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Die Erfindung bezieht sich auf eine oberschalige elektronische Waage mit einer Waagschale, die sich auf mindestens einem Lastaufnahmeteil eines Kraftmesssystems abstützt und mit einem Ecklastsensorsystem, das bei außermittiger Lage des Wägegutes auf der Waagschale ein Ecklastsignal abgibt.
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Waagen dieser Art sind z. B. aus der
DE 10 2006 031 950 B3 oder der
DE 38 11 942 C2 bekannt. Das Ecklastsensorsystem dient dabei dazu, den sonst üblichen mechanischen Abgleich der Ecklastfreiheit der Waage durch einen elektronischen – im Allgemeinen digitalen – Abgleich zu ersetzen.
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Derartige Waagen haben sich in der Praxis jedoch wenig durchgesetzt, da der Aufwand für das Ecklastsensorsystem in Relation zum Nutzen zu groß erschien.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das Ecklastsensorsystem einen zusätzlichen Nutzen für den Anwender der Waage liefert.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Ecklastsensorsystem so aufgebaut ist, dass es zusätzlich bei Schrägstellung der Waage ein Schrägstellungssignal abgibt.
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Dadurch werden die bisher notwendige Libelle und die verstellbaren Füße der Waage eingespart und die Waage muss vom Anwender nicht mehr exakt horizontal ausgerichtet werden und diese horizontale Ausrichtung muss nicht mehr laufend kontrolliert werden. Der Mehraufwand beim Ecklastsensorsystem zum Erzielen des zusätzlichen Schrägstellungssignals ist bei geeigneter Bauweise des Ecklastsensorsystems gering. Der Ersatz der Libelle durch den Einbau eines elektrischen Neigungssensors, dessen Ausgangssignal zur digitalen Korrektur der neigungsabhängigen Fehler der Waage benutzt wird, ist im Prinzip schon aus der
DE 32 34 372 C2 bekannt. Der dort notwendige zusätzliche Neigungssensor erhöht jedoch den Herstellaufwand und vergrößert den Bauraum der Waage. Durch die Integration der Schrägstellungssensorik in das Ecklastsensorsystem werden diese Nachteile vermieden.
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Vorteilhaft Ausgestaltungen des Ecklastsensorsystems mit integrierter Schrägstellungssensorik ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
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1 einen senkrechten Schnitt durch die Waage in einer ersten Ausgestaltung,
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2 eine perspektivische Ansicht des Ecklastsensorsystems,
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3 eine Kraftmessplatte alleine in vergrößerter Darstellung in einer ersten Ausgestaltung
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4 eine Kraftmessplatte alleine in vergrößerter Darstellung in einer zweiten Ausgestaltung,
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5 eine andere Anordnung der Kraftmessplatten,
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6 eine weitere Anordnung der Kraftmessplatten,
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7 eine vierte Anordnung der Kraftmessplatten und
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8 einen senkrechten Schnitt durch die Waage in einer zweiten Ausgestaltung.
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1 zeigt die Waage im senkrechten Schnitt, wobei nur die für die Erfindung wesentlichen Teile genauer dargestellt sind, die anderen Teile sind grob schematisiert bzw. ganz weggelassen. Man erkennt ein Kraftmesssystem 1, das auf einer Grundplatte 2 montiert ist. Das Kraftmesssystem kann beliebig aufgebaut sein und z. B. nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation arbeiten. Die Grundplatte 2 setzt sich in Seitenflächen 3 fort und bildet so das Gehäuse der Waage. Das Lastaufnahmeteil 4 des Kraftmesssystems 1 ist mit einer Unterschale 5 verbunden, die wiederum das Ecklastsensorsystem 6 trägt. Auf dem Ecklastsensorsystem 6 liegt über Puffer 7 eine Waagschale 8 auf. Die Waagschale ist seitlich soweit heruntergezogen, dass sie die Seitenflächen 3 zumindest teilweise überdeckt.
