DE3416764A1 - Wiegesystem - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung ist eine Weiterentwicklung der Patentanmeldung P 32 46 011.2. Der Gegenstand dieser Anmeldung ist verwandt mit dem Gegenstand der US-Anmeldung Ser. No. 265 087, Kraftwandler, Serial No. 265 089, Einstellbares Gestänge, Serial-No. 265 086, Temperaturkompensiertes Meßsystem, Serial No. 265 09 0, Induktives Schaltkreiselement und Serial No. 265 092, Linearbewegungsgestänge, die alle am 19. Mai 1981 eingereicht wurden, und Serial No. 359 619, Kraftwandler, die am 18. März 1982 eingereicht wurde. Diese Anmeldungen sind hier durch die Bezugnahme eingeschlossen.

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Instrumentierung und befaßt sich speziell mit Gewichtsmeßsystemen.

Ein typisches vorbekanntes Wiegesystem umfaßt eine Plattform oder Wagschale zur Aufnahme des zu messenden Gewichts. Die Waagschale ist über einen Kraftwandler mit einem Stützelement oder Rahmen gekoppelt. Bei verschiedenen Formen des Standes der Technik sind der Wandler und die Waagschale mit dem Stützelement über Gestänge gekoppelt, die für die Gegenstände in der Schale eine relativ genaue Gewichtserfassung gestatten. Beispielsweise können die Kraftsensoren Zugmesser oder eine bewegliche Spule in einem festen Magnetfeld in einer Rückkopplungsanordnung umfassen.

Während die vorbekannten Wiegesysteme ein relativ genaues Maß von Gegenständen liefern, die in die Waagschale¹ gelegt werden, gibt es eine Anzahl von Nachteilen. Beispielsweise sind viele derartige Systeme besonders empfindlich für ein außermittiges Auflegen des zu messenden Gegenstands in der "Waagschale. Eine derartige außermittige Belastung kann: die Ursache für Fehler auf Grund von Reibungsverlusten im System

sein. Um solchen Verlusten entgegenzuwirken, verwenden die vorbekannten Waagensysteme häufig verschiedene Formen von mechanischen Gestängen, um derartige Fehler zu reduzieren. Beispielsweise offenbart die US-PS 4 026 416 eine Biegeanordnung, welche die Bewegung der Waagschale längs einer einzigen Abtastachse beschränkt. Derartige Systeme sind jedoch in ihrem Bewegungsbereich und folglich im Bereich der zulässigen Gewichte beschränkt.

Ein weiterer Nachteil vieler vor bekannter Systeme ist die Änderung dieser Systeme mit der Temperatur, was auf Temperatureffekte am Abtastwandler und der zugeordneten Schaltung zurückzuführen sein kann.

Es ist folglich ein Ziel der Erfindung ein sehr genaues und sehr präzises Wiegesystem anzugeben.

Es ist ein weiteres Ziel, ein Wiegesystem anzugeben, welches bezüglich der Temperaturänderungen des Systems kompensiert ist.

Kurz gesagt, ist die Erfindung ein Wiegesystem, welches ein Krafteingangselement, z. B. eine Waagschale und eine starre Armatur umfaßt. Ein erstes Gestänge koppelt die Armatur mit einem Bezugselement oder Gehäuse auf eine Weise, durch welche die Armatur auf eine Bewegung längs einer Bezugsachse beschränkt ist, die bezüglich des Bezugselements festliegt. Im allgemeinen ist dieses Gestänge besonders widerstandsfähig gegen darauf einwirkende Momente.

Ein Kraftwandler ist zwischen der Armatur und dem Bezugselement angeschlossen. Der Kraftwandler umfaßt ein Paar·von komplementären, einander gegenüberliegenden Oberflächen, deren gegenseitiger Abstand mit der Kraft am Kraftwandler verknüpft ist.

Ein mit dem Kraftwandler gekoppelter Positionssensor erzeugt

ein Signal, welches repräsentativ ist für den Abstand zwischen den komplementären, einander gegenüberliegenden Oberflächen des Kraftwandlers.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet einen mechanischen Filter, der zwischen der Waagschale und dem starren Anker "in Reihe" geschaltet ist. Der Filter enthält eine Feder und Dämpfungselemente, die zusammen einen Tiefpaßfilter bilden, der Schwingungen wirksam schwächt, die sich aus der Placierung der Gegenstände in der Waagschale oder aus Schwingungen ergeben, die von der Oberfläche aus übertragen werden, auf der die Waage steht. Gleichzeitig werden auf die. Armatur andauernde und niederfrequente Kräfte übertragen, die auf das Krafteingangselement ausgeübt werden. Auf Grund dieser Verbindung erzeugen die Reibungsverluste im mechanischen Filter keine Fehler in der Wiegemessung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält dieser "in Reihe" geschaltete mechanische Filter eine Parallelogrammstruktur mit zwei starren seitlichen Elementen, die durch zwei elastische Elemente überbrückt sind. Diese Bestandteile sind ohne Scharnierverbindungen aneinander befestigt und erzeugen eine Federwirkung. Zwei elastische Arme sind in dieser Parallelogrammstruktur eingebaut und erstrekken sich zueinander in gegenseitigem Abstand im allgemeinen längs einer Diagonale im Parallelogramm. Ein vorzugsweise verlustreiches elastisches Material mit einer großen Energieaufnahme bei Verformung befindet sich zwischen den sich diagonal erstreckenden Armen und bilden einen Dämpfer.

Bei einer weiteren "in Reihe" geschalteten Ausführungsform ist zwischen der Waagschale und der Armatur ein Dämpfer angeschlossen. Ein zweites Gestänge verbindet die Waagschale elastisch mit dem Anker und gestattet einen verhältnismäßig grossen Bereich einer gegenseitigen Linearbewegung dieser Elemente .

Bei einer weiteren "in Reihe" geschalteten Ausführungsform kann der mechanische Filter unmittelbar zwischen der Waag-

schale und einem mit der Armatur gekoppelten starren Stützglied angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform kann das federähnlicher Ansprechen des mechanischen Filters durch einen Satz von nachgiebigen, weichen, elastischen Stützen erzeugt werden, die auf dem Stützelement ruhen und die Waagschale tragen. Die Dämpfung erfolgt durch ein elastomeres Rohr, das als elastische Dichtung wirkt, die den Stützschalenspalt überbrückt und ein eingeschlossenes Luftvolumen erzeugt. Eine kleine Öffnung im Stützelement erzeugt die gewünschte Dämpfung. Bei dieser Ausführungsform trägt das elastomere Rohr auch zur Federwirkung bei. Bei einer weiteren verwandten Form hat die Schale einen nach unten abstehenden Schürzenteil, der vom Rand des Stützelements in kleinem Abstand angeordnet ist. Dieser ringförmige Spalt wirkt in gleicher Weise wie die kleine Öffnung. Bei beiden Ausführungsformen kann ein an das Krafteingangselement angrenzender Teil des Gehäuses als Anschlag wirken und die maximale senkrechte Verschiebung der Waagschale begrenzen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kopplung zwischen der Wagschale und der Armatur im wesentlichen starr. Bei dieser Ausführungsform wird vorzugsweise eine digitale Signalverarbeitung des AusgangsSignaIs des Positionssensors angewendet zum Entfernen der Wirkungen der Hochfrequenzschwingungen.

im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer "parallelen" Dämpfung;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Ausführungsform des Systems von Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt der Ausführungsform von Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Ausführungsform des Positionssensors des Systems von Fig. 1;

Fig. 5 eine Ausführungsform des Induktors des Positionssensors von Fig. 4;

Fig. 6 ein Blockdiagramm des Prozessors des Systems TOn Fig. 1;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung einer seriellen mechanischen Filterung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung einer seriellen mechanischen Filterung;

Fig. 9 einen Schnitt einer Ausführungsform des seriellen mechanischen Filter von Fig. 7;

Fig.10 einen Schnitt einer alternativen Ausführungsform des seriellen mechanischen Filters von Fig. 7;

