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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreuzbandgelenk zur drehbeweglichen
Lagerung eines übersetzungshebels oder eines anderen beweglichen Teils einer elektronischen
Waage mit wegarmem Meßsystem, wobei das Kreuzbandgelenk aus mindestens einer senkrechten
Biegefeder und mindestens einer waagerechten Biegefeder besteht.
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Kreuzbandgelenke dieser Art sind allgemein bekannt und z.B.
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in der wissenschaftlichen Zeitschrift der technischen Universität
Dresden, Band 12, Heft 6 (1963), Seite 1859 bis 1866 beschrieben. Auch die Verwendung
bei elektronischen Waagen ist bekannt, beispielsweise aus dem DE-GM 78 28 439.
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Nachteilig an diesen bekannten Kreuzbandgelenken ist, daß sich durch
die zwei Biegefedern bei der Drehung des drehbeweglichen Teiles ein größeres rücktreibendes
Drehmoment ergibt. Deshalb wurde in der DE-PS 26 21 483 auch schon die Benutzung
nur einer senkrechten Biegefeder als Drehgelenk vorgeschlagen. Dadurch reduziert
sich das rücktreibende Drehmoment um den Faktor 2, es wird aber eine geringere Stabilität
gegenüber waagerechten Kräften in Kauf genommen.
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Solche waagerechten Kräfte treten zwar theoretisch bei geeigneter
Konstruktion der Waage - wie z.B. in der DE-PS 26 21 483 - nicht auf, in der Praxis
ergeben sich aber imner waagerechte Kraftkomponenten, z.B. durch Erschütterungen
der Waage oder beim Transport.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kreuzbandgelenk so weiterzubilden,
daß es nur ein geringes rücktreibendes Drehmoment besitzt, trotzdem aber in gewissem
Umfang waagerechte Kräfte aufnehmen kann.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die waagerechte Biegefeder
wesentlich biegeweicher ausgeführt ist als die senkrechte Biegefeder, daß mindestens
ein Befestigungspunkt der waagerechten Biegefeder in waagerechter Richtung nachgiebig
ausgebildet ist und daß mindestens ein Anschlag die waagerechte Bewegung des drehbeweglich
gelagerten Teils begrenzt.
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Die senkrechte Biegefeder wird also entsprechend den großen aufzunehmenden
senkrechten Kräften stabil ausgeführt.
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Demgegenüber wird die waagerechte Biegefeder sehr dünn ausgeführt,
damit sie keinen merklichen Beitrag zum rücktreibenden Drehmoment liefert. Dadurch
kann sie waagerechte Kräfte nur in sehr beschränktem Umfang aufnehmen; durch elastische
Befestigung und durch wegbegrenzende Anschläge wird sie aber gegen Beschädigung
geschützt, falls doch einmal größere waagegerechte Kräfte einwirken sollten.
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Vorteilhafterweise weist dabei die waagerechte Biegefeder auf ihrer
ganzen Länge den gleichen, dünnen Querschnitt auf. Dadurch wird zum einen die Drehsteifigkeit
bei gleicher maximal autnehmbarer Zugkraft minimal; zum anderen kann die waagerechte
Biegefeder dadurch bei Druckbelastungen ausknicken bis der Anschlag den weiteren
Weg begrenzt.
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Die senkrechte Biegefeder kann ebenfalls über die ganze Länge einen
konstanten Querschnitt aufweisen. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform mit
Dünnstelle am Kreuzungspunkt der waagerechten und der senkrechten Biegefeder, da
dadurch die senkrechte Biegefeder optimaler für Zug- bzw. Druckbelastung in ihrer
Längsrichtung ausgelegt werden kann.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der federnd nachgiebige Befestigungspunkt der waagerechten Biegefeder vorgespannt
ist. Dadurch gibt er erst beim Uberschreiten einer festen Grenzbelastung federnd
nach, während er sich bei kleineren Belastungen steif verhält.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind mindestens zwei
Anschläge vorhanden, von denen sich einer am federnd nachgiebigen Befestigungspunkt
der waagerechten Biegefeder abstützt. Dadurch kann dieser Anschlag sehr eng ausgeführt
sein, da er sich nah an der waagerechten Biegefeder befindet und da er entsprechend
der Federkonstanten des federnd nachgiebigen Teils nur eine verhältnismäßig geringe
Kraft aufnehmen muß, während die restliche, eventuell größere Kraft durch den zweiten,
nicht so eng eingestellten Anschlag aufgenonmen wird.
