WO2008125099A2 - Parallelogram connecting rod structure, particularly a monolithic parallelogram connecting rod structure for a weighing sensor - Google Patents

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WO2008125099A2 PCT/DE2008/000635 DE2008000635W WO2008125099A2 WO 2008125099 A2 WO2008125099 A2 WO 2008125099A2 DE 2008000635 W DE2008000635 W DE 2008000635W WO 2008125099 A2 WO2008125099 A2 WO 2008125099A2
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Timo Hauck
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Wipotec Wiege- Und Positioniersysteme Gmbh
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    • G01G21/00Details of weighing apparatus
    • G01G21/24Guides or linkages for ensuring parallel motion of the weigh-pans
    • G01G21/244Guides or linkages for ensuring parallel motion of the weigh-pans combined with flexure-plate fulcrums

Abstract

The invention relates to a monolithic parallelogram connecting rod structure, particularly for a monolithic weighing sensor, comprising two parallelogram connecting rods (9, 11) located in parallel, wherein each of the two parallelogram connecting rods (9, 11) is connected to a rigid element (3, 7) by at least one solid body joint (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) at each of the two ends of each parallelogram connecting rod (9, 11), the four joint axes of the solid body joints (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) being parallel and forming the vertices of a parallelogram in cross section. According to the invention, at least one end of a parallelogram connecting rod (9, 11) is connected to the related rigid element (3, 7) by at least two solid body joints (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b), wherein the longitudinal extension planes of the solid body joints encompass a non-zero angle (α, ß), the joint axes of the at least two solid body joints (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) being aligned. The invention further relates to a weighing sensor having such a monolithic parallelogram connecting rod structure.

Description

Parallelogrammlenkerstruktur, insbesondere monolithische Parallelogrammlenkerstruktur für einen Wägeaufnehmer Parallelogrammlenkerstruktur, in particular monolithic Parallelogrammlenkerstruktur for a weighing sensor
Die Erfindung betrifft eine Parallelogrammlenlcerstruktur, insbesondere eine monolithische Parallelogrammlenkerstruktur für einen Wägeaufnehmer, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Wägeaufnehmer, insbesondere für eine elektronische Waage nach dem Prinzip der Kraftkompensation, mit einer derartigen Parallelogrammlenkerstruktur.The invention relates to a Parallelogrammlenlcerstruktur, in particular a monolithic Parallelogrammlenkerstruktur for a Wägeaufnehmer, with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a weighing transducer, in particular for an electronic balance according to the principle of force compensation, with such a Parallelogrammlenkerstruktur.
Moderne Wägeaufnehmer, bei denen eine hohe Auflösung gefordert ist, arbeiten häufig nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation. In den letzten Jahren werden derartige Wägeaufnehmer praktisch ausschließlich als monolithische Wägeaufnehmer hergestellt, wobei alle wesentlichen Bestandteile, insbesondere die übliche Parallelogrammlenkerstruktur und die damit verbundenen wesentlichen Bestandteile der Kraftübertragungs- und/oder Untersetzungselemente monolithisch ausgebildet sind. Ein derartiger Wägeaufnehmer ist beispielsweise in der DE 100 54 847 C2 beschrieben. Eine derartige Parallelogrammlenkerstruktur ist insbesondere bei sogenannten Single-Point- Wägeaufnehmern erforderlich. Ohne die Parallelogrammlenkerstruktur, welche eine Zwangsparallelführung des Lastaufnehmers bewirkt, würden bei einer exzentrischen Belastung des Lastaufnehmers gegenüber den Kraftübertragungs- und/oder Untersetzungselementen, wie beispielsweise Hebelmechaniken, die auftretenden Drehmomente auf diese Elemente übertragen und durch deren unerwünschte Deformation einen Wägefehler erzeugen.Modern weighing receivers, where high resolution is required, often work on the principle of electromagnetic force compensation. In recent years, such weighing sensors are produced almost exclusively as monolithic weighing receivers, wherein all the essential components, in particular the usual parallelogram link structure and the associated essential components of the power transmission and / or reduction elements are monolithic. Such a weighing sensor is described for example in DE 100 54 847 C2. Such a parallelogram link structure is required in particular in so-called single-point weighing receivers. Without the Parallelogrammlenkerstruktur which causes a forced parallel guidance of the load receiver, with an eccentric load of the load transducer relative to the power transmission and / or reduction elements, such as lever mechanisms, the torques occurring would be transferred to these elements and produce a weighing error by their unwanted deformation.
Eine derartige Parallelogrammlenkerstruktur wird üblicherweise durch einen oberen und einen unteren Lenker erzeugt, die planparallel zueinander stehen. Bei einer monolithischen Ausbildung des Wägeaufnehmers werden die Parallelogrammlenker mittels Materialdünnstellen, welche Festkörpergelenke darstellen, zu dem ortsfesten Teil des Wägeaufnehmers und zur Lastaufnahme verbunden. Die die Festkörpergelenke bildenden Dünnstellen sorgen für eine geringere Steifigkeit des Parallelogramms in Messrichtung, das heißt, in der translatorischen Richtung, in welcher die Parallelogrammlenkerstruktur eine Verschiebung der Lastaufhahme ermöglicht. Die Steifigkeit der Parallelogrammlenkerstruktur in Messrichtung ist dabei durch die Dicke der Dünnstellen und die sich an die Dünnstellen anschließende Geometrie der Festkörpergelenke sowie deren Breite bestimmt. In Richtung der durch die Festkörpergelenke gebildeten Gelenkachsen weisen die Festkörpergelenke üblicherweise einen konstanten Querschnitt auf. Hierdurch ergibt sich eine einfache Herstellung der Festkörpergelenke, beispielsweise durch Bohren, Fräsen oder Erosionsverfahren.Such a parallelogram linkage structure is usually produced by an upper and a lower link, which are plane-parallel to each other. In a monolithic embodiment of the weighing transducer, the parallelogram links are connected by means of thin material points, which represent solid-state joints, to the stationary part of the weighing receiver and to load-bearing. The thin joints forming the solid joints provide for a lower rigidity of the parallelogram in the measuring direction, that is, in the translational direction, in which the parallelogram linkage structure allows a shift of the load receiving. The rigidity of the parallelogram linkage in the measuring direction is determined by the thickness of the thin points and the adjoining the thin locations geometry of the solid-state joints and their width. In the direction of the joint axes formed by the solid-state joints, the solid-state joints usually have a constant cross-section. This results in a simple production of solid joints, for example by drilling, milling or erosion.
Insbesondere bei Wägeaufnehmern für die Anwendung im Mikrogrammbereich ist es erforderlich, Festkörpergelenke mit möglichst geringer Steifigkeit zu verwenden, wobei in diesem Fall die Dicke der Dünnstellen auf Werte von 100 μm oder geringer reduziert werden muss. Hierdurch wird jedoch nicht nur die Steifigkeit in Messrichtung reduziert, sondern auch die Steifigkeit der Parallelogrammlenkerstruktur um Rotationsachsen senkrecht zu den Gelenkachsen der Festkörpergelenke. Insbesondere die Steifigkeit um eine Rotationsachse, die senkrecht zu den Gelenkachsen verläuft und in der Ebene liegt, die durch die Gelenkachsen aufgespannt wird, wird hierdurch ebenfalls reduziert. Damit kann eine exzentrische Lastein- leitung (außerhalb der Symmetrieebene der Parallelogrammlenkerstruktur), senkrecht zu den Gelenkachsen der Festkörpergelenke, zu ungenauen Messergebnissen führen. Ursache hierfür ist, dass bei exzentrischen Belastungen die Gelenkachsen der Festkörpergelenke gegenüber der Achse, die durch die Linie der dünnsten Stelle definiert ist, verschoben bzw. verkippt wird.Particularly in the case of weighing receivers for use in the microgram range, it is necessary to use solid-state joints with the lowest possible rigidity, in which case the thickness of the thin areas must be reduced to values of 100 μm or less. As a result, however, not only the rigidity in the measuring direction is reduced, but also the rigidity of the parallelogram link structure about axes of rotation perpendicular to the joint axes of the solid-state joints. In particular, the stiffness about an axis of rotation, which is perpendicular to the joint axes and lies in the plane which is spanned by the joint axes, is thereby also reduced. Thus, an eccentric load introduction (outside the plane of symmetry of the parallelogram link structure), perpendicular to the joint axes of the solid-state joints, can lead to inaccurate measurement results. The reason for this is that with eccentric loads, the joint axes of the solid-state joints are shifted or tilted with respect to the axis which is defined by the line of the thinnest point.
