DE3832746A1 - Oberschalige praezisionswaage nach dem prinzip der elektromagnetischen kraftkompensation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine oberschalige Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit einem gehäusefesten Systemträger, mit einem Lastaufnehmer, mit zwei Lenkern, die als Parallelführung den Lastaufnehmer in senkrechter Richtung beweglich mit dem Systemträger verbinden, wobei der Systemträger, die beiden Lenker und der Lastaufnehmer als einstückiges Gußteil ausgebildet sind, mit einem Übersetzungshebel und mit einem Koppel­ element zwischen Lastaufnehmer und Übersetzungshebel, wobei die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft vom Last­ aufnehmer über das Koppelelement auf den kürzeren Hebelarm des Übersetzungshebels übertragen wird und am längeren Hebelarm des Übersetzungshebels die Spule der elektro­ magnetischen Kraftkompensation befestigt ist, wie sie durch den Stand der Technik nach DE-OS 34 22 072 bekannt ist. Systemträger dieser Art sind für derartige Präzisionswaagen aus der DE-OS 34 22 042 sowohl als einstückiges Frästeil als auch als einstückiges Gußteil bekannt. Die darin beschriebene Konstruktion ist insofern verbesserungswürdig, als der bekannte Systemträger als Gußblock zu schwerge­ wichtig und aufwendig und infolge seiner Materialanhäufung an verschiedenen Stellen bezüglich seines Temperatur­ verhaltens zu inhomogen ist und gerade für Präzisionswaagen mit hoher Auflösung Probleme mit sich bringt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit ein­ fachen Mitteln einen Systemträger für hochauflösende Präzi­ sionswaagen der eingangs genannten Art in Form eines Guß­ blockes gewichtsmäßig zu reduzieren ohne dabei seine Ver­ windungssteifigkeit gegen außermittig am Lastaufnehmer angreifende Kräfte und ohne die Widerstandsfähigkeit gegen Schub und sonstige Kräfte zu verschlechtern. Gleichzeitig soll auch durch die gewichtsmäßige Reduzierung das ther­ mische Verhalten des Systemträgers verbessert werden und durch die Formgebung eine wirtschaftliche Herstellung großer Stückzahlen möglich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Haupt­ anspruch angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteil­ hafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt. Durch die Auflösung des Gußblockes aus Aluminiumdruckguß in eine verrippte, durch Durchbrechungen, Mulden, Taschen oder Sacklöcher gebildete Struktur wird einerseits eine Gewichtsreduktion erzielt, gleichzeitig aber die Steifigkeit gegen Kräfte aus verschiedenen Richtungen erhalten und eine Materialanhäufung an ver­ schiedenen Stellen vermieden.

Der Erfindungsgedanke ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch vereinfacht die Draufsicht auf die mechanischen Hauptbestandteile einer Präzisions­ waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation,

Fig. 2 eine Perspektivansicht einer bevorzugten Aus­ führungsform,

Fig. 3 eine detaillierte Draufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform gemäß Pfeil V in Fig. 4 auf den Systemträger mit angeschraubten Querstegen, teil­ weise im Horizontalschnitt, ohne Lastkompen­ sationsmittel,

Fig. 4 eine Seitenansicht gemäß Pfeil VI in Fig. 3,

Fig. 5 eine Frontansicht des Systemträgers gemäß Pfeil VII in Fig. 3, teilweise im Vertikalschnitt und

Fig. 6 eine Untersicht unter den Systemträger teilweise im Horizontalschnitt.

Der Systemträger 1 besteht aus einem einstückigen Alu­ miniumgußteil mit einem mittleren Bereich 15 und hinteren Bereich 18 als Systembasis, welche mit unterseitigen Basisbefestigungen 24 an Festpunkten eines umgebenden Ge­ häuses oder einer Montageplatte festlegbar ist. Der rück­ wärtige Bereich 18 der Systembasis ist über zwei obere Lenkerarme 4 und zwei untere Lenkerarme 5 über Dünn­ stellen 7 mit dem im vorderen Bereich liegenden Lastauf­ nehmer 2 verbunden, so daß eine übliche Lenkerparallel­ führung für den Lastaufnehmer 2 entsteht. Der Lastauf­ nehmer 2 weist weiterhin eine Anschraubfläche 9 zur Befestigung eines Koppelelementes 3′ zur gelenkigen Ver­ bindung zwischen Lastaufnehmer 2 und einem Übersetzungs­ hebel 3 mit Spule SP auf. Im rückwärtigen Bereich 18 des Systemträgers 1 ist eine Lagerstelle 6 in Form einer zylindrischen Durchbrechung bzw. einer zylindrischen Vertiefung zur Aufnahme eines topfförmigen Permanent­ magneten M der elektromagnetischen Kraftkompensation eingelassen. Am freien Ende des Übersetzungshebels 3 ist das eine Teil und am rückwärtigen Teil 18 des System­ trägers 1 das andere Teil eines opto-elektronischen Lagensensors 29 und eine elektronische Platine 30 be­ festigt. Weitere Anschraubflächen 8 zum Anschrauben der Federlagerung des Übersetzungshebels 3 sind ebenfalls im Gußteil angeformt und müssen gegebenenfalls noch durch spanabhebende Bearbeitung für die Montage vorbereitet werden.