Fig.11 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung einer seriellen mechanischen Filterung;

Fig.12 eine schematische Darstellung einer anlogen mechanischen Ausführung des seriellen mechanischen Filter -von Fig. 11:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Wiegesystems 210 nach der Erfindung unter Anwendung einer parallelen Dämpfung, wie sie in der US-PS 4 382 479 be-

schrieben ist. Diese Ausführungsform umfaßt eine Waagschale 212 und einen zugehörigen Stützpfosten 214,der für eine Bewegung längs einer Bezugsachse 216 geeignet ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die "Schale" durch irgendeine andere Art eines Krafteingangselements ersetzt werden. Der Stützpfosten 214 ist über eine mechanische Dämpfungsanordnung 218 mit einem Bezugselement (oder Gehäuse) 220 gekoppelt, welches gegenüber der Bezugsachse 216 feststeht. Die Waagschale 212 und deren Stützpfosten 214 sind mit einem Armaturelement oder einer Armatur 226 über ein Parallelogrammgestänge 16 0 verbunden.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 7 mit der Erfindung ist der Stützpfosten 214 über eine mechanische Dämpferanordnung 218 mit der Armatur 226 "in Reihe" geschaltet. Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Waage 219 nach der Erfindung unter Verwendung eines verallgemeinerten "seriellen" mechanischen Filters. Fig. 9 und 10 zeigen alternative Ausführungsformen des "seriellen" mechanischen Filters von Fig. 8. Fig. 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des "seriellen" mechanischen Filters von Fig. 8.

Bei allen Ausführungsformen von Fig. 1, 7, 8 oder 11 ist das Armaturelement 226 über eine Parallelführungsgestängeanordnung 110 mit dem Stützelement 220 verbunden. Ein Kraftwandler 10 ist zwischen das Armaturelement 226 und das Stützelement 220 gekoppelt. Der Kraftwandler 10 ist über eine Leitung 10a mit einem Bewegungssensor 244 gekoppelt. Der Positionssensor 244 liefert seinerseits ein Ausgangssignal auf einer Leitung 244a, welches für die Bewegung eines Elements des Kraftwandlers 10 repräsentativ ist, die sich auf Grund der Verlagerung der Wagschale 212 durch das darin befindliche zu messende Gewicht ergibt.

Ein Prozessor 250 spricht auf das Signal auf der Leitung 244a an und liefert ein Ausgangssignal auf der Leitung 250a. Dieses Signal ist repräsentativ für das Gewicht des Gegenstands in der Waagschale 212.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht (ohne Wagschale 212). Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine beispielsweise Ausfuhrungsform des Wiegesystems von Fig. 1.

Im folgenden werden die verschiedenen Elemente des Systems beschrieben.

Waagschale 212 und Stützpfosten 214

Die Waagschale 212 ist bei allen dargestellten Ausführungsformen eine Plattform, die sich zur Aufnahme eines von einer Waage 210 zu wiegenden Gegenstands eignet. Ein kreisförmige zylindrischer Stützpfosten 214 steht von der Unterseite der Waagschale 212 ab. Dieser Pfosten 214 ist im wesentlichen auf eine nahezu reibungslose gedämpfte Bewegung längs der Bezugsachse 216 beschränkt, und zwar durch Teile des Systems 210, die weiter unten beschrieben sind.

Dämpfer 218

Zur Begrenzung und Dämpfung der senkrechten Bewegung des Stützpfostens 214 können beliebig viele Dämpfungseinrichtungen Verwendung finden. Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist der Dämpfer 218 zwischen dem Stützpfosten 214 und dem Stützelement 220 "parallel "geschaltet . Eine Ausführungsform dieses Dämpfers "paralleler" Bauart verwendet zwei im allgemeinen kreisförmige Elemente 218a und 218b, vgl. Fig. 2 und 3. Die einander gegenüberliegenden Teile der Elemente 218a und 218b enthalten jeweils einen Satz von konzentrischen kreisförmigen Rippen. Bei einer gegenseitigen Bewegung der Elemente 218a, 218b längs der

Bezugsachse 216 kommen die Rippen des Elements 218a in Eingriff mit den Rippen des Elements 218b derart, daß die zwischen den Rippen verdrängte Luft eine schwache Reibungswirkung der gegenseitigen Bewegung der Elemente 218a, 218b erzeugt. Die maximale Abwärtsverschiebung der Waagschale 212 ist auf die Tiefe der Rippen der Elemente 218a und 218b beschränkt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. ist der Dämpfer 218 zwischen dem Stützpfosten 214 und dem Armaturelement 226 "in Reihe" geschaltet. Diese Kopplung hat den Vorteil, daß Reibungsverluste im Dämpfer keine Fehler des gemessenen Gewichts liefern, wie sie es können, wenn der Dämpfer zwischen dem Krafteingangselement und dem Gehäuse parallelgeschaltet ist. Diese Anbringung des Dämpfers 218 erfolgt durch Befestigen des Elements 218b am Boden des Armaturelements 226 am V-förmigen Element 138 (Fig. 2 und 3) der Gestängeanordnung 110 statt am Gehäuse 220 gemäß Fig. 2 und 3.

Fig. 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des seriellen mechanischen Filters der Erfindung. Fig. 12 zeigt schematisch eine vereinfachte mechanische analoge Schaltung. Bei der Ausführungsform von Fig. 11 ist die Funktion des Parallelbewegungsgestänges 160 von Fig. 7 und der Verdrängungsluftdämpfer 218 durch eine Parallelogrammkonstruktion 150 ersetzt mit zwei im allgemeinen parallelen, starren "senkrechten" Elementen 152 und 154, die durch zwei im allgemeinen parallele, elastische Federelemente 156, 158 verbunden sind. Diese Parallelogrammelemente sind durch ihre aneinandergrenzenden Enden so aneinander befestigt, daß einer im allgemeinen senkrechten Verschiebung eines der senkrechten Elemente 152, 154 gegenüber dem anderen derartigen Element in Abhängigkeit von der Kraft eines zu wiegenden Gegenstands durch die Federkraft entgegengewirkt wird, die durch eine S-förmige Durchbiegung der Elemente 156, 158 erzeugt wird. Diese Parallelogrammstruktur lie-

fert eine geführte Bewegung des senkrechten seitlichen Elements 152 im allgemeinen längs der senkrechten Bezugsachse 216. Die Elemente 152, 154, 156 und 158 sind senkrecht zur Ebene von Fig. 11 auch ausreichend breit, um anderen Momenten zu widerstehen als denjenigen, die längs der Bezugsachse gerichtet sind. Während die Parallelogrammstruktur 150 zwei senkrechte Elemente aufweist, so daß sie eine unabhängige Biegung ausführt, ist ersichtlich, daß die äquivalente Funktion erzielbar ist durch Befestigen der Federelemente 156, 158 unmittelbar am Stützpfosten 214 und am Armaturelemente 226.

Die Parallelogrammstruktur 150 enthält zwei Arme 161, 162, die jeweils an einem der senkrechten Elemente befestigt sind. Die Arme 161, 162 können starr sein, sind aber vorzugsweise beim Biegebetrieb biegsam und beim Zug-Druckbetrieb längs ihrer eigenen Achsen ziemlich starr. Sie erstrecken sich parallel im Abstand zueinander vorzugsweise längs einer Diagonale der Parallelogrammstruktur. Die freien Enden 161a, 162a der Arme 161, 162 überdecken einander. Ein Teil aus Energieabsorbierenden (mit Verlusten behaftetem) elastischen Material 218' ist zwischen den Enden 161a, 162a befestigt. Das Material 218' wirkt als Dämpfer zum Schwächen der Schwingungen, die erzeugt werden durch einen auf die Wagschale 212 gelegten Gegenstand oder durch äußere Schwingungen der Oberfläche, auf der sich das Wiegesystem 210 befindet. Die Biegung der Parallelogrammstruktur erzeugt hauptsächlich eine Scherbewegung im Material 218", obwohl es auch einen Zug- oder Dickenverringerungsbetrieb gibt. Wenn dagegen die Arme völlig starr und an ihren Verankerungspunkten angelenkt sind, ergibt eine Verformung des Biegeelements nur eine Scherung des Materials 218'. Es sei angegeben, daß die Arme 161, 162 und das Material 218' der Parallelogrammstruktur 150 eine gewisse Nachgiebigkeit verleihen. Es sei auch angegeben, daß die Anordnung der Arme 161, 162 nicht kritisch ist. Sie können zum Beispiel mit den senkrechten Elementen an einer Stelle verbunden sein, die von den an die Elemente 156, 158 angrenzenden Ecken ent-

ferrit sind, oder können mit den biegsamen Elementen selbst verbunden sein.