Eine Möglichkeit, die Steifigkeit der Parallelogrammlenkerstruktur gegenüber Drehmomenten um die vorgenannte Achse zu erhöhen, besteht darin, die Abstände der Gelenkachsen der Festkörpergelenke, das heißt, die Höhe und Breite des Parallelogramms zu erhöhen. Dies führt jedoch zu einer unerwünschten Vergrößerung des Bauraums eines derartigen Wägeaufnehmers.One way to increase the rigidity of the parallelogram linkage structure over torques about the aforementioned axis is to increase the distances of the joint axes of the solid state links, that is, the height and width of the parallelogram. However, this leads to an undesirable increase in the installation space of such a weighing sensor.
Ausgehend von diesem Stand der Technik, liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Parallelogrammlenkerstruktur zu schaffen, welche in Richtung der Messrichtung eine geringe Steifigkeit und gleichzeitig eine verbesserte Verwindungssteifigkeit aufweist, so dass die Parallelogrammlenkerstruktur auch für einen Wägeaufhehmer zur Erfassung geringer Lastkräfte geeignet ist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen entsprechenden Wägeaufhehmer zu schaffen.Based on this prior art, the invention is therefore an object of the invention to provide a parallelogram link structure, which in the direction of the measuring direction has a low rigidity and at the same time an improved torsional rigidity, so the parallelogram linkage structure is also suitable for a weighing picker for detecting low load forces. Furthermore, the invention has for its object to provide a corresponding Weighing.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 12.The invention solves this problem with the features of claims 1 and 12, respectively.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verwendung von wenigstens zwei separaten Festkörpergelenken an zumindest einem Ende eines Parallelogrammlenkers eine höhere Steifigkeit gegenüber Drehmomenten um Rotationsachsen, die nicht mit den parallelen Gelenkachsen übereinstimmen, erreicht werden kann, wenn die Längserstre- ckungsebenen der Festkörpergelenke einen Winkel ungleich Null einschließen. Die Gelenkachsen der wenigstens zwei Festkörpergelenke müssen dabei selbstverständlich fluchten, um die gewünschte Bewegung der Parallelogrammstruktur in Messrichtung zu ermöglichen, ohne dass sich die Parallelogrammstruktur verwindet.The invention is based on the recognition that by using at least two separate solid-body joints at at least one end of a parallelogram link, a higher stiffness with respect to torques about rotational axes that do not coincide with the parallel joint axes can be achieved, if the longitudinal extension planes of the solid-state links include an angle other than zero. The joint axes of the at least two solid-state joints must of course be aligned in order to allow the desired movement of the parallelogram structure in the measuring direction, without the parallelogram structure twisting.
An dieser Stelle sei daraufhingewiesen, dass unter der Längserstreckungsebene eines Festkörpers im Falle eines symmetrisch ausgebildeten Festkörpergelenks die Symmetrieebene zu verstehen ist. Im Fall unsymmetrisch ausgebildeter Festkörpergelenke kann hierunter eine durch die Dünnstelle verlaufende Ebene bezeichnet werden, wobei diese im Fall einer linien- förmigen Dünnstelle, das heißt, die Seitenwandungen der Dünnstelle weisen jeweils eine Gerade (bzw. Strecke) mit konstantem Abstand auf, senkrecht auf dem Abstand der beiden die Dünnstelle definierenden Geraden steht.It should be noted at this point that the plane of symmetry is to be understood as the longitudinal plane of a solid in the case of a symmetrical solid-body joint. In the case of asymmetrically designed solid-state hinges, this may mean a plane passing through the thin layer, wherein in the case of a linear thin layer, that is, the side walls of the thin spot each have a straight line (or straight line) at a constant distance, perpendicular to the Distance between the two thin lines defining straight line is.
Nach der Erfindung kann die Steifigkeit in der gewünschten Bewegungsrichtung somit durch die Verwendung von sehr dünnen Dünnstellen der Festkörpergelenke, d.h. von Dünnstellen mit kleinem Querschnitt im Bereich der Gelenkachse, bei gleichzeitig hoher Steifigkeit um andere als die Gelenkachsen ermöglicht werden.According to the invention, the stiffness in the desired direction of movement can thus be achieved by the use of very thin thin points of the solid-state joints, i. be made possible by thin sections with a small cross-section in the region of the hinge axis, at the same time high rigidity to other than the hinge axes.
Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass auch mehr als zwei Festkörpergelenke an dem betreffenden Ende des Parallelogrammlenkers verwendet werden, wobei zumindest zwei Festkörpergelenke zwischen den betreffenden Längserstreckungsebenen einen Winkel ungleich Null einschließen müssen. Gegebenenfalls können jedoch auch sämtliche der Festkör- pergelenke am selben Parallelogrammlenker Längserstreckungen aufweisen, die gegenüber einer Bezugsebene jeweils einen unterschiedlichen Winkel aufweisen.It is of course possible that more than two solid joints are used at the relevant end of the parallelogram, at least two solid joints between the respective longitudinal extension planes must include an angle not equal to zero. If necessary, however, all of the solids can also be Pear joints on the same parallelogram link have longitudinal extensions, which in each case have a different angle relative to a reference plane.
Aus Gründen einer einfachen Herstellbarkeit wird man jedoch bevorzugt eine Parallelogrammstruktur mit zwei Festkörpergelenken an wenigstens einem Ende eines Parallelogrammlenkers einsetzen. Die Gesamtbreite der Festkörpergelenke (insbesondere deren Dünnstellen) kann dabei mit der gesamten Breite der Parallelogrammlenkerstruktur oder des betreffenden Parallelogrammlenkers übereinstimmen. Die Gesamtbreite der Festkörpergelenke kann jedoch selbstverständlich auch geringer als die Gesamtbreite der Parallelogrammlenkerstruktur bzw. des betreffenden Parallelogrammlenkers gewählt werden. Die Breite und/oder die Geometrie der Festkörpergelenke - und insbesondere von deren Dünnstellen - kann gleich oder, um gegenüber definierten, exzentrischen Belastungen die Steifigkeit zu erhöhen, ungleich gewählt werden.However, for reasons of ease of manufacture, it will be preferable to use a parallelogram structure with two solid joints on at least one end of a parallelogram link. The total width of the solid-state joints (in particular their thin points) can coincide with the entire width of the Parallelogrammlenkerstruktur or the relevant Parallelogrammlenkers. However, the total width of the solid-state joints can of course also be chosen to be less than the total width of the parallelogram link structure or of the relevant parallelogram link. The width and / or the geometry of the solid-state joints - and in particular of their thin points - can be equal or, in order to increase stiffness relative to defined, eccentric loads, unequal.
