PL236727B1 - Waga z monolitycznym układem wagowym z przedłużeniem dźwigni dla odważnika kalibracyjnego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest waga z monolitycznym układem wagowym z przedłużeniem dźwigni dla odważnika kalibracyjnego do zastosowania w wagach pracujących na zasadzie elektromagnetycznej kompensacji mierzonej siły ciężkości z nośnią ładunku o rozmiarze większym od monolitycznego układu wagowego, wymagającej dodatkowego elementu podtrzymującego między nośnią ładunku a monolitycznym układem wagowym.

W stanie techniki znane jest rozwiązanie ujawnione w patencie US5866854, ukazujące urządzenie kalibracyjne dla wagi wykonanej na monolitycznym układzie wagowym, które oprócz układu dźwigniowego z podłączeniem do miejsca przyjmującego obciążenie szalki z jednej strony i z połączeniem do miejsca podania siły od układu kompensującego siłę ciężkości z drugiej strony, posiada dodatkowe miejsce różne od poprzednio wymienionych, przeznaczone do rozłącznego przyłączania siły kalibracyjnej pochodzącej od odważnika kalibracyjnego, który jest odłączony podczas normalnego ważenia. To dodatkowe miejsce jest wyposażone w elementy wspierające do przyjęcia odważnika kalibracyjnego po obu stronach monolitycznego układu wagowego. W przykładowym rozwiązaniu ujawniono odważnik kalibracyjny w postaci dwóch odważników talerzowych umieszczonych równolegle do powierzchni bocznych monolitycznego układu wagowego.

To rozwiązanie wymaga zastosowania odważnika kalibracyjnego o dość dużej masie. Z opisu patentowego wynika, że dodatkowe miejsce dla podłączenia odważnika kalibracyjnego może być dodatkową dźwignią w monolitycznym układzie wagowym, ale długość tej dźwigni, a tym samym proporcjonalne zmniejszenie odważnika kalibracyjnego, jest ograniczone gabarytami monolitycznego układu wagowego, w którym ta dźwignia jest wycięta.

Wady tej nie posiada inny patent ujawniający rozwiązanie bardziej zbliżone do prezentowanego wynalazku, patent EP0955530. Ujawniony tam jest monolityczny układ wagowy dwudźwigniowy, w którym jedna dźwignia posiada dodatkowe przedłużenie dźwigni sięgające w stronę pionowego elementu ruchomego układu wagowego przyjmującego oddziaływanie nośni ładunku i dalej, aż poza krawędź układu wagowego przeciwległą do części stacjonarnej układu wagowego, gdzie w przestrzeni przyległej do układu wagowego to przedłużenie dźwigni posiada element przeznaczony do przyjęcia odważnika kalibracyjnego.

To rozwiązanie z kolei charakteryzuje się tym, że przy stosowaniu nośni ładunku o dużej powierzchni, znacznie większej od monolitycznego układu wagowego, dla której nośnia nie może być bezpośrednio połączona, wymaga elementu pośredniczącego w postaci konstrukcji podtrzymującej nośnię ładunku, na którym jest ona oparta. To punkt centralny wagi, czyli pionowy element stacjonarny układu wagowego na stałe połączony do podstawy wagi, który jest sztywnym punktem odniesienia wszystkich działających sił w układzie wagowym i jest on umiejscowiony bliżej skraju nośni ładunku. Takie rozwiązanie, powyżej pewnej dokładności pomiarowej, może powodować problemy z błędami niecentryczności, związanymi z usytuowaniem ważonego ładunku na krańcach nośni ładunku. Waga idealna daje to samo wskazanie bez względu na miejsce usytuowania obciążenia. W tym rozwiązaniu, przy wagach o dużej precyzji pomiaru, zauważalne są różnice w wyniku pomiaru dla punktów nośni ładunku mniej i bardziej oddalonych od pionowego elementu stacjonarnego monolitycznego układu wagowego. Poza tym, przy potrzebie dalszego zwiększenia długości przedłużenia dźwigni w celu zastosowania mniejszego odważnika kalibracyjnego, między mechanizmem wagowym a mechanizmem kalibracyjnym tworzy się dodatkowa przestrzeń, która niewykorzystana może prowadzić do konieczności powiększenia obudowy urządzenia.