Fig. 12 ist ein mechanisches Gegenstück zur gedämpften Parallelogrammstruktur von Fig. 11. Die Anordnung ist im wesentlichen ein gedämpftes Feder-Masse-System mit dem Material 218', das in Reie mit einer Feder S₁ und einer Masse angeordnet ist und die Dämpfung und einen Grad von Nachgiebigkeit vorsieht. Dieses System enthält jedoch ein Federelement, das mit dem Dämpfer parallelgeschaltet und durch eine Feder S₀ wiedergegeben ist. Somit ist die Feder S₁ wichtig beim Schwächen von hochfrequenten Schwindungen, da der Dämpfer bei Hochfrequenzen so anspricht, als ob eine starre Verbindung vorhanden wäre. Ein einfaches gedämpftes Feder-Masse-System schwächt für gewöhnlich diese hohen Frequenzen nicht wirksam ab , da diese von der Resonanzfrequenz des Systems für gewöhnlich weit entfernt sind.

Ein weiterer ausgeprägter Vorteil der gedämpften Parallelogrammstruktur 150 besteht darin, daß sie eine serielle mechanische Filterung und Kopplung zwischen dem Krafteingangselement und der Armatur bei Verwendung einer Konstruktion vorsieht, die aus üblichen Materialien leicht hergestellt werden kann. Zum Beispiel können die Elemente 156, 158, und 162 aus Federstahl hergestellt sein. Dies -vermeidet die Verwendung des verhältnismäßig komplexen Biegeelements 160 und des Verdrängungsluftdämpfers 218. Die Elemente 156, können im wesentlichen steif sein. Diese Anordnung liefert keine Elastizität oder Dämpfung und daher keine mechanische Filterung. Jedoch ist das Wiegesystem trotzdem mit der weiter unten beschriebenen Signalverarbeitung betriebsfähig. Dies ist in mechanischer Hinsicht äquivalent einer direkten starren Kopplung zwischen der Waagschale und dem Kraftwandler, und es ist natürlich möglich, diese Kopplung vorzusehen.

Eine weitere Ausführungsform einer einfachen, preiswerten

Dämpfers in "Reihenschaltung" ist in Fig. 10 gezeigt, wo der Stützpfosten 214 ein im allgemeinen kreisförmigen Stützelement 214a hält und sich ein im allgemeinen kreisförmiges hohlen elastisches Rohr 213 zwischen der Unterseite der Wagschale 212 und der Oberseite des Elements 214a erstreckt. Bei dieser Ausführungsform und auch bei denjenigen von Fig. 7, 8 und 9 hat das Gehäuse 220 einen Teil 220a, der sich unter der Wagschale 212 erstreckt und normalerweise in geringem Abstand unter der Unterseite der Waagschale angeordnet ist. Bei der Ausführungsform von Fig. 9 besteht zusätzlich der Gehäuseteil 22 0a aus einem erhabenen Teil des Gehäuses 220. Bei dieser Konstruktion wirkt der Gehäuseteil 220a als Anschlagelement, das die maximale senkrechte Abwärtsverschiebung der Waagschale begrenzt. Wenn die anfänglichen augenblicklichen ausgeübten Kräfte groß sind, begrenzt das Anschlagelement 220a die maximale Amplitude der Schwingungen und unterstützt hierdurch den Dämpfer 218 beim schnellen Bringen des Krafteingangselements in eine Ruhestellung. Der Gehäuseteil 220a befindet sich auch im Abstand von Stützpfosten 214, so daß an dieser Zwischenfläche keine Reibungsverluste auftreten .

Gemäß Fig. 10 befindet sich innerhalb des Umfangs des Rohrs 213 eine Öffnung 215, die das Ein- und Ausströmen von Luft ermöglicht, die zwischen der Wagschale 212, dem Stützelement 214a und dem Rohr 213 eingeschlossen ist, wenn ein Gegenstand zum Wiegen auf die Waagschale . gelegt ist. Die Größe der Dämpfung durch diese Anordnung wird durch die je Zeiteinheit verdrängte Luftmenge und daher schließlich durch die Größe der Öffnung bestimmt. Eine Anzahl von elastischen Stützelementen 217 zwischen der Waagschale 212 und dem Oberteil des Stützelements 214a dient zum Stützen der Waagschale, wirkt als Federelemente und wirkt an den Grenzen ihrer Zusammendrückung in Verbindung mit dem Gehäuseteil 220a als Anschlagelemente, die die Abwärtsverschiebung der Waagschale begrenzen.

Eine alternative Ausführungsform dieser Luftfederbauart mit Dämpfer in Reihenschaltung ist in Fig. 9 gezeigt, wo eine im allgemeinen kreisförmige Waagschale 212 eine nach unten abstehende Schürze 212ä aufweist. Der Stützpfosten 214 ist mit einem im allgemeinen kreisförmigen Element 214a versehen, das an dessem oberen Ende waagerecht angeordnet ist und dessen Durchmesser so gewählt ist, daß der Spalt zwischen dem Stützelement 214a und der Schürze 212a als öffnung dient, die das Ausströmen der zwischen der Plattform, der Unterseite der Waagschale und der Schürze eingeschlossenen Luft ermöglicht. Diese ringförmige öffnung wirkt in derselben Weise wie die Öffnung 215 in der Ausführungsform von Fig. 10. In ähnlicher Weise dient eine Anzahl von elastischen Stützelementen 217 zwischen der Waagschale und dem Stützelement 214a als federartige Waagschalenstützen und als Anschlagelemente.

Armatur 226 und Gestänge 160

Bei den Ausführungsform von Fig. 1 und 7 ist der Stützpfosten 214 mit einer Armatur 226 über ein Gestänge 160 gekoppelt. Das Gestänge 160 ist ein Gestänge, welches die Bewegung eines Bezugselements, welches dem Stützpfosten 214 entspricht, auf eine Bewegung längs einer Bezugsachse, welcher der Achse 216 entspricht, beschränkt, die eine im wesentlichen feste Orientierung bezüglich der Armatur 226 hat. Die "Parallelogramm"-Bewegung des Gestänges 160 ist erwünscht, um die Waagschale waagerecht auszurichten. Diese Wirkung ist aber nicht wesentlich.

Bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Armatur 22 6 die Form eines geschlossenen Metallblechgehäuses. Das Gestänge 160 hat im wesentlichen die Form, die in der US-Patentanmeldung Serial No. 265 092 (SET-120) gezeigt ist, welche durch die Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wurde. Fig. 1 dieser Anmeldung zeigt das Gestänge 160.

Das Gestänge 160 ist geeignet, die Bewegung eines Bezugselements 162 (welches dem Stützptßosten 214 entspricht) auf eine Bewegung längs einer Bezugsachse 164 zu beschränken (welche der Bezugsachse 216 entspricht), welche bezüglich eines Stützelements 166 feststeht (welches der Armatur 226 entspricht) . Das Gestänge 160 umfaßt zwei Paare von V-förmigen elastischen Biegeelementen. Das erste oder obere Paar umfaßt die Elemente 168 und 170, während das zweite oder untere Paar die Elemente 172 und 174 umfaßt. Jedes der Elemente 168, 170, 172 und 174 besitzt einen Scheitelendbereich und erste sowie zweite ferne Endbereiche.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die ersten fernen Endbereiche des oberen Paars von Biegeelementen (Elemente 168 und 170) miteinander gekoppelt, während die zweiten fernen Endbereiche des oberen Paars miteinander gekoppelt sind. In ähnlicher Weise sind die ersten fernen Endbereiche des unteren Paars von Biegeelementen (Elemente 172 und 174) miteinander gekoppelt, während die zweiten fernen Endbereiche des unteren Paars miteinander gekoppelt sind.

