DE29712971U1

DE29712971U1 - Elektronische Waage mit Lenkerparallelführung und DMS-Ecklastsensor

Info

Publication number: DE29712971U1
Application number: DE29712971U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2007-07-23
Also published as: US5844174A; DE19632709C1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage mit einer Waagschale, die durch eine Parallelführung aus einem oberen und einem unteren Lenker in senkrechter Richtung beweglich mit einem gehäusefesten Systemträger verbunden ist, mit mindestens zwei DMS, die in der Nähe der gehäuseseitigen Enden eines Lenkers angeordnet sind und die die waagerechten Kräfte im Lenker messen, die durch das von der Waagschale auf die Parallelführung übertragene Drehmoment verursacht sind, und mit einer Elektronik, die aufgrund der Ausgangssignale der DMS und von abgespeicherten Ecklast-Korrekturfaktoren den vom Wägeaufnehmer ausgegebenen Gewichtswert korrigieren. Eine solche Waage ist aus der DE 195 02 694 Cl bekannt. Die DMS sind an den Dünnstellen der Lenker angebracht. Eine Ecklastkompensation erfolgt mit Hilfe einer unter dem Lastaufnehmer befestigten Metallplatte, die bei Ecklast momentan verkippt.

Bei einer anderen bekannten Waage dieser Art DE 30 03 862 C2 sind die DMS-Ecklastsensoren auf dem oberen Lenker in der Nähe der gehäuseseitigen Lenkergelenkstellen angeordnet. Sollen die Lenker relativ stabil sein, so ist deren Querschnitt außerhalb der Gelenkstellen jedoch relativ groß, so daß die spezifische Materialbelastung und damit das Signal der DMS-Ecklastsensoren relativ gering ist.

Aus der EP 326 017 Al ist ein Kraftmeßelement für eine Waage bekannt, das durch eine Parallelführung aus einem oberen und einem unteren Lenker besteht, wobei durch Ausnehmungen durch ausgeprägt verringerte und gleiche Materialquerschnitte Biegebalken entstehen, an denen DMS zur Ableitung des Meßsignals angebracht sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Bereich mit hoher Materialbelastung entsteht, an dem ein aufgeklebter DMS ein großes Signal erzeugt, ohne daß die Stabilität des Lenkers oder der Parallelführung insgesamt beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 1.

Erfindungsgemäß stützt sich mindestens einer der Lenker an seinem gehäuseseitigen Ende an einem Zwischenstück ab, wobei dieses Zwischenstück durch mindestens einen, etwa senkrechten, dünnen Steg und durch einen waagerechten, dünnen Steg mit dem gehäusefesten Systemträger verbunden ist und auf dem waagerechten, dünnen Steg ist mindestens ein DMS befestigt.

Das Zwischenstück ist also durch den senkrechten dünnen Steg drehbeweglich mit dem gehäusefesten Systemträger verbunden und überträgt die waagerechten Kräfte des Lenkers fast hundertprozentig auf den waagerechten dünnen Steg.

Dieser waagerechte dünne Steg kann entsprechend der maximal vom Lenker übertragenen waagerechten Kraft so dimensioniert sein, daß sich eine hohe spezifische Materialbelastung und dementsprechend ein hohes Signal des aufgeklebten DMS ergibt. Durch die Fesselung des Zwischenstückes durch einen waagerechten und einen senkrechten Steg ist eine gute Stabilität erreicht, auch wenn die Stege relativ dünn gestaltet sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der wesentlichen Teile des Wägesystems,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Wägesystem aus Fig. 1,
Fig. 3 ein vergrößertes Detail aus Fig. 1,

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Fig. 4 ein vergrößertes Detail des Wägesysteras in einer zweiten Ausgestaltung,
Fig. 5 eine Seitenansicht der wesentlichen Teile des Wägesysteras in einer dritten

