DE3939960A1 - Oberschalige elektronische waage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine oberschalige elektro­ nische Waage mit einem Gehäuse und mit einem Lastaufnehmer, der über einen oberen Lenker und einen unteren Lenker in Form einer Parallelführung federnd mit gehäusefesten Festpunkten verbunden ist.

Waagen dieser Art sind allgemein bekannt und beispielsweise in der DE-OS 34 22 042 und der DE-OS 37 10 997 beschrieben. Die Ecklastkorrektur - also der Abgleich auf gleiche An­ zeigeergebnisse unabhängig vom Ort des Wägegutes auf der Waagschale - erfolgt dabei entweder durch Justiervorrich­ tungen, die die vertikale Lage eines der Lenker relativ zum anderen Lenker verändern, oder durch Materialabtrag im Bereich einer der Gelenkstellen, wodurch in gleicher Weise die vertikale Lage der effektiven Drehpunkte der Lenker relativ zueinander verändert wird. Diese Methoden der Eck­ lastkorrektur erfordern entweder den Aufwand der entspre­ chenden Justiervorrichtung oder sie gestatten nur eine Justierung in einer Richtung, so daß eine genaue Korrektur viel Erfahrung verlangt. Daneben sind zur Behebung nicht­ linearer Ecklastfehler, wie sie z. B. in der EP 0 80 702 be­ schrieben sind, mehrere nebeneinanderliegende Einfräsungen notwendig, die die Ecklastkorrektur zusätzlich erschweren. Weiter ist es aus der DE-OS 30 03 862 bekannt, an der Parallelführung einen Ecklastsensor anzubringen, dessen Ausgangssignal den vorhandenen Ecklastfehler innerhalb der Elektronik korrigiert. Dies erfordert jedoch zusätzliche Sensoren und eine entsprechende Meßwertweiterverarbeitung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine vereinfachte Mög­ lichkeit zur Ecklastkorrektur anzugeben, die auch die Justierung nichtlinearer Ecklastfehler erlaubt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zur Eck­ lastkorrektur mindestens eine zusätzliche Blattfeder zwischen dem Lastaufnehmer und gehäusefesten Festpunkten vorgesehen ist und daß die wirksame Federkonstante der Blattfeder veränderbar ist.

Diese zusätzliche Blattfeder wirkt dadurch als Ecklast­ korrekturmittel, daß bei ausmittiger Belastung der Waag­ schale sich diese zusammen mit dem Lastaufnehmer etwas schräg stellt und dadurch je nach Lage der Blattfeder deren Reaktionskraft auf den Lastaufnehmer ändert. Diese Kraft­ änderung hängt nur von der Federkonstanten ab, nicht jedoch von der Größe der Federkraft. Dadurch unterscheidet sich die Funktion dieser Blattfeder zur Ecklastkorrektur deut­ lich von der Funktion einer Tarafeder, wie sie z. B. aus der DE-OS 25 56 117 bekannt ist, die durch ihre Federkraft Vorlasten auf der Waagschale kompensiert. Bei einer Blatt­ feder läßt sich die Federkonstante verhältnismäßig einfach ändern; ihre geringe Bauhöhe (im Vergleich zu einer ver­ tikalen Schraubenfeder) läßt sich außerdem leicht in den flachen Gehäusen üblicher elektronischer Waagen unter­ bringen.

Die Federkonstante dieser Blattfeder(n) zur Ecklastkor­ rektur ist im allgemeinen klein gegenüber der vertikalen Federkonstanten der Parallelführung. Die Korrektur durch die Blattfeder(n) ist zudem so klein gehalten, daß uner­ wünschte Änderungen anderer Parameter - wie z. B. das Tempe­ raturverhalten - zu vernachlässigen sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Wirkungs­ prinzipes,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform,

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform,

Fig. 6 eine Blattfeder in einer ersten Ausgestaltung und

Fig. 7 eine Blattfeder in einer zweiten Ausgestaltung.

Die Prinzipskizze in Fig. 1 zeigt eine Parallelführung, die aus zwei Lenkern 3 und 4 mit den Gelenkstellen 5 besteht und den Lastaufnehmer 2 mit den gehäusefesten Festpunkten 1 verbindet. Der Lastaufnehmer 2 trägt auf seiner Oberseite die Waagschale 6. Seitlich am Lastaufnehmer 2 ist eine Blattfeder 8 angebracht, die sich an einem gehäusefesten Festpunkt 1′ abstützt. Bei mittig aufgelegter Last 10 wird das Gewicht durch die Gegenkraft (Pfeil 9) eines belie­ bigen, nicht dargestellten Meßsystems kompensiert, ohne daß ein Drehmoment von den Lenkern 3 und 4 aufgenommen werden müßte. Bei ausmittig aufgelegter Last 10′ entsteht ein Drehmoment, das von den Lenkern 3 und 4 aufgenommen wird und das zu einer geringen Schrägstellung des Lastaufnehmers 2 und der Waageschale 6 relativ zum Gehäuse führt. Diese Schrägstellung überträgt sich auf die Blattfeder 8.

