DE2323019C3 - Waage mit zweiarmigem Waagebalken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Waage mit einem über eine Kugellagerung an einem Gestell gelagerten zweiarmigen Waagebalken.

Der Waagebalken herkömmlicher Waagen ist in ein oder mehr Schneiden gelagert. Diese Schneiden unterliegen bekanntlich stets einer Deformation bei größeren Auflasten.

Dies führt zu einer Abnahme der Empfindlichkeit mit steigender Belastung. Deshalb werden bei Präzisionswaagen außerhalb des Betriebs die Schneiden entlastet, um die Gefahr bleibender Deformationen zu verringern. Dies ist bei normalen Waagen mit entsprechendem Aufwand verknüpft ohne daß eine echte Abhilfe geschaffen ist, und bei bestimmten Waagen, z. B. Druckwaagen zum Eichen von Meßgeräten, überhaupt nicht möglich.

Darüber hinaus führt die Verschmutzung von Schneidenlagerungen ebenfalls zu einer Abnahme der Empfindlichkeit und der Reproduzierbarkeit; Präzisionswaagen werden deshalb bevorzugt in staubfreien Räumen aufgestellt.

Es sind weiterhin Waagen bekannt (CH-PS 20 637), deren Waagebalken statt auf Schneiden mittels Kugellager mit horizontaler Achse gelagert sind. Auch das Lastgehänge — sofern vorhanden — ist mittels Kugellager an dem Waagebalken angehängt Damit sollen die bei Schneiden unter Last auftretenden Deformationen vermieden werden. Hierbei wird jedoch

S übersehen, daß solche statischen Kugellager eine größere Reibung als Schneidenlager und einen Rollwiderstand aufweisen, die zu einer gegenüber Schneidenlagern schlechteren Ansprechempfindlichkeit und mangelhaften Reproduzierbarkeit führen.

to Die Aufgabe besteht demgemäß darin. Reproduzierbarkeit und Empfindlichkeit für Waagen beliebigen Aufbaus zu verbessern bzw. zu erhöhen.

Ausgehend von der Waage des eingangs geschilderten Aufbaus wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die

is Kugellagerung einen Antrieb aufweist, dessen Drehvektor senkrecht auf dem Drehvektor der Schwenkbewegung des Waagebalkens steht Eine solche dynamische Lagerung vermeidet nicht nur die bei Schneiden auftretende statische Deformation, sondern auch das Auftreten von Haftreibung oder Anlaufreibung bei jeder Verlagerung. Darüber hinaus ist sie selbstreinigend und demzufolge unempfindlich gegen Schmutz und Staubartikel. Diese Lagerung ist für Waagen beliebigen Aufbaus mit allen Vorteilen anwendbar.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kugellagerung aus zwei Lagern gebildet, von denen jedes aus einem an dem einen Teil — Waagebalken oder Gestell — angeordneten Schrägkugellager und einer dessen Innenring ersetzenden, am anderen Teil — Gestell oder Waagebalken — angeordneten Zentralkugel besteht, wobei das Schrägkugellager oder die Zentralkugel in Drehung versetzbar ist.

Die die Lagerpunkte bildenden Mittelpunkte der Zentralkugeln beider Lager müssen in einer zur Schwenkebene des Waagebalkens senkrechten, horizontalen Ebene liegen. Es handelt sich praktisch um Punkt- oder Spitzeniagerungen für hohe Belastungen. Die Punktlagerung bringt gegenüber Schneidenlagerungen eine wesentliche Vereinfachung in der Justierung, da es naturgemäß einfacher ist, diese Punkte in eine Linie bzw. eine Ebene einzujustieren, als dies bei zwei Schneiden mit ihrer linienförmigen Ausdehnung möglich ist Fei ner entfällt das bisher notwendige Entlasten der Schneiden.

In bevorzugter Ausführung besteht die Kugellagerung des Waagebalkens am Gestell aus zwei fluchtend angeordneten Schrägkugellagern und einer deren Innenringe ersetzenden losen Zentralkugel, wobei das eine Schrägkugellager am Waagebalken festgelegt ist, während das andere Schrägkugellager sich über ein Axiallager am Gestell abstützt und sein Außenring von einem Motor angetrieben ist. Von dieser Lagerung sind selbstverständlich zwei in Abstand voneinander vorgesehen, deren Drehachsen parallel zueinander und senkrecht zum Drehvektor der Schwenkbewegung des Waagebalkens justiert sind.

