nach oben gebogen, was den anderen Teil des U-Profils bildet und dem Rahmen 11 in Längsrichtung Biegesteifigkeit verleiht.

Auf der Oberseite des Biegebalkens 6 sind zwei Dehnungsmeß­ streifen 14, 15 in Längsrichtung appliziert, die die elektri­ schen Widerstände R1, R1' darstellen. Bei Belastung der Waage wird durch ein Gewicht auf der Abdeckung 1 eine Kraft über die Deckplatte 3 und das Kraftrückführungselement 13 in den Biege­ balken 6, 10, 12 übertragen, der sich dadurch leicht s-förmig verformt. Hierdurch wird in einem Dehnungsmeßstreifen 14 eine positive und im anderen Dehnungsmeßstreifen 16 eine negative Dehnung hervorgerufen, die zu entsprechenden Widerstandsände­ rungen führen. Die insgesamt acht Dehnungsmeßstreifen 14, 15 werden über nicht dargestellte Leitungen mit einem nicht dar­ gestellten zentralen Verschaltungselement verbunden, das so­ wohl innerhalb, also zwischen dem Ober- 3 und Unterteil 11, oder außerhalb der Waage angeordnet sein kann. Dieses zentrale Verschaltungselement ist als Platine ausgebildet und enthält gleichzeitig noch Abgleichwiderstände zum Eckenlastabgleich. Gleichzeitig sind auf der Platine noch Abgleichwiderstände zur Temperaturkompensation, Verstärker- und Rechenschaltungen, A/D-Wandler und Schnittstellenschaltungen vorgesehen, um das Meßsignal direkt anzeigen oder zur Weiterverarbeitung über­ tragen zu können.

Die Verschaltung der Dehnungsmeßstreifen 14, 16 der vier gleichartigen Biegebalken 6, 10, 12 ist in Fig. 3 der Zeich­ nung dargestellt. Dabei stellen die beiden Widerstände mit den gleichen Indizes die beiden gleichartigen Dehnungsmeßstreifen 14, 15 eines Eckbereiches bzw. eines Biegebalkens 6 dar, wäh­ rend der diesem Eckbereich zugeordnete Ecklastabgleichswider­ stand mit R_E und dem gleichen Indizes bezeichnet ist. Die Deh­ nungsmeßstreifen 14, 15 aller vier gleichartigen Biegebalken 6, 10, 12 sind zu einer Vollbrücke verschaltet, wobei jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen R1 und R2; R2' und R3'; R3 und R4; R4' und R1' gleicher Dehnung aber verschiedener Biegebalken in Reihe geschaltet sind. Die beiden Dehnungsmeßstreifen R1 und R1'; R2 und R2'; R3 und R3'; R4 und R4' eines Biegebalkens 6, 10, 12 sind gleichfalls in Reihe geschaltet, wobei aber zwi­ schen diesen ein Anschlußpunkt 20, 22, 23, 24 angeordnet ist, der als Ausgangspunkt 22, 24 oder Speisespannungspunkt 20, 23 geschaltet ist. Die beiden Speisespannungspunkte 20, 23 sind mit einer Spannungsquelle 21 verbunden, während zwischen den Ausgangspunkten 20, 24 das Meßsignal U_A abgreifbar ist.

Parallel zu den beiden gleichartigen Dehnungsmeßstreifen R1 und R1'; R2 und R2'; R3 und R3'; R4 und R4' eines Biegebalkens sind jeweils ein Ecklastabgleichswiderstand R_E1, R_E2, R_E3, R_E4 geschaltet, der gegenüber den Innenwiderständen der Dehnungs­ meßstreifen sehr hochohmig ist. Durch diese Ecklastabgleichs­ widerstände R_E1-4 können Fertigungstoleranzen der Stegdicken kompensiert werden, die durch sehr unterschiedliche Belastun­ gen auf der Wägefläche auftreten und die auch in den Unsymme­ trien der einzelnen Biegebalken, den Dehnungsmeßstreifen und deren Applikation begründet sind.

