Die Erfindung bezieht sich auf einen Wägeaufnehmer nach dem Prinzip der
elektromagnetischen Kraftkompensation, dessen wesentliche Teile aus einem
einzigen Block herausgearbeitet sind, mit einem Lastaufnehmer, der durch einen
oberen und einen unteren Lenker mit dem gehäusefesten Bereich verbunden ist,
mit mindestens drei Übersetzungshebeln zur Kraftuntersetzung, mit
Koppelelementen zwischen den Übersetzungshebeln und zwischen dem
Lastaufnehmer und dem ersten Übersetzungshebel, wobei der gehäusefeste Bereich
sich in Richtung zum Lastaufnehmer vorkragend in den Raum zwischen den
beiden Lenkern hinein erstreckt und nahe an seinem vorkragenden Ende den
Abstützpunkt für den ersten Übersetzungshebel bildet, und wobei mindestens ein
Übersetzungshebel zumindest teilweise in zwei Teilhebel aufgeteilt ist, mindestens
ein Koppelelement in zwei Teilkoppelelemente aufgeteilt ist und die Teilhebel und
die Teilkoppelelemente symmetrisch auf beiden Seiten des vorkragenden Teils des
gehäusefesten Bereiches angeordnet sind und alle Übersetzungshebel, alle
Teilhebel, alle Koppelelemente und alle Teilkoppelelemente monolithischer
Bestandteil des Blockes sind, und mit einer Spule, die am längeren Hebelarm des
letzten Übersetzungshebels befestigt ist und die sich im magnetischen Feld eines
gehäusefesten Permanentmagneten befindet, nach Patentanmeldung
DE 199 23 208.3.
Dieser Wägeaufnehmer weist durch seine monolithische Bauweise sehr gute
Messeigenschaften auf und eignet sich durch seine drei Übersetzungshebel mit
ihrem insgesamt hohen Übersetzuugsverhältnis besonders für hohe Lasten
oberhalb von 10 kg.
Nachteilig an diesem Wägeaufnehmer ist einzig, dass seine Empfindlichkeit nur
durch die externe Auflage von Kalibriergewichten überprüft und ggf. nachjustiert
werden kann. Die Handhabung von externen Kalibriergewichten ≧ 10 kg ist jedoch
umständlich.
Es ist daher bei aus einzelnen Teilen zusammengesetzten Wägeaufnehmern bereits
bekannt (z. B. aus dem DE-GM 84 38 006) interne Kalibriergewichte zu benutzen,
die nicht am Lastaufnehmer direkt angreifen, sondern an einem der
Übersetzungshebel. Dadurch kann das Kalibriergewicht deutlich kleiner als die
Höchstlast der Waage bleiben und wirkt aufgrund des Übersetzungsverhältnisses
dennoch wie ein Kalibriergewicht mit Höchstlast. - Die Übertragung dieses
Prinzips auf einen monolithischen Wägeaufnehmer der eingangs genannten Art ist
jedoch schwierig, da durch die monolithische Bauweise der Platz im
Wägeaufnehmer sehr beengt ist.
Bei einem teilmonolithischen Wägeaufnehmer, bei dem bis auf den letzten
Übersetzungshebel alle Übersetzungshebel, Koppelelemente und die Lenker aus
einem Block durch dünne Schnitte herausgearbeitet sind (DE 196 05 087 C2), ist es
außerdem bekannt, einen parallelgeführten Ankopplungsbereich für ein internes
Kalibriergewicht vorzusehen und an diesem Ankoppelungsbereich zwei
Querstangen als Trägereinrichtung für das Kalibriergewicht anzubringen. Die im
Wesentlichen zweidimensionale Geometrie dieses Wägeaufnehmers lässt sich
jedoch nicht auf die dreidimensionale Geometrie des eingangs genannten
Wägeaufnehmers übertragen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wägeaufnehmer der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass eine Kalibrierung und ggf. auch eine
Justierung mit hoher Genauigkeit durch ein internes Kalibriergewicht möglich ist.
Erfindungsgemäß wird dies in einer ersten Variante dadurch erreicht, dass
mindestens ein zusätzlicher Hebel für die Auflage eines Kalibriergewichtes
monolithischer Bestandteil des Blockes ist. In einer zweiten Variante wird dieses
Ziel dadurch erreicht, dass einer der Übersetzungshebel einen zusätzlichen
Hebelarm für die Auflage eines Kalibriergewichtes aufweist und dass dieser
zusätzliche Hebelarm ebenfalls monolithischer Bestandteil des Blockes ist oder dass
der zusätliche Hebelarm als anschraubbares Aufnahmelager ausgebildet ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben.
Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Wägeaufnehmer in Seitenansicht in einer ersten Ausgestaltung,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 2,
Fig. 3 einen Wägeaufnehmer in Seitenansicht in einer zweiten Ausgestaltung,
Fig. 4 einen Wägeaufnehmer in Seitenansicht in einer dritten Ausgestaltung,
Fig. 5 eine Vorderansicht des Lastaufnehmers aus Fig. 4,
Fig. 6 einen Wägeaufnehmer in Seitenansicht in einer vierten Ausgestaltung,
Fig. 7 eine Vorderansicht des Lastaufnehmers aus Fig. 6 und
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform mit
angeschraubtem Aufnahmelager für ein Kalibriergewicht.
Man erkennt in der Seitenansicht in Fig. 1 einen gehäusefesten Grundkörper 1,
der auf seiner Unterseite flache Fußbereiche 6 aufweist, an denen er am Gehäuse
der Waage festgeschraubt werden kann. Der Grundkörper 1 setzt sich nach links
in einen vorkragenden Bereich (Teil) 2 und einen vorkragenden Bereich 3 fort. Der
Bereich 2 hat eine Breite von ca. zwei Drittel der Breite des Grundkörpers 1, der
Bereich 3 ist noch schmaler (ca. 40% vom Grundkörper 1). Im Grundkörper 1
befindet sich ein rundes Loch 8, das einen (nicht gezeichneten) zylindrischen
Permanentmagneten aufnimmt.
Ganz links in Fig. 1 ist der Lastaufnehmer 10 eingezeichnet, der durch einen
oberen Lenker 12 und einen unteren Lenker 11 mit dem Grundkörper 1
verbunden ist. Die Gelenkstelle zwischen dem oberen Lenker 12 und dem
Lastaufnehmer 10 ist mit 15 bezeichnet und sie zieht sich über die ganze Breite des
Lenkers bzw. Lastaufnehmers hin, die Gelenkstelle zwischen dem unteren
Lenker 11 und dem Lastaufnehmer 10 ist mit 14 bezeichnet, sie zieht sich ebenfalls
über die ganze Breite des Lenkers bzw. Lastaufnehmers hin. Die Gelenkstellen
zwischen den Lenkern 11 und 12 und dem Grundkörper 1 sind mit 16 bzw. 17
bezeichnet, sie ziehen sich ebenfalls über die ganze Breite hin. Der obere Lenker 12
weist eine mittige Ausnehmung auf, in die der vorkragende Teil 3 hineinragt. (Die
obere Abschlussfläche des vorkragenden Teils 3 befindet sich auf der gleichen
Höhe wie die Oberseite des Lenkers 12 und ist in der Seitenansicht daher nicht
erkennbar. Nur die vertikale Rückseite 39 des vorkragenden Teils 3 ist in Fig. 1
teilweise erkennbar.) - Durch die Lenker 11 und 12 mit ihren Gelenkstellen ist der
Lastaufnehmer 10 mit dem Grundkörper verbunden, kann sich aber in vertikaler
Richtung etwas bewegen.
Die zu messende Kraft wird vom Lastaufnehmer 10 über den stabilen
Vorsprung 13 und über Koppelelemente 18 mit den Gelenkstellen 19 und 20 auf
den kurzen Hebelarm 21 des ersten Hebels übertragen. Der lange Hebelarm des
ersten Hebels ist mit 22 bezeichnet. Weiter erkennt man eine dreieckförmige
Verstärkung 42 zwischen dem kurzen Hebelarm 21 und dem langen Hebelarm 22
des ersten Hebels. Der erste Hebel 21/22 ist über Lagerstellen 4 am vorkragenden
Teil 3 gelagert.
Vom Ende des langen Hebelarms 22 wird die untersetzte Kraft über eine
Gelenkstelle 43 auf das Koppelelement 23 übertragen und von dort über
Gelenkstellen 38 auf den kurzen Hebelarm 24 des zweiten Hebels. Der zweite
Hebel 24/25 ist über Gelenkstellen 5 am vorkragenden Teil 2 gelagert. Der obere
Teil des langen Hebelarms 25 ist gabelförmig aufgespalten: Der eine Teil befindet
sich auf der einen Seite des vorkragenden Teils 3 - in Fig. 1 vor dem
vorkragenden Teil 3 -, der andere Teil befindet sich auf der anderen Seite des
vorkragenden Teils 3 - in Fig. 1 hinter dem vorkragenden Teil 3 und damit nicht
erkennbar.
Von dort werden die beiden Kräfte von den langen Hebelarmen 25 des zweiten
Hebels über zwei Teilkoppelgelenke 26 auf die beiden Teile 29 des aufgespaltenen
kurzen Hebelarms des dritten Hebels 29/27/28 übertragen. Der dritte Hebel ist
über Abstützelemente 30 mit den Gelenkstellen 32 und 33 am Grundkörper 1
gelagert. Der lange Hebelarm des dritten Hebels ist in seinem Anfangsbereich 27
aufgespalten und wird am Ende wieder in einem Teil 28 zusammengeführt. An
diesem gemeinsamen Teil 28 ist die Spule 34 befestigt. Die gabelförmigen
Schenkel 27 des dritten Hebels umgreifen den vorkragenden Teil 3 symmetrisch.