Entsprechend der Federkonstanten der Blattfeder 8 ergibt sich dadurch eine Änderung der Federkraft auf den Lastauf­ nehmer 2, die die Gewichtskraft verringert und zu einem ge­ ringeren Wert in der Anzeige führt. Liegt das Gewicht 10 in Fig. 1 jedoch auf der rechten Seite der Waagschale 6, so erzeugt die Blattfeder in entsprechender Weise eine klei­ nere Zusatzkraft, wodurch der Wert in der Anzeige vergrö­ ßert wird. - Die in Fig. 1 gezeichnete Blattfeder 8 korri­ giert also die Ecklastfehler einer Parallelführung, die im unjustierten Zustand bei Gewichten links auf der Waagschale höhere Werte anzeigt als in der Mitte der Waagschale und bei Gewichten rechts auf der Waagschale niedrigere Werte anzeigt als in der Mitte der Waagschale.

Die Größe der Korrektur hängt einmal von der Steifigkeit der Blattfeder 8 ab (nicht jedoch von der Federvorspannung, da es für die Ecklastkorrektur nur auf die Kraftänderung zwischen mittig und außermittig aufgelegtem Gewicht an­ kommt; die Federvorspannung wird daher möglichst gering gewählt), zum anderen von deren wirksamen Länge. Die Eck­ lastjustierung kann also über einen dieser Parameter er­ folgen; beispielsweise kann eine Grobjustierung durch die Auswahl einer Blattfeder mit einer bestimmten Steifigkeit vorgenommen werden und eine Feinjustierung durch seitliches Verschieben des gehäusefesten Abstützpunktes 7.

Soll eine Parallelführung mit umgekehrtem Ecklastverhalten (Gewicht links: niedrige Anzeige, Gewicht rechts: hohe An­ zeige) korrigiert werden, so muß die Blattfeder auf die ge­ strichelt eingezeichnete Position 8′ eingesetzt werden. - Für die Richtung senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1 er­ gibt sich die Justiermöglichkeit in entsprechender Weise durch eine Blattfeder, die senkrecht zur Zeichenebene ver­ läuft. Die Justierung der beiden orthogonalen Richtungen der Ecklast auf der Waagschale kann auch durch eine einzige Blattfeder erfolgen, die z. B. schräg nach links hinten ver­ laufen muß, wenn die unjustierte Parallelführung sowohl links als auch hinten (hinter der Zeichenebene) auf der Waagschale höhere Werte anzeigt als in der Mitte.

Über das im vorstehenden beschriebene Wirkungsprinzip hinaus kann auch nichtlineares Ecklastverhalten durch mehrere erfindungsgemäße Blattfedern korrigiert werden. So sollten sich zwei gleiche Blattfedern 8 und 8′ mit gleichem Abstand des gehäusefesten Abstützpunktes 7, 7′ in ihrer Wirkung eigentlich aufheben; es hat sich jedoch gezeigt, daß dies nur für den linearen Ecklastanteil gilt, während für die nichtlinearen Anteile eine resul­ tierende Wirkung übrig bleibt, so daß durch mehrere Federn sowohl die linearen als auch die nichtlinearen Ecklast­ fehler korrigiert werden können.

In den Fig. 2 bis 5 sind nun praktische Ausführungs­ formen des im vorstehenden erläuterten Prinzips darge­ stellt.

