CH687421A5 - Praezisionswaage. - Google Patents

Description

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CH 687 421 A5

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Beschreibung

Gegenstand der Erfindung ist eine Präzisionswaage, mit einem wegarmen Messsystem und mit einem mit dem Messsystem durch ein Gehänge verbundenen Lastaufnehmer.

Bei hochauflösenden Präzisionswaagen kann bereits ein leichtes Anstossen an die Waagschale beim Beschicken mit einem Wägegut zu einer Beschädigung von empfindlichen Teilen der Waage führen. Solche Beschädigungen erfolgen also nicht nur durch eine Über- oder Eckenlast, welche senkrecht auf die Waagschale wirkt, sondern auch durch quer oder in einem spitzen Winkel zur Waagschale in das Gehänge eingeleitete Kräfte.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Präzisionswaagen bekannt, deren Gehänge durch einen Überlast- oder Eckenlastschutz gegen Beschädigung geschützt wird.

In der Schweizer Patentschrift Nr. 576 634 ist die Waagschale der Waage zweiteilig ausgebildet. Die das Wägegut aufnehmende Schale liegt auf einem Unterteil aus Leichtmetallblech, welches Unterteil einen Aussenring aufweist, der nur wenige Millimeter über dem Gehäuse der Waage endet. Zentrisch zum Aussenring ist in einer Bohrung mit Spiel ein Hohlbolzen eingeführt, der mit einem Kragen auf dem Unterteil lose aufliegt. Am Schaft des Hohlbolzens ist ein Sicherungsring eingelassen. Zwischen dem Sicherungsring und dem Unterteil ist zudem eine sternförmig ausgebildete Blattfeder gefangen, welche mit den Enden ihrer Arme den Unterteil gegen den Kragen des Bolzens nach oben drückt. Die Vorspannung der sternförmigen Feder ist so bemessen, dass die durch sie ausgeübte Kraft auf den Unterteil grösser ist als die Maximallast der Präzisionswaage. Beim Wägen innerhalb des Wägebereiches der Waage bleibt folglich das Unterteil am Kragen anliegend gehalten und die Feder übt keinen Einfluss auf den Kraftverlauf aus. Bei einer aussermittigen Belastung der Waagschale, insbesondere auch bei einer solchen, die zudem den Wägebereich der Waage überschreitet, kann die Waagschale auf der belasteten Seite kippen und deren Unterteil gelangt in Anlage mit dem Waagengehäuse. Eine Beschädigung von mechanischen Elementen, z.B. von Parallelführung, Lenker etc., wird dadurch vermieden. Diese bekannte Vorrichtung erfüllt ihren Zweck solange, als die Überlast im wesentlichen senkrecht von oben auf die Waagschale wirkt. Eine horizontal oder eine in einem spitzen Winkel eingeleitete Kraft wird durch die gefederte Auflage der Waagschale nicht aufgenommen, sondern direkt in das Gehänge eingeleitet.

Einen ähnlich arbeitenden Eckenlast-/Überlast-schutz offenbaren auch die US-A 4 475 898 und die DE-C2 3 242 156. Auch bei diesen bekannten Waagen können horizontal oder schräg auf die Waagschale wirkende Kräfte nicht vom Gehänge ferngehalten werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Überlast/Eckenlastschutzes für Präzisionswaagen, der das Gehänge sowohl bei vertikal als auch bei seitlich eingeleiteten Kräften schützt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Präzisionswaage, bei der der Lastaufnehmer das Gehänge jochartig überspannt und auf den Enden zweier unten am Gehänge angelenkter und durch eine Feder vorgespannt am Gehänge anliegender Arme eines Aufnahmemittels abgestützt und oben am Gehänge seitlich verschiebbar geführt gehalten ist.