Die Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise auch bei Druckwaagen anwendbar, an deren einem Waagebalkenarm ein Drehkolben und an dessen anderem Waagebalkenarm ein Gehänge zum Aufbringen vorbestimmter Lasten angeordnet ist. Während der Drehkolben selbst aufgrund seines Umlaufs dynamisch gelagert ist, das Meß- bzw. Eichergebnis also von dieser Lagerung her nur relativ wenig beeinträchtigt wird, übt die herkömmliche Schneidenlagerung des Waagebalkens einen erheblichen Einfluß aus, um so mehr als einerseits sich hier die Schneiden nicht entlasten lassen, andererseits bei Hochdruckeichung sehr große Gewich-

te aufgelegt werden, die leichter zu einer Schneidendeformation fahren. Gleiches gilt auch für die Lagerung des Drehkolbens und des Gehänges am Waagebalken, die ebenfalls als Schneidenlagerung ausgebildet ist.

Durch das erfindungsgemäße Prinzip wird auch hier Abhilfe geschaffen, indem der Drehkolben und/oder das Gehänge gegenüber dem Waagebalken eine Kugellagerung mit einem Antrieb aufweisen, dessen Drehvektor senkrecht auf dem Drehvektor der Schwenkbewegung des Waagebalkens steht

Diese dynamische Lagerung kann in gleicher Weise wie zuvor geschildert ausgebildet sein.

Die Drehbewegung des rotierenden Teils des dynamischen Lagers, also der Zentralkugel oder des Schrägkugellagers erfolgt in einer Ebene, die stets senkrecht steht auf der Schwenkebene des Waagebalkens. Das mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Abrollen der Lagerkugeln auf der Zentralkugelfläche gestattet es, einen Effekt zu vermeiden, der bei Schneiden-Pfannen-Lagerungen in Kauf genommen werden muß. Hier können in den Zonen höchster spezifischer Belastungen nichtelastische Deformationen auftreten, aus welchen eine Hysterese für die Schwenkbewegung des Waagebalkens resultiert. Bei der beschriebenen dynamischen Lagerung hingegen wird die Energie für die Verformungsarbeit an der Zentralkugel und an den Lagerkugeln nicht dem für die Messung interessierenden Schwenkvorgang entzogen, sondern sie wird allein vom Antrieb für die Rotationsbewegung des Drehkolbens aufgebracht

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform eines der beiden Lager einer dynamischen Lagerung des Waagebalkens in einem schematischen Schnitt;

Fig.2 eine Ausführungsform der dynamischen Lagerung eines Drehkolbens an dem Waagebalken einer Druckwaage im schematischen Längsschnitt;

F i g. 3 eine gegenüber F i g. 1 abgewandelte Ausführungsform der Lagerung des Waagebalkens und eine gegenüber F i g. 2 geänderte Ausführungsform der Lagerung des Drehkolbens;

F i g. 4 eine gegenüber F i g. 3 geänderte Ausführungsform der Lagerung von Drehkolben und Waagebalken;

F i g. 5 eine Ausführungsform einer Lagerung für den Kraftangriff an dem Waagebalken aus entgegengesetzten Richtungen und

F i g. 6 eine gegenüber F i g. 5 abgewandelte Ausführungsform.

In Fig. 1 ist der Waagebalken 21 abgebrochen dargestellt seine beiden Arme also nicht gezeigt. Es ist lediglich der mittlere Bereich, in welchem der Waagebalken 21 gelagert ist, erkennbar. Das ortsfeste Gestell, an dem der Waagebalken gelagert ist, ist mit 23 bezeichnet.