Die ersten fernen Endbereiche des oberen Paars von Biegeelementen sind außerdem mit den entsprechenden ersten fernen Endbereichen des unteren Paars von Biegeelementen über ein starres Kopplungseiement 176 mit der Länge L in der Richtung der Bezugsachse 216 gekoppelt. In ähnlicher Weise sind die zweiten fernen Endbereiche des oberen Paars von Biegeelementen auch mit den zweiten fernen Endbereichen des unteren Paars von Biegeelementen durch ein starres Kopplungselement 178 mit der Länge L in Richtung der Bezugsachse 216 gekoppelt.

Der Scheitelteil des oberen Biegeelements 168 des oberen Paars ist mit dem Stütztelement 166 (d. h. der Armatur 226) an einem Punkt M1 gekoppelt. In ähnlicher Weise ist der Scheitelbereich des oberen Elements 172 des unteren Paars mit dem Stütztelement 166 (d. h. mit der Armatur 226) an einem Punkt M2 gekoppelt.

wobei die Punkte M1 und M2 in Richtung der Achse 164 (d.h. der Achse 216) durch einen Abstand L getrennt sind.

Der Scheitelteil des unteren Biegeelements im oberen Paar ist mit dem Bezugselement 162 (d. h. mit dem Stützpfosten 214) an einem Punkt N1 gekoppelt. In ähnlicher Weise ist der Scheitelteil des unteren Elements 174 des unteren Paars mit dem Bezugslement 162 (d.h. dem Stützpfosten 214) an einem Punkt N2 gekoppelt.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wirken die Verlängerungen der Scheitelteile über die betreffenden Punkte T, U, V und W hinaus im wesentlichen als starre Kopplungen mit den betreffenden Stützpfosten 214 und der Armatur 226. Folglich ist der Abstand zwischen den Punkten M1 und M2 (M1M2) im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den Punkten T und U (TU) und der Abstand zwischen den Punkten N1 und N2 (N1N2) ist im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den Punkten V und W (VW), wobei sich alle diese Abstände M1M2, TU, N1N2 und VW auf Abstände in Richtung der Bezugsachse 216 beziehen. Im Ergebnis sind alle diese Abstände QS, PR, VW und TU gleich dem Abstand L.

Außerdem hat der Punkt S an der Oberfläche der Biegeelemente 172 und 174 gleiche Abstände von den Punkten W und U (d.h. SW=SU), der Punkt R hat den gleichen Abstand auf der Oberfläche der Biegeelemente 172 und 174 von den Punkten W und U (d.h. RW=RU), der Punkt Q hat den gleichen Abstand auf der Oberfläche der Biegeelemente 168 und 170 von den Punkten T und V (d.h. VQ=TQ), und der Punkt P hat den gleichen Abstand auf der Oberfläche der Biegeelemente 168 und 170 von den Punkten T und V (d.h. VP=TP).

Mit dieser Anordnung und in Verbindung mit dem Dämpfer 218 ist das Bezugselement 162 (entsprechend dem Stützpfosten 214 in Fig. 2 und 3) auf relativ große gedämpfte Bewegungen im we-

sentlichen längs der Achse 164 beschränkt (die der Bezugsachse 216 in Fig. 2 und 3 entspricht), die bezüglich des Stützelements 166 (entsprechend Fig. 2 und 3) fixiert ist. Solche Bewegungen können in Abhängigkeit von Kräften auftreten, die durch Gegenstände in der Waagschale212 verursacht werden.

Gestänge 110

Die Armatur 226 ist auch mit dem Stützelement (oder Gehäuse) 220 über das Gestänge 110 verbunden. Das Gestänge 110 ist ein Gestänge, welches die Bewegung des Bezugselements (welches der Armatur 226 entspricht) auf eine Bewegung längs einer Bezugsachse beschränkt, welche parallel zur Bezugsachse 216 verläuft und eine im wesentlichen feste Orientierung bezüglich des Stützelements 220 besitzt.

Das Gestänge 110 hat im wesentlichen die Form, die in der durch die Bezugnahme eingeschlossenen US-Patentanmeldung Serial No. 265 089 gezeigt ist. Fig. 1 dieser Anmeldung zeigt das Gestänge 110.

Das Gestänge 110 ist geeignet, die Bewegung eines Bezugselements 112 (welches der Armatur 226 entspricht) auf eine Bewegung längs einer Achse 116 zu begrenzen (die einer Achse parallel zur Bezugsachse 216 entspricht), wobei diese erste Bezugsachse 116 bezüglich eines Stützelements 220 fixiert ist. Das Gestänge 110 umfaßt ein Paar länglicher Biegeelemente 124 und 126. Die Biegeelemente 124 und 126 sind, wie gezeigt, Träger mit Biegestellen 125 bzw. 127 an einem Ende. Die Biegestellen 125 und 127 an den Enden jedes der Biegeelemente 124 und 126 sind durch die betreffenden Trägerteile 124a und 126a mit dem Stützelement 220 verbunden.

Das andere Ende jedes der Biegelemente 124 und 126 ist mittelt einer einstellbaren Kopplungsanordnung mit dem Stütz-

element 220 verbunden. Die einstellbare Kopplungsanordnung für das Biegelement 124 umfaßt eine Schraube. 130 in der Nähe des freien Endes des Biegeelements 124 sowie eine zugeordnete Gewindebohrung mit einem Verlängerungsteil 132 des Stützelements 220. Die Bewegung dieses Endes des Biegeelements 124 wirkt einer Feder 134 entgegen. Bei dieser Anordnung kann die Schraube 130 gedreht werden, um das freie Ende des Biegeelements 124 in der Richtung der Achse 116 einstellbar zu positionieren.

In ähnlicher Weise umfaßt die einstellbare Kopplungsvorrichtung für das Element 126 eine Schraube 131 in der Nähe des freien Endes des Biegeelements 126, eine zugeordnete Gewindebohrung im Verlängerungsteil 132 und eine Feder 135. Die Schraube 131 kann gedreht werden, um das freie Ende des Biegeelements 126 in Richtung der Achse 116 einstellbar zu positionieren.

Das Gestänge 110 umfaßt ferner zwei V-förmige Biegeelemente 136 und 138, von denen jedes ein Scheitelende (mit einer Biegestelle oder einem Scharnier) und zwei ferne Endbereiche (jeweils mit einer Biegestelle oder einem Scharnier) umfaßt. Die Scheitelbereiche der Biegeelemente 136 un d 138 sind (über Verlängerungsträgerteile 136a und 138a über die Scheitelbiegestelle hinaus) mit den Enden des Bezugselements 112 an Punkte B bzw. C gekoppelt, die in Richtung der Bezugsachse 116 durch den Abstand X getrennt sind.

Das erste und zweite ferne Ende des Biegeelements 136 sind an den Kopplungspunkten A bzw. D über Verlängerungsträgersteile 136b bzw. 136c (jenseits der Biegestellen am fernen Ende) und über zugeordnete Abstandselemente 142 bzw. 143 mit den Biegeelementen 124 und 126 an Punkten zwischen den Biegestellen und den freien Enden dieser Biegeelemente verbunden. Die Punkte A und D liegen längs einer Achse 140, welche nominell parallel senkrecht zur Bezugsachse 116 liegt. Bei der bevor-

zugten Ausführungsform sind die Punkte A und D in der Größenordnung \on 1/10 des Abstands von der Biegestelle zum freien Ende des betreffenden Biegeelements 124 und 126.