Jeder Parallelogrammlenker kann dabei (auf einer Ebene) durch einzelne — nicht miteinander verbundene - (in einer Ebene nebeneinander liegende) Parallelogrammlenkerelemente ausgebildet sein, wobei an jedem Ende des Parallelogrammlenkerelements wenigstens ein Festkörpergelenk ausgebildet ist. Die einzelnen Parallelogrammlenkerelemente können jedoch auch untereinander verbunden sein, beispielsweise durch einen oder mehrere Stege. Die gewünschte hohe Steifigkeit wird sich jedoch insbesondere bei solchen Ausführungsformen ergeben, bei denen jeder der Parallelogrammlenker einstückig oder monolithisch ausgebildet ist, oder wobei einzelne, in einer Ebene gelegene Parallelogrammlenkerelemente untereinander fest verbunden sind.Each parallelogram link may be formed (on a plane) by individual - not interconnected - (in a plane adjacent) Parallelogrammlenkerelemente, wherein at least one solid-body joint is formed at each end of the Parallelogrammlenkerelements. However, the individual Parallelogrammlenkerelemente can also be interconnected, for example by one or more webs. However, the desired high stiffness will arise in particular in those embodiments in which each of the parallelogram is formed integrally or monolithically, or wherein individual, located in a plane parallelogram link elements are firmly connected to each other.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an jeweils beiden Enden eines oder auch beider (oder aller) Parallelogrammlenker jeweils wenigstens zwei Festkörpergelenke vorgesehen, wobei die Längserstreckungsebenen jeweils wenigstens zweier dieser Festkörpergelenke einen Winkel ungleich Null einschließen.According to a preferred embodiment of the invention, at least two solid-body links are respectively provided at each of both ends of one or both (or all) parallelogram links, the longitudinal extension planes of at least two of these solid-state links enclosing an angle not equal to zero.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist jedes der wenigstens zwei Festkörpergelenke an einem Ende eines Parallelogrammlenkers, in Längserstreckungsrichtung des Parallelogrammlenkers gesehen, gegenüber einem der wenigstens zwei Festkörpergelenke am jeweils anderen Ende des betreffenden Parallelogrammlenkers (oder auch des betreffenden Parallelogrammlenkerelements) angeordnet, d.h. die Mittelebenen der einander gegenüber liegenden Festkörpergelenke (die senkrecht auf der betreffenden Längserstreckungsebene stehen) fluchten im Wesentlichen. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine symmetrische Parallelogrammlenkerstruktur und ein symmetrisches Verhalten der Parallelogrammlenkerstruktur gegenüber eingeleiteten Kräften erreichen.According to one embodiment of the invention, each of the at least two solid-state joints at one end of a parallelogram, seen in the longitudinal extension direction of the parallelogram, opposite one of the at least two solid-state joints on each arranged at the other end of the relevant parallelogram (or the relevant Parallelogrammlenkerelements), ie the center planes of the opposing solid joints (which are perpendicular to the respective longitudinal plane) are substantially aligned. As a result, a symmetrical parallelogram link structure and a symmetrical behavior of the parallelogram link structure relative to introduced forces can be achieved in a simple manner.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Parallelogrammlenkerstruktur weist jeweils ein erstes der an einem oder an beiden Enden des oder der Parallelogrammlenker vorgesehenen wenigstens zwei Festkörpergelenke eine Längserstreckungsebene auf, die mit der Ebene, die durch die beiden Gelenkachsen der am betreffenden Parallelogrammlenker vorgesehenen Festkörpergelenke aufgespannt wird, einen ersten Winkel α einschließt. Darüber hinaus weist jeweils ein zweites der an jedem Ende der Parallelogrammlenker vorgesehenen wenigstens zwei Festkörpergelenke eine Längserstreckungsebene auf, die mit der Ebene, die durch die beiden Gelenkachsen der am betreffenden Parallelogrammlenker vorgesehenen Festkörpergelenke ausgespannt wird, einen zweiten Winkel ß einschließt. Die Winkel α und ß sind dabei als diejenigen Winkel definiert, die von der Parallelogrammseite, die zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Gelenkachsen des betreffenden Parallelogrammlenkers liegen, und dem sich vollständig oberhalb oder vollständig unterhalb des Parallelogramms erstreckenden Teil der betreffenden Längserstreckungsebene eingeschlossen sind.According to one embodiment of the parallelogram link structure according to the invention, a first of the provided at one or both ends of the or the parallelogram link at least two solid-state joints on a longitudinal extension plane, which is spanned with the plane which is defined by the two axes of articulation of the respective parallelogram provided solid state joints, a first Angle α includes. In addition, in each case a second of the provided at each end of the parallelogram at least two solid-state joints on a longitudinal extension plane, which encloses a second angle ß with the plane which is stretched by the two axes of articulation of the respective parallelogram link provided solid state joints. The angles .alpha. And .beta. Are defined as those angles which are enclosed by the parallelogram side, which lies between the two opposite joint axes of the relevant parallelogram link, and the part of the respective longitudinal extension plane which extends completely above or completely below the parallelogram.
Dabei können die jeweils ersten Festkörpergelenke, welchen der Winkel α zugeordnet ist, an beiden Enden eines Parallelogrammlenkers sich, in Längserstreckungsrichtung des Parallelogrammlenkers gesehen, im wesentlichen einander gegenüberliegen. Ein geringer Versatz in Querrichtung des Parallelogrammlenkers ist dabei durchaus zulässig.In this case, the respective first solid-body joints, to which the angle α is assigned, can be seen substantially opposite one another at both ends of a parallelogram link, viewed in the direction of the longitudinal extent of the parallelogram link. A small offset in the transverse direction of the parallelogram is quite permissible.
Nach einer anderen Ausführungsform können die jeweils ersten Festkörpergelenke an einem der beiden Enden eines Parallelogrammlenkers, in Längserstreckungsrichtung des Parallelogrammlenkers gesehen, im wesentlichen den jeweils zweiten Festkörpergelenken am jeweils anderen Ende des betreffenden Parallelogrammlenkers gegenüberliegen. Diese Ausführungsform gewährleistet eine optimale Steifigkeit gegenüber Drehmomenten um eine Achse pa- rallel zur Längserstreckungsrichtung des betreffenden Parallelogrammlenkers. Diese Ausführungsform wird man insbesondere auch dann wählen, wenn der Parallelogrammlenker aus mehreren, voneinander getrennten Parallelogrammlenkerelementen besteht, an deren Enden jeweils ein einziges Festkörpergelenk vorgesehen ist.According to another embodiment, the respective first solid-state joints at one of the two ends of a parallelogram, viewed in the longitudinal direction of the parallelogram, substantially opposite to the respective second solid joints at the other end of the respective parallelogram. This embodiment ensures optimal rigidity against torques about an axis pa. rallel to the longitudinal direction of the respective parallelogram. This embodiment will also be selected, in particular, if the parallelogram link consists of a plurality of mutually separate parallelogram link elements, at the ends of which a single solid-body joint is provided in each case.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Positionen der ersten und zweiten Festkörpergelenke, die an dem einen Parallelogrammlenker vorgesehen sind, gegenüber den entsprechenden Positionen der ersten und zweiten Festkörpergelenke, die am anderen der Parallelogrammlenker vorgesehen sind, vertauscht sein.According to a further embodiment of the invention, the positions of the first and second solid-state joints provided on the one parallelogram link may be interchanged with respect to the corresponding positions of the first and second solid-state links provided on the other of the parallelogram links.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform, können die Längserstreckungsebenen der wenigstens zwei Festkörpergelenke an wenigstens einem Ende eines Parallelogrammlenkers senkrecht aufeinander stehen. Hierdurch ergibt sich eine maximale Steifigkeit für Drehmomente um beliebige Achsen, ausgenommen solche Achsen, die parallel zu den Gelenkachsen der Festkörpergelenke verlaufen.According to a preferred embodiment, the longitudinal extension planes of the at least two solid-state hinges can be perpendicular to one another at at least one end of a parallelogram link. This results in a maximum stiffness for torques about any axis, except those axes that are parallel to the joint axes of the solid state joints.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann in diesem Fall die Längserstreckungsebene eines der Festkörpergelenke an dem oder den Enden des oder der Parallelogrammlenker mit derjenigen Ebene fluchten, die durch die Gelenkachsen beiderseits des betreffenden Parallelogrammlenkers definiert ist.According to one embodiment of the invention, in this case the longitudinal extension plane of one of the solid-state hinges at the one or more ends of the parallelogram link or links can be aligned with the plane defined by the joint axes on either side of the relevant parallelogram link.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Parallelogrammlenkerstruktur als monolithische Parallelogrammlenkerstruktur ausgebildet, d.h., die Parallelogrammlenker, die Festkörpergelenke und die starren Elemente sind monolithisch ausgebildet.According to a preferred embodiment of the invention, the parallelogram linkage structure is formed as a monolithic parallelogram linkage structure, that is, the parallelogram links, the solid state links and the rigid elements are monolithic.
Eine derartige Parallelogrammlenkerstruktur eignet sich insbesondere für einen Wägeaufnehmer, insbesondere für eine elektronische Waage nach dem Prinzip der Kraftkompensation, wobei ein erstes der beiden starren Elemente ortsfest gehalten ist und wobei das zweite der beiden starren Elemente zur Einleitung einer zu messenden Gewichtskraft ausgebildet ist, das heißt, die Lastaufnahme bildet. Ein derartiger Wägeaufhehmer kann in üblicher Weise wenigstens ein Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement aufweisen, welches mit dem zweiten starren Element, das die Lastaufhahme des Wägeaufhehmers bildet, verbunden ist. Das Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement dient dabei zur Übertragung der zu erfassenden Gewichtskraft bzw. zur Untersetzung der Gewichtskraft auf eine Mess- und/oder Anzeigeeinrichtung. Ein Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement kann beispielsweise als Koppelstange oder als Hebel ausgebildet sein. Dabei sei im Rahmen der vorliegenden Beschreibung unter Kraftuntersetzung auch eine Kraftübersetzung verstanden.Such a Parallelogrammlenkerstruktur is particularly suitable for a weighing receiver, in particular for an electronic balance according to the principle of force compensation, wherein a first of the two rigid elements is held stationary and wherein the second of the two rigid elements is designed to initiate a weight to be measured, that is making load pickup. Such a weighing device may comprise in the usual way at least one force transmission and / or force reduction element, which is connected to the second rigid element, which forms the load receptacle of the weighing Aufhehmers. The force transmission and / or power reduction element serves to transmit the weight to be detected or to reduce the weight on a measuring and / or display device. A power transmission and / or power reduction element may be formed, for example, as a coupling rod or as a lever. It should be understood in the context of the present description under power reduction and a power transmission.