Fig. 2 zeigt eine Waage mit elektromagnetischer Kraft­ kompensation im Schnitt. Am gehäusefesten Systemträger 13 sind die Lenker 20 und 21 mit den Gelenkstellen 22 be­ festigt und bilden eine Parallelführung für den Lastauf­ nehmer 24. Am Lastaufnehmer 24 ist ein stabiles (evtl. verripptes) Blech 27 mittels Schrauben 28 festgeschraubt. Auf diesem Blech 27 stützt sich dann über Zwischenele­ mente 30 die Waagschale 31 ab. Weiter erkennt man in Fig. 2 ein Koppelelement 26, das die Gewichtskraft auf den kürze­ ren Hebelarm eines Übersetzungshebels 23 überträgt. Der Übersetzungshebel 23 ist durch ein Kreuzfedergelenk 25 am Systemträger 13 gelagert und trägt an seinem längeren He­ belarm die Spule 11 der elektromagnetischen Kraftkompen­ sation. Die Spule 11 taucht in den Luftspalt eines Perma­ nentmagneten 12 ein. Der Strom durch die Spule wird dabei in bekannter Weise durch einen Lagensensor 16 und einen Regelverstärker 14 so geregelt, daß Kraftgleichgewicht herrscht. Der Spulenstrom wird an einem Meßwiderstand 15 in ein Spannungssignal umgewandelt, im A/D-Wandler 17 digi­ talisiert, in einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 weiterverarbeitet und in der Anzeige 19 angezeigt. - Die Funktion der Waage ist im vorstehenden nur ganz kurz be­ schrieben, da sie allgemein bekannt ist. Zur Ecklast­ justierung ist nun eine Blattfeder 29 am Blech 27 fest­ geschraubt. Diese Blattfeder drückt leicht gegen eine gehäusefeste Schraube 33 als Abstützpunkt. Das Gehäuse­ oberteil 32 ist dabei nur angedeutet und in nicht gezeich­ neter Weise mit dem Systemträger 13 verbunden. Die Wir­ kungsweise der Blattfeder wurde bereits anhand der Fig. 1 erläutert. Durch Wahl der Steifigkeit der Blattfeder 29 wird die Ecklastkorrektur grob durchgeführt, eine Fein­ einstellung ist dadurch möglich, daß die Schraube 33 in eines von mehreren im Gehäuseoberteil 32 vorhandenen Löchern geschraubt wird und dadurch die wirksame Länge der Blattfeder 29 verändert wird. Eins dieser Löcher 35 ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet. Die Feineinstellung ist dadurch nach der Montage des Wägesystems in das Gehäuse von außen her möglich. Die Justierung der Ecklast in der Rich­ tung senkrecht zur Zeichenebene erfolgt durch eine weitere, nicht gezeichnete Blattfeder. Ebenso können weitere Blatt­ federn zum Beispiel auf der linken Seite des Bleches 27 zur Justierung nichtlinearer Ecklasteffekte eingebaut sein.

Die Ausgestaltung in Fig. 3 unterscheidet sich nur in der Art der Anbringung der Ecklastkorrekturfeder von der Aus­ gestaltung in Fig. 2. Gleiche Teile wie in Fig. 2 sind daher mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet und wer­ den nicht nochmals erläutert. Die Ecklastkorrekturfeder 34 ist in Fig. 3 am unteren Ende des Lastaufnehmers 24 fest­ geschraubt. Sie drückt gegen eine Schraube 36, die in einem Schlitz 46 verschiebbar ist. Dadurch kann die wirksame Länge der Blattfeder 34 verändert werden. Durch eine ab­ sichtliche geringe Nichtparallelität der Lenker 20 und 21 ist dafür gesorgt, daß im unjustierten Zustand immer Eck­ last eines Vorzeichens auftritt, so daß der Verschiebe­ bereich rechts vom Lastaufnehmer 24 in Fig. 3 zur Korrektur ausreicht.

In Fig. 4 ist eine Ausgestaltung mit einem Dehnungsmeß­ streifen-Meßsystem im Schnitt gezeigt. Das Teil 37 bildet die Parallelführung für den Lastaufnehmer 38 und trägt an seinen Dünnstellen Dehnungsmeßstreifen 39. Auf der Gegen­ seite ist das Teil 37 über eine Stütze 40 mit dem Gehäuse­ unterteil 41 verbunden. Der Lastaufnehmer 38 trägt auf seiner Oberseite die Waagschale 42. Zur Ecklastkorrektur weist der Lastaufnehmer 38 eine Blattfeder 43 auf. Die wirksame Länge der Blattfeder 43 wird durch eine Schraube 44 festgelegt, wobei für diese Schraube wieder - wie in Fig. 4 angedeutet - mehrere Löcher zur Auswahl stehen. Weiter ist eine zweite Blattfeder 43′ eingebaut, deren wirksame Länge durch die Schraube 45 festgelegt ist. Für die Justierung des linearen Ecklastfehlers ist nur die Differenz der Wirkungen der beiden Blattfedern 43 und 43′ wirksam, beide Blattfedern zusammen korrigieren auch nicht­ lineare Ecklastfehler.

Die Ecklastjustierung in der zur Zeichenebene orthogonalen Richtung erfolgt in gleicher Weise durch Blattfedern ortho­ gonal zur Zeichenebene.