Exzentrisch oder schräg in die Waagschale eingeleitete Kräfte bewirken ein Verschwenken des Lastaufnehmers, welches mit seinen nach unten abstehenden Stützschenkeln auf den im Überlastbereich elastisch nachgebenden Auflagemitteln abgestützt ist. Durch die einseitige Verschwenkung des Lastaufnehmers gelangt das Ende eines Stützschenkels in Anlage mit dem Waagengestell und verhindert die Einleitung von Kräften auf das Gehänge, welche zu Dejustierungen der Waage führen können. Durch in einem grossen Abstand zur Symmetrieachse der Waagschale liegende Auflagepunkte des Lastaufnehmers auf dem Gehänge wird bewirkt, dass der Lastaufnehmer aussermittige Kräfte einseitig aufnehmen und in die Aufnahmeelemente einleiten kann. Die aus einer vorgespannten Blattfeder bestehenden Aufnahmemittel weisen eine geringe eigene Masse auf. Die in die Waage eingeleiteten Kräfte werden fast trägheitsfrei aufgenommen. Die Vorspannung der Feder ist so gross bemessen, damit beim Wägen im Wägebereich der Waage die eingeleiteten Kräfte unelastisch an die Wägezelle übertragen werden können. Beim Einleiten einer im wesentlichen horizontal wirkenden Kraft wird der Lastaufnehmer einseitig vom Aufnahmemittel abgehoben ohne dessen Führung zu verlieren. Eine auf das Ende des Aufnahmemittels aufgesetzte Rolle ermöglicht ein reibungsarmes Abheben und später Zurückgleiten des abgehobenen Stützschenkels. Gleichzeitig wird durch die ungestörte seitliche Verschiebbarkeit des Lastaufnehmers auch kein Moment in den oberen Bereich des Gehänges eingeleitet.

Anhand illustrierter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer schematisch dargestellten Waage,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch die Waage, längs Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht des Lastaufnehmers und eines Teiles des Gehänges aus Richtung A in Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht des Gehänges und Lastaufnehmers aus Richtung Pfeil B in Fig. 3,

Fig. 5 eine Detailansicht der Abstützung des Lastaufnehmers einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Lastaufnehmer in Fig. 5,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Lastaufnehmer mit einer um eine Achse schwenkbaren Seitenführung und

Fig. 8 einen Schnitt längs Linie Vili—VIII in Fig. 6.

Das strichpunktiert angedeutete Waagengehäuse 1 umschliesst einen Raum 7, der die Bedienungselemente aufnimmt und ein Tastaturfeld 5 trägt. Im weiteren sind im Raum 7 die Wägemechanik und -elektronik untergebracht. Eine Messzelle

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ist schematisch mit einem mit Bezugszeichen 11 bezeichneten Rechteck dargestellt. Am linken Rand der Messzelle 11 ist ein Gehänge 13 angeordnet, welches mit der Sensorik eines wegarmen Messsystems (der Messzelle) verbunden ist. Die Waagschale 25 ist auf einem das Gehänge 13 oben und seitlich umfassenden Lastaufnehmer 31 aufgesetzt. Unterhalb der Waagschale 25 ist in Fig. 1 schematisch weiter ein Kalibriergewicht 29 dargestellt, welches auf dem Lastaufnehmer 31 abgesetzt werden kann. Die Waagschale 25 ist mit einem an ihrer Unterseite befestigten Kegelstumpf-fortsatz 33 in einer entsprechend geformten Aufnahmehülse 35 am Lastaufnehmer 31 lösbar aufgesteckt.

Die Aufnahmehülse 35 durchringt ein Anschlagblech 34, dessen zentrale Öffnung von einer Anschlaghülse 36 begrenzt ist. In der Fig. 2 ist der Durchmesser der inneren Anschlaghülse 36 im Verhältnis zum Durchmesser der Aufnahmehülse 35 übertrieben gross dargestellt. Übertrieben gross dargestellt ist auch die seitliche Verschwenkung der Waagschale 25.