Ein derartiges Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement wird man, soweit möglich ebenfalls monolithisch, mit der Parallelogrammstruktur ausbilden und innerhalb des Parallelogramms anordnen. Ist das Vorsehen der Mess- und/oder Anzeigeeinrichtung innerhalb des Parallelogramms nicht möglich, so kann ein entsprechendes Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement auch — zumindest teilweise — aus dem Parallelogrammbereich herausführen. Li diesem Fall kann beispielsweise der letzte Hebelarm seitlich (zweigeteilt auf beiden Seiten oder asymmetrisch einseitig) an der Parallelogrammstruktur vorbeigeführt sein. In diesem Fall kann das betreffende Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement (oder ein Teil davon) mit dem oder den monolithisch mit der Parallelogrammstruktur hergestellten Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselementen lösbar verbunden sein, beispielsweise durch Verschrauben. In einer anderen Alternative kann der letzte Hebelarm auch durch eines der starren Elemente an den Parallelogrammseiten oder durch die Parallelogrammlenker hindurch aus dem Parallelogramm herausgeführt sein.Such a power transmission and / or power reduction element will, as far as possible also monolithic train with the Parallelogrammstruktur and arrange within the parallelogram. If the provision of the measuring and / or display device within the parallelogram is not possible, then a corresponding force transmission and / or force reduction element can also lead out of the parallelogram area, at least partially. In this case, for example, the last lever arm can be guided past the parallelogram structure on the side (divided into two on either side or asymmetrically on one side). In this case, the subject power transmission and / or power reduction element (or part thereof) may be detachably connected to the power transmission and / or power reduction elements monolithically formed with the parallelogram structure, for example by bolting. In another alternative, the last lever arm may also be led out of the parallelogram through one of the rigid elements on the parallelogram sides or through the parallelogram links.
Selbstverständlich kann in an sich bekannter Weise einer der Parallelogrammlenker oder eines der Parallelogrammlenkerelemente gleichzeitig als Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement oder Teil hiervon, insbesondere als Hebel oder Teilhebel, dienen.Of course, in a conventional manner, one of the parallelogram or one of the Parallelogrammlenkerelemente at the same time as Kraftübertragungs- and / or force reduction element or part thereof, in particular as a lever or partial lever, serve.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Parallelogrammstruktur;The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments shown in the drawing. In the drawing show: 1 shows a side view of a first embodiment of a parallelogram structure according to the invention;
Fig.2 eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform in Fig. 1 ;FIG. 2 shows a perspective view of the embodiment in FIG. 1; FIG.
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Wägeaufhehmers mit einer Parallelogrammstruktur nach den Figuren 1 und 2, undFig. 3 is a perspective view of a Weighing Hinge with a parallelogram structure according to Figures 1 and 2, and
Fig. 4 eine perspektivische Ausführungsform eines Wägeaufhehmers mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Parallelogrammstruktur.4 shows a perspective embodiment of a weighing jack with a further embodiment of a parallelogram structure according to the invention.
Die in Fig. 1 dargestellte monolithische Parallelogrammstruktur 1 umfasst ein erstes starres Element 3, welches zum Einsatz der Parallelogrammstruktur 1 bei einem Wägeaufhehmer zur ortsfesten Halterung ausgebildet ist und einen Fortsatz 5 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Mess- und/oder Anzeigevorrichtung aufweist.The monolithic parallelogram structure 1 shown in FIG. 1 comprises a first rigid element 3, which is designed for use of the parallelogram structure 1 in a weighing holder for stationary mounting and has an extension 5 for receiving a measuring and / or display device, not shown.
Des weiteren weist die Parallelogrammstruktur 1 ein zweites starres Element 7 auf, welches über zwei Parallelogrammlenker 9, 11 mit dem ersten starren Element 3 verbunden ist. Das zweite starre Element 7 kann zur Verwendung der monolithischen Parallelogrammstruktur 1 für eine Wägeaufhehmer als Lastaufhahme ausgebildet sein.Furthermore, the parallelogram structure 1 has a second rigid element 7, which is connected to the first rigid element 3 via two parallelogram links 9, 11. The second rigid element 7 may be designed to use the monolithic parallelogram structure 1 for a weighing device as a load-receiving device.
Die Parallelogrammlenker 9, 11 sind mittels an jedem Ende der Parallelogrammlenker 9, 11 angeordnete Festkörpergelenke einstückig mit dem ersten bzw. zweiten starren Element 3, 7 verbunden. Die Festkörpergelenke (13a, 13b sowie 15a, 15b) des oberen Parallelogrammlenkers weisen Längserstreckungsebenen auf, die jeweils in der Symmetrieebene der durch jeweils zwei Bohrungen hergestellten Dünnstellenbereiche liegen. Die Gelenkachsen liegen jeweils im Zentrum der betreffenden Dünnstelle (im Querschnitt gesehen), das heisst, die Gelenkachsen liegen jeweils parallel zu den Linien der Aussenwandungen der Dünnstellenbereiche, die den minimalen Abstand voneinander besitzen, und zwar in der Mitte des Abstands. Die Gelenkachsen liegen damit in der betreffenden Längserstreckungsebene des betreffenden Festkörpergelenks. Bei der Ausführungsfoπn gemäß den Figuren 1 und 2 verlaufen die Längserstreckungsebe- nen der Festkörpergelenke 13b und 15a des oberen Parallelogrammlenkers 9 jeweils horizontal bzw. sind in diesem Fall die Längserstreckungsebenen der Festkörpergelenke 13b und 15a mit derjenigen Ebene identisch, die durch die Gelenkachsen dieser Festkörpergelenke 13b und 15a aufgespannt wird.The parallelogram links 9, 11 are integrally connected to the first and second rigid elements 3, 7 by means of solid joints arranged at each end of the parallelogram links 9, 11. The solid-state joints (13a, 13b and 15a, 15b) of the upper parallelogram link have longitudinal extension planes, each of which lies in the plane of symmetry of the thin-point regions produced by two holes each. The axes of articulation are in each case in the center of the thin point in question (seen in cross-section), that is to say the axes of articulation are in each case parallel to the lines of the outer walls of the thin-area regions which are at the minimum distance from one another, in the middle of the distance. The joint axes are thus in the relevant longitudinal plane of the solid body joint in question. In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the longitudinal extension planes of the solid-body joints 13b and 15a of the upper parallelogram link 9 each extend horizontally or, in this case, the longitudinal extension planes of the solid-state joints 13b and 15a are identical to the plane defined by the joint axes of these solid-state joints 13b and 15a is spanned.
Dagegen verlaufen die Längserstreckungsebenen der Festkörpergelenke 13a bzw. 15b des oberen Parallelogrammlenkers 9 vertikal, das heißt, diese Längserstreckungsebenen stehen senkrecht auf den Längserstreckungsebenen der Festkörpergelenke 13 b und 15a. Durch diese diagonale Anordnung der Festkörpergelenke (in Draufsicht) mit jeweils gleichverlaufender Längserstreckungsebene ergibt sich eine sehr gute Verwindungssteifϊgkeit bei der gelenkigen Anbindung des zweiten starren Elements 7 an das erste starre Element 3 gegenüber Drehmomenten um eine Achse, die nicht parallel zu den Gelenkachsen verläuft.By contrast, the longitudinal extension planes of the solid-body joints 13a and 15b of the upper parallelogram link 9 extend vertically, that is, these longitudinal extension planes are perpendicular to the longitudinal extension planes of the solid-state joints 13b and 15a. This diagonal arrangement of the solid-body joints (in plan view), each with the same longitudinal plane, results in a very good torsional stiffness in the articulated connection of the second rigid element 7 to the first rigid element 3 with respect to torques about an axis which is not parallel to the joint axes.