Rozwiązanie ujawnione w niniejszym wynalazku łączy zalety powyższych rozwiązań i zmniejsza przedstawione wyżej wady przy zastosowaniu do wag ze stosunkowo dużą powierzchnią szalki, wymagających dodatkowej konstrukcji podtrzymującej nośnię ładunku pośredniczącej między elementem ruchomym układu wagowego a nośnią ładunku, stanowiącą swego rodzaju rusztowanie, na którym układana jest nośnia ładunku. Błędy niecentryczności mogą być dla tego rozwiązania zmniejszone poprzez usytuowanie pionowego elementu stacjonarnego monolitycznego układu wagowego bliżej punktu centralnego nośni ładunku. Główną zmianą jest przeniesienie układu kalibracyjnego na stronę elementu stacjonarnego monolitycznego układu wagowego. Taka konstrukcja daje możliwość zastosowania większego przedłużenia dźwigni, przy jednoczesnym zachowaniu kompaktowości konstrukcji (brak wolnych przestrzeni między elementami), które to przedłużenie oprócz monolitycznego układu wagowego musi ominąć także znajdujący się pomiędzy nimi układ kompensacyjny z magnesem trwałym i cewką, a następnie za nim może być umiejscowiony układ kalibracyjny z odważnikiem kalibracyjnym, zmniejszonym

PL 236 727 B1 dzięki dodatkowemu ramieniu w postaci zwiększonej długości przedłużenia dźwigni, gdzie rzeczywista siła kalibrująca wagę jest siłą ciężkości odważnika pomnożoną przez ramię, na które ona działa. Oczywiście jest możliwe konstrukcyjnie umieszczenie centralnego punktu nośni ładunku nad elementem stacjonarnym układu wagowego, zarówno w przypadku kiedy układ kalibracyjny jest po stronie elementu stacjonarnego jak i ruchomego. Jednakże przedstawione rozwiązanie umożliwia wykonanie bardziej kompaktowe, gdzie nośnia ładunku obejmuje mechanizm wagowy wraz z przetwornikiem siły i układem kalibracyjnym. Takie rozwiązanie uda się upakować w mniejszej obudowie.

Według wynalazku rozwiązaniem jest zastosowanie przedłużenia ramienia dźwigni biegnącego obustronnie przy bocznych pionowych ścianach monolitycznego układu wagowego w kierunku pionowego elementu stacjonarnego tego układu, znajdującego się naprzeciwko pionowego elementu ruchomego monolitycznego układu wagowego, i przechodzącego obustronnie obok tego elementu stacjonarnego i dalej obok układu kompensacyjnego przetwornika siły z cewką i magnesem trwałym w kierunku mechanizmu kalibracyjnego, który układa odważnik kalibracyjny na końcu przedłużenia ramienia dźwigni, w specjalnie wytyczonym obszarze przyjmującym odważnik, stanowiącym np. zagłębienie w przedłużeniu ramienia dźwigni, nazywane dalej siedziskiem.

Przedłużenie ramienia dźwigni jest podłączone do dźwigni po przeciwległej stronie punktu jej podparcia w stosunku do podłączenia pionowego elementu ruchomego monolitycznego układu wagowego, do którego podłączona jest nośnia ładunku. Powyższe daje efekt taki, że położenie odważnika kalibracyjnego przesuwa dźwignię i cały układ wagowy w przeciwnym kierunku niż położenie obciążenia na nośni ładunku. Jednakże waga może być tak skonfigurowana, że układ pomiarowy będzie mieć pewien zapas zakresu poniżej punktu zerowego wagi, w którym takie ujemne wychylenie zostanie zmierzone lub może być układem różnicowym, w którym wskazania poniżej wartości zerowej są interpretowane jako ujemne, a uwzględniane przy kalibracji jako wartość bezwzględna. Ponieważ tryb kalibracji wag jest oddzielony od trybu ważenia, interpretacja takich wyników nie stwarza dodatkowych problemów.