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Das Ecklastsensorsystem 6, das in 2 noch einmal alleine in einer perspektivischen Darstellung schräg von oben gezeichnet ist, besteht aus einem unteren dreieckigen Rahmen 10, einem oberen dreieckigen Rahmen 11 und drei Kraftmessplatten 12. Die Kraftmessplatten sind von außen mit den Schrauben 13 am Rahmen 10 und am Rahmen 11 festgeschraubt. Auf der Oberseite des oberen Rahmens 11 erkennt man Bohrungen 14 zur Aufnahme der Puffer 7.
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Die Kraftmessplatten 12 sind in 3 und 4 in zwei Ausgestaltungen vergrößert dargestellt. Jede Kraftmessplatte 12 weist Löcher 15 zum Festschrauben am unteren Rahmen 10 und Löcher 16 zum Festschrauben am oberen Rahmen 11 auf. Die Schlitze 17 und 18 dienen dazu, von den Schrauben 13 in die Kraftmessplatte eingebrachte Verspannungen vom restlichen Teil der Kraftmessplatte fernzuhalten. Die von der Kraftmessplatte aufgenommene vertikale Kraft wird von der Strebe 20 auf das eigentliche Federelement 22 übertragen. Die Dehnungsmessstreifen an der Schmalseite der Kraftmessplatte sind mit 24 bezeichnet. Die von der Kraftmessplatte aufgenommene horizontale Kraft wird in gleicher Weise durch eine Strebe 21 auf das Federelement 23 übertragen und durch die Dehnungsmessstreifen 25 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die beiden Streben 20 und 21 dienen zusätzlich der Entkopplung der vertikalen und der horizontalen Kräfte: Wirkt z. B. eine vertikale Kraft auf die Kraftmessplatte ein, so gibt das Federelement 22 ja geringfügig nach. Diese geringe vertikale Absenkung wird durch die Strebe 21 nur abgeschwächt als Verbiegung auf das Federelement 23 für die horizontalen Kräfte übertragen. Außerdem bewirkt diese Verbiegung in den beiden Dehnungsmessstreifen 25 gleichsinnige Änderungen, während eine horizontale Kraft zu einer S-förmigen Verbiegung des Federelementes 23 führt und damit zu einem Differenzsignal. – Entsprechendes gilt für eine einwirkende horizontale Kraft.
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Weiter erkennt man an der Kraftmessplatte 12 Überlastanschläge 26, die zu große Kräfte direkt, also unter Umgehung der Federelemente 22 bzw. 23, vom oberen Rahmen 11 auf den unteren Rahmen 10 übertragen. Der Weg, um den sich die Federelemente 22 bzw. 23 maximal verbiegen können, ist dabei gleich der Dicke des Spaltes 27.
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Die Kraftmessplatte 12 in 3 ist einstückig z. B. aus einem Blech hergestellt. Die inneren Konturen können dabei z. B. alle durch Drahterodieren oder Laserschneiden erzeugt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Löcher und die breiten Schlitze auszustanzen und nur die feinen Schlitze 27 durch Drahterodieren oder Laserschneiden herauszuarbeiten. Durch die gezeichnete Formgebung dient die T-förmige Ausnehmung als gemeinsames Startloch für das Drahterodieren, sodass der Draht nur einmal eingefädelt werden muss. – Auf diese Weise kann die Kraftmessplatte sehr preisgünstig hergestellt werden.
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In 4 ist die Kraftmessplatte 12 aus vier Einzelteilen zusammengesetzt: die beiden Federbereiche 30 und 31 und die beiden Verbindungsbereiche 32 und 33. Durch diese Bauweise können die einzelnen Teile nicht nur verschieden bearbeitet werden, sondern auch aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Die Federbereiche 30 und 31, die übrigens im Allgemeinen identisch sind, können aus einem guten Federmaterial hergestellt sein. Durch die geringe Größe dieser Teile wirken sich ein höherer Materialpreis und/oder ein höherer Bearbeitungsaufwand nicht so gravierend aus. Werden die Dehnungsmessstreifen 24 und 25 in einer vorteilhaften Ausgestaltung in einem Dünnschichtverfahren (z. B. Sputtern) aufgebracht, so sind auch in diesem Fall kleine Teile vorteilhaft. Trotz der Notwendigkeit, die Einzelteile zu verbinden, z. B. durch Schweißen oder Kleben, können die Herstellkosten niedriger sein als bei einstückiger Herstellung.
