DE3003862A1

DE3003862A1 - Parallelfuehrung fuer eine elektronische waage

Info

Publication number: DE3003862A1
Application number: DE19803003862
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Christoph 3404 Adelebsen Berg; Erich 3406 Bovenden Knothe; Ing.(grad.) Franz-Josef 3414 Hardegsen Melcher
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1980-02-02
Filing date: 1980-02-02
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE3003862C2

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage mit einer Lastschale und mit einer Parallelführung für die Lastschale, wobei die Parallelführung Einstellelemente zur Reduzierung der Ecklastfehler aufweist.
Die erforderliche Genauigkeit für die Justierung der Parallelführung gegen Ecklastfehler nimmt mit wachsender Auflösung entsprechend zu. Soll die Waage beispielsweise noch 106 Schritte ohne Ecklastfehler auflösen, so muß auch die Parallelführung auf 10 6 genau justiert sein, was bei einer Größe der Parallelführung von 10 cm eine Einstellgenauigkeit und Stabilität von 0,1 um erfordert. Die Realisierung dieser Forderung macht aufwendige feinmechanische Einstellelemente und eine zeitraubende Justierung notwendig.
Zur besseren konstruktiven Beherrschung ist -in der DE-OS 2637539 bereits vorgeschlagen worden, die Einstellelemente für die Ecklast in solche für eine Grobjustierung und solche für eine Feinjustierung zu teilen. Dies bringt zwar Vorteile in der konstruktiven Ausgestaltung der Einstellelemente, vermindert aber nicht den feinmechanischen Aufwand und die Zahl der Justierschritte.
Aufgabe der Erfindung war es daher, den für die Einstellelemente notwendigen feinmechanischen Aufwand und den für die Justierung notwendigen Zeitbedarf wesentlich zu verringern.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß diese Einstellelemente nur für eine Grobjustierung vorgesehen sind, daß mindestens ein Sensor vorgesehen ist, der die von der Lastschale auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente mißt, und daß in der Elektronik der Waage Schaltmittel oder Programmteile vorgesehen sind, die aufgrund der Größe der nichtjustierten Ecklast und der Ausgangssignale des Sensors bzw. Sensoren den von der Waage ausgegebenen Gewichtswert korrigieren.
Durch den Wegfall der mechanischen Feinjustierung können die Einstellelemente wesentlich einfacher ausgebildet werden bzw. die getrennten Einstellelemente für die Feinjustierung entfallen ganz. Ebenso nimmt der Zeitbedarf für die Justierung ab, da die zeitraubenden kleinen Verstellungen zum exakten Erreichen des Optimums entfallen. Stattdessen müssen nur die bei der Grobjustierung erreichten Ecklastwerte einmal gemessen und in die Elektronik eingespeichert werden.
Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine elektronische Waage mit einer Lastschale und mit einer Parallelführung für die Lastschale ohne Einstellelemente zur Reduzierung der Ecklastfehler. Eine solche Bauart ist bis 3 zu iar Auflösung der Waage von ca. 10 SChritten mit vertretbaren Genauigkcitsansprüchen möglich. Dadurch, daß mindestens ein Sensor vorgesehen ist, der die von der Lastschale auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente mißt, und daß in der Elektronik der Waage Schaltmittel oder Programmteile vorgesehen sind, die aufgrund der Größe der vorhandenen Ecklast und der Ausgangssignale des Sensors/der Sensoren den von der Waage ausgegebenen Gewichts- wert korrigieren, kann diese Bauart auch bis zu einigen 104 Schritten Auflösung eingesetzt werden. Dadurch entfällt bei dieser Auflösung der mechanische Aufwand für die Einstellelemente zur Reduzierung der Ecklast ganz. Der Zeitbedarf für die Justierung verringert sich wesentlich, da nur die nach der Montage der Parallelführung vorhandenen Ecklastwerte einmal gemessen und in die Elektronik eingespeichert werden müssen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Sensoren zwischen Lastschale und Parallelführung so eingebaut, daß sie die übertragenen Drehmomante in zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen messen. Die zwei Sensoren können dabei auch durch einen Sensor ersetzt werden, der beide senkrecht zueinanderstehenden Komponenten gleichzeitig erfaßt.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist je ein Sensor in der Nähe der beiden gehäuseseitigen Befestigungen eines Lenkers der Parallelführung eingebaut. Dabei können aus'der Summe und der Differenz der Signalausgänge dieser beiden Sensoren die beiden senkrecht zueinanderstehenden Komponenten des von der Lastschale auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente abgeleitet werden.
Als Sensoren werden bevorzugterweise Dehnungsmeßstreifen oder Halbleiter mit piezoresistiven Effekt eingesetzt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben.
Dabei zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der für die Erfindung wesentlichen Elemente einer elektronischen Waage, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Teile der Fig. 1 und Fig. 3 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltmittel.
In Fig. 1 wird durch den gehäusefesten Bock 1, das bewegliche Teil 2 und die beiden Lenker 3 und 4 eine Parallelführung für die Lastschale 6 gebildet. Als Gelenke dienen dabei die Dünnstellen 10 und 11 im unteren Lenker 3 und die Dünnstellen 12 und 13 im oberen Lenker 4. Befindet sich der Schwerpunkt des Wägegutes in der Mitte der Lastschale, so wird sein Gewicht direkt durch eine am unteren Ende 19 des beweglichen Teiles 2 angelenkte Gegenkraft kompensiert. Oiese Gegenkraft ist in Fig. 1 nur summarisch als Kraftpfeil angedeutet, da ihre Erzeugung für das Verständnis der Erfindung unwesentlich ist. Beispielsweise kann sie durch die Kraftwirkung einer stromdurchflossenen Spule in einem Magnetfeld erzeugt werden.