Im Schnitt gemäss Fig. 2 ist der U-förmig ausgebildete Lastaufnehmer 31 von vorne sichtbar. Zwei an seinem Basisschenkel 55 befestigte Stützschenkel 37 ragen nach unten und umfassen das Gehänge 13 jochartig, das heisst die Stützschenkel 37 liegen seitlich des Gehänges 13. Der Lastaufnehmer 31 besteht vorzugsweise aus einem Stanz-/Biegeteil aus Aluminiumblech, das zur Verkleinerung seiner Masse und ohne Verlust seiner Steifigkeit zusätzlich mit Durchbrüchen 32 versehen (vergi. Fig. 3) oder gitterartig aufgebaut sein kann. Die Aufnahmehülse 35 für die Waagschale 25 ist auf den Basisschenkel 55 aufgesetzt und mit diesem verbunden.

Die Verbindung des Lastaufnehmers 31 mit dem Gehänge 13 erfolgt durch federnd vorgespannte Aufnahmemittel 39 mit geringer Eigenmasse, die an der Unterseite des Gehänges 13, beispielsweise mit einer Schraube 41 oder einem anderen geeigneten Mittel, befestigt sind. Die Aufnahmemittel 39 im ersten Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 2 bis 4 bestehen aus einer horizontal liegenden Blattfeder

38, welche die Seitenflächen 40 des Gehänges 13 überragt und die in ihrer Mitte mit der Schraube 41 oder einem anderen Befestigungsmittel an der Unterseite eines Vorsprungs 27 am Gehänge 13 befestigt ist. Auf den Enden 45 der Feder 38 sind die Stützschenkel 37 des Lastaufnehmers 31 abgestützt gehalten. Auf den Enden 45 des Aufnahmemittels

39, hier der Blattfeder, sind in einer bevorzugten Ausführungsform zudem drehbar gelagerte Rollen 46 aus Kunststoff oder Metall aufgesetzt, welche dazu bestimmt und ausgebildet sind, in vertikal verlaufende schlitzförmige Ausnehmungen 43 an den unteren Kanten 44 der Stützschenkel 37 einzugreifen. Die Ausnehmungen 43 sind derart bemessen, dass die Rollen 46 mit geringem Spiel umfasst werden. Die Schenkel 37 des Lastaufnehmers 31 liegen folglich, wenn dieser auf das Gehänge 13 aufgesetzt ist, im wesentlichen punktförmig abgestützt auf den Aufnahmemitteln 39 bzw. den Rollen 46 auf und sind geführt gehalten. An den Rollen 46 können flanschförmige Erweiterungen 48 angebracht sein,

die den Lastaufnehmer 31 auch in Achsrichtung der Rollen 46 mit geringem Spiel führen.

Auf der Oberfläche des Gehänges 13 ist eine Führungsplatte 47 mit einer Schraube 49 oder einem anderen Mittel befestigt. Die Führungsplatte 47 überragt das Gehänge 13 auf einer Seite und weist im überstehenden Abschnitt einen Schlitz 51 auf, der parallel zum Aufnahmemittel 39 liegt. Ein solcher Führungsschlitz 151 kann auch direkt auf der Oberseite des Gehänges 113 angebracht sein (Fig. 8). In den Schlitz 51, 151 greift von oben ein Führungsstift 53, 153 ein, der am Basisschenkel 55, 155 des Lastaufnehmers 31, 131 befestigt ist und nach unten ragt. Anstelle eines Führungsstiftes 53, 153 kann auch ein am Basisschenkel 55, 155 ausgestanzter und nach unten umgebogener Lappen oder eine andere Führungsart mit zwei Freiheitsgraden (nicht dargestellt) treten. Der Führungsstift 53 ist dazu bestimmt, den nur auf den zwei Auflagestellen auf den Enden 45 des Aufnahmemittels 39 abgestützten Lastaufnehmer 31 festzuhalten und ein Kippen, bzw. eine Drehung um eine durch die Enden 45 des Aufnahmemittels 39 verlaufende Achse B zu verhindern. Der Führungsstift 53 soll hingegen eine begrenzte seitliche Schwenkung sowie gleichzeitige eine Vertikalbewegung in der durch das Aufnahmemittel 39 und den Schlitz 51 verlaufenden Ebene reibungsarm ermöglichen.