Ausgestaltung und

Fig. 6 ein vergrößertes Detail des Wägesystems in einer vierten Ausgestaltung.
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In der Seitenansicht in Fig. 1 erkennt man einen Waagschalenträger 2, der über eine Parallelführung aus dem oberen Lenker 4 und dem unteren Lenker 5 in senkrechter Richtung beweglich mit dem gehäusefesten Systemträger 1 verbunden ist. Die Gelenkstellen des oberen Lenkers 4 sind mit 6 und 7 bezeichnet, die Gelenkstellen des unteren Lenkers 5 mit 8 und 9. Der Waagschalenträger 2 trägt die Waagschale 3, die nur angedeutet ist. Die gehäusefeste Abstützung des Systemträgers 1 ist ebenfalls nur durch die Basis 10 angedeutet. Die von der zu wägenden Last auf der Waagschale 3 ausgeübte Kraft wird von einem Vorsprung 20 des Waagschalenträgers 2 über ein Koppelelement 11 auf das eigentliche, nicht dargestellte und nur durch den Pfeil 21 symbolisierte Kraftmeßsystem der Waage übertragen. Beispielsweise können am Koppelelement 11 zwei Übersetzungshebel angreifen, wie sie in der DE-OS 195 40 782 beschrieben sind, und das Kraftmeßsystem kann nach dem bekannten Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation arbeiten. - Die im vorstehenden beschriebenen Teile des Wägesystems sind allgemein bekannt und daher nur ganz kurz erläutert.

Der obere Lenker 4 stützt sich hinter seiner Gelenkstelle 7 an einem Zwischenstück 18 ab, das durch einen senkrechten dünnen Steg 13 drehbar am Systemträger 1 gelagert ist. Zusätzlich ist das Zwischenstück 18 durch einen waagerechten dünnen Steg 14, der einen DMS 15 trägt, mit dem Systemträger 1 verbunden. Waagerechte Kräfte, die bei außermittiger Lage des Wägegutes auf der Waagschale 3 im Lenker 4 entstehen, führen daher zu einer proportionalen Dehnung bzw. Stauchung des waagerechten dünnen Steges 14 und damit zu einer Widerstandsänderung des aufgeklebten DMS 15, die in bekannter Weise gemessen werden kann. Da der Steg 13 dünn ist, werden die waagerechten Kräfte aus dem Lenker 4 fast vollständig auf den waagerechten Steg 14 übertragen. Trotzdem sorgt der dünne Steg 13 für die notwendige Stabilität des Lenkers 4 und der Parallelführung als Ganzes und verhindert insbesondere ein Ausknicken des Zwischenstückes 18 unter Druckkräften.

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Wie man aus der Draufsicht in Fig. 2 erkennt, ist der obere Lenker 4 im allgemeinen in zwei Teillenker 4 und 23 aufgeteilt. Der Teillenker 23 stützt sich ebenfalls auf einem Zwischenstück 28 ab, das über einen nicht erkennbaren, senkrechten Steg und einen waagerechten Steg 24 mit dem Systemträger 1 verbunden ist. Auf dem waagerechten Steg 24 ist ein DMS 25 aufgeklebt. - Durch den zweiten DMS kann in bekannter Weise aus dem Summensignal der beiden DMS die außermittige Lage des Wägegutes auf der Waagschale in der Richtung links/rechts in der Darstellungsweise der Fig. 1 und aus dem Differenzsignal der beiden DMS die außermittige Lage in der Richtung vor/hinter der Zeichenebene in der Darstellungsweise der Fig. 1 ermittelt werden. Die dazu notwendige Auswerteelektronik ist ebenfalls bekannt und in der schon zitierten DE-PS 30 03 862 beschrieben.