Befindet sich das Wägsgut 18 aber außerhalb der Mitte der Lastschale 6, wie in Fig. 1 gezeichnet, so kompensieren sich Gewicht und Gegenkraft nicht mehr, sondern bilden ein Kräftepaar, dessen Drehmoment durch die Lenker 3 und 4 aufgenommen werden muß. In dem gezeichneten Beispiel wird der untere Lenker 3 auf Druck beansprucht und der obere Lenker 4 auf Zug. Die von den Lenkern übertragenen Kräfte müssen nun genau parallel sein, damit keine zusätzlichen senkrechten Kräfte auf das bewegliche Teil 2 übertragen werden, die die Gewichtsbestimmung verfälschen würde. Die Justierung der Lenkerparallelität und damit die Ecklastjustierung wird nun durch eine Höhenverstellung des Befestigungswinkels 7 vermittels der Schrauben 9 als Einstellelemente erreicht. In Fig. 2 erkennt man, daß zwei Schrauben 9 vorhanden sind, die durch gleichsinniges Verstellen die Ecklast links und rechts (bezügl. der Lage der gestrichelt gezeichneten Lastschale 6 in Fig. 2) zu justieren gestatten, während durch gegensinniges Verstellen die Ecklast oben und unten (bezügl. der Lage der gestrichelt gezeichneten Lastschale 6 in Fig. 2) justiert werden kann. Diese Einstellelemente 9 sind in der erfindungsgemäßen Waage nur für eine Grobjustierung vorgesehen und demgemäß verhältnismäßig einfach ausgeführt, beispielsweise als normale Schrauben mit der üblichen Steigung. Darüber hinaus kann vorgesehen werden, daß der Befestigungswinkel 7 nach der Grobjustierung durch seitliche Schrauben 6 fixiert wird, da eine dabei evtl. auftretende geringe Dejustierung nicht stört.
In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Waage sind nun Sensoren 20 und 21 am oberen Ausläufer 5 des beweglichen Teiles 2 vorgesehen. Diese Sensoren bestehen z.B. aus aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen, die das von der Lastschale 6 auf das bewegliche Teil 2 der Parallelführung übertragene Drehmoment messen. Dabei messen die zusammengehörenden Dehnungsmeßstreifen 20a und 20b die Komponente des Drehmomentes in der Zeichenebene der Fig. 1 bzw. links/ rechts in Fig. 2, während der Dehnungsmeßstreifen 21a zusammen mit einem in Fig. 1 nicht sichtbaren Dehnungsmeßstreifen 21b auf der Rückseite die Komponente deo Drcilmomentes vor/hinter der Zeichenebene in Fig. 1 bzw. oben/ unten in Fig. 2 erfaßt.
Beim Abgleich der Waage wird nun nach erfolgter Grobjustierung und nach Fixierung des Befestigungswinkels 7 durch die Schrauben 8 der Ist-Zustand bezüglich Ecklast in beiden Richtungen festgestellt und die beiden Korrekturfaktoren in zwei elektronischen Justierspeichern 30 und 31 (Fig.3) abgespeichert. Damit ist die Ecklastjustierung beendet.
Beim Wägevorgang wird nun das Ausgangssignal des Sensors 20 für die eine Komponente des Drehmomentes mit dem Inhalt des Justierspeichers 30 für die gleiche Komponente im Multiplizierbaustein 32 multipliziert und das Ergebnis mit dem Ergebnis aus dem Multiplizierbaustein 33 für die zweite Komponente des Drehmomentes addiert (im Addierbaustein 34). Oie Summe wird in einem weiteren Addierbaustein 35 zu dem von der Waagenelektronik 36 festgestellten Gewichtswert addiert und ergibt den korrigierten Gewichtswert, der in weiteren elektronischen Bausteinen verarbeitet oder angezeigt werden kann.
In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Waage sind nach Fig. 2 je ein Sensor 22 und 23 in der Nähe der beiden gehäuseseitigen Befestigungen des oberen Lenkers 4 der Parallelführung eingebaut. Dabei ergibt eine außermittige Lage des Wägegutes auf der Lastschale 6 in Richtung links/rechts - bezogen auf die räumliche Anordnung in Fig. 2 - ein gleiches Signal in beiden Sensoren, während eine außermittige Lage des Wägegutes auf der Lastschale in Richtung oben/unten - wieder bezogen auf die räumliche Anordnung in Fig. 2 - in den beiden Sensoren Signale mit verschiedenen Vorzeichen ergibt. Durch Bildung der Summe und der Differenz der Ausgangssignale der beiden Sensoren 22 und 23 können also wieder die beiden Komponenten des von der Lastschale auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente ermittelt werden. Die Justierung der Waage und die Signalverarbeitung in der Elektronik geschehen dann genau analog entsprechend der Beschreibung der ersten Ausgestaltung.
Die beiden beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich ebenso für elektronische Waagen mit einer Parallelführung ohne Einstellelemente zur Reduzierung der Ecklastfehler einsetzen. In den Figuren 1 und 2 fehlen nur der Winkel 7 mit den Schrauben 8 und 9, und der obere Lenker wird direkt auf dem entsprechend höheren Bock 1 befestigt.
Zusätzlich zu der Vereinfachung des mechanischen Aufbaues und der Justierung ist es bei der erfindungsgemäßen Waage durch leichte Änderungen an der Elektronik bzw. am Auswerteprogramm möglich, auch eine in manchen Konstruktionen auftauchende nichtlineare Abhängigkeit des Ecklastfehlers von der ausmittigen Lage des Wägegutes zu kompensieren.
Weiter ist es möglich, auch bei anderen Lagerungen der Lastschale (z.B. Brückenwaagen) durch entsprechend angeordnete Sensoren auf die genaue Einstellung der Ecklastfreiheit (bei Brückenwaagen also der Hebelverhältnisse zu verzichten und die verbliebene Ecklast elektronisch zu kompensieren.
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Claims