Waga z monolitycznym układem wagowym, z przedłużeniem dźwigni dla odważnika kalibracyjnego, która stanowi niniejszy wynalazek, zawiera monolityczny układ wagowy wykonany z jednego bloku materiału, w którym wycięte są poszczególne elementy. I tak, podstawą jego konstrukcji jest równoległobok składający się z dwóch pionowych elementów, z których jeden jest stacjonarny i jest mocowany bezpośrednio lub pośrednio do podstawy wagi, a drugi jest ruchomy i przyjmuje oddziaływanie od obciążeń na szalce. Oba te pionowe elementy są połączone na dole i na górze poziomymi elementami prowadzącymi, które mają charakter sprężysty, dzięki czemu przywracają położenie pionowego elementu ruchomego po jego zmianie spowodowanej obciążeniem nośni ładunku, natychmiast po zrównoważeniu siły oddziałującej na ten element od strony nośni ładunku.

Przetwornik siły w prezentowanym wynalazku jest usytuowany między monolitycznym układem wagowym, po stronie elementu stacjonarnego układu wagowego, a układem kalibracyjnym z odważnikiem kalibracyjnym i zawiera ruchomą cewkę, powiązaną z układem wagowym, w postaci pierścienia umieszczonego w polu stacjonarnego magnesu trwałego. Dodatkowo zawiera czujnik położenia dający sygnał o położeniu układu do regulatora PID, który generuje prąd płynący przez cewkę. Prąd ten ma taką wartość, że równoważy siły działające na układ ważący dążąc do zachowania pozycji wyjściowej całego układu. To zmiana tego prądu jest miarą zmiany obciążenia mechanizmu wagowego i jest mierzona w wagach z kompensacją elektromagnetyczną jako miara siły ciężkości powiązanej z masą poprzez stały współczynnik przyspieszenia grawitacyjnego.

Odważnik kalibracyjny w tym wynalazku jest przenoszony w pozycji poziomej przez układ kalibracyjny umieszczony po drugiej stronie przetwornika siły w stosunku do monolitycznego układu wagowego i w czasie kalibracji układany na przedłużeniu ramienia dźwigni monolitycznego układu wagowego, które to przedłużenie posiada specjalne siedzisko w postaci zagłębienia jednoznacznie pozycjonującego odważnik, który korzystnie ma kształt wydłużonego walca z dwoma zagłębieniami na jego obwodzie w odległości dopasowanej do rozstawu przedłużenia ramienia dźwigni w części układu kalibracyjnego, który może być ustawiany dowolnie w ramach dostępnej przestrzeni w obudowie wagi. Siedzisko w postaci zagłębień w przedłużeniu ramienia dźwigni przyjmujące odważnik kalibracyjny, które to zagłębienia mają zwężający się ku dołowi kształt tak, że w najwęższym miejscu na dole szerokość zagłębienia jest mniejsza od średnicy odważnika kalibracyjnego w miejscu kontaktu z przedłużeniem ramienia dźwigni. Taki kształt odważnika i przedłużenia dźwigni daje możliwość jednoznacznego i powtarzalnego usytuowania odważnika kalibracyjnego w sposób grawitacyjny. W ten sposób odważnik kalibracyjny poprzez przedłużenie ramienia dźwigni monolitycznego układu wagowego działa bezpośrednio na tę dźwignię opuszczając dłuższe ramię a podnosząc krótsze, które

PL 236 727 B1 z kolei poprzez element sprzęgający pociąga do góry pionowy element ruchomy monolitycznego układu wagowego wraz z połączoną z nim nośnią ładunku.

Szczegóły wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie:

FIG. 1 prezentuje, w postaci widoku aksonometrycznego, stan techniki dla mechanizmu wagowego z nośnią ładunku i odważnikiem kalibracyjnym na przedłużeniu dźwigni, dla którego siła ciężkości pochodząca od odważnika kalibracyjnego działa na układ wagowy w tym samym kierunku co obciążenie na nośni ładunku.

FIG. 2 prezentuje, w postaci widoku aksonometrycznego, przykładowe rozwiązanie według niniejszego wynalazku dla mechanizmu wagowego z nośnią ładunku i odważnikiem kalibracyjnym na przedłużeniu dźwigni, dla którego siła ciężkości pochodząca od odważnika kalibracyjnego działa na układ wagowy w przeciwnym kierunku do obciążenia na nośni ładunku.

