DE3618663C2 - Kreuzbandgelenk für eine elektronische Waage - Google Patents

Description

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.

Kreuzbandgelenke dieser Art sind allgemein bekannt und z. B. 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.

Nachteilig an diesen bekannten Kreuzbandgelenken ist, daß sich durch die zwei Biegefedern bei der Drehung des dreh­ beweglichen 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. 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 immer waagerechte Kraftkomponenten, z. B. durch Erschütterungen der Waage oder beim Transport.

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.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die waagerechte Biegefeder biegeweicher ausgeführt ist als die senkrechte Biegefeder, daß mindestens ein Befestigungspunkt der waagerechten Biegefeder an einem federnden Teil in waagerechter Richtung nachgiebig ausgebildet ist und daß mindestens ein Anschlag die waagerechte Bewegung des drehbeweglich gelagerten Teils begrenzt.

Die senkrechte Biegefeder wird also entsprechend den großen aufzunehmenden senkrechten Kräften stabil ausgeführt. 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 auf­ nehmen; durch elastische Befestigung und durch wegbe­ grenzende Anschläge wird sie aber gegen Beschädigung geschützt, falls doch einmal größere waagegerechte Kräfte einwirken sollten.

Vorteilhafterweise weist dabei die waagerechte Biegefeder auf ihrer ganzen Länge den gleichen, dünnen Querschnitt auf. Dadurch wird zum einen die Drehsteifigkeit bei gleicher maximal aufnehmbarer Zugkraft minimal; zum anderen kann die waagerechte Biegefeder dadurch bei Druckbe­ lastungen ausknicken bis der Anschlag den weiteren Weg begrenzt.

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.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß das federnde Teil zur Befestigung der waagerechten Biegefeder vorgespannt ist. Dadurch gibt er erst beim Überschreiten einer festen Grenzbelastung federnd nach, während er sich bei kleineren Belastungen steif verhält.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Anschläge vorhanden, von denen sich einer am federnden Teil abstützt. Dadurch kann dieser Anschlag sehr eng ausgeführt sein, da er sich nah an der waagerechten Biege­ feder 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 aufgenommen wird.

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel der drehbe­ weglichen 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 Kreuzbandgelenkes in Draufsicht und

Fig. 8 eine fünfte Ausgestaltung des Kreuzbandgelenkes in Seitenansicht.

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 Lastauf­ nehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. 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 Übersetzungs­ hebels 7. Der Übersetzungshebel 7 ist durch ein nur angedeutetes Kreuzbandgelenk 8 drehbeweglich am System­ träger 1 gelagert. Am längeren Hebelarm des Übersetzungs­ hebels 7 ist ein Spulenkörper mit einer Spule 11 befestigt. Die Spule 11 befindet sich im Luftspalt eines Permanent­ magnetsystems 10 und erzeugt die gewichtsabhängige Gegenkraft. Aufbau und Funktion einer solchen 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 un­ wesentlich sind.

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 strich­ punktierten 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 Übersetzungs­ hebel 7 befestigt und durch eine Schraube 15 am System­ träger 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 (federndes Teil) 17, der über eine Dünnstelle 18 mit dem restlichen Übersetzungshebel 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 Übersetzungshebel 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 führt zu einem umlaufenden Spalt, der die Bewegung des Übersetzungshebels 7 relativ zum System­ träger 1 auf die Spaltweite begrenzt. Bei dieser Konstruktion ist natürlich vorausgesetzt, daß das Meß­ system 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.

Die senkrechte Biegefeder 12 ist wesentlich dicker ausge­ bildet als die waagerechte Biegefeder 13. Die senkrechte Biegefeder 12 weist an der Stelle der Drehachse eine Dünnstelle 23 auf, wie es in Fig. 3 erkennbar ist. Demgegenüber ist die waagerechte Biegefeder 13 dünner, und zwar auf ihrer ganzen Länge, so daß diese Biegefeder 13 bei waagerechten Druckkräften ausknicken kann. Das Kreuzband­ gelenk 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.

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 Übersetzungshebels 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 ver­ bunden.

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 32, die in einer Gewindebohrung im Teil 7 sitzt und durch eine Mutter 24 gekontert ist. Diese Schraube 32 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 ge­ eigneter Dimensionierung auch einen Überlastschutz für die senkrechte Biegefeder 12, da die Schraube 32 auch in senkrechter Richtung nur einen begrenzten Weg innerhalb der Bohrung 27 erlaubt. Auch in dieser Ausgestaltung ist vorausgesetzt, daß der Drehwinkel des Übersetzungs­ hebels 7 während des Betriebes der Waage nur vernach­ lässigbar klein ist.

Eine dritte Ausgestaltung des Kreuzbandgelenkes 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 Überlastung in Druckrichtung knickt die waagerechte Biegefeder 13 aus, die Schraube 28 legt sich gegen das federnde Teil 17 und drückt dieses mit weg, bis schließ­ lich der Anschlag 21/22 den Weg endgültig begrenzt. 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.

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 einnimmt, 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 schließ­ lich 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 Druck­ richtung durch die Ausknick-Kraft der waagerechten Biege­ feder 13.

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 17′ angeschraubt, das durch eine Dünnstelle 18′ federnd mit dem restlichen Teil 7 des Übersetzungshebels verbunden ist. 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 Winkel­ änderung erfährt und dadurch die Biegefeder 13 über ihre Breite verspannt.

Die im vorstehenden beschriebenen verschiedenen Ausge­ staltungen des Kreuzbandgelenkes können selbstver­ ständlich 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.

Die Befestigung der Biegefedern ist der Einfachheit halber immer nur durch einen Schraubenkopf gezeichnet; selbstver­ ständlich sind auch andere bekannte Befestigungsvarianten mit Unterlegscheiben oder Tellerfedern möglich.

Genauso ist die Anwendung des beschriebenen Kreuzband­ gelenkes nicht auf die Lagerung des Übersetzungshebels beschränkt, vielmehr kann es beispielsweise auch als Drehgelenk für die Lenker oder als Drehgelenk bei Brückenwaagen eingesetzt werden.

Claims (5)

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß die waagerechte Biegefeder (13) biegeweicher ausgeführt ist als die senkrechte Biegefeder (12), daß mindestens ein Befestigungspunkt der waagerechten Biegefeder (13) an einem federnden Teil (17, 17′) in waagerechter Richtung federnd nachgiebig ausgebildet ist und daß mindestens ein Anschlag (21/22, 25/26, 28) die waagerechte Bewegung des drehbeweglich gelagerten Teils (7) begrenzt.

2. Kreuzbandgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die waagerechte Biegefeder (13) auf ihrer ganzen Länge den gleichen Querschnitt aufweist.

3. Kreuzbandgelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Biege­ feder (12) eine Dünnstelle (23) aufweist.

4. Kreuzbandgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Teil (17) zur Befestigung der waagerechten Biegefeder (13) vorgespannt ist, so daß er erst beim Überschreiten einer festen Grenzbelastung federnd nachgibt.

5. Kreuzbandgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anschläge (21/22 und 28) vorhanden sind und daß der Anschlag (28) sich am federnden Teil (17) abstützt.