Das erste und das zweite ferne Ende des V-förmigen Elements 138 sind mit dem Stützelement 220 (durch Verlängerungsträgerbereiche 138b bzw. 138c jenseits der Biegungen am fernen Ende) mit ihren jeweiligen Biegestellen verbunden, die an den Punkten E und F liegen. Die Punkte E und F liegen auf einer dritten Bezugsachse 144, die zur Achse 116 senkrecht ist.

Wenn die Achse 140 parallel zur Achse 144 ist und von dieser durch den Abstand X in Richtung der Achse 116 getrennt ist, dann ist die Bewegung des Bezugselements 112 derart beschränkt, daß sie im wesentlichen längs der Achse 116 erfolgt. Außerdem ist das Element 112 im wesentlichen widerstandsfähig gegenüber Momenten um die Achse 116.

Das Gestänge 110 ist besonders leicht so einzustellen, daß die Achsen 140 und 144 parallel sind. Im allgemeinen können die Schrauben 130 und 131 einstellbar positioniert werden, um eine "Feinabstimmung" oder eine genaue Kontrolle dieser Bewegungen zu erreichen. Die Lage der Verbindung des Endes der Elemente 136 und 138 längs der Biegeelemente 124 und 126 kann selektiv gewählt werden, um eine Nonius-Kontrolle der Echtheit dieser Bewegung zu liefern.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Abstand zwischen den Punkten A u nd B gleich dem Abstand zwischen den Punkten D und B. Der Abstand zwischen den Punkten F und C ist gleich dem Abstand zwischen den Punkten E und C. Diese Beziehungen erlauben den maximalen Bewegungsbereich des Elements 112 längs der Achse 116. Es können jedoch auch andere Beziehungen benutzt werden.

Bei der beschriebenen Konstruktion für das Gestänge 110 gestatten die beiden Einstellschrauben 130 und 131 ein vollständiges Ausrichten bzw. eine "Feinabstimmung" des Gestänges zur Optimierung der Bewegung der Armatur 226. Das Gestänge ist besonders widerstandsfähig gegen Momente, die durch außermittige Belastung in irgendeiner Richtung durch einen zu wiegenden Gegenstand in der Wagschale 212 entstehen,

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Biegeelemente 124, 126, 134 und 136 relativ starre Träger mit Biegestellen an bestimmten Orten. Bei anderen Ausführungsbeispielen können diese Elemente durch Elemente mit einer verteilten Biegestelle, zum Beispiel, Federstahl, ersetzt werden.

Kraftwandler 10

Der Kraftwandler 10 ist zwischen der Armatur 226 und dem Stützelement 220 angeschlossen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kraftwandler 10 ein kapazitiver Sensor im wesentlichen von der in Fig. 1 der US-Patentanmeldung Serial No. 265 087 (SET-114) gezeigten Form. Die Offenbarung dieser Anmeldung wurde durch die obige Bezugnahme in diese Anmeldung eingeschlossen.

Wie dort gezeigt, umfaßt der Kraftwandler 10 ein Paar von einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden länglichen Elementen 12 und 14, die sich längs einer gemeinsamen zentralen Achse 16 erstrecken. Das längliche Element 12 ist auch in Fig. 2 gezeigt. Die Elemente 12 und 14 besitzen an ihren einander benachbarten Enden komplementäre Flächen. Wie gezeigt, bilden die gesamten Endbereiche der Elemente 12 und 14 die komplementären Flächen, obwohl die komplementären Flächen bei anderen Ausführungsbeispielen nur ein Teil der benachbarten Enden sein können.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen die Flächen der

Elemente 12 und 14 ebene Bereiche 20 bzw. 22, die in Richtung einer ersten Bezugsachse 30 versetzt sind, die senkrecht zur zentralen Achse 16 verläuft. Die ebenen Bereiche 2 0 und 22 sind parallel zu einer zweiten Bezugsachse 24, die senkrecht zu den Achsen 16 und 30 verläuft. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die ebenen Bereiche 20 und 22 auch parallel zur zentralen Achse 16, obwohl sie bei anderen Ausführungsbeispielen auch winkelmäßig gegenüber der Achse 16 versetzt sein können. Wie gezeigt, sind die Flächen auf beiden Seiten der Flächen 20 und 22 parallel zur Achse 30 und senkrecht zur Achse 16, obwohl andere Orientierungen dieser Flächen ebenfalls benutzt werden können. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Elemente 12 und 14 im wesentlichen identisch. Diese Elemente sind miteinander verbunden und bilden den Kraftwandler 10.

Die länglichen Elemente 12 und 14 umfassen jeweils zwei ebene Schlitze, die, ausgehend von ihren komplementären Flächen, in zu den Achsen 16 und 24 parallelen Ebenen verlaufen.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beiden Schlitze in den beiden Elementen 12 und 14 gleich tief. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann in jedem der Elemente 12 und 14 der eine Schlitz eine Tiefe A und der andere Schlitz eine Tiefe B haben, wobei mindestens A oder B von Null verschieden ist und die Summe A + B einem gegebenen Wert gleich ist. Außerdem sind die beiden Schlitze im Element 12 in Richtung der Achse 3 0 im Abstand voneinander angeordnet, so daß der obere Trägerteil 12a und der untere Trägerteil 12b des Elements 12 (d.h. die durch die Schlitze und die äußeren Endflächen des Elements 12 begrenzten Trägerteile) für Momente bezüglich zur Achse 24 parallelen Achsen relativ flexibel sind.

Beim betrachteten Ausführungsbeispiel sind die Elemente 12 und 14 im wesentlichen identisch. Folglich werden die beiden Schlitze der Elemente 14 so betrachtet, daß sie den "oberen"

- 26 Trägerteil 14 und den "unteren" Trägerteil 14b bilden.

Die ebenen Bereiche 20 und 22 der Elemente 12 und 14 tragen jeweils ein ... im wesentlichen ebenes elektrisches leitfähiges Elemente 34 bzw. 36.

Der obere Trägerteil 12a und der untere Trägerteil 14b der Elemente 12 bzw. 14 sind durch das Element 42 verbunden, während der untere Trägerteil 12b und der obere Trägerteil 14a der Elemente 12 bzw. 14 durch das Element 44 verbunden sind. In der so erhaltenen Konstruktion sind die komplementären Flächen der Elemente 12 und 14 gegenseitig in Richtung der Achse 16 versetzt und die gegenüberliegenden leitfähigen Oberflächen der Elemente 34 und 36 sind gegeneinander in Richtung der Achse 30 versetzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Elemente 12 und 14 aus Quarz und die angrenzenden Elemente 42 und 44 ebenfalls aus Quarz, so daß diese Elemente sämtlich durch Schmelzen verbunden werden können, um eine monolithische Struktur zu bilden. Bei anderen Ausführungsformen können andere Materialien, z. B. Titansilikat, Keramikmaterialien oder andere dielektrische Materialien verwendet werden.

Der Kraftwandler 10 umfaßt außerdem ein starres Stützelement 50, das starr am Element 14 befestigt ist, und ein starres Eingangskraftelement 52, das starr am Element 12 befestigt ist. Die Elemente 50 und 52 können ebenfalls aus Quarz bestehen und mit den zugeordneten Blöcken 12 bzw. 14 durch Schmelzen verbunden sein. Das Stützelement 50 ist mit der oberen ebenen Oberfläche eines Wandlerstützelements 56 verbunden .

Beim Arbeiten mit dem Kraftwandler 10 wird eine zu messende Kraft im wesentlichen parallel zur Bezugsachse 216 über die Waagschale 212, den Stützpfosten 214, das Gestänge 160, die

Armatur 226 und die starren Kopplungselemente 227, 229 auf
das Eingangselement 52 ausgeübt. Diese Kraft wird auf den
in Fig. 3 rechten Teil des Elements 14 übertragen. Auf Grund der auf das Element 52 ausgeübten Kraft wird auf den in
Fig. 3 linken Teil des Elements 12 an der oberen Oberfläche
220a des Stützelements 220 eine gleiche entgegengesetzte
Kraft ausgeübt. In Abhängigkeit von dem auf den Kraftwandler 10 ausgebüten Kräftepaar verformen sich das obere und das
untere Trägerelement derart/ daß die leitfähigen Elemente 34 und 36 um eine Strecke auseinanderbewegt werden, die mit der Größe des auf den Kraftwandler ausgeübten Kräftepaars verknüpft ist, wobei die leitfähigen Elemente ihre parallele
gegenseitige Lage beibehalten. Die Größe der Kapazität des
effektiven Kondensators, der durch die Elemente 34 und 36 gebildet wird, kann in herkömmlicher Weise gemessen werden und liefert ein Maß für die Kraft, die auf das Eingangselement
52 ausgeübt wird.