Eine weitere Ausgestaltung ist in Fig. 5 in Aufsicht gezeigt. In dieser Ausgestaltung sind der gehäusefeste Teil 47 der Parallelführung, die Lenker 48 mit ihren Dünn­ stellen 49 und der Lastaufnehmer 50 mit seinen seitlichen Vorsprüngen 53 aus einem Stück hergestellt. Die seitlichen Vorsprünge 53 tragen an ihren Enden Querstreben 54, die wiederum Abstützpunkte 55 für die (nicht gezeichnete) Waag­ schale tragen. Auf den Querstreben 54 sind mit Abstands­ stücken 68 insgesamt vier Blattfedern 56 festgeschraubt, die in gleicher Weise wie in den Fig. 2 und 4 gezeichnet gegen Schrauben am Gehäuseoberteil drücken. Weiter erkennt man in Fig. 5 einen Übersetzungshebel 51 mit der Spule 52 einer elektromagnetischen Kraftkompensation.

Als Blattfedern können in allen gezeigten Ausführungs­ formen rechteckige Blechstreifen aus einem Federwerkstoff eingesetzt werden. Eine Justierung der Federkonstanten ist dabei in bekannter Weise dadurch möglich, daß die Blatt­ feder aus zwei aufeinanderliegenden Teilfedern besteht, die durch zwei verschiebbare Koppelstücke miteinander verbunden sind. Andere mögliche Ausgestaltungen sind beispielhaft in den Fig. 6 und 7 gezeigt: Die Blattfeder 57 in Fig. 6 besteht aus einem mittleren Steg 58 und zwei seitlichen Stegen 59. An der gemeinsamen Wurzel 62 der Stege ist die Blattfeder am Lastaufnehmer befestigt. Der Abstützpunkt am Gehäuse ist mit 61 bezeichnet und gestrichelt angedeutet. Die drei Stege sind durch ein verschiebbares Klemmstück 60 verbunden, wodurch die Federkonstante der Blattfeder 57 veränderbar ist.

Die in Fig. 7 gezeigte Blattfeder 63 besteht aus einem umlaufenden Rahmen 64 und einem rückführenden Steg 65. Die Befestigung der Blattfeder erfolgt im Bereich 67, der gehäusefeste Anschlag greift am Punkt 66 an. Sowohl der umlaufende Rahmen 64 als auch der rückführende Steg 65 sind federnd ausgebildet. Die Federkonstante ist im Bereich des Punktes 66 bei entsprechender Dimensionierung der Steg­ breiten unabhängig von geringen Abweichungen des Angriffs­ punktes.

Die in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Ausführungsformen sind selbstverständlich nur als Beispiele anzusehen, wie das anhand von Fig. 1 erläuterte Prinzip der Ecklastjustierung konstruktiv umgesetzt werden kann. Dasselbe gilt für die in den Fig. 6 und 7 gezeigten Ausgestaltungen der Blatt­ federn. Zum Beispiel kann die Blattfeder in allen Ausfüh­ rungsformen der Waage am Gehäuse befestigt sein und gegen den Lastaufnehmer drücken. Oder die Blattfeder kann sich an der Bodenplatte des Gehäuses (statt am Gehäuseoberteil) abstützen.

Claims (7)

1. Oberschalige elektronische Waage mit einem Gehäuse und mit einem Lastaufnehmer, der über einen oberen Lenker und einen unteren Lenker in Form einer Parallelführung federnd mit gehäusefesten Festpunkten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ecklastkorrektur minde­ stens eine Blattfeder (8, 8′, 29, 34, 43, 43′, 56) zwischen dem Lastaufnehmer (2, 24, 38, 50) und gehäusefesten Fest­ punkten (7, 7′, 33, 36, 44, 45) vorgesehen ist und daß die wirksame Federkonstante der Blattfeder (8, 8′, 29, 34, 43, 43′, 56) veränderbar ist.

2. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der beiden ortho­ gonalen Richtungen der Ecklast auf der Waagschale (6, 31, 42) mindestens eine Blattfeder (8, 8′, 29, 34, 43, 43′, 56) zwischen dem Lastaufnehmer (2, 24, 38, 50) und gehäuse­ festen Festpunkten (1′, 13, 32, 44, 45) vorgesehen ist.

3. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern durch fe­ dernde seitliche Vorsprünge (8, 8′, 34, 43, 43′) des Last­ aufnehmers (2, 24, 38) gebildet werden.

4. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (29, 34, 56) anschraubbar sind.

5. Oberschalige elektronische Waage nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blatt­ federn (57, 63) mehrere Stege (58, 59, 64, 65) aufweisen.

6. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (63) einen rückführenden Steg (65) aufweisen.

7. Oberschalige elektronische Waage nach einem der An­ sprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein ver­ schiebbares Klemmstück (60) die Stege (58, 59) über­ brückt.