Eine waagerechte Drucidkraft im Lenker 4 führt zu einer Stauchung des Steges 14 und dadurch normalerweise zu einer geringen Verdrehung des Zwischenstückes 18 in Uhrzeigerrichtung in Fig. 1 um die Dünnstelle 13 als Drehgelenk. Dadurch hebt sich die Gelenkstelle 7 des Lenkers 4 etwas. Dieser Effekt ist zwar sehr klein, kann aber trotzdem bei sehr hoch auflösenden Waagen zu einem merkbaren nichtlinearen Ecklastverhalten führen. Dieser Effekt läßt sich durch mehrere Maßnahmen verhindern:

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung, wie sie anhand der vergrößerten Detailzeichnung von Fig. 3 erläutert werden soll, ist zwischen der Lenkergelenkstelle 7 und dem waagerechten Steg 14 ein Höhenversatz Ah vorgesehen. Dieser Höhenversatz Ah führt bei einer waagerechten Druckkraft im Lenker 4 zu einem Drehmoment, das bei fehlendem senkrechten Steg 13 das Zwischenstück 18 in Gegenuhrzeigerrichtung verdrehen würde. Bei richtiger Größe dieses Drehmomentes in Gegenuhrzeigerrichtung wird dann gerade der oben angegebene Effekt der Verdrehung des Zwischenstückes 18 in Uhrzeigerrichtung kompensiert. Bei richtiger Wahl des Höhenversatzes Ah passend zur Länge und Steifheit des senkrechten Steges 13 wird das Zwischenstück 18 also keine Drehbewegung vollführen, sondern sich nur seitlich verlagern, wobei sich der Steg 13 S-förmig deformiert.

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In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, wird die Drehbewegung des Zwischenstückes 18' durch einen zweiten senkrechten Steg 43 verhindert, der zusammen mit dem Steg 13' eine Parallelführung für das Zwischenstück 18' bildet.

In einer dritten vorteilhaften Ausgestaltung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, befindet sich im System träger 1" nicht nur am Abstützpunkt des oberen Lenkers 4 die Ausnehmung 12, sondern auch am Abstützpunkt des unteren Lenkers 5 eine Ausnehmung 52. Dadurch entsteht auch am unteren Lenker 5 ein Zwischenstück 58, das über einen senkrechten dünnen Steg 53 und einen waagerechten Steg 54 mit dem Systemträger I" verbunden ist. Bei außermittiger Belastung der Waagschale 3 z. B. auf der (in Fig. 5) rechten Seite entsteht im oberen Lenker 4 eine Druckkraft auf das Zwischenstück 18, wodurch sich die Gelenkstelle 7 etwas anhebt. (Dabei ist vorausgesetzt, daß der Höhenversatz Ah gemäß Fig. 3 Null ist oder kleiner als der zur Selbstkompensation notwendige.) Gleichzeitig entsteht im unteren Lenker 5 eine Zugkraft auf das Zwischenstück 58, wodurch sich die Gelenkstelle 9 ebenfalls etwas anhebt. Sind die Stege 53 und 13 gleich lang und gleich steif und die Stege 54 und 14 ebenfalls, so ist die Höhenänderung am Gelenkpunkt 9 gleich der Höhenänderung am Gelenkpunkt 7, so daß sich der Einfluß auf die Parallelität der Parallelführung aufhebt.

Eine vierte vorteilhafte Ausgestaltung ist vergrößert in Fig. 6 gezeigt. In dieser Ausgestaltung befindet sich die Gelenkstelle 7 des Lenkers 4 senkrecht über dem senkrechten dünnen Steg 13". Dadurch führt eine Verdrehung des Zwischenstückes 18" unter Kraftwirkung zu keiner Höhenänderung der Gelenkstelle 7, so daß die Parallelität der Parallelführung ebenfalls nicht beeinflußt wird.

Es ist auch möglich, eine feste Grobkompensation durch eine der beschriebenen Maßnahmen durchzuführen und die verbleibende

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Nichtlinearität durch eine waagenindividuelle elektrische Feinkorrektur zu beheben. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere der beschriebenen Maßnahmen miteinander zu kombinieren. Die beschriebenen Korrekturmaßnahmen sind nicht nur für Waagen mit DMS-Ecklastsensor und elektronischer Ecklastkorrektur einsetzbar, sondern sie können auch bei Waagen ohne Ecklastsensor die Nichtlinearität des Ecklastverhaltens positiv beeinflussen.