Der Systemträger 1 ist im wesentlichen symmetrisch (siehe Fig. 2-5) aufgebaut in bezug auf die Draufsicht und hat eine Längsachse SA, welche gleichzeitig die Symmetrieachse ist, eine Querachse QA, welche bei dieser Ausführungsform durch den Mittelpunkt des zylindrischen Aufnahmelagers 6 verläuft und eine Hochachse HA, die ebenfalls durch den Mittelpunkt des Aufnahmelagers 6 verläuft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Systemträger 1 im wesentlichen die Form eines symmetrischen Trapezes, bei dem der Lastauf­ nehmer 2 die kürzere Trapezseite bildet und die lange, parallel dazu verlaufende Trapezseite durch den rück­ wärtigen Teil 18 des Systemträgers gebildet ist. Beide Teile 2, 18 sind durch schräg verlaufende Ober- und Unter­ lenker 4, 5 und Dünnstellen 7 verbunden.

Die vertikal nach oben und unten abstehende Verrippung 16 der Systembasis 15, 18 ist durch um den Mittelpunkt bzw. die Hochachse HA des zylindrischen Aufnahmelagers 6 durch Radialstege und Tangentialstege gebildet. Das ebenfalls etwa trapezförmig ausgebildete Basisteil 15 ist von den beiden oberen und unteren Lenkern 4, 5 und den Dünn­ stellen 7 durch eine schneisenförmige Rinne 27 getrennt, die sich jedoch in der Seitenansicht ebenfalls als Öffnung 27′ (Fig. 3) zeigt. Die auf der Oberseite und auf der Unterseite in Richtung der Öffnungen 16′, 27 verlaufen­ den Rippen 16 konvergieren in ihrem Querschnitt in Richtung der Öffnungen und die Hohlräume 16′, 6, 27 divergieren in Richtung ihrer Öffnungen und verlaufen in Richtung von Parallelen P zur Hochachse HA. Die etwa horizontalen Wände der Öffnungen bilden dabei scheibenartige Versteifungen in horizontaler Richtung.

Der zu einer System-Querachse QA etwa parallel und durch die Ober- und Unterlenker 4, 5 und Dünnstellen 7 der Paral­ lelführung im parallelen Abstand gehaltene Lastauf­ nehmer 2 und der der Systembasis 18, 15 zugeordnete hintere Bereich 18 des Gußblockes ist als Kastenprofil ausgebildet mit beiderseits einer als Symmetrieachse anzusehenden Längsachse SA sich nach außen öffnenden und divergierenden Hohlräumen 17, 18′. Mehrere im Basisteil 18 und 15 ange­ formte Zapfen 31 dienen als Anschraublager für ein das Magnetsystem M/SP abdeckendes Abschirmblech und/oder Kabelhalter für elektrische Kabel.

Die im vertikalen Abstand angeordneten Ober- und Unter­ lenker 4, 5 haben bei größerer Länge und entsprechend not­ wendiger Dicke im verstärkten mittleren Bereich im An­ schluß an die beiderseitigen Dünnstellen 7 Verrippungen 19 und nach außen offene Taschen 19′, wobei die Rippen 19 beiderseits der Systemlängsachse SA in Richtung der System­ Querachse QA oder Parallelen P dazu ausgerichtet sind und bei der die Rippen 19 in ihrem Querschnitt in bezug auf Parallelen P oder System-Querachse QA in Öffnungsrichtung konvergieren, währenddessen die Taschen 19′ in Richtung der Taschenöffnungen divergieren. Das Kastenprofil des Last­ aufnehmers 2 weist in der vertikalen Ebene Fortsätze 10′′ (Fig. 4) auf, die in Richtung der Systemlängsachse SA an zum Basisteil 15, 18 abgewandten Seite öffnende konver­ gierende Verrippungen 25, 26 und divergierende Öffnungen 25′, 26′ aufweisen und in Fig. 1 und 3 sichtbar sind.