Die Anbindung des zweiten starren Elements 7 an das erste starre Element 3 über den unteren Parallelogrammlenker 11 wurde bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen so gewählt, dass die Festkörpergelenke 17a, 17b bzw. 19a, 19b gegenüber entsprechenden Positionen der Festkörpergelenke 13a, 13b bzw. 15a, 15b jeweils Längserstreckungsebenen mit der jeweils anderen Ausrichtung aufweisen. Das heißt, die Festkörpergelenke 17a, 19b weisen eine horizontal verlaufende Längserstreckungsebene auf, während die Längserstreckungsebenen der Festkörpergelenke 17b, 19a vertikal verlaufen.The connection of the second rigid element 7 to the first rigid element 3 via the lower parallelogram link 11 has been selected in the embodiments illustrated in FIGS. 1 and 2 such that the solid-state joints 17a, 17b or 19a, 19b are opposite corresponding positions of the solid-state joints 13a, 13b and 15a, 15b each have longitudinal extension planes with the respective other orientation. That is, the solid-state joints 17a, 19b have a horizontally extending longitudinal extension plane, while the longitudinal extension planes of the solid-state joints 17b, 19a extend vertically.
Durch diese Anordnung der Festkörpergelenke wird eine maximale Steifigkeit der Anbindung des zweiten starren Elements 7 an das erste starre Element 3 gegenüber auftretenden Drehmomenten um Achsen erreicht, die nicht parallel zu den Gelenkachsen verlaufen.As a result of this arrangement of the solid-body joints, maximum rigidity of the connection of the second rigid element 7 to the first rigid element 3 with respect to torques occurring is achieved about axes which do not run parallel to the joint axes.
Selbstverständlich könnten die Längserstreckungsebenen auch anders gewählt werden. Soll jedoch ein bestimmtes symmetrisches Verhalten der Parallelogrammführung gegenüber definierten Drehmomenten erreicht werden, so empfiehlt es sich, dass die Längserstreckungsebenen der jeweils beiden Festkörpergelenke 13, 15, 17, 19 ein jeweils einem Ende eines Parallelogrammlenkers 9, 11 jeweils unter einem definierten Winkel α bzw. ß gegenüber einer Bezugsebene verlaufen, d.h. ein erstes der Festkörpergelenke besitzt eine Längs- erstreckungsebene, die mit der Bezugsebene einen ersten Winkel α einschließt, während ein zweites der Festkörpergelenke eine Längserstreckungsebene besitzt, die mit der Bezugsebene einen zweiten Winkel ß einschließt.Of course, the longitudinal extension planes could also be chosen differently. However, if a certain symmetrical behavior of the parallelogram with respect to defined torques are achieved, it is recommended that the longitudinal extension planes of the two solid joints 13, 15, 17, 19 each one end of a parallelogram 9, 11 each at a defined angle α or ß with respect to a reference plane, ie, a first of the solid-state joints has a longitudinal extension plane including a first angle α with the reference plane, while a second one of the solid state joints has a longitudinal extension plane including a second angle β with the reference plane.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann als Bezugsebene beispielsweise diejenige Ebene E gewählt werden, die durch die beiden Gelenkachsen der Festkörpergelenke 13 (13a, 13b) bzw. 15 (15a, 15b) aufgespannt wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ergibt sich für das Festkörpergelenk 13 a, dessen Längserstreckungsebene vertikal verläuft, ein Winkel von α = 90°, wobei als Winkel α derjenige Winkel bezeichnet ist, den die Ebene E (bzw. der Teilbereich zwischen den Gelenkachsen der Festkörpergelenke 13, 15) mit dem Teil der Längserstreckungsebene des Festkörpergelenks 13a einschließt, der vollständig oberhalb des Parallelogramms verläuft, welches (im Querschnitt) durch die vier Gelenkachsen gebildet ist.As shown in Fig. 1, for example, that plane E can be selected as the reference plane, which is spanned by the two hinge axes of the solid state joints 13 (13a, 13b) and 15 (15a, 15b). As can be seen from Fig. 1, results for the solid-state joint 13 a, the longitudinal extension plane extends vertically, an angle of α = 90 °, wherein the angle α is that angle, the plane E (or the portion between the joint axes of Solid joints 13, 15) with the part of the longitudinal extension plane of the solid-state joint 13a includes, which extends completely above the parallelogram, which is formed (in cross section) by the four hinge axes.
In gleicher Weise schließt die Längserstreckungsebene des Festkörpergelenks 13b mit der Ebene E einen Winkel ß = 0° ein, wobei auch der Winkel ß als derjenige Winkel definiert ist, der - ausgehend von dem Teil der Ebene E zwischen den beiden Gelenkachsen des Parallelogrammlenkers 9 und dem Teil der Längserstreckungsebene des Festkörpergelenks 13b eingeschlossen wird, der sich vollständig oberhalb des Parallelogramms erstreckt. Die Längserstreckungsebenen der Festkörpergelenke 13a und 13b schließen somit einen Winkel δ = α - ß= 90° ein.In the same way, the longitudinal extension plane of the solid-body joint 13b encloses an angle β = 0 ° with the plane E, whereby the angle β is also defined as the angle which, starting from the part of the plane E between the two joint axes of the parallelogram link 9 and the Part of the longitudinal extension plane of the solid-state joint 13b is included, which extends completely above the parallelogram. The longitudinal extension planes of the solid-state joints 13a and 13b thus include an angle δ = α-β = 90 °.
Die Verhältnisse für die Festkörpergelenke 15a, 15b am gegenüber liegenden Ende des Parallelogrammlenkers 9 sind bei der Ausfuhrungsform nach den Figuren 1 und 2 genau umgekehrt. Hier weist das Festkörpergelenk 15a einen Winkel ß = 0° auf und das Festkörpergelenk 15b einen Winkel von α = 90°, d.h. einem Festkörpergelenk mit einem ersten Winkel von α = 90° liegt jeweils ein Festkörpergelenk mit einem zweiten Winkel von ß = 0° gegenüber.The conditions for the solid-body joints 15a, 15b at the opposite end of the parallelogram 9 are in the embodiment of Figures 1 and 2 exactly the opposite. Here, the solid-body joint 15a has an angle β = 0 ° and the solid-body joint 15b has an angle of α = 90 °, i. A solid-state joint with a first angle of α = 90 ° is opposed in each case by a solid-state joint with a second angle of β = 0 °.
Die Winkel im Fall der Festkörpergelenke 17 bzw. 19 können in analoger Weise definiert werden, wobei die Winkel α bzw. ß in diesem Fall durch die unterhalb des Parallelogramms liegenden Teile der Längserstreckungsebenen definiert werden (außer für den (nicht dargestellten) Fall α = 0° bzw. ß = 0°) und diejenige Ebene, die durch die Gelenkachsen der Fest- körpergelenke 17 bis 19 aufgespannt wird. Auch in diesem Fall wird mit α bzw. ß immer derjenige Winkel bezeichnet, der von dem Teil der Ebene zwischen den beiden Gelenkachsen und dem vollständig unterhalb des Parallelprogramms liegenden Teil der betreffenden Längserstreckungsebene eingeschlossen wird.The angles in the case of the solid state joints 17 and 19 can be defined in an analogous manner, wherein the angles α and ß are defined in this case by lying below the parallelogram parts of the longitudinal extension planes (except for the case (not shown) α = 0 ° or ß = 0 °) and that plane which is defined by the joint axes of the fixed body joints 17 to 19 is stretched. In this case as well, α and β always denote that angle which is enclosed by the part of the plane between the two joint axes and the part of the relevant longitudinal extension plane lying completely below the parallel program.
Um eine Symmetrie und eine hohe Steifigkeit gegenüber Drehmomenten um Achsen, die nicht parallel zu den Gelenkachsen liegen, zu erreichen, wurden bei der Ausfuhrungsform in den Figuren 1 und 2 die Positionen der Festkörpergelenke am unteren Parallelogrammlenker 11, die Längserstreckungsebenen mit den Winkeln α = 90° bzw. ß = 0° aufweisen, gegenüber den entsprechenden Positionen der Festkörpergelenke am oberen Parallelogrammlenker 9 vertauscht, d.h. die Festkörpergelenke 17b und 19a weisen jeweils eine Längserstreckungsebene mit einem Winkel α = 90° auf und die Festkörpergelenke 17a und 19b jeweils eine Längserstreckungsebene mit einen Winkel ß = 0°.In order to achieve a symmetry and a high rigidity with respect to torques about axes which are not parallel to the joint axes, in the embodiment in FIGS. 1 and 2 the positions of the solid state joints on the lower parallelogram link 11, the longitudinal extension planes with the angles α = 90 ° or ß = 0 °, compared to the corresponding positions of the solid state joints on the upper parallelogram 9 reversed, ie The solid-body joints 17b and 19a each have a longitudinal extension plane at an angle α = 90 °, and the solid-state joints 17a and 19b each have a longitudinal extension plane with an angle β = 0 °.