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Die Dehnungsmessstreifen 24 auf den Federelementen 22 in den drei Kraftmessplatten 12 geben Signale ab, deren relative Größe von der Lage des Wägegutes auf der Waagschale 8 abhängt; sie liefern also das Signal für das übliche Ecklastsensorsystem. Die Federelemente 23 in den drei Kraftmessplatten 12 sind bei richtig zum Schwerefeld der Erde nivellierter Waage kraftfrei, die Dehnungsmessstreifen 25 geben also das Ausgangssignal null ab. Ist die Waage jedoch nicht richtig nivelliert (Schrägstellung der Waage), so ergeben sich von null verschiedene Signale. Aus diesen Signalen kann die Elektronik der Waage in bekannter Weise die Schrägstellung der Waage errechnen. Damit kann die Elektronik dem vom Kosinus der Schrägstellung abhängigen Einfluss auf den Kennwert der Waage rechnerisch korrigieren. Auch schrägstellungsabhängige Fehler des Nullpunktes der Waage, die einmal ermittelt werden müssen, können rechnerisch korrigiert werden. Dies gilt auch für Fehler, die von der Richtung der Schrägstellung abhängig sind, da durch die drei Kraftmessplatten sowohl Größe als auch Richtung der Schrägstellung ermittelt werden können.
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Die Benutzung von drei Kraftmessplatten hat den Vorteil, dass weder bei den vertikalen Kräften noch bei den horizontalen Kräften eine statische Überbestimmtheit vorliegt. Damit sind bei dieser Anzahl der Kraftmessplatten die Messfehler am geringsten. Sind die Kraftmessplatten symmetrisch eingebaut, also jeweils um 120° gegeneinander versetzt, so ist die Kraftverteilung auf die drei Kraftmessplatten am gleichmäßigsten.
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In 5 ist eine andere Anordnung der drei Kraftmessplatten 12 gezeigt: Der obere Rahmen 41 und der untere Rahmen 40 haben in dieser Ausgestaltung die Form eines gleichseitigen regelmäßigen Sechseckes (Bienenwabe). Die drei Kraftmessplatten 12 sind an jeder zweiten Sechseckseite angebracht.
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In 6 ist eine dritte Anordnung der Kraftmessplatten gezeigt: Der obere Rahmen 43 und der untere Rahmen 42 sind kreisförmig ausgebildet und die drei Kraftmessplatten 12 sind an drei ebenen Flächen an der Außenseite des Kreises angebracht. Diese Geometrie gemäß 5 und 6 eignet sich besonders gut für runde Waagschalen.
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Für rechteckige Waagschalen ist besonders eine Anordnung gemäß 7 zweckmäßig: Der obere Rahmen 45 und der untere Rahmen 44 sind rechteckig und vier Kraftmessplatten 12 sind an den vier Seiten des Rechteckes angeordnet. – Diese Geometrie bedingt zwar eine statische Überbestimmtheit, sie ergibt aber ein einfacheres mathematisches Gleichungssystem für die üblichen Korrekturalgorithmen mit x- und y-Koordinaten bei der rechnerischen Ecklastkorrektur.
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Durch die beschriebene Bauart der Kraftmessplatte 12 lässt sich das Ecklastsensorsystem sehr preiswert herstellen. Der Mehraufwand für die zusätzliche horizontale Kraftmessung ist sehr gering. Auch die oberen und unteren Rahmen lassen sich z. B. durch Ablängen von einem Strangpressprofil einfach herstellen.