Die dynamische Lagerung des Waagebalkens weist eine lose Zentralkugel 781 auf, die auf zwei Schrägkugellagern 782, 783 läuft und deren jeweiligen Innenring ersetzt. Das Schrägkugellager 782 sitzt im Waagebalken 21, während sich das Schrägkugellager 783 auf e<nem angetriebenen Lageraußenring abstützt, der sich wiederum über ein Axiallager 783 im Gestell abstützt und von einem schematisch angedeuteten Motor 784 in Drehung versetzt wird. Von dem dargestellten Lager sind zwei fluchtend hintereinander angeordnet

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die lose gelagerte Zentralkugel 781 freie Drehbewegungen relativ sowohl zum Gestell als auch zum Waagebalken ausführen kann. Hierdurch wird vermieden, daß das Abrollen der Lagerkugeln ständig auf der gleichen Zone der Zentralkugel erfolgt und damit in dieser Zone die Gefahr erhöhten Verschleißes auftritt

In F i g. 2 ist ein Teil einer Druckwaage dargestellt deren Waagebalken 21 ein nicht dargestelltes dynamisches Schwenklager, beispielsweise wie in F i g. 1 gezeigt aufweist An dem einen Arm 27 des Waagebalkens 21 ist ein Drehkolben 7 angeordnet während am anderen, nicht gezeigten Waagebalkenarm beispielsweise ein Gehänge zum Aufbringen vorbestimmter Lasten gelagert ist Da der Aufbau des Drehkolbens selbst nicht zur Erfindung gehört seien nur seine hier wesentlichen Teile beschrieben. Der eigentliche Drehkolben 710, dessen Gehäuse 718 am nicht gezeigten Gestell der Waage angebracht ist besteht aus dem Rotor 715 eines Drehfeldmotors mit den Feldspulen 717 und einem Druckkolben 711, der den Eichdruck erzeugt

Der Drehkolben 710 ist an dem einen Arm 27 des Waagebalkens 21 dynamisch gelagert Die Lagerung ist so ausgebildet daß sie haftreibungsfrei ist Da diese Bedingungen von einem Schneidenlager nicht erfüllt werden können, ist eine dynamische Lagerung vorgesehen. Der Druckkolben 711 weist an seinem unteren Ende unterhalb eines Öl-Abspritzschirms 723 eine Kugelkalotte 725 auf, die auf einem Kugelkranz 726 eines modifizierten Schrägkugellagers läuft. Dieser Kugelkranz 726 ist in einem an dem Waagebalkenarm 27 angebrachten Außenring 727 geführt dessen Innenring praktisch durch die Zentralkugelkalotte 725 ersetzt ist Durch diese Ausbildung ist eine für die Schwenkbewegung des Waagebalkens 21 praktisch reibungsfreie Punktlagerung gegeben, wobei der Lagerungspunkt mit dem Kugelmittelpunkt 728 zusammenfällt. Die Dynamik dieser Lagerung ergibt sich aus dem Antrieb des Drehkolbens 710 mittels des Drehfeidmotors 716.

Betrachtet man den Waagebalken 21 in seiner Gesamtheit, so liegt der Lagerungspunkt 728 auf einer theoretischen Schneidenlinie bzw. Schneidenebene ?29, wie sie bei den herkömmlichen Schneidenlagerungen von zweiarmigen Waagen gegeben ist.

Eine ähnliche dynamische Lagerung ist auch für die Lagerung 22 des Waagebalkens 21 am Gestell 23 sowie für die Lagerung des Gehänges 25 am anderen Arm 24 des Waagebalkens (siehe Fi g. 1) vorgesehen. Da es sich bei allen Lagerungen um Punktlagerungen handelt, wird eine der Lagerungen, in der Regel die an Gestell, zur Sicherung gegen seitliches Verkippen des Balkens als Doppellagerung ausgeführt. Die beiden Lagerungspunkte liegen in einer Ebene senkrecht zur Schwenkebene des Waagebalkens.

In F i g. 3 ist ein gegenüber der Lagerung gemäß F i g. 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit einer gleichfalls gegenüber F i g. 1 abgewandelten dynamischen Lagerung des Waagebalkens 21 am Gestell gezeigt Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Drehkolben 710 an seinem unteren Ende gelagert Dieses Ende ist selbst als Aufnahme für den Außenring 731 eines Schrägkugellagers ausgebildet, dem die Kugeln des Kugelkranzes 732 zugeordnet sind. Diese rollen auf einer Zentralkugel 733 ab, die am Arm 27 des Waagebalkens 21 stationär angeordnet ist. Der