In ähnlicher Weise sind gemäß Fig. 5 die seitlichen Be­ grenzungen des Mittelteiles 15 der Systembasis mit Rippen 22 und Taschen 22′ versehen. Der mittlere Teil 10 des Lastaufnehmers 2 weist parallel zur System-Querachse QA verlaufende Fortsätze 10′ auf, die diesen mindestens auf die Breite des rückwärtigen Basisteiles 18 verbreitern. Die Fortsatze 10′ sind ebenfalls als Kastenprofil ausgebildet, wobei die Taschen 17 zur Öffnung hin divergieren und an ihren Stirnflächen Anschraublöcher 11 für Schrauben 13 bzw. Befestigungslager für Querstege 12 aufweisen, mit denen der Lastaufnehmer 2 mittels zusätzlicher Stangen 28 zu einem Lastaufnahmerahmen 12, 28 komplettiert werden kann, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Querstege 12 sind ebenfalls als Aluminiumdruckgußteil mit Verrippungen ausgebildet und haben an ihren Enden Befestigungslager 14 zur Aufnahme einer rechteckigen Lastschale.

Der gesamte Systemträger 1 ist mittels Verrippungen und Taschen und Durchbrechungen filigranartig zur Bildung dünner Wandstärken und zur Reduzierung von Material­ anhäufungen strukturiert und kann damit einerseits große Lasten in das Meßsystem einleiten und hat aufgrund der Materialhomogenität und aufgrund der gleichmäßigen Wandstarken ein gutes thermisches Verhalten, was besonders bei hochauflösenden Präzisionswaagen von Vorteil ist.

Zum Schutz der empfindlichen Parallelführung gegen schäd­ liche Kräfte beim Entformen, Transport und Bearbeitung des Gußblockes, sind zwischen den im fertigen Systemträger relativ zueinander beweglichen Teilen der Parallelführung und der Systembasis 15, 18 auftrennbare Gußbrücken 20, 21 angeordnet, die nach ihrer Entfernung als Bearbeitungs­ flächen 20′, 21′ am Gußblock sichtbar sind. Die zwischen Lastaufnehmer 2 und Systemträger 15, 18 gebildete Bearbei­ tungsfläche 21′ aus der Gußbrücke 21 dient dabei als Befestigungslager für ein Koppelelement 3′ zwischen Last­ aufnehmer 2 und den mechanischen Teilen der Lastkompen­ sationsmittel wie Übersetzungshebel 3 und Spule SP.

Die Feinbearbeitung des Systemträgers in Form eines ein­ stückigen Gußblockes ist auf ganz wenige Befestigungspunkte für Zusatzelemente bei 8 und 9 und gegebenenfalls an den Dünnstellen 7 (Fig. 1) beschränkt, um bei letzteren durch Materialabtrag eine Justierung des Ecklastverhaltens durchzuführen.

Claims (13)

1. Oberschalige Präzisionswaage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit einem gehäusefesten Systemträger (1), mit einem Lastauf­ nehmer (2), mit zwei Lenkern (4, 5), die als Parallel­ führung den Lastaufnehmer (2) in senkrechter Richtung beweglich mit dem Systemträger (1) verbinden, wobei der Systemträger (1), die beiden Lenker (4, 5) und der Last­ aufnehmer (2) als einstückiges Gußteil ausgebildet sind, mit einem Übersetzungshebel (3) und mit einem Koppelele­ ment (3′) zwischen Lastaufnehmer (2) und Übersetzungs­ hebel (3), wobei die der Masse des Wägegutes entspre­ chende Kraft vom Lastaufnehmer (2) über das Koppelele­ ment (3′) auf den kürzeren Hebelarm des Übersetzungs­ hebels (3) übertragen wird und am längeren Hebelarm des Übersetzungshebels (3) die Spule (SP) der elektromagne­ tischen Kraftkompensation befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußblock aus Aluminiumdruck­ guß gebildet ist und die Systembasis (15, 18) bezogen auf in dieser verlaufenden horizontalen Ebenen nach oben und unten in Rippen (16) und nach oben und/oder unten offene Hohlräume (16′, 6, 27) aufgegliedert ist, wobei die Rippen (16) in ihrem Querschnitt in Richtung der zugeordneten Hohlraumöffnung konvergieren und aus der horizontalen Ebene in Richtung einer System- Hochachse (HA) oder Parallelen (P) dazu ausgerichtet sind,