Ein derartiger Ecklastabgleich stellt eine elektrische Kompen­ sation dar, die nach der Montage durch bestimmte Eckbelastun­ gen und Einstellungen der veränderlichen Ecklastwiderstände R_E1-4 vorgenommen wird. Durch Vergrößern des Abgleichwiderstan­ des Re1 wird die Wirkung des entsprechenden Biegebalkens 6 mit den Dehnungsmeßstreifen R1 und R1' auf das Ausgangssignal ver­ stärkt, während bei einer Verkleinerung des R_E1 diese Wirkung verringert bzw. die der Dehnungsmeßstreifen R4' und R2 ver­ größert wird. Durch einen derartigen Ecklastabgleich können Symmetrie- und Empfindlichkeitsunterschiede der vier Biegebal­ ken 6, 10, 12 nahezu vollständig ausgeglichen werden, so daß dies auch bei einer reihenmäßigen Zusammenschaltung der Deh­ nungsmeßstreifen verschiedener Biegebalken zu genauen Meßer­ gebnissen auch bei unsymmetrischer Krafteinleitung führt. Da­ bei ist im Grunde der Ecklastabgleich auch nur mit drei Eck­ lastabgleichwiderständen R_E1, R_E2, R_E3 möglich, weil ein Biege­ balken als Bezugsbasis verwendet werden könnte, auf die die anderen Biegebalken abgeglichen werden. Bei größeren Unsymme­ trien könnte es sich aber als vorteilhaft erweisen, einen Ab­ gleich an allen möglichen Ecklastabgleichswiderständen vor­ zunehmen.

Es sind auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, wo mehr als zwei Dehnungsmeßstreifen auf einem Biegebalken angeordnet sind, die dann in einer Reihenschaltung einer Viertelbrücke aus vier oder mehr Dehnungsmeßstreifen bestehen würden.

Mit der erfinderischen Plattformwaage sind auch runde und meh­ reckige Außenformen realisierbar. Diese könnten dann auch mit drei oder einem vielfachen von drei und vier Biegeelementen ausgerüstet sein. Die Erfindung ist nicht nur mit Einfach- und Doppelbiegebalken, sondern auch mit anderen beispielsweise rotationssymmetrischen Wägezellen ausführbar.

Claims (15)

1. Plattformwaage mit einem Ober- und einem Unterteil und an den Randbereichen angeordneten Biegeelementen, an denen Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind, dadurch gekennzeich­ net, daß an den Randbereichen separate Biegeelemente (6, 10, 12) mit mindestens jeweils zwei Dehnungsmeßelementen (14, 15) vorgesehen sind, wobei die Dehnungsmeßelemente (14, 15) aller Biegeelemente (6, 10, 12) zu einer in Reihe geschalteten Vollbrücke verschaltet sind.

2. Plattformwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an jedem Biegeelement (6, 10, 12) applizierten Dehnungsmeßstreifen (14, 15) in unterschiedliche Biege­ richtungen belastet werden und mit einem Ecklast­ abgleichswiderstand (R_E) parallel geschaltet sind.

3. Plattformwaage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an jedem Biegeelement (6, 10, 12) vier oder ein mehrfaches von zwei Dehnungsmeßstreifen (14, 15) vor­ gesehen sind.

4. Plattformwaage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein zentrales Verschaltungselement vorgese­ hen ist, das über elektrische Leitungen mit den Dehnungs­ meßelementen (14, 15) verbunden ist und an dem die Eck­ lastabgleichswiderstände (R_E) angeordnet sind.

5. Plattformwaage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschaltungselement zwischen dem Ober- (3) und Unterteil (11) angeordnet ist und dort auch Temperatur­ kompensationselemente vorgesehen sind.

6. Plattformwaage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verschaltungselement als Schaltplatine ausgebildet ist und zusätzliche elektronische Bauelemente enthält, durch die das Meßsignal verstärkbar, digitali­ sierbar, anzeigbar und in Standardrechenanlagen weiter­ verarbeitbar ist.

7. Plattformwaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (6, 10, 12) zwischen dem Ober- (3) und Unterteil (11) angeordnet sind.

8. Plattformwaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (6, 10, 12) als Einfachbiegebalken ausgebildet sind, wobei zur Kraft­ einleitung zusätzliche Kraftrückführungselemente (13) vorgesehen sind.

9. Plattformwaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (6, 10, 12) als Doppelbiegebalken oder rotationssymmetrische Biege­ elemente ausgebildet sind.

10. Plattformwaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (11) profilier­ te Rahmenelemente (17, 18) enthält, oder als profilierter Rahmen ausgebildet ist, in dessen profilierten formstabi­ len Bereich die Biegeelemente (6, 10, 12) angeordnet sind.

11. Plattformwaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (11) Rahmen­ elemente (17, 18) enthält, die ein U-Profil darstellen.

12. Plattformwaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (3) eine flache Abdeckung darstellt.

13. Plattformwaage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführungselement (13) als Profilelement ausge­ bildet ist, das überlappend die profilierten Rahmenteile (17, 18) des Unterteils (3) und das jeweilige Biegeele­ ment (6, 10, 12) ineinandergreifend überlappt.

14. Plattformwaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder vier oder ein viel­ faches von drei oder vier Biegeelementen (6, 10, 12) vor­ gesehen sind.

15. Plattformwaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Waage oder deren Wägeflä­ che rechteckig, quadratisch, rund oder mehreckig ausge­ bildet ist.