Parallelführung für eine elektronische Waage Patentansprüche: Elektronische Waage mit einer Lastschale und mit einer Parallelführung für die Lastschale, wobei die Parallelführung Einstellelemente zur Reduzierung der Ecklastfehler aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einstellelemente (9) nur für eine Grobjustierung vorgesehen sind, daß mindestens ein Sensor (20 bis 23] vorgesehen ist, der die von der Lastschale (6) auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente mißt, und daß in der Elektronik der Waage Schaltmittel (32 bis 35) oder Programmteile vorgesehen sind, die aufgrund der Größe der nichtjustierten Ecklast und der Ausgangssignale des Sensors/der Sensoren (20 bis 23) den von der Waage ausgegebenen Gewichtswert korrigieren.
2. Elektronische Waage mit einer Lastschale und mit einer Parallelführung für die Lastschale ohne Einstellelemente zur Reduzierung der Ecklastfehler, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (20 bis 23) vorgesehen ist, der die von der Lastschale (6) auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente mißt, und daß in der Elektronik der Waage Schaltmittel (32 bis 35) oder Programmteile vorgesehen sind, die aufgrund der Größe der vorhandenen Ecklast und der Ausgangssignale des Sensors/ der Sensoren (20 bis 23) den von der Waage ausgegebenen Gewichtswert korrigieren.
3. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor / die Sensoren (20,21) zwischen Lastschale (6) und Parallelführung (2,3,4,1) eingebaut ist/sind.
4. Elektronische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor/ die Sensoren (20,21) die übertragenen Drehmomente in zwesenkrecht zueinanderstehenden Richtungen mißt/messen.
5. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Sensor (22,23) in der Nähe der beiden gehäuseseitigen Befestigungen eines Lenkers der Parallelführung eingebaut ist.
6. Elektronische Waage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Summe und aus der Differenz der Ausgangssignale der Sensoren t22-,23) an den beiden gehäuseseitigen Befestigungen des Lenkers der Par- allelführung die beiden senkrecht zueinanderstehenden Komponenten des von der Lastschale auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente abgeleitet werden.
7. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor/die Sensoren (20 bis 23) aus Dehnungsmeßstreifen besteht/bestehen.
8. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor/die Sensoren t20 bis 23) den piezoresistiven Effekt bei Halbleitern ausnutzt/ausnutzen.