Das im ersten Beispiel aus einer Blattfeder 38 bestehende Aufnahmemittel 39 ist derart ausgebildet, dass es in Ruhestellung (Fig. 4) an den beiden Auflagen 57 an der Unterseite des Gehänges 13 vorgespannt anliegt (Achse B liegt horizontal). Die Vorspannung des Aufnahmemittels 39 ist dabei so bemessen, dass sie grösser ist als die maximal zulässige Last der Waage 1. Eine günstige Vorspannung, d.h. die Anpresskraft der Enden 45 an die Unterseite des Gehänges 13, kann z.B. an jeder der beiden Auflagen 57 dem 1,5-fachen der Maximallast der Waage 1 entsprechen.

Erfolgt eine Belastung der Waagschale 25 durch eine Kraft (Eckenlast), die am Rand der Waagschale 25 und senkrecht von oben angreift, so neigen sich der Lastaufnehmer 31 und die Waagschale 25 zur Seite, und es erfolgt eine Durchbiegung des unter dem Kraftangriffspunkt liegenden Armes des Aufnahmemittels 39, falls die einwirkende Kraft grösser ist als z.B. die 1,5-fache Maximallast der Waage. Das untere Ende des Schenkels 37 gelangt dann in Anlage mit dem Waagengestell 9 (Darstellung linke Seite in Fig. 2, vergi, auch Fig. 5 rechte Seite). Der gegenüberliegende Schenkel 37 hebt sich bei der Verschwenkung von der Rolle 46 ab, jedoch ohne dass die Rolle 46 aus der schlitzförmigen Ausnehmung 43 herausgleitet. Die Waagschale 25 schwenkt bei einer solchen Belastung um den Befestigungspunkt des Aufnahmemittels 39, der sich unter dem Gehänge 13 befindet. Die Schwenkachse befindet sich im Bereich der Schraube 41. Mit der Waagschale 25 neigt sich der Basisschenkel 55 des Lastaufnehmers 31 geführt vom Führungsstift 53 im Schlitz 51 zur Seite, bis die Aufnahmehülse 35 an der Anschlaghülse 36 anschlägt. Es wird folglich nur ein sehr geringes Drehmoment in das Gehänge 13 eingeleitet.

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Erfolgt eine horizontale oder annähernd horizontale Krafteinleitung an der Waageschale 25 (Kraft F in Fig. 2), so hebt sich der Lastaufnehmer 31 auf der Seite der Krafteinleitung vom Aufnahmemittel 39 bzw. von der dort angeordneten Rolle 46 ab und dreht sich um den Auflagepunkt (Rolle 46) am gegenüberliegenden Ende 45 des Aufnahmemittels 39. Der sich anhebende und seitlich verschiebende Basisschenkel 55 des Lastaufnehmers 39 bleibt bei dieser Schwenkbewegung oben dauernd und reibungsarm im Schlitz 51 geführt bis die Aufnahmehülse 35 am Anschlagblech anliegt. Durch den im Schlitz 51 geführten Stift 53 wird der Lastaufnehmer 31 in seiner aufrechten Position festgehalten, auch wenn die seitlich eingeleitete Kraft eine Grösse erreicht, bei der das den Drehpunkt für den Lastaufnehmer 31 bildende Ende 45 nach unten ausweicht, d.h. wenn auf dem Auflagepunkt eine die Federkraft der Feder 38 übersteigende Kraft einwirkt.