hierdurch gegebene Lagerungspunkt fällt wiederum mit dem Mittelpunkt 734 der Zentralkugel 733 zusammen. Der Waagebalken 21 ist ferner über zwei dynamische Lager 735, von denen in der Zeichnung nur das dem Betrachter zugewendete dargestellt ist, an dem Gestell 23 abgestützt. Zu diesem Zweck weist der Waagebalken 21 wiederum zwei Zentralkugeln 736 auf, die jeweils auf den Kugeln eines Kugelkranzes 737 eines angetriebenen Schrägkugellager-Außenrings 738 ruhen. Dieser Lageraußenring stützt sich über ein Axiallager 739 am Gestell 23 ab und wird von einem schematisch angedeuteten Antrieb 740 in Drehung versetzt. Die Mittelpunkte der Zentralkugeln 736 der Gestellagerung 735 und der Zentralkugel 734 liegen wiederum auf einer »Schneidenlinie« bzw, Schneidenebene 729, Hieraus wird klar, daß das Justieren dieser Lager gegenüber herkömmlichen Schneidenlagern erheblich einfacher ist. Die beiden Lagerungspunkte im Gestell bilden jeweils mit dem Lagerungspunkt am Drehkolben bzw. am Gehänge ein Dreieck; Fluchtfehler wie bei Schneidenlagern können nicht auftreten.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist jeweils die Zentralkugel angetrieben. So ist der Drehkolben 710 mit einer Vollkugel 751 versehen, die wiederum in einem Lageraußenring 752 am Arm 27 des Waagebalkens 21 läuft. Eine ähnliche Ausbildung kann auch für dai Gehänge 25 vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungs form enthält der Waagebalken 21 für die Lagerung in Gestell zweimal je einen Lageraußenring 753, dessei Lagerkugelkranz 754 auf der Zentralkugel 755 läuft Diese wiederum kann mittels eines Motors 756 ir Drehung versetzt werden und stützt sich über der Lagerkugelkranz 757 auf einem am Gestell
befestigten Lageraußenring 758 ab.

Schließlich sind in den Fig.5 und 6 zwei weiten Ausführungsformen dargestellt, die es ermöglichen Kräfte in zwei entgegengesetzten Richtungen an den Arm eines Waagebalkens 21 angreifen zu lassen unc gegebenenfalls die Lager vorzuspannen, um die Laufruhe der Lager zu verbessern. In Fig,5 is wiederum die Zentralkugel 761 angetrieben. Sie rollt ii zwei in der bereits beschriebenen Weise modifizierter gegenüberliegenden Schrägkugellagern 762, 763 ab, di beide im Waagebalken 21 sitzen. Bei der Ausführungs form gernäß F i g. 6 ist demgegenüber eine durchbohrt Zentralkugel 771 fest am Waagebalken 21 angebracht sie wirkt mit Schrägkugellagern 772, 773 zusammen deren Lageraußenringe über einen Zapfen 774 verbun den und über eine Welle 775 in Drehung versetzbar sind

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Waage mit einem über eine Kugellagerung an einem Gestell gelagerten, zweiarmigen Waagebalken, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellagerung (22) einen Antrieb aufweist, dessen Drehvektor senkrecht auf dem Drehvektor der Schwenkbewegung des Waagebalkens (21) steht

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellagerung (22) aus zwei Lagern (735) gebildet ist, von denen jedes aus einem an dem einen Teil — Waagebalken (21) oder Gestell (23) angeordneten Schrägkugellager (737,738) und einer dessen Innenring ersetzenden, am anderen Teil — Gestell (23) oder Waagebalken (21) — angeordneten Zentralkugel (736) besteht, wobei das Schrägkugellager oder die Zentralkugel in Drehung versetzbar ist

3. Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellagerung (22, 26) des Waagebalkens (21) am Gestell (23) aus zwei fluchtend angeordneten Schrägkugellagern (782, 783) und einer deren Innenringe ersetzenden losen Zentralkugel (781) besteht, wobei das eine Schrägkugellager (782) am Waagebalken (21) festgelegt ist, während das andere Schrägkugellager (183) sich über ein Axiallager (785) am Gestell (23) abstützt und sein Außenring von einem Motor (784) angetrieben ist

4. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere Druckwaage mit einem an dem einen Arm des Waagebalkens angeordneten Drehkolben und einem an dem anderen Arm angeordneten Gehänge zur Aufnahme vorbestimmter Lasten, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkolben (7) und/oder das Gehänge (25) gegenüber dem Waagebalken (21) eine Kugeliagerung (26, 28) mit einem Antrieb aufweisen, dessen Drehvektor senkrecht auf dem Drehvektor der Schwenkbewegung des Waagebalkens (21) steht