FIG. 3 prezentuje, w postaci przekroju przez środek mechanizmu wagowego, przykładowe rozwiązanie według niniejszego wynalazku.

FIG. 4 prezentuje, w postaci przekroju wzdłuż przedłużenia dźwigni mechanizmu wagowego, przykładowe rozwiązanie według niniejszego wynalazku.

Waga z monolitycznym układem wagowym z przedłużeniem dźwigni dla odważnika kalibracyjnego do zastosowania w wagach pracujących na zasadzie elektromagnetycznej kompensacji mierzonej siły ciężkości z nośnią ładunku o rozmiarze większym od monolitycznego układu wagowego, wymagającej dodatkowego elementu podtrzymującego między nośnią ładunku a monolitycznym układem wagowym, pokazano na rysunku na FIG. 1 i FIG. 2. Na FIG. 1 w widoku aksonometrycznym ukazano cały monolityczny układ wagowy 1 wraz w układem kalibracyjnym 2, przetwornikiem siły 3 i nośnią ładunku 4 z konstrukcją podtrzymującą 5, co stanowi stan techniki dla niniejszego wynalazku. Na rysunku, na FIG. 2 pokazano w identyczny sposób analogiczne rozwiązanie będące przedmiotem wynalazku. Na obu figurach oznaczono dwa zasadnicze elementy, które są istotne z punktu widzenia wynalazku. Element A jest przeznaczony do przyjęcia bezpośrednio lub pośrednio siły obciążającej nośnię ładunku 4, natomiast element B oznacza część stacjonarną monolitycznego układu wagowego połączonego bezpośrednio lub pośrednio z podstawą wagi. Ponieważ element B jest elementem sztywnym, to względem tego elementu przemieszczają się inne ruchome elementy monolitycznego układu wagowego 1, co jest wynikiem postawienia obciążenia na nośni ładunku 4 i dlatego najmniejsze błędy niecentryczności związane z ustawianiem ważonego ładunku uzyskuje się, gdy jest on jak najbliżej środka nośni ładunku 4.

W przykładowym wykonaniu prezentowane jest rozwiązanie z nośnią ładunku 4, która jest oparta na konstrukcji podtrzymującej 5, o takim rozmiarze, że obejmuje monolityczny układ wagowy 1, układ kalibracyjny 2 i przetwornik siły 3, jednak jej rozmiar jest tylko nieco większy od tych elementów i tworzy razem konstrukcję kompaktową, która jest najbardziej korzystna przy zastosowaniu niniejszego wynalazku. Jednakże łatwo sobie wyobrazić także nieco mniejszą nośnię ładunku 4, która swoim rozmiarem nie obejmie tych elementów lub jest znacząco od nich większa, jednakże ogranicza się do rozwiązań, w których nośnia ładunku 4 jest na tyle duża, że potrzebuje dodatkowego elementu podtrzymującego 5, który pośredniczy między nośnią ładunku 4, a monolitycznym układem wagowym 1.

Cztery pionowe linie przerywane oznaczające przesunięcie punktów podparcia nośni ładunku 4 w jej narożnikach demonstrują obszar przez nią obejmowany. Dodatkowa linia przerywana demonstruje przesunięcie punktu mocowania elementu podtrzymującego 5 nośni ładunku 4 do monolitycznego układu wagowego 1. Stacjonarny pionowy element B, stanowiący część stacjonarną monolitycznego układu wagowego jest znacznie bliżej środka nośni ładunku 4 w przypadku konstrukcji prezentowanej na FIG. 2 będącej przedmiotem wynalazku niż na FIG. 1 pokazującej stan techniki. Jako stacjonarny pionowy element A oznaczono ruchomy element monolitycznego układu wagowego, przeznaczony do przejęcia siły pochodzącej od nośni ładunku i przekazania jej dalej do mechanizmu wagowego 1.