Erfolgt eine Belastung zentrisch oder annähernd zentrisch von oben, jedoch über den zulässigen Messbereich der Waage hinaus, so biegt sich das Aufnahmemittel 39 beidseitig durch, und beide Schenkel 37 gelangen in Anlage mit dem Waagengestell oder Boden 9 und verhindern die Einleitung von zu hohen Kräften in das Gehänge 13.

In der zweiten Ausgestaltung der Erfindung gemäss den Fig. 5 bis 7 liegen die Stützschenkel 137 des Lastaufnehmers 131 nicht mehr direkt auf den Enden einer Feder oder auf den auf die Enden 145 der Feder aufgesetzten Rollen 146 auf, sondern die Aufnahmemittel 139 sind in zwei unabhängig voneinander an der Unterseite des Gehänges 113 mit Schrauben 141 oder anderen Mitteln befestigten Federn 159 gehalten. Die Schrauben 141 durchdringen die Basen der Federn 159 in dort angebrachten Ausnehmungen 164, welche näher an denjenigen abgewinkelten Enden 162 angeordnet sind, die nahe am Zentrum der Unterseite des Gehänges 113 angebracht sind. Die U-förmigen Federn 159 sind folglich asymmetrisch befestigt.

Die beiden Aufnahmemittel 139 sind als im Wägebereich der Waage 1 starre Wellen oder Stäbchen ausgebildet, deren Enden 145 abgesetzte Abschnitte aufweisen, die in den Bohrungen 160 an den beidseitig nach oben abgewinkelten Lappen 161 an den Federn 159 gehalten sind. Auf den Enden 145 können wiederum drehbar gelagerte Rollen 146 aufgesetzt sein.

Die unteren Enden 144 der Schenkel 137 des Lastaufnehmers 131 sind, analog zu der Ausgestaltung in den Fig. 2 bis 4, mit schlitzförmigen Ausnehmungen 143 versehen und an den abgesetzten Abschnitten an den Enden der Aufnahmemittel 139 mit geringem Spiel abgestützt. An der Oberseite des Gehänges 113 ist wiederum eine das Gehänge 113 vorne überragende Führungsplatte 147 mit einem Führungsschlitz 151 befestigt, in die der am Basisschenkel 155 befestigte Führungsstift 153 eingreift. Alternativ kann am Gehänge 113 ein Schwenkarm 154 angelenkt sein, an dessen freiem Ende 156 der Führungsstift 153 gehalten ist. Der Schwenkarm 154 kann auf einen Bolzen aufgesetzt sein (keine Abbildung), oder er kann als Federelement ausgebildet sein, das eine seitliche Schwenkung des freien Endes 156 im Bereich von einigen Millimetern zulässt (in Fig. 7 übertrieben dargestellt).