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Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel der drehbeweglichen Lagerung
eines Übersetzungshebels einer elektronischen Waage anhand der schematischen Figuren
beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen stark vereinfachten Querschnitt
durch eine elektronische Waage, Fig. 2 eine erste Ausgestaltung des Kreuzbandgelenkes
in Draufsicht, Fig. 3 einen Schnitt längs der strichpunktierten Linie III - III
in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt längs der strichpunktierten Linie IV - IV in Fig.
2, Fig. 5 eine zweite Ausgestaltung des Kreuzbandgelenkes in Draufsicht, Fig. 6
eine dritte Ausgestaltung des Kreuzbandgelenkes in Draufsicht, Fig. 7 eine vierte
Ausgestaltung des Rreuzbandgelenkes in Draufsicht und Fig. 8 eine fünfte Ausgestaltung
des Kreuzbandgelenkes in Seitenansicht.
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Die in Fig. 1 im Querschnitt gezeigte elektronische Waage besteht
aus einem gehäusefesten Systemträger 1, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den
Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt
ist.
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Der Lastaufnehmer 2 trägt in seinem oberen Teil die Lastschale 3 zur
Aufnahme des Wägegutes und überträgt die
der Masse des Wägegutes
entsprechende Kraft über ein Koppelelement 9 auf den kürzeren Hebelarm des Übersetzungshebels
7. Der übersetzungshebel 7 ist durch ein nur angedeutetes Kreuzbandgelenk 8 drehbeweglich
am Systemträger 1 gelagert. Am längeren Hebelarm des ubersetzuingshebels 7 ist ein
Spulenkörper mit einer Spule 11 befestigt.
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Die Spule II befindet sich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems
10 und erzeugt die gewichtsabhängige Gegenkraft. Aufbau und Funktion einer solehen
Waage sind allgemein bekannt, so daß sie hier nur ganz kurz erläutert wurden; insbesondere
die elektrischen Funktionsgruppen wurden ganz weggelassen, da sie für die Erfindung
unwesentlich sind.
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Das in Fig. 1 nur angedeutete Kreuzbandgelenk 8 ist in den Fig. 2
bis 4 in einer erster Ausgestaltung detaillierter gezeigt. Dabei stellt Fig. 2 eine
Draufsicht dar, Fig 3 einen Schnitt längs der strichpunktierten Linie III - III
in Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt längs der strichpunktierten Linie IV - IV in
Fig. 2. Das Kreuzbandgelenk wird durch die senkrechte Biegefeder 12 und die wesentlich
dünnere waagerechte Biegefeder 13 gebildet. Die senkrechte Biegefeder 12 ist durch
eine Schraube 14 am übersetzungshebel 7 befestigt und durch eine Schraube 15 am
Systemträger 1. Die Befestigung der waagerechten Biegefeder 13 erfolgt durch Schrauben
16. Die Drehachse ist dann durch den Schnittpunkt der beiden Biegefedern 12 und
13 (in Fig. 3) definiert. Die Befestigung der waagerechten Biegefeder 13 auf der
Seite des Übersetzungshebels 7 erfolgt an einem vorspringenden Arm 17, der über
eine
Dünnstelle 18 mit dem restlichen fibersetzungshebel 7 verbunden
ist, wodurch dieser Befestigungspunkt federnd nachgiebig ausgebildet ist. Weiter
ist in Fig. 2 und 4 der Anschlag zur Wegbegrenzung in waagerechter Richtung zu erkennen:
Der Systemträger 1 weist einen Vorsprung 19 auf, der einen Stift 22 trägt; der Ubersetzungshebel
7 weist ebenfalls einen Vorsprung 20 auf, der mit einer Bohrung 21 den Stift 22
umfaßt. Die in Fig. 2 und 4 übertrieben großgezeichnete Differenz im Durchmesser
der Bohrung 21 und des Stiftes 22 rührt zu einem umlaufenden Spalt, der die Bewegung
des tfbersetzungshebels 7 relativ zum Systemträger 1 auf die Spaltweite begrenzt.