Na rysunku na FIG. 3 w postaci przekroju przez środek, wzdłuż monolitycznego układu wagowego 1 pokazano elementy tego układu wraz z układem kalibracyjnym 2 i przetwornikiem siły 3. Konstrukcja monolitycznego układu wagowego jest typowa i znana ze stanu techniki, także z konstrukcji niemonolitycznych. Taka konstrukcja, oprócz wymienionych już: pionowego elementu ruchomego A układu wagowego i pionowego elementu stacjonarnego układu wagowego B, posiada dwa sprężyste elementy prowadzące, dolny 6 i górny 7, na których porusza się element A względem stacjonarnego elementu B i tworzą wraz z nimi równoległobok 6, 7, A, B, który stanowi zewnętrzną część monolitycznego układu wagowego 1. Dodatkowo monolityczny układ wagowy 1 zawiera układ dźwigniowy służący do przenoszenia sił w tym układzie między jego poszczególnymi elementami, w prezentowanym

PL 236 727 B1 przykładzie zawierający dwie dźwignie, pierwszą dźwignię 8 i połączoną z nią dźwignię 9. Element ruchomy A jest połączony z pierwszą dźwignią 8 poprzez element sprzęgający 10 działający na krótsze ramię dźwigni pierwszej rozciągające się między punktem podparcia 11 a elementem sprzęgającym 10. Dłuższe ramię pierwszej dźwigni łączy się poprzez element sprzęgający 12 z drugą dźwignią 9. Pierwsza dźwignia 8 na jej dłuższym ramieniu posiada obszar mocowania 13 dostępny obustronnie do podłączenia przedłużenia dźwigni 14, które w całości widoczne jest na FIG. 4, na której pokazano przekrój wzdłużny przez to przedłużenie 14. Przedłużenie dźwigni 14 przechodzi obustronnie od obszaru mocowania 13 wzdłuż monolitycznego układu wagowego 1 w kierunku pionowego elementu stacjonarnego B tego układu i dalej po obu stronach przetwornika siły 3 dociera do przestrzeni przeznaczonej na mechanizm kalibracyjny 2. Przedłużenie dźwigni 14 na jego końcach jest wyposażone w siedzisko 15 dla odważnika kalibracyjnego 16, korzystnie w postaci zagłębień w obustronnym przedłużeniu dźwigni 14, po obu stronach tego przedłużenia, w przestrzeni obok przetwornika siły 3. Odważnik kalibracyjny 16 jest utrzymywany przez układ kalibracyjny 2 w czasie ważenia. Jest on układany na siedzisku 15 tylko na czas kalibracji wagi.

Odważnik kalibracyjny 16 stanowi umieszczony w pozycji poziomej wydłużony walec z dwoma zagłębieniami na jego obwodzie w odległości dopasowanej do rozstawienia końców obustronnego przedłużenia ramienia dźwigni 14 w przestrzeni układu kalibracyjnego 2 obok przetwornika siły 3. Siedzisko 15 w przedłużeniu ramienia dźwigni 14 przyjmujące odważnik kalibracyjny 16 ma zwężający się ku dołowi kształt tak, że w najwęższym miejscu na dole szerokość siedziska jest mniejsza od średnicy odważnika kalibracyjnego 16 w miejscu kontaktu z siedziskiem 15 przedłużenia dźwigni 14. Odważnik kalibracyjny 16 poprzez przedłużenie ramienia dźwigni 14 monolitycznego układu wagowego działa bezpośrednio na pierwszą dźwignię 8, opuszczając dłuższe jej ramię a podnosząc krótsze, które z kolei poprzez element sprzęgający 10 ciągnie do góry pionowy element ruchomy A monolitycznego układu wagowego wraz z połączoną z nim konstrukcją podtrzymującą 5, na której jest układana nośnia ładunku 4.