Bei einer Krafteinwirkung durch eine an der rechten Seite wirkende, den Wägebereich der Waage 1 überschreitende Eckenlast F2 wird das Aufnahmemittel 139, wie in Fig. 5 rechte Seite dargestellt, im Uhrzeigersinn um die Befestigungsstelle bei der Schraube 141 geschwenkt. Dabei gelangt das untere Ende des abgesenkten Schenkels 137 in Anlage mit dem Waagenboden oder -gestell 109 und verhindert die Einleitung einer die Kraft der Feder 159 im Aufnahmemittel 39 übersteigende Kraft in das Gehänge 113. Eine horizontal in die Waagschale 125 eingeleitete Kraft verursacht - wie bereits zum ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert und in Fig. 2 dargestellt - ein einseitiges Abheben des Lastaufnehmer 139 und, im Falle der Stiftführung gemäss Fig. 7, eine Verschwenkung des Schwenkarmes 154, bis ein Anschlagen der Aufnahmehülse 35 an der Anschlaghülse 36 erfolgt. Die bogenförmig verlaufende Bahnkurve am Ende des Schwenkhebels 154 bewirkt auch ein leichtes Kippen und Auslenken des Lastaufnehmers 139 um die beiden Auflagepunkte auf den Enden 145 der Aufnahme-mittel 139. Die Auslenkung des Lastaufnehmers 139 ist jedoch so gering, dass diese vernachlässigt werden kann. Der erfindungsgemässe Überlastschutz schützt die Waage 1 nicht nur bei vertikalen Belastungen, sondern auch solchen, die seitlich -von rechts und von links oder schräg von oben -eingeleitet werden. Belastungen aus anderen Richtungen, z.B. von vorn, d.h. rechtwinklig zum Schlitz 51, 151, treten bei Waagen mit einem Wägeraum, der nur seitliche Beschickungsöffnungen aufweist, im allgemeinen nicht auf. Auch bei Waagen ohne Wägeraum ist die Gefahr einer Krafteinleitung von vorn gering, weil die Beschickung üblicherweise von der Seite erfolgt.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Präzisionswaage, mit einem wegarmen Messsystem und mit einem mit dem Messsystem durch ein Gehänge (13, 113) verbundenen Lastaufnehmer (31, 131), dadurch gekennzeichnet, dass der Lastaufnehmer (31, 131) das Gehänge (13, 113) jochartig überspannt und auf den Enden (45, 145) zweier unten am Gehänge (13, 113) angelenkter und durch eine Feder vorgespannt am Gehänge (13, 113) anliegender Arme eines Aufnahmemittels (39, 139) abgestützt und oben am Gehänge (13, 113) seitlich verschiebbar geführt gehalten ist.

2. Präzisionswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastaufnehmer (31, 131) oben in einer Führung (51, 151) oder an einem Schwenkarm (154) um einen festen Drehpunkt am Gehänge (13, 113) seitlich verschiebbar geführt gehalten ist.

3. Präzisionswaage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastaufnehmer (31, 131) aus einem mehrfach gebogenen Blechbauteil mit einem obenliegenden, in seinem Zentrum eine Waagschale (25, 125) tragenden Ba-

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sisschenkel (55, 155) und zwei nach unten ragenden Stützschenkeln (37, 137) besteht, deren Enden dazu bestimmt und ausgebildet sind, auf den Enden (45, 145) des Aufnahmemittels (39, 139) aufzuliegen.

4. Präzisionswaage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Basisschenkel (55, 155) ein zwischen den Stützschenkeln (37, 137) nach unten ragender, in einen die Führung bildenden Führungsschlitz (51, 151) am Gehänge (13, 113) einzugreifen bestimmter Führungsstift (53, 153) angebracht ist.

5. Präzisionswaage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsschlitz (51, 151) parallel zum Aufnahmemittel (39, 139) verlaufend angeordnet ist.

6. Präzisionswaage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemittel (39, 139) an der Unterseite des Gehänges (13, 113) befestigt ist und mit seinen Enden (45, 145) das Gehänge (13, 113) seitlich überragt.

7. Präzisionswaage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemittel (39) aus einer vorgespannten Blattfeder (38) besteht, die in ihrer Mitte mit einem Befestigungsmittel (41) an der Unterseite des Gehänges (13) befestigt ist, und dass die Blattfeder (38) an der Unterseite des Gehänges (13) vorgespannt federnd anliegt.

8. Präzisionswaage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemittel (139) aus zwei Wellen besteht, deren Enden in Bohrungen (160) in nach oben abgewinkelten Enden (161) einer U-förmigen Feder (159) gelagert sind, und dass jede der beiden Federn (159) aussermittig mit der Unterseite des Gehänges (113) verbunden ist.

9. Präzisionswaage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Enden (45, 145) der Arme des Aufnahmemittels (39, 139) drehbar gelagerte Rollen (46, 146) aufgesetzt sind, auf denen die Stützschenkel (37, 137) des Lastaufnehmers (31, 131) mit Spiel aufliegen.

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