Da der Kraftwandler 10 gegenüber Momenten und Kräften in anderen Richtungen als längs einer zur Bezugsachse 216 parallelen Achse sehr widerstandsfähig ist, muß die ausgeübte Kraft vorher nicht genau parallel zur Bezugsachse 216 sein.

Da sich das obere und das untere Trägerelement verformen,
ergibt sich in diesen Elementen eine Spannung. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Übergang, der durch die Verbindungselemente 42 und 44 gebildet wird, an Biegekraft-Umkehrpunkten, d. h. dort, wo die Biegemomente Null sind, und zwar wegen der Symmetrie des Systems, bei dem Schlitztiefen A und B gleich und die Blöcke 12 und 14 im wesentlichen ähnlich
sind. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung,beispielsweise dort, wo sich die Schlitztiefen A und B unterscheiden, und insbesonder dort, wo eine der Schlitztiefen A oder B
Null sein kann, tritt die Verbindung der Elemente nicht an diesen Momenten-NuI!punkten auf. Die bevorzugte Ausführungsform

hat jedoch diese Charakteristik. Unter dieser Bedingung wird die Verbindung, die durch die Verbindungselemente 42 und 44 gebildet wird, schwach belastet, und es kann folglich eine verhältnismäßig geringwertige und damit billige Verbindung verwendet werden.

Wo die Erfindung aus Quarz aufgebaut ist, ist der Kraftwandler 10 beispielsweise durch eine sehr geringe Hysterese und ein sehr geringen Kriechen unter einer Belastung mit einem Präzisions-Index in der Größenordnung von 10 bis 10 gekennzeichnet. Darüber hinaus ist die Anordnung durch eine relativ geringe, durch Wärme hervorgerufene Änderung der Kapazität gekennzeichnet.

Der Kraftwandler 10 spricht im allgemen nur auf die resultierende Kraft längs einer einzigen, zur Bezugsachse 216 parallelen Achse an und hält ein relativ hohes Rückweisung sver-,/ hältnis für Kräfte in anderen Ebenen aufrecht. Die Elemente und 14 des vorliegenden Ausführungsbeispiels können ohne weiteres aus einem rechteckigen länglichen Quarzblock aufgebaut sein, der so geschnitten ist, daß die komplementären Flächen gebildet werden. Die beiden'Blöcke mit diesen komplementären Flächen haben lediglich ein Paar von Schlitzen, die eingeschnitten sind, um die oberen und unteren Trägerteile zu bilden. Diese Trägerteile sind beispielsweise durch Verschmelzen verbunden, um eine robuste, monolithische Struktur zu bilden. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können andere Materialien einschließlich Metalle für die Elemente 12 und 14 verwendet werden, vorausgesetzt, daß mindestens eines der Elemente 34 und 36 gegenüber den jeweils anderen isoliert ist.

Bei diesem Aufbau des Kraftwandlers 10 ist die Kapazität an den Leitungen 10a (die mit den leitfähigen Elementen 34 und 36 verbunden sind) repräsentativ für den Abstand zwischen diesen Elementen 34 und 36, weil sich dieser Abstand wiederum in Abhängigkeit von der auf den Kraftwandler ausgeübten Kraft ändert.

Positionssensor 244

Der Positionssensor 244 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 gezeigt. Der Positionssensor 244 ist mit den Leitungen 10a vom Kraftwandler 10 gekoppelt. Die Kapazität, die mit diesen Anschlüssen verbunden ist, tritt in Wechselwirkung mit dem Kreis des Positionssensors 244 und bildet einen Oszillator. Der Oszillator liefert ein Signal an der Leitung 244a, das durch eine Frequenz gekannzeichnet ist, die mit der Kapazität zwischen den Leitungen 10a und mit der Induktivität einer Drosselspule 9 0 verknüpft ist und damit mit der auf die Wagschale 212 ausgeübten Kraft.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Drosselspule 90 ein außerordentlich präzises, stabiles, induktivies Schaltungselement der in der Zeichnung der US-Patentanmeldung Serial-No. 265 090 (SET-119) gezeigten Form. Diese Anmeldung wurde durch die Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform für die Drosselspule 90 der Schaltung gemäß Fig. 4. Die Drosselspule 90 besteht aus einem starren, zylindrischen dielektrischen Trägerelement 91. Das Trägerelement 91 ist eine geschmolzene Quarzstange mit kreisförmigem Querschnitt und einem Durchmesser von 15,88 mm. Eine Windung erstreckt sich zwischen zwei Anschlüssen 92 und 93. Die Wicklung umfaßt vierzig Windungen auf der Stange 91. Die einzelnen Windungen haben einen gleichmäßigen Abstand von jeweils 0,3 mm voneinander.

Die Wicklung besteht aus einem zusammengesetzten Draht 94. Der Draht 94 ist beim Ausführungsbeispiel ein "Copperply"-Draht mit einem Durchmesser von 0,18 mm, wie er von der Firma National Standard Corporation, Niles, Michigan, hergestellt wird. Dieser zusammengesetzte Draht hat einen gehärteten Stahlkern und auf diesem Kern einen Kupfermantel, wobei das Kupfer etwa 40 % des Gewichts des Drahts ausmacht. Die

Zugfestigkeit des Drahts liegt in der Größenordnung von 14 0,6 kg/mm².

Bei der Herstellung des Elements 94 wird die Quarzstange an einer Drehbank montiert und gedreht, wobei der Draht unter einer Spannung in der Größenordnung von 85 % seiner Zugfestigkeit gehalten wird. Die Windungen werden dann un ter Spannung gehalten, indem man die Endungen der Windungen an die Stange 91 klebt. Die dargestellten Elemente 96 und 97 stellen den Klebstoff an den Enden der Wicklung dar. Beispielsweise kann der verwendete Klebstoff ein Cyanacrylat-Kleber sein. Weiterhin können Epoxidharz-Kleber verwendet werden.

Bei dieser Ausbildung an den Anschlüssen 92 und 93 liefert das Element 9 0 eine charakteristische Induktivität in der Größenordnung von 10 μΗ bei einer Temperaturänderung von 3,6 ppm/⁰C. Bei anderen Ausführungsbeispielen können andere zusammengesetzte Drahtformen verwendet werden. Beispielsweise kann die Ummantelung aus Silber oder Gold auf einem Stahlkern oder einem anderen Kernmaterial mit hoher Zugfestigkeit bestehen. Außerdem kann das Trägerelement 91 aus irgendeinem anderen Material als Quarz bestehen, z. B. aus Keramik oder Titansilikat. In ähnlicher Weise kann mit anderen Geometrien des Trägerelements gearbeitet werden, beispielsweise mit Stäben, die anstelle eines kreisförmigen Querschnitts einen elliptischen Querschnitt haben. Das Stützelement kann massiv oder hohl sein.

Bei dieser Ausbildung bilden der Kraftwandler 10 und der Positionssensor 244 einen Oszillator, der durch eine hohe Temperaturstabilität gekennzeichnet ist und an der Leitung 244a ein Ausgangssignal liefert, das seine Frequenz in Abhängigkeit von der Kraft ändert, die auf den Kraftwandler 10 ausgeübt wird.