Do drugiej dźwigni 9 dołączone jest przedłużenie dźwigni 17, które rozciąga się od tej drugiej dźwigni 9 w kierunku elementu stacjonarnego B monolitycznego układu wagowego 1 i dalej do przetwornika siły 3, łączy tę drugą dźwignię 9 z cewką przetwornika siły 3, utrzymując cewkę przetwornika siły 3 w polu jego magnesu trwałego. Przedłużenie dźwigni 17 ma bezpośrednie połączenie z czujnikiem położenia nie prezentowanym w niniejszym rozwiązaniu. To poprzez utrzymywanie w stałej pozycji przedłużenia dźwigni 17, poprzez oddziaływanie zmienianego przez regulator PID prądu cewki z magnesem trwałym utrzymywany jest stan równowagi całego układu wagowego, a zmiana prądu płynącego przez cewkę jest miarą mierzonej siły ciężkości podawanej na nośnię ładunku 4.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Waga z monolitycznym układem wagowym (1) z przedłużeniem dźwigni dla odważnika kalibracyjnego, układem kalibracyjnym (2) i przetwornikiem siły (3), działająca na zasadzie elektromagnetycznej kompensacji mierzonej siły ciężkości, gdzie monolityczny układ wagowy zawiera pionowy element ruchomy (A) przyjmujący pionową mierzoną siłę przyłożoną do nośni ładunku (4) i pionowy element stacjonarny (B), względem którego następuje przemieszczanie ruchomych części monolitycznego układu wagowego (1) oraz dwa sprężyste poziome elementy prowadzące, dolny (6) i górny (7), na których porusza się ruchomy element A względem stacjonarnego elementu (B) i tworzą razem równoległobok (A, B, 6, 7), i dalej pionowy element ruchomy (A) jest połączony z pierwszą dźwignią (8) poprzez element sprzęgający (10), działający na krótsze ramię dźwigni pierwszej, rozciągające się między punktem podparcia (11) a elementem sprzęgającym (10), a dłuższe ramię pierwszej dźwigni (8) łączy się poprzez element sprzęgający (12) z drugą dźwignią (9), znamienna tym, że pierwsza dźwignia (8) na jej dłuższym ramieniu posiada po obu pionowych stronach obszar mocowania (13) do podłączenia przedłużenia dźwigni (14), które przechodzi obustronnie od obszaru mocowania (13), wzdłuż monolitycznego układu wagowego (1) w kierunku jego pionowego elementu stacjonarnego (B) i dalej po obu stronach przetwornika siły (3) dociera do przestrzeni przeznaczonej dla mechanizmu kalibracyjnego (2).
2. 2. Waga według zastrz. 1, znamienna tym, że przedłużenie dźwigni (14) na jego końcach, przeciwległych do końców połączonych do obszaru mocowania (13), jest wyposażone w siedzisko (15) dla odważnika kalibracyjnego (16), układanego na nim przez układ kalibracyj

   PL 236 727 Β1 ny (2) w czasie kalibracji wagi, korzystnie w postaci zagłębień w obustronnym przedłużeniu dźwigni (14) po obu stronach tego przedłużenia, w przestrzeni obok przetwornika siły (3).
3. 3. Waga według zastrz. 2, znamienna tym, że odważnik kalibracyjny (16) stanowi umieszczony w pozycji poziomej wydłużony walec z dwoma zagłębieniami na jego obwodzie w odległości dopasowanej do rozstawu końców obustronnego przedłużenia ramienia dźwigni (14) w przestrzeni układu kalibracyjnego (2) obok przetwornika siły (3).
4. 4. Waga według zastrz. 2, znamienna tym, że siedzisko (15) w obustronnym przedłużeniu ramienia dźwigni (14), przyjmujące odważnik kalibracyjny (16), ma zwężający się ku dołowi kształt tak, że w najwęższym miejscu na dole szerokość siedziska jest mniejsza od średnicy odważnika kalibracyjnego (16) w miejscu kontaktu z siedziskiem (15) przedłużenia dźwigni (14).
5. 5. Waga według zastrz. 1, znamienna tym, że przedłużenie dźwigni (17) dołączone jest do drugiej dźwigni (9) i rozciąga się od tej drugiej dźwigni (9) w kierunku pionowego elementu stacjonarnego (B) monolitycznego układu wagowego (1), względem którego następuje przemieszczanie ruchomych części monolitycznego układu wagowego (1) i dalej do przetwornika siły (3) i łączy tę drugą dźwignię (9) z cewką przetwornika siły (3), utrzymując cewkę przetwornika siły w polu jego magnesu trwałego.