Es sei daraufhingewiesen, dass die bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 jeweils gleich gewählten Breiten der Dünnstellen der Festkörpergelenke 13, 15, 17, 19 nicht notwendigerweise immer gleich breit gewählt werden müssen. Wird beispielsweise der Lastaufhehmer immer (oder vornehmlich) in einer definierten Art und Weise unsymmetrisch mit einer Last beaufschlagt (d.h. die Last wird nicht mit dem Schwerpunkt in der Längsmittelebene der Parallelogrammstruktur eingeleitet), so kann auch eine unsymmetrische Wahl der Breiten der Dünnstellen der Festkörpergelenke vorteilhaft sein.It should be noted that the widths of the thin joints of the solid-state joints 13, 15, 17, 19 which are respectively chosen to be the same in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 do not necessarily have to be always the same width. If, for example, the load receiver is always (or predominantly) subjected to a load asymmetrically in a defined manner (ie the load is not introduced with the center of gravity in the longitudinal center plane of the parallelogram structure), an asymmetrical choice of the widths of the thin joints of the solid-body joints can also be advantageous be.
Fig. 3 zeigt einen Wägeaumehmer 20, welcher eine monolithische Parallelogrammstruktur 1 nach den Figuren 1 und 2 aufweist. Das erste starre Element 3 stellt den ortsfesten Teil des Wägeaufhehmers 20 dar, und das zweite starre Element 7 bildet den (beweglichen) Lastaufnehmer. Innerhalb des durch die Gelenkachsen der Festkörpergelenke 13, 15 und 17 sowie 19 gebildeten Parallelogramms ist ein monolithisch mit der Parallelogrammstruktur ausgebildeter Hebel 22 vorgesehen, der über eine Koppelstange 24 an einen sich innerhalb des Parallelogramms erstreckenden Teil des Lastaufhehmers angebunden ist. Die Koppelstange 24 ist über jeweils ein Festkörpergelenk mit dem Lastaufhehmer und mit dem kurzen Hebelarm des Hebels 22 verbunden. Die Drehachse des Hebels 22 wird ebenfalls über ein Fest- körpergelenk 28 definiert. Am Ende des langen Hebelarms des Hebels 22 ist eine Halterung zur Aufnahme einer Messeinrichtung (nicht dargestellt) oder Teile hiervon vorgesehen.FIG. 3 shows a weighing transducer 20 which has a monolithic parallelogram structure 1 according to FIGS. 1 and 2. The first rigid element 3 represents the stationary part of the weighing jack 20, and the second rigid element 7 constitutes the (movable) load receptor. Within the parallelogram formed by the joint axes of the solid-state joints 13, 15 and 17 and 19, a monolithically designed with the parallelogram lever 22 is provided, which is connected via a coupling rod 24 to a extending within the parallelogram portion of Lastaufhehmers. The coupling rod 24 is connected via a respective solid-state joint with the load receptor and with the short lever arm of the lever 22. The axis of rotation of the lever 22 is also connected via a fixed body joint 28 defined. At the end of the long lever arm of the lever 22, a holder for receiving a measuring device (not shown) or parts thereof is provided.
Der Fußbereich des ortsfesten Teils 3 ist mit einer Bodenplatte 26 einstückig ausgebildet, mit welcher der Wägeaufhehmer beispielsweise in einem Waagengehäuse (nicht dargestellt) montiert werden kann.The foot region of the stationary part 3 is integrally formed with a base plate 26, with which the weighing device can be mounted, for example, in a balance housing (not shown).
Dieser Fußbereich des ortsfesten Teils 3 ist bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform nicht, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4, massiv mit der Bodenplatte 26 verbunden, sondern über drei Festkörpergelenke 30, die sich zwischen der Außenwandung des Fußbereichs des ortsfesten Teils 3 und der Innenwandung eines Durchbruchs in der Bodenplatte 26 erstrecken. Dabei ist in Fig. 3 nur eines der beiden längsseitig vorgesehenen Festkörpergelenke 30 und das in der Breitseite des Durchbruchs vorgesehene Festkörpergelenk sichtbar. Die Gelenkachsen der Festkörpergelenke 30 verlaufen dabei senkrecht zur Ebene der Bodenplatte 26, so dass bei einer Lasteinleitung auf den Lastaufnehmer bzw. das starre Teil 7 der Parallelogrammstruktur 1 in eben dieser Richtung kein unerwünschtes Verkippen des Lastaufnehmers auftritt. Durch diese drei Festkörpergelenke wird somit eine mechanische Entkopplung der Bodenplatte gegenüber den übrigen, für die Messung relevanten Teilen des Wägeaufhehmers 20 erreicht, so dass beispielsweise Verwindungen oder Spannungen, die in der Bodenplatte 26 durch deren mechanische Befestigung an einem weiteren Element, beispielsweise in einem nicht dargestellten Gehäuse, nicht auf die für die Messung relevanten Teile des Wägeaufnehmers 20 übertragen werden und daher die Messgenauigkeit nicht beeinträchtigen.In the embodiment shown in FIG. 3, this foot region of the stationary part 3 is not connected massively to the bottom plate 26, as in the embodiment according to FIG. 4, but via three solid joints 30 which are located between the outer wall of the foot region of the stationary part 3 and the inner wall of a breakthrough in the bottom plate 26 extend. Only one of the two longitudinally provided solid-body joints 30 and the solid-body joint provided in the broad side of the opening is visible in FIG. The joint axes of the solid state joints 30 are perpendicular to the plane of the bottom plate 26, so that when a load is applied to the load receptor or the rigid part 7 of the parallelogram 1 in just this direction no unwanted tilting of the load receptor occurs. Through these three solid-state joints thus a mechanical decoupling of the bottom plate is achieved over the other, relevant to the measurement parts of the weighing Aufhehmers 20, so that, for example, torsions or tensions in the bottom plate 26 by the mechanical attachment to another element, for example in a not Housing shown not to be transferred to the relevant parts for the measurement of the weighing transducer 20 and therefore do not affect the accuracy of measurement.
Dieses Merkmal der Verbindung der Bodenplatte mit den übrigen Teilen eines Wägeaufnehmers über wenigstens drei Festkörpergelenke (vorzugsweise genau drei Festkörpergelenke) kann selbstverständlich auch ohne die spezielle Ausbildung der Parallelogrammstruktur nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden.This feature of connecting the bottom plate to the remaining parts of a weighing sensor via at least three solid joints (preferably exactly three solid joints) may of course be used without the special configuration of the parallelogram structure according to the present invention.
Die in Fig. 4 dargestellte Wägeaufnehmer 20 unterscheidet sich von dem in Fig. 3 dargestellten Wägeaufnehmer — abgesehen von einer üblichen massiven Verbindung des Fußbereichs des ortsfesten Teils 3 mit der Bodenplatte 26 - lediglich durch die Anordnung der Parallelogrammstruktur 1. Bei dieser Ausfuhrungsform der Parallelogrammstruktur 1 weisen die einander gegenüberliegenden Festkörpergelenke der Parallelogrammlenker 9 bzw. 11 jeweils eine horizontale bzw. vertikale Längserstreckungsebene auf. Die (in Draufsicht) diagonale Anordnung der Festkörpergelenke 13 bzw. 15 gemäß Fig. 1 bis 3 wird somit durch die symmetrische Anordnung gemäß Fig. 4 ersetzt (symmetrisch bezüglich einer vertikalen Mittelebene des Parallelogrammlenkers 9 bzw. 11, die quer zur Längserstreckungsrichtung der Parallelogrammstruktur 1 verläuft.The weighing pickup 20 shown in FIG. 4 differs from the weighing pickup shown in FIG. 3 - except for a conventional solid connection of the foot region of the stationary part 3 to the bottom plate 26 - only by the arrangement of FIGS Parallelogrammstruktur 1. In this embodiment of the parallelogram 1, the opposing solid joints of the parallelogram 9 and 11 each have a horizontal or vertical longitudinal extension plane. The (in plan view) diagonal arrangement of the solid state joints 13 and 15 of FIG. 1 to 3 is thus replaced by the symmetrical arrangement of FIG. 4 (symmetrical with respect to a vertical median plane of the parallelogram 9 and 11, transverse to the longitudinal direction of the parallelogram 1 runs.