Prozessor 250

Fig. 6 zeigt den Prozessor 250 des Systems 210 in Form eines Blockdiagramms. Der Prozessor 250 umfaßt einen ersten (oder Gewichts-)Oszillator, der ein Signal auf eine Leitung 244a liefert, das eine Frequenz hat, die repräsentativ für die erfaßte Kraft ist, die von einem Gewicht auf die Waagschale 212 ausgeübt wird. Der Gewichtsoszillator umfaßt den Kraftwandler 10 und den Positionssensor 244, wie in der einbezogenen Anmeldung beschrieben. Das Signal auf der Leitung 244a wird einen Zähler 260 zugeführt, der digitale Zählsignale F„ auf der Leitung 260a liefert (F„), die repräsentativ für die Frequenz des Signals auf der Leitung 244a sind.

Ein Temperatursensor 264 liefert ein oszillierendes Signal auf der Leitung 264a, in dem die Frequenz des Signals auf dieser Leitung repräsentativ für die Temperatur des Systems 210 ist. Das Signal auf der Leitung 264a wird einem Zähler 266 zugeführt, der digitale Zählersignale (F^) auf der Leitung 266a liefert, die repräsentativ für die Frequenz des Signals auf der Leitung 164a sind. Die Leitungen 26 0a und 266a sind an einen Mikroprozessor 270 angeschlossen.

Der Mikroprozessor 270 umfaßt einen zugehörigen Schreib/ Lese-Speicher (Speicher mit wahlfreiem Zugriff = RAM) 272 und einen Lesespeicher (ROM) 274 sowie ein Eingabe/Ausgabe-Tastenfeld 276. Der Mikroporzessor 270 liefert ferner ein Ausgangssignal auf der Leitung 250a, das geeignet ist, eine herkömmliche Anzeige anzusteuern. Ein Zeitgebernetzwerk 280 liefert die Zeitsteuersignale für die Blöcke im Prozessor 150. Der Mikroporzessor 270 und der zugehörige Speicher können auch das Ausgangssignal verarbeiten unter Verwendung bekannter digitaler Signalverarbeitungstechniken, um die Hochfrequenzkomponenten des Signals zu schwächen. Diese Signalverarbeitungsfähigkeit ist besonders dort von Nutzen, wo die Kopplung zwischen der Wagschale und der Armatur im we-

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sentlichen starr ist, so daß keine mechanische Filterung der Hochfrequenzschwingungen vorliegt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Mikroprozessor ein Mostek-Typ 38P70/02 sein. Der ROM 274 ist ein Hitachi-Typ HM462532, während ein RAM 272 ein NCR-Typ 2055 ist.

In Betrieb sind die Signale auf der Leitung 244a und 264a durch Frequenzen gekennzeichnet, die repräsentativ für das Gewicht eines Gegenstands auf einer Wagschale bzw. die Temperatur des Systems 210 sind. Die Zähler 260 und 266 werden durch das Zeitgebernetzwerk 28 0 gesteuert, damit sie als Fensterzähler arbeiten, die digitale Zählerstände liefern, die repräsentativ für die Frequenzen der Signale auf den Leitungen 244a und 264 a (F und F) sind.

Der Speicher 272 speichert Konstanten K.., die repräsentativ für eine temperaturkompensierte Kraftfunktion W(F,T) sind.

Die Funktion W(F,T) ist definiert als

^m i-1 W(F,T) = Σ a.(T)F , (*)

i=j ^x

wobei F eine Funktion der von einem Gegenstand erzeugten nicht kompensierten Kraft ist, während T repräsentativ für die Temperatur des Wiegesystems 210 ist. In dieser Definition gilt

i-1
a (T) = Σ K..T¹ i=1,2, ,m , (**)

¹ J=X¹³

wobei K.. Konstanten sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind m=4 und n=3. Die Werte F und F können in Verbindung mit einem Signal verwendet werden, das der Funktion W(F,T) ent-

spricht, berechnet bei einer F entsprechenden Eingangskraft F und bei einer F_T entsprechenden Temperatur T zur Bildung eines temperaturkompensierten Werts, der für das Gewicht eines Gegenstands auf der Waagschale 212 repräsentativ ist.

Die vorliegende Ausführungsform kann auch bei einem Eichverfahren verwendet werden, zur Erzeugung und Speicherung von Daten im Speicher 272, die für die Kraftfunktion (*) repräsentativ sind. Zur Durchführung dieses Eichverfahrens mit der vorliegenden Ausführungsform wird eine Folge von vier bekannten Gewichten bei jeweils drei Temperaturen auf die Waagschale 212 gelegt. Bei anderen Ausführungsformen können unterschiedliche Gewichtszahlen und Temperaturen verwendet werden.

Der Prozessor 250 erzeugt dann einen Satz von zwölf gleichzeitigen Gleichungen auf der Basis von W(F,T). Der Prozessor 250 löst diese Gleichungen und liefert Signale, die repräsentativ sind für a.. (berechnet bei Temperaturen T₁, T₂ und T₃), a (berechnet bei Temperaturen T₁, T und T₃), a₃ (berechnet bei T₁, T und T_) und a. (berechnet bei T₁, T und T .

Der Prozessor 250 verwendet dann diese zwölf resultierenden Werte für a. zur Lösung eines Satzes von zwölf gleichzeitigen Gleichungen auf der Basis von Gleichungen (**) für zwölf K^-Werte. Zur Bestimmung von K^. (i=1, ...4; j=1, 111,3) werden im allgemeinen verwendet: die drei Werte für a.. bei den Temperaturen T₁, T„ und T₃, die Werte von a₂ bei den drei Temperaturen, die Werte für a~ bei den drei Temperaturen und die Werte von a. bei den drei Temperaturen.

Im Anschluß an die Bestimmung dieser Werte für K.. ist die Funktion W(F,T) voll spezifiziert. Die für diese Werte repräsentativen Daten sind im RAM 272 gespeichert.

Betrieb

In einem allgemeinen Eichbetrieb bestimmt der Prozessor eine "Eichoberfläche" für das Wiegesystem 210, wobei ein Gewichtswert (W) eine Funktion der Frequenz des Oszillators des Sensors 244 (F) für aufgelegte Gewichte und die Temperatur des Systems 210 (T) ist. Dieser funktionsmäßige Zusammenhang (W(F,T), der die Eichoberfläche für das System 210 beschreibt, wird als Eichfunktion bezeichnet. Eine Folge von Bezugsgewichten wird bei jeder von einer Anzahl von Temperaturen auf die Waagschale 212 gelegt. In Abhängigkeit vom Auflegen der Gewichte auf die Wagschale 212 wird die Kraft, die vom Gewicht auf die Waagschale ausgeübt wird, auf den Kraftwandler 10 übertragen, wobei die Gestänge 160 und 110 der Ausführungsformen von Fig. 1 und 7 und die Parallelogramm-Konstruktion der Ausführungsform von Fig. 11 die Wirkung von Momenten, die bezüglich der Achse 216 erzeugt werden (wie sich das bei einer außermittigen Belastung mit dem Gewicht ergeben könnte) auf ein Minimum reduzieren. Die auf dem Kraftwandler 10 ausgeübten Kräfte bewirken Relativbewegungen der leitfähigen Oberflächen dieses Wandlers, die zu Kapazitätsänderungen führen. Diese Kapazitätsänderungen bewirken entsprechende Änderungen der Ausgangsfrequenz des Oszillators auf der Leitung 244a. Der Prozessor benutzt dann diese Werte in der vorstehend beschriebenen Weise, um W(F,T) vollständig zu definieren, und speichert dann die für diese Runktion repräsentativen Daten im RAM 272.

Im Gewichtsmeßbetrieb verwendet der Prozessor 25 0 in Abhängigkeit vom Auflegen eines zu messenden Gewichts auf die Waagschale 212 diese Signale (auf der Leitung 244a) in Verbindung mit dem Signal vom Temperaturoszillator 264 (auf der Leitung 264a), um den Wert der Eichfunktion W(F,T) bei den betreffenden Werten für F und T zu identifizieren. Dieser Wert von W(F,T) wird in ein Signal umgewandelt, das bei der gegenwärtigen Temperatur des Systems 210 repräsentativ für das Gewicht auf der Waagschale 212 ist.