In den Zeichnungen ist immer ein sogenanntes monolithisches Wägesystem dargestellt, bei dem also der Systemträger 1, der Waagschalenträger 2 und die Lenker 4 und 5 aus einem einzigen Metallblock hergestellt sind (beispielsweise durch Fräsen). Die erfindungsgemäße Abstützung mindestens eines Lenkers an einem Zwischenstück ist jedoch auch für Wägesysteme möglich, die aus einzelnen Bauteilen zusammengesetzt sind.
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Claims

Ansprüche:

1. Elektronische Waage mit einer Waagschale (3), die durch eine Parallelführung aus einem oberen (4,23) und einem unteren Lenker (5) in senkrechter Richtung beweglich mit einem gehäusefesten Systemträger (1 ;1';1";1'^TT) verbunden ist, mit mindestens zwei DMS (15,25), die in der Nähe der gehäuseseitigen Enden eines Lenkers (4,23) angeordnet sind und die die waagerechten Kräfte im Lenker (4,23) messen, die durch das von der Waagschale (3) auf die Parallelführung übertragene Drehmoment verursacht werden, und mit einer Elektronik, die aufgrund der Ausgangssignale der DMS (15,25) und von abgespeicherten Ecklast-Korrekturfaktoren den vom Wägeaufnehmer ausgegebenen Gewichtswert korrigieren, dadurch gekennzeichnet daß sich mindestens einer der Lenker (4,23) an seinem gehäuseseitigen Ende an einem Zwischenstück (28,18;18';18") abstützt, daß dieses Zwischenstück (28,18;18';18") durch mindestens einen, etwa senkrechten, dünnen Steg (13;13';13") und durch einen waagerechten, dünnen Steg (24,14;14';14") mit dem gehäusefesten Systemträger (1;&Idigr;';1";&Ggr;") verbunden ist und daß auf dem waagerechten, dünnen Steg (24,14; 14';14") mindestens ein DMS (15,25) befestigt ist.

2. Elektronäsche Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der waagerechte, dünne Steg (14';14") auf der gleichen Höhe wie die Lenkergelenkstelle (7) befindet.

3. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der waagerechte, dünne Steg (14) gegenüber der Lenkergeienkstelle (7) einen geringen Höhenversatz (Ah) aufweist.

4. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (18') durch zwei, etwa senkrechte, dünne Stege (13',43) und einen waagerechten, dünnen Steg (14') mit dem gehäusefesten Systemträger (1') verbunden ist.

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5. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich sowohl der obere Lenker (4) als auch der untere Lenker (5) an je einem Zwischenstück (18,58) abstützt und daß diese Zwischenstücke (18,58) jeweils durch mindestens einen, etwa senkrechten, dünnen Steg (13,53) und durch einen waagerechten, dünnen Steg (14,54) mit dem gehäusefesten Systemträger (1") verbunden sind,

6. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verlängerung des senkrechten, dünnen Steges (13") in der Verlängerung der dünnsten Stelle der Lenkergelenkstelle (7) des Lenkers (4) befindet.

7. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Lenker (4) in zwei Teillenker (4,23) aufgespalten ist, daß sich beide Teillenker (4,23) an ihrem gehäuseseitigen Ende an je einem Zwischenstück (18,28) abstützen, daß jedes Zwischenstück (18,28) durch mindestens einen, etwa senkrechten, dünnen Steg (13) und durch einen waagerechten, dünnen Steg (14,24) mit dem gehäusefesten Systemträger (1) verbunden ist und daß auf den beiden waagerechten Stegen (14,24) jeweils ein DMS (15,25) befestigt ist.

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