Um symmetrische Steifϊgkeitseigenschaften bezüglich Drehmomenten um eine Achse, die senkrecht zu den Gelenkachsen der Festkörpergelenke 13, 15, 17, 19 verläuft, zu erreichen, sind die Festkörpergelenke des unteren Parallelogrammlenkers 11 hinsichtlich ihrer Längserstreckungsebene so gewählt, dass die Längserstreckungsebene jeweils senkrecht auf der Längserstreckungsebene des betreffenden Festkörpergelenks 13, 15, 17, 19 an der entsprechenden Position des oberen Parallelogrammlenkers 9 steht.In order to achieve symmetrical stiffness properties with respect to torques about an axis that is perpendicular to the joint axes of the solid joints 13, 15, 17, 19, the solid joints of the lower parallelogram 11 are selected with respect to their longitudinal plane so that the longitudinal plane each perpendicular to the longitudinal plane of the concerned solid body joint 13, 15, 17, 19 is at the corresponding position of the upper parallelogram 9.
Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen eines Wägeaufnehmers 20 bzw. einer monolithischen Parallelogrammlenkerstruktur 1 mit jeweils zwei Festkörpergelenken an jedem Ende des oberen bzw. unteren Parallelogrammlenkers 9, 11 stellen für die Praxis wichtige Ausführungsformen dar, da diese auf relativ einfache Weise herzustellen sind und eine weitgehend symmetrische Charakteristik der Parallelogrammlenkerstruktur 1 aufweisen.The embodiments shown in FIGS. 3 and 4 of a weighing receiver 20 or a monolithic parallelogrammic linkage structure 1 each having two solid-state joints at each end of the upper and lower parallelogram links 9, 11 represent embodiments that are important in practice since they are relatively simple to manufacture and have a largely symmetrical characteristic of the parallelogram link structure 1.
Wie bereits eingangs erwähnt, besteht ebenfalls die Möglichkeit, jeden der Parallelogrammlenker 9 bzw. 11 durch zwei oder mehrere Parallelogrammlenkerteile zu ersetzen, welche durch ein Auftrennen der in den Figuren dargestellten Parallelogrammlenker 9, 11 in Längsrichtung erzeugbar sind. Hier erhält man weitgehend dasselbe Verhalten bezüglich Biegebeanspruchungen, wenn auch die Steifigkeit etwas reduziert ist. Eine derartige vollständige Separierung eines Parallelogrammlenkers in mehrere Parallelogrammlenkerelemente kann jedoch den Vorteil bieten, dass zwischen diesen ein Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement herausgeführt werden kann, oder dass für die Fertigung in diesem Bereich mit entsprechenden Werkzeugen in den Innenraum des Parallelogramms eingegriffen werden kann. Zwar hat eine vollmonolithische Ausbildung der Parallelogrammlenkerstruktur Vorteile hinsichtlich der mechanischen und thermischen Stabilität, jedoch kann aus fertigungstechnischen Gründen auch eine teilmonolithische Ausbildung der Parallelogrammlenkerstruktur vorteilhaft oder sogar notwendig sein. Beispielsweise können ein oder mehrere Festkörpergelenke mit sich daran anschließenden Teilen der starren Elemente, 3, 7 bzw. der Parallelogrammlenker 9, 11 monolithisch ausgebildet sein. Diese Teilelemente können dann mit weiteren Teilen zu einer gesamten Parallelogrammlenkerstruktur zusammengesetzt werden, sowohl durch lösbares als auch nicht lösbares Verbinden der einzelnen Komponenten.As already mentioned, it is also possible to replace each of the parallelogram 9 or 11 by two or more parallelogram parts, which can be generated by a separation of the parallelogram shown in the figures 9, 11 in the longitudinal direction. Here you get largely the same behavior with respect to bending stresses, although the stiffness is slightly reduced. However, such a complete separation of a parallelogram in several Parallelogrammlenkerelemente can offer the advantage that between them a power transmission and / or power reduction element can be brought out, or that can be intervened for the production in this area with appropriate tools in the interior of the parallelogram. Although a fully monolithic design of the parallelogram link structure has advantages in terms of mechanical and thermal stability, however, a partial monolithic design of the parallelogram link structure may also be advantageous or even necessary for production-related reasons. For example, one or more solid joints with adjoining parts of the rigid elements, 3, 7 or the parallelogram 9, 11 may be monolithic. These sub-elements can then be combined with other parts to an entire parallelogram link structure, both by releasably and non-detachably connecting the individual components.
Selbstverständlich können auch die Parallelogrammlenker 7, 9 oder Parallelogrammlenkerteile mit den an einem oder beiden Enden vorgesehenen Festkörpergelenken sowie mit sich daran anschließenden Teilen der starren Elemente 3, 7 monolithisch ausgebildet sein.Of course, the parallelogram 7, 9 or Parallelogrammlenkerteile with the provided at one or both ends solid joints and adjoining parts of the rigid elements 3, 7 may be monolithic.
Schließlich kann die Parallelogrammlenkerstruktur auch „scheibenweise" hergestellt sein, d.h., die Parallelogrammlenkerstruktur 1 wird in der Längsebene in einzelne, scheibenartige, monolithische Parallelogrammlenkerstrukturelemente aufgeteilt, wobei beispielsweise jedes dieser monolithischen Parallelogrammlenkerstrukturelemente die Parallelogrammlenkerelemente, mindestens ein Festkörpergelenk an jedem Ende und Teile der starren Element um- fasst. Diese monolithischen Parallelogrammlenkerstrukturelemente können dann (seitlich aneinander gesetzt) zur gesamten Parallelogrammlenkerstruktur lösbar oder unlösbar verbunden werden. Die einzelnen Parallelogrammlenkerstrukturelemente sind deutlich einfacher zu fertigen als eine insgesamt monolithisch hergestellte Parallelogrammlenkerstruktur, wobei die einzelnen Parallelogrammlenkerstrukturelemente beispielsweise nur Festkörpergelenke aufweisen können, die Längserstreckungsebenen mit identischen Winkeln α oder ß besitzen. Finally, the parallelogram linkage structure may also be made "sliced", ie, the parallelogram link structure 1 is divided in the longitudinal plane into discrete monolithic parallelogrammic link structure elements, for example, each of these monolithic parallelogram link structure elements comprising the parallelogram link elements, at least one solid-state link at each end, and portions of the rigid element The individual parallelogram link structure elements are much easier to manufacture than an overall monolithically produced parallelogram link structure, wherein the individual parallelogram link structure elements may, for example, only have solid-body articulations, along with the longitudinal extension planes identical angles α or ß possess.

Claims

Patentansprüche claims
1. Parallelogrammlenkerstruktur, insbesondere monolithische Parallelogrammlenkerstruktur für einen Wägeaufhehmer,1. Parallelogrammlenkerstruktur, in particular monolithic Parallelogrammlenkerstruktur for a Weighing,
(a) mit wenigstens zwei parallel angeordneten Parallelogrammlenkern (9, 11),(a) with at least two parallelogram parallelogram links (9, 11),
(b) wobei jeder der zwei Parallelogrammlenker (9, 11) über jeweils mindestens ein Festkörpergelenk (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) an jedem der beiden Enden jedes Parallelogrammlenkers (9, 11) mit jeweils einem starren Element (3, 7) verbunden ist, wobei die vier Gelenkachsen der Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) parallel sind und im Querschnitt die Eckpunkte eines Parallelogramms bilden,(b) each of the two parallelogram links (9, 11) being connected to each one of the two ends of each parallelogram link (9, 11) via at least one solid-state linkage (13a, 13b, 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) rigid element (3, 7) is connected, wherein the four hinge axes of the solid joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) are parallel and form in cross section the vertices of a parallelogram,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
(c) dass zumindest ein Ende eines Parallelogrammlenkers (9, 11) über wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) mit dem betreffenden starren Element (3, 7) verbunden ist,(c) that at least one end of a parallelogram link (9, 11) is connected to the relevant rigid element (3, 7) via at least two solid-state joints (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b),
(d) dass die Längserstreckungsebenen der Festkörpergelenke einen Winkel (δ) ungleich Null einschließen und(D) that the longitudinal extension planes of the solid-state joints include an angle (δ) not equal to zero and
(e) dass die Gelenkachsen der wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) fluchten. (e) that the joint axes of the at least two solid-state joints (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) are aligned.
2. Parallelogrammlenkerstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden eines Parallelogrammlenkers (9, 11) über jeweils wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) mit dem betreffenden starren Element (7; 3) verbunden sind, dass die Längserstreckungsebenen der jeweils zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) einen Winkel (δ) ungleich Null einschließen und dass die Gelenkachsen der jeweils wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) fluchten.2. Parallelogrammlenkerstruktur according to claim 1, characterized in that both ends of a parallelogram (9, 11) via at least two solid joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) with the respective rigid element (7; 3), that the longitudinal extension planes of the respective two solid-body joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) enclose an angle (δ) not equal to zero and that the joint axes of the respective at least two solid-state joints (13a, 13b 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) are aligned.
3. Parallelogrammlenkerstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden beider Parallelogrammlenker (9, 11) über jeweils wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) mit dem betreffenden starren Element (3, 7) verbunden sind, dass die Längserstreckungsebenen der jeweils zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) einen Winkel (δ) ungleich Null einschließen und dass die Gelenkachsen der jeweils wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) fluchten.3. Parallelogrammlenkerstruktur according to claim 1, characterized in that both ends of both parallelogram (9, 11) via at least two solid joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) with the respective rigid element (3, 7), that the longitudinal extension planes of each of the two solid-body joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) enclose an angle (δ) not equal to zero and that the joint axes of the respective at least two solid-state joints (13a, 13b 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) are aligned.
4. Parallelogrammlenkerstruktur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) an einem Ende eines Parallelogrammlenkers (9, 11), in Längserstreckungsrichtung des Parallelogrammlenkers (9, 11) gesehen, gegenüber einem der wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) am jeweils anderen Ende des betreffenden Parallelogrammlenkers (9, 11) angeordnet ist.4. Parallelogrammlenkerstruktur according to claim 2 or 3, characterized in that each of the at least two solid joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) at one end of a parallelogram (9, 11), in the longitudinal direction of the parallelogram (9, 11), opposite one of the at least two solid-state joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) is arranged at the respective other end of the relevant parallelogram link (9, 11).
5. Parallelogrammlenkerstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein erstes der an einem oder beiden Enden des oder der Parallelogrammlenker (9, 11) vorgesehenen wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) eine Längserstreckungsebene aufweist, die mit der Ebene (E), die durch die beiden Gelenkachsen der am betreffenden Parallelogrammlenker (9, 11) vorgesehenen Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) aufgespannt wird, einen ersten Winkel (α) einschließt, und dass jeweils ein zweites der an jedem Ende der Parallelogrammlenker vorgesehenen wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) eine Längserstreckungs- ebene aufweist, die mit der Ebene (E), die durch die beiden Gelenkachsen der am betreffenden Parallelogrammlenker (9, 11) vorgesehenen Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) aufgespannt wird, einen zweiten Winkel (ß) einschließt, wobei die Winkel (α, ß) definiert sind als diejenigen Winkel, die von der Parallelogrammseite, die zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Gelenkachsen des betreffenden Parallelogrammlenkers (9, 11) liegt, und dem sich vollständig oberhalb oder vollständig unterhalb des Parallelogramms erstreckenden Teils der betreffenden Längserstreckungsebene eingeschlossen sind.5. Parallelogrammlenkerstruktur according to any one of the preceding claims, characterized in that in each case a first of at one or both ends of the or the parallelogram (9, 11) provided at least two solid joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) has a longitudinal extension plane which is clamped with the plane (E) which is defined by the two joint axes of the solid-state joints (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) provided on the relevant parallelogram link (9, 11), includes a first angle (α), and that a respective one of the at least two solid-state hinges (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) provided at each end of the parallelogram links has a longitudinal extension. level, which with the plane (E), which is spanned by the two axes of articulation of the relevant parallelogram (9, 11) solid joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b), a second angle (β), wherein the angles (α, β) are defined as those angles which are from the parallelogram side, which lies between the two opposite joint axes of the relevant parallelogram link (9, 11), and completely above or completely below the Parallelogramms extending part of the respective longitudinal extension plane are included.
6. Parallelogrammlenkerstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweils ersten der Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) an beiden Enden eines Parallelogrammlenkers (9, 11), in Längserstreckungsrichtung des Parallelogrammlenkers (9, 11) gesehen, im Wesentlichen einander gegenüber liegen.6. Parallelogrammlenkerstruktur according to claim 5, characterized in that the respective first of the solid state joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) at both ends of a parallelogram (9, 11), in the longitudinal direction of the parallelogram ( 9, 11), are substantially opposite each other.
7. Parallelogrammlenkerstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils ersten der Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) an einem der beiden Enden eines Parallelogrammlenker (9, 11), in Längserstreckungsrichtung des Parallelogrammlenkers (9, 11) gesehen, im Wesentlichen den jeweils zweiten der Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) am jeweils anderen Ende des betreffenden Parallelogrammlenkers (9, 11) gegenüber liegen.7. Parallelogrammlenkerstruktur according to claim 5, characterized in that the respective first of the solid state joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) at one of the two ends of a parallelogram (9, 11), in the longitudinal direction of the parallelogram (9, 11), substantially opposite to the respective second of the solid-body joints (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) at the respective other end of the relevant parallelogram link (9, 11).
8. Parallelogrammlenkerstruktur nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der ersten und zweiten der Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b), die an dem einen Parallelogrammlenker (9) vorgesehen sind, gegenüber den Positionen der ersten und zweiten, die am anderen der Parallelogrammlenker (11) vorgesehen sind, vertauscht sind.A parallelogrammic linkage structure according to claim 6 or 7, characterized in that the positions of the first and second solid-state joints (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) provided on the one parallelogrammic link (9), opposite to the positions of the first and second, which are provided on the other of the parallelogram (11) are reversed.
9. Parallelogrammlenkerstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckungsebenen der wenigstens zwei Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) an wenigstens einem Ende eines der Parallelogrammlenker (9, 11) senkrecht aufeinander stehen. 9. Parallelogrammlenkerstruktur according to any one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal extension planes of the at least two solid joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) at least one end of the parallelogram (9, 11) perpendicular to each other stand.
10. Parallelogrammlenkerstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckungsebene eines der Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) an dem oder den Enden des oder der Parallelogrammlenker (9, 11) mit der Ebene, die durch die Gelenkachsen beiderseits des betreffenden Parallelogrammlenkers (9, 11) definiert ist, fluchtet.10. Parallelogrammlenkerstruktur according to any one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal extension plane of one of the solid state joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) at the one or more ends of the or the parallelogram (9, 11) the plane which is defined by the joint axes on both sides of the relevant parallelogram (9, 11), is aligned.
11. Parallelogrammlenkerstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelogrammlenker (9, 11), die Festkörpergelenke (13a, 13b; 15a, 15b; 17a, 17b; 19a, 19b) und die starren Elemente (3, 7) monolithisch ausgebildet sind.11. Parallelogrammlenkerstruktur according to any one of the preceding claims, characterized in that the parallelogram (9, 11), the solid state joints (13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, 19a, 19b) and the rigid elements (3, 7) monolithic are formed.
12. Wägeaufnehmer, insbesondere für eine elektronische Wage nach dem Prinzip der Kraftkompensation, mit einer Parallelogrammstruktur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes der beiden starren Elemente (3) für eine ortsfeste Halterung und das zweite der beiden starren Element (7) zur Einleitung einer zu messenden Gewichtskraft ausgebildet ist.12. Weighing sensor, in particular for an electronic balance according to the principle of force compensation, with a parallelogram structure (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a first of the two rigid elements (3) for a stationary support and the second of the two rigid Element (7) is designed to initiate a weight to be measured.
13. Wägeaufhehmer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten starren Element (7) wenigstens ein Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement (22, 24) verbunden ist, mit welchem die zu erfassende Gewichtskraft oder die untersetzte Gewichtskraft auf eine Mess- und/oder Anzeigeeinrichtung übertragen wird.13. Weighing lifter according to claim 12, characterized in that with the second rigid element (7) at least one force transmission and / or force reducing element (22, 24) is connected, with which the weight to be detected or the reduced weight on a measuring and / or display device is transmitted.
14. Wägeaufhehmer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kraftübertragungs- und/oder Kraftuntersetzungselement (22, 24) monolithisch mit der Parallelogrammstruktur ausgebildet und vorzugsweise innerhalb des Parallelogramms angeordnet ist. 14. Weighing lifter according to claim 13, characterized in that the at least one force transmission and / or force reduction element (22, 24) is formed monolithically with the parallelogram structure and is preferably arranged within the parallelogram.
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