• - der zu einer System-Querachse (QA) etwa parallel und durch die Ober- und Unterlenker (4, 5) der Parallel­ führung im parallelen Abstand gehaltene Lastaufnehmer (2) und der der Systembasis (15, 18) zugeordnete hintere Bereich (18) des Gußblockes als Kastenprofil mit beiderseits einer als Symmetrieachse anzusehenden Längsachse (SA) sich nach außen öffnenden und diver­ gierenden Hohlräumen (17, 18′) ausgebildet ist,
• - und die im vertikalen Freiraum zwischen Ober- und Unterlenker (4, 5) liegenden Teile der Systembasis (15, 18) und bedarfsweise die im vertikalen Abstand angeord­ neten Ober- und Unterlenker (4, 5) durch Verrippung (19, 22) und Hohlräume (19′, 22′) aufgegliedert sind, wobei die Rippen (19, 22) beiderseits der Systemlängs­ achse (SA) in Richtung der System-Querachse (QA) oder Parallelen (P) dazu ausgerichtet sind und die Rippen­ querschnitte in bezug auf Parallelen (P) oder System- Querachse (QA) in Öffnungsrichtung konvergieren.

2. Präzisionswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (16′, 17, 18′, 22′, 25′, 26′, 27) Mulden, Taschen oder Sacklöcher und die quer zu den Verrippungen (16, 19, 22, 25, 26) verlaufenden Böden der Öffnungen Profilversteifungen bilden.

3. Präzisionswaage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kastenprofil des Lastaufnehmers (2) in der vertikalen Ebene Fortsätze (10′′) aufweist, die in Richtung der Systemlängsachse (SA) an der zum Basis­ teil (15, 18) abgewandten Seite sich öffnende, im Quer­ schnitt konvergierende Verrippungen (25, 26) und diver­ gierende Öffnungen (25′, 26′) aufweisen.

4. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rippen (19) und Öffnungen (19′) in den Ober- und Unterlenkern (4, 5) im Raum zwischen den inte­ grierten und in den Lastaufnehmer (2) und in das rück­ wärtige Ende (18) der Systembasis (15, 18) übergehenden Dünnstellen (7) angeordnet sind.

5. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gußblock im wesentlichen recht­ eckförmige Umrißform aufweist, wobei das Aufnahme­ lager (6) für ein Lastkompensationsmittel im rück­ wärtigen Bereich der Systembasis (15, 18) in der Sysytemlängsachse (SA) angeordnet ist.

6. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Aufnahmelager (6) zylindrisch zur Aufnahme eines Topfmagneten ausgebildet ist.

7. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vertikal nach oben und/oder unten abstehende Verrippung (16) der Systembasis (15, 18) durch um den Mittelpunkt des zylindrischen Aufnahmelagers (6) durch Radialstege und/oder Tangentialstege gebildet ist.

8. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gußblock in der horizontalen Drauf­ sicht betrachtet im wesentlichen die Form eines symme­ trischen Trapezes hat, bei dem der Lastaufnehmer (2) die kürzere Trapezseite bildet und die lange, parallel dazu verlaufende Trapezseite durch den rückwärtigen Teil (18) des Systemträgers (1) gebildet ist und beide Teile (2, 18) durch die schräg verlaufenden Ober- und Unter­ lenker (4, 5) mit Dünnstellen (7) verbunden sind.

9. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lastaufnehmer (2) parallel zur System-Querachse (QA) verlaufende Fortsätze (10′) aufweist und diesen mindestens auf die Breite des rückwärtigen Basisteiles (18) verbreitern.

10. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der im Bereich der Ober- und Unter­ lenker befindliche Teil (15) der Systembasis (15, 18) seitlich in den von Ober- und Unterlenkern (4, 5) ge­ bildeten vertikalen Freiraum bis etwa an die äußeren seitlichen Begrenzungen der Ober- und Unterlenker (4, 5) erstreckt.

11. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fortsätze (10′) Befestigungslager (11) für zu einem Lastaufnahmerahmen (12, 28) komplet­ tierte Querstege (12) aufweisen, wobei die Querstege (12) die eigentliche Lastschale abstützen.

12. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Querstege (12) als Gußteile aus Aluminiumdruckguß mit Verrippung ausgebildet sind.

13. Präzisionswaage nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Systemträger (1) zwischen den Lenkern (4, 5) und der Systembasis (15, 18) und zwischen dem Lastaufnehmer (2) und der Systembasis (15, 18) aus entfernten Gußbrücken (20, 21) stammende Bearbeitungs­ flächen aufweist und die Bearbeitungsfläche zwischen dem Lastaufnehmer (2) und der Systembasis (15, 18) als Befestigungsfläche (9) für die Lagerung eines Koppel­ elementes (3′) ausgebildet ist, welches den Lastauf­ nehmer (2) mit den in der Systembasis (15, 18) gelager­ ten Lastkompensationsmittel (3, M, SP) mechanisch ver­ bindet.