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In 8 ist eine andere Einbauart für das Ecklastsensorsystem 6 gezeigt: gleiche Teile wie in 1 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert. In 8 ist das Ecklastsensorsystem 6 zwischen dem Kraftmesssystem 1 und der Grundplatte 2 eingebaut. Dazu stützt sich der untere Rahmen 10 über Abstandsstücke 50 auf der Grundplatte 2 ab. Das Kraftmesssystem 1 ist wiederum am oberen Rahmen 11 befestigt. Um die Bauhöhe gering zu halten, ist dafür ein wannenförmiges Blech 51 vorgesehen, von dem in 8 nur eine Seitenwand zwischen oberem und unterem Rahmen erkennbar ist. Wie durch die beiden gestrichelten Linien 52 angedeutet, erstreckt sich das Kraftmesssystem 1 im Innenraum zwischen den Rahmen 10 und 11 bis zum Boden des wannenförmigen Bleches 51, das mit der Unterkante des unteren Rahmens 10 abschließt. – Der Einbau des Ecklastsensorsystems 6 unter dem Kraftmesssystem 1 hat den Vorteil, dass das Ecklastsensorssystem das Kraftmesssystem nicht belastet, also nicht durch sein Eigengewicht den nutzbaren Wägebereich reduziert. Dafür muss in Kauf genommen werden, dass das Eigengewicht des Kraftmesssystems 1 das Ecklastsystem additiv belastet. Da das Ecklastsensorsystem nur die Ecklastfehler des Kraftmesssystems 1 und die Fehler der Schrägstellung korrigiert, reicht natürlich eine deutlich geringere Messgenauigkeit im Vergleich zum Kraftmesssystem 1; dadurch ist die Vorbelastung des Ecklastsensorsystems nicht so kritisch wie eine Vorbelastung des Kraftmesssystems 1.
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Aus der schon in der Beschreibungseinleitung erwähnten
DE 10 2006 031 950 B3 ist es weiter bekannt, das Ecklastsensorsystem als gesondertes Bauelement nachträglich zwischen einer Unterschale und einer Oberschale der Waage einzubauen. Diese Einbauart ist selbstverständlich auch für das erfindungsgemäße erweiterte Ecklastsensorsystem
6 möglich.
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Das Ecklastsensorsystem 6 kann auch unter einer Waage eingebaut sein: Dazu ist am oberen Rahmen 11 ein wannenförmiges Blech 51 befestigt, wie es schon in der Ausgestaltung gemäß 8 gezeigt ist. Auf den Boden dieses Bleches 51 wird dann die Waage gestellt und gegebenenfalls dort befestigt. Für eine einwandfreie Funktion ist es dabei entweder notwendig, die Messrichtung des Kraftmesssystems 1 mit der vertikalen Messrichtung des Ecklastsensorsystems 6 auszurichten, oder die Abweichung einmalig zu ermitteln und durch entsprechende Auswertealgorithmen in der Elektronik rechnerisch zu korrigieren. – Diese Bauart eröffnet wieder die Möglichkeit der Nachrüstung vorhandener Waagen; sie muss aber die höhere Vorbelastung des Ecklastsensorsystems durch die komplette Waage in Kauf nehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftmesssystem
- 2
- Grundplatte
- 3
- Seitenfläche
- 4
- Lastaufnahmeteil
- 5
- Unterschale
- 6
- Ecklastsensorsystem
- 7
- Puffer
- 8
- Waagschale
- 10
- unterer Rahmen
- 11
- oberer Rahmen
- 12
- Kraftmessplatte
- 13
- Schraube
- 14
- Bohrung
- 15
- Loch
- 16
- Loch
- 17
- Schlitz
- 18
- Schlitz
- 20
- Strebe
- 21
- Strebe
- 22
- Federelement
- 23
- Federelement
- 24
- Dehnungsmessstreifen
- 25
- Dehnungsmessstreifen
- 26
- Überlastanschlag
- 27
- Spalt
- 30
- Federbereich
- 31
- Federbereich
- 32
- Verbindungsbereich
- 33
- Verbindungsbereich
- 40
- unterer Rahmen
- 41
- oberer Rahmen
- 42
- unterer Rahmen
- 43
- oberer Rahmen
- 44
- unterer Rahmen
- 45
- oberer Rahmen
- 50
- Abstandsstück
- 51
- wannenförmiges Blech
- 52
- gestrichelte Linie (unterer Bereich des Kraftmesssystems 1)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006031950 B3 [0002, 0030]
- DE 3811942 C2 [0002]
- DE 3234372 C2 [0006]