Claims (19)

1. BEETZ & PARTNER 65-36.178P 3A1ß7ß/ 7. Mai 1984

   Sieinsdorfstr. 10,8000 München 22

   SETRA SYSTEMS, INC.
   Acton, Massachusetts ol72o, V.St.A.

   Wiegesystem

   Ansprüche

   Wiegesystem,
   gekennzeichnet

   - durch ein Krafteingangselement zum Abstützen eines zu wiegenden Gegenstands,

   - durch eine starre Armatur (226) ,

   - durch ein erstes Gestänge (110) mit Mitteln zum Koppeln der Armatur (226) mit einem Bezugselement (220), wodurch die Armatur (226) auf eine Bewegung im wesentlichen parallel zu einer Bezugsachse (216) beschränkt ist, wobei die Bezugsachse (216) bezüglich des Bezugselements (220) fixiert ist,

   - durch eine mechanische Einrichtung (160) zum Koppeln des Krafteingangselements (212) mit der Armatur (226),

   _ durch einen Kraftwandler (10), der zwischen der Armatur (226) und dem Bezugselement (220) angeschlossen ist, wobei der Kraftwandler (10) ein Paar von komplementären, einander gegenüberliegenden Oberflächen mit einem gegenseitigen Abstand aufweist, der von der am Kraftwandler (10) wirkenden Kraft abhängig ist, und

   65-492942

   3416784

   - durch einen Positionssensor (244) zum Erzeugen eines Signals, das für den Abstand zwischen den komplementären, einander gegenüberliegenden Oberflächen des Kraftwandlers (10) repräsentativ ist.
2. 2. Wiegesystem nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß die mechanische Koppeleinrichtung (160) eine Federeinrichtung (168, 170, 172, 184) aufweist.
3. 3. Wiegesystem nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß die mechanische Koppeleinrichtung (160) eine im wesentlichen starre Verbindung aufweist.
4. 4· Wiegesystem nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß die mechanische Koppeleinrichtung (160) aufweist.

   - eine Federeinrichtung (168, 170, 172, 174) zum elastischen Koppeln des Krafteingangselements (212) mit der Armatur (226) und

   - eine Einrichtung (218) zum Dämpfen der gegenseitigen Bewegung des Krafteingangselements (212) gegenüber der Armatur (226).
5. 5. Wiegesystem nach Anspruch 4,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß die Federeinrichtung (168, 170, 182, 174) eine zur Dämpfungseinrichtung (218) parallel geschaltete erste Federeinrichtung und eine zur Dämpfungseinrichtung (218) in Reihe geschaltete zweite Federeinrichtung aufweist zum Schwächen von hochfrequenten Schwingungen.
6. 6. Wiegesystem nach Anspruch 1 oder 5, gekennzeichnet

   - durch eine Überlastschutzeinrichtung, die die maximale Verschiebung des Krafteingangselements (212) in Abhängigkeit von einer auf das Krafteingangselement (212)

   ausgeübten Kraft begrenzt.
7. 7. Wiegesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   - daß die überlastschutzeinrichtung einen Anschlag (220a) aufweist, der gegenüber dem Bezugselement (220) festliegt und die maximale Verschiebung des Krafteingangselements (212) längs der Wiegeachse begrenzt.
8. 8. Wiegesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

   - daß die Federeinrichtung (168, 170, 172, 174) ein zweites Gestänge mit Mitteln aufweist, zum Begrenzen des Krafteingangsglieds (112) auf eine Bewegung im wesentlichen längs einer zur Bezugsachse (216) parallelen Wiegeachse.
9. 9. Wiegesystem nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

   - daß die Dämpfungseinrichtung (218) ein Fluiddämpfer ist und ein Paar von gegenüberliegenden Elementen (218a, 218b) mit komplementären, einander gegenüberliegenden Oberflächen aufweist,

   - daß eine Oberfläche des Paars mit der Armatur (226) und die andere Oberfläche des Paars mit dem Krafteingangselement (212) gekoppelt sind und sich für eine Relativbewegung längs der Wiegeachse eignen, und

   - daß die gegenüberliegenden Oberflächen eine Vielzahl von Rippen und Vertiefungen aufweisen, wodurch der Fluidstrom zwischen den Rippen und Vertiefungen auf Grund der gegenseitigen Bewegung die Dämpfung bewirkt.
10. 10. Wiegesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

    - daß die mechanische Koppeleinrichtung (160) ein an der Armatur (226) gelagertes Stützelement (214) aufweist,

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    - daß die Dämpfungseinrichtung (218) ein Fluiddämpfer ist und eine Fluid3<.ammer aufweist, die aus einander gegenüberliegenden Oberflächen des Krafteingangselements (212) und des ,Stütztelements (214) besteht,

    - daß die Federeinrichtung ein elastisches Element (217) aufweist, das zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet ist, und

    - daß die Fluidkammer mit einer öffnung versehen ist, wodurch der in die und aus der Fluidkammer durch die Öffnung hindurch erfolgende Fluidstrom auf Grund der gegenseitigen Bewegung die Dämpfung bewirkt.
11. 11. Wiegesystem nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,

    - daß das elastische Element (213) eine geschlossene Schleife aus elastischem Material aufweist, das den Spalt zwischen dem Krafteingangselement (212) und dem Stütztelement (214) überbrückt und hierdurch die Fluidkammer begrenzt.
12. 12. Wiegesystem nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,

    - daß die elastische Einrichtung eine Vielzahl von elastischen Stützen (217) aufweist, die sich zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen erstrecken.
13. 13. Wiegesystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,

    - daß das erste Linearbewegungsgestänge (110) eine einstellbare Einrichtung aufweist zum Steuern des Bewegungsbereichs der Armatur (226) im wesentlichen längs der Bezugsachse (216) .
14. 14. Wiegesystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,

    - daß der Kraftwandler (10) leitende Element (34, 36) auf einander gegenüberliegenden Teilen der einander gegen-

    .₅. 3416754

    überliegenden Oberflächen aufweist, und

    - daß der Positionssensor (244) eine mit den leitenden Elementen (34, 36) verbundene elektrische Schaltung aufweist,

    - wodurch die leitenden Elemente (34, 36) und die Schaltung einen Oszillator mit einer charakteristischen Frequenz bilden, die auf den Abstand der komplementären, einander gegenüberliegenden Oberflächen bezogen ist.
15. 15. Wiegesystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,

    - daß die mechanische Koppeleinrichtung ein Parallelogrammgestänge (150) aufweist mit einem am Krafteingangselement (212) befestigten ersten senkrechten Element (152), mit einem an der Armatur (226) befestigten zweiten senkrechten Element (154), mit zwei zwischen den senkrechten Elementen (152, 154) im allgemeinen parallel im Abstand befestigten elastischen Elementen (156, 158) und mit einer Einrichtung (161, 162, 218'), die zur Dämpfung ihrer gegenseitigen Bewegung zwischen dem Krafteingangselement (212) und der Armatur (226) angeschlossen ist.
16. 16. Wiegesystem nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,

    - daß die Dämpfungseinrichtung (161, 162, 218') aufweist:

    - zwei Arme (161, 162), von denen jeder mit einem Ende an gegenüberliegenden Seiten des Parallelogrammgestänges (150) befestigt ist und sich im allgemeinen parallel im Abstand zueinander erstrecken, und

    - ein Energie absorbierendes Material (218'), das zwischen den Armen (161, 162) derart angeordnet ist, daß die gegenseitige Bewegung das Material (218') verformt und die Dämpfung bewirkt.
17. 17. Wiegesystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

    - daß die Arme (161, 162) aus elastischem Material bestehen.
18. 18. Wiegesystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,

    - daß sich die Arme (161«. 162) im allgemeinen längs einer Diagonalen des Parallelogrammgeständes (150) erstrecken.
19. 19. Wiegesystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

    - daß jeder der Arme (161, 162) mit einem Ende an einem der ersten und zweiten senkrechten Elemente (152, 154) befestigt ist.