Bei dieser Konstruktion ist natürlich vorausgesetzt, daß das Meßsystem unter Last
nur minimal nachgibt - wie es bei dem kraftkompensierenden Meßsystem aus Fig. 1
der Fall ist -so daß auch der Drehwinkel des Übersetzungshebels 7 gegenüber dem
Systemträger 1 nur sehr gering ist.
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Die senkrechte Biegefeder 12 ist wesentlich dicker ausgebildet als
die waagerechte Biegefeder 13. Die senkrechte Biegefeder 12 weist an der Stelle
der Drehachse 23 eine geringere Dicke auf, wie es in Fig. 3 erkennbar ist.
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Demgegenüber ist die waagerechte Biegefeder 13 dünner, und zwar auf
ihrer ganzen Länge, so daß diese Biegefeder 13 bei waagerechten Druckkräften ausknicken
kann. Das Kreuzbandgelenk ist also in waagerechter Richtung nur für kleine Kräfte
ausgelegt. Bei größeren Druckkräften knickt die Biegefeder 13 aus und der Anschlag
21/22 begrenzt den Weg; bei größeren waagerechten Zugkräften gibt die Dünnstelle
18 federnd nach und der Anschlag 21/22 begrenzt wieder den Weg.
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Das in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Kreuzbandgelenk kann auf der anderen
(in der Draufsicht in Fig. 2 oberen) Seite des übersetzungshebels 7 nochmals symmetrisch
angebracht sein, so daß der Übersetzungshebel insgesamt durch zwei senkrechte und
zwei waagerechte Biegefedern mit dem Systemträger 1 verbunden ist. Es ist aber auch
möglich, das in Fig. 2 bis 4 gezeigte Kreuzbandgelenk so anzuordnen, daß die senkrechte
Biegefeder 12 in der Symmetrieachse des t'bersetzungshebels 7 liegt und zusätzlich
nur noch eine zweite dünne waagerechte Biegefeder oberhalb (in der Draufsicht von
Fig. 2) der senkrechten Biegefeder 12 vorhanden ist. In diesem Fall wäre der Übersetzungshebel
7 durch eine senkrechte Biegefeder und symmetrisch dazu durch zwei waagerechte Biegefedern
mit dem Systemträger 1 verbunden.
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Eine andere Ausgestaltung des wegbegrenzenden Anschlages zeigt Fig.
5 in der Draufsicht. Gleiche Teile wie in Fig. 2 sind gleich bezeichnet. Der Anschlag
besteht hier aus einer Schraube 23, die in einer Gewindebohrung im Teil 7 sitzt
und durch eine Mutter 24 gekontert ist. Diese Schraube 23 erstreckt sich durch eine
Bohrung 27 im gehäusefesten Teil 1 hindurch und der Schraubenkopf 26 und die beiden
gekonterten Muttern 25 bilden die Anschläge in waagerechter Richtung. Dieser Anschlag
bildet bei geeigneter Dimensionierung auch einen tiberlastschutz für die senkrechte
Biegefeder 12, da die Schraube 23 auch in senkrechter Richtung nur einen begrenzten
Weg innerhalb der Bohrung 27 erlaubt. Auch in dieser Ausgestaltung ist vorausgesetzt,
daß der Drehwinkel des Ubersetzungs-
hebels 7 während des Betriebes
der Waage nur vernachlässigbar klein ist.
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Eine dritte Ausgestaltung des Kreuzbanddgelenkes zeigt Fig. 6 in der
Draufsicht. Gleiche Teile wie in Fig. 2 sind wieder gleich bezeichnet. Diese Ausgestaltung
weist neben dem Anschlag 21/22 einen weiteren Anschlag in Form einer Schraube 28
auf, die sich bei Überlast in Druckrichtung am federnden Teil 17 abstützt. Durch
die Kontermutter 29 läßt sich die Schraube 28 einstellen und fixieren. Im Falle
einer Uberlastung in Druckrichtung knickt die waagerechte Biegefeder 13 aus, die
Schraube 28 legt sich gegen das federnde Teil 17 und drückt dieses mit weg, bis
schließlich der Anschlag 21/22 den Weg endgültig begenzt. Durch diese Ausgestaltung
wird das Ausknicken der waagerechten Biegefeder noch stärker begrenzt, da der Anschlag
durch die Schraube 28 wesentlich enger eingestellt werden kann als der Anschlag
21/22 und weil nicht die Gefahr besteht, daß durch größere waagerechte Kräfte die
Schraube 28 bzw. ihr Berührungspunkt am Teil 17 im Überlastfall deformiert wird
und dadurch der Abstand des Anschlages größer wird.
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Eine vierte Ausgestaltung des Kreuzbandgelenkes zeigt Fig. 7 in der
Draufsicht. Gleiche Teile wie in Fig. 2 sind wieder gleich bezeichnet. In dieser
Ausgestaltung ist das federnde Teil 17 so hergestellt, daß es leicht zum restlichen
Teil 7 hin schräg steht. Diese Schrägstellung im kraftfreien Zustand ist durch eine
Schraube 30, die mittels der Mutter 31 eingestellt und gekontert werden kann, auf-
gehoben,
so daß das Teil 17 im montierten Zustand die gezeichnete Stellung einnimnt, aber
mit einer gewissen Kraft an der Schraube 30 anliegt. Durch diese Vorspannung ist
das Kreuzbandgelenk für kleine waagerechte Kräfte steif und erst für größere waagerechte
Kräfte wird es weich und legt sich bei noch größeren waagerechten Kräften schließlich
an dem Anschlag 21/22 an. Die Grenze, bis zu der das Kreuzbandgelenk steif bleibt,
ist in Zugrichtung durch die Vorspannung des federndes Teiles 17 gegeben und in
Druckrichtung durch die Ausknick-Kraft der waagerechten Biegefeder 13.
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Eine fünfte Ausgestaltung des Kreuzbandgelenkes zeigt Fig. 8 in Seitenansicht.
Gleiche Teile wie in den anderen Ausgestaltungen sind wieder gleich bezeichnet.
Die waagerechte Biegefeder 13 ist hier von unten an ein Teil 171 angeschraubt, das
durch eine Dünnstelle 18' federnd mit dem restlichen Teil 7 des Übersetzungshebels
verbunden ist.
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Die Wirkungsweise ist wie in der ersten Ausgestaltung, nur daß hier
durch die andere Lage der Dünnstelle 18' verhindert wird, daß der Anschraubpunkt
der waagerechten Biegefeder 13 beim federnden Nachgeben eine Winkeländerung erfährt
und dadurch die Biegefeder 13 über ihre Breite verspannt.
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Die im vorstehenden beschriebenen verschiedenen Ausgestaltungen des
Kreuzbandgelenkes können selbstverständlich in beliebiger Weise untereinander kombiniert
werden. Beispielsweise kann die Schraube 30 zur Vorspannung
aus
Fig. 7 und/oder die Schraube 28 als enger Anschlag aus Fig. 6 auch in der Ausgestaltung
nach Fig. 8 benutzt werden.
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Die Befestigung der Biegefedern ist der Einfachheit halber immer nur
durch einen Schraubenkopf gezeichnet; selbstverständlich sind auch andere bekannte
Befestigungsvarianten mit Unterlegscheiben oder Tellerfedern möglich.
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Genauso ist die Anwendung des beschriebenen Kreuzbandgelenkes nicht
auf die Lagerung des t'bersetzungshebels beschränkt, vielmehr kann es beispielsweise
auch als Drehgelenk für die Lenker oder als Drehgelenk bei Brückenwaagen eingesetzt
werden.