Die Abstützelemente 30 für den dritten Hebel befinden sich wiederum seitlich
außerhalb der beiden Schenkel 27.
Weiter ist am Lastaufnehmer 10 auf der Oberseite und der Unterseite je eine
Stufe 40 erkennbar. Die Höhe dieser Stufe ist so bemessen, dass sich die
waagerechte Fläche der Stufe 40 genau in der Höhe der neutralen Faser der
Dünnstellen 15 und 17 des oberen Lenkers 12 bzw. in der Höhe der neutralen
Faser der Dünnstellen 14 und 16 des unteren Lenkers 11 befindet. An diesen
waagerechten Flächen wird die Waagschale bzw. die Unterschale mittels eines C-
förmigen Zwischenteils am Wägeaufnehmer befestigt. Durch diese Ausgestaltung
der Waagschalen/Unterschalen-Befestigung wird das bei außermittiger Belastung
der Waagschale auftretende Drehmoment als waagerechtes Kräftepaar direkt in
die Lenker 11 und 12 eingeleitet und verursacht keine Torsion des
Lastaufnehmers 10.
Die im Vorstehenden kurz beschriebenen Teile des Wägeaufnehmers sind bereits
in der zitierten Hauptanmeldung DE 199 23 208.3 erläutert. Wegen einer
ausführlichen Beschreibung sei daher auf diese Schrift hingewiesen.
Der erfindungsgemäße Wägeaufnehmer ist nun mit einem zusätzlichen Hebel 44
ausgestattet, der an einem seitlichen Vorsprung 45 am vorkragenden Bereich 3
gelagert ist. Der zusätzliche Hebel 44 drückt über ein Koppelelement 46 auf den
mittleren Teil des langen Hebelarms 25 des zweiten Übersetzungshebels 24/25. Am
Ende des zusätzlichen Hebels 44 weist dieser eine Vertiefung 47 auf, in die beim
Kalibrieren oder Justieren ein Kalibriergewicht 49 abgelegt werden kann. Die für
das Anheben bzw. Absenken des Kalibriergewichtes 49 notwendige Vorrichtung
befindet sich außerhalb des monolithischen Blockes und ist der Übersichtlichkeit
halber in Fig. 1 nicht eingezeichnet. Verschiedene Bauformen dieser
Hubvorrichtung sind bekannt und müssen daher hier nicht im Einzelnen erläutert
werden.
Das Kalibriergewicht 49 ist zylinderförmig und erstreckt sich durch einen
Durchbruch 48 im vorkragenden Bereich 3 hindurch auch auf die andere, in
Fig. 1 hinter der Zeichenebene gelegene Seite des vorkragenden Bereiches 3.
Hinter der Zeichenebene befindet sich ein gleicher zusätzlicher Hebel 44' mitsamt
seiner Lagerung und einem Koppelelement 46'. Das Kalibiergewicht 49 liegt daher
in der in Fig. 1 gezeichneten Kalibrierstellung auf den beiden zusätzlichen
Hebeln 44 und 44' auf (siehe auch Fig. 2). Seine Gewichtskraft wird über die
beiden Koppelelemente 46 und 46' als waagerechte Kraft in die beiden langen
Hebelarme 25 des zweiten Übersetzungshebels 24/25 eingeleitet, wo die Kraft vom
Lastaufnehmer schon deutlich reduziert ist. Dadurch und durch die zusätzliche
Hebelwirkung des zusätzlichen Hebels 44/44' reicht ein Kalibriergewicht 49 von z. B.
300 g, um eine Belastung von 50 kg am Lastaufnehmer zu simulieren. Das
Kalibriergewicht 49 ist daher auch bei hohen Nennlasten des Wägeaufnehmers so
klein und so leicht, dass die Baugröße und das Gewicht des Wägeaufnehmers
durch es nicht wesentlich vergrößert werden.
Die zusätzlichen Hebel 44/44', deren Lagerung und die Koppelelemente 46/46' sind
monolithischer Bestandteil des Metallblockes, aus dem auch der übrige
Wägeaufnehmer herausgearbeitet ist. Damit ergeben sich auch für die
Kalibriergewichtsauflage die Vorteile der monolithischen Bauweise, wie z. B. große
Langzeitkonstanz und geringer Temperatureinfluss.
In der normalen Wägestellung ist das Kalibriergewicht 49 durch eine nicht
dargestellte, gehäusefest angeordnete Hubvorrichtung angehoben und wird gegen
die Oberseite des Durchbruches 48 im vorkragenden Bereich 3 als Anschlag
gedrückt (gleichzeitig Transportsicherung). Eine Wirkverbindung zu den
zusätzlichen Hebeln 44/44' besteht dann nicht mehr.
Eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wägeaufnehmers ist in Fig. 3
gezeigt. Gleiche Teile wie in der ersten Ausgestaltung gemäß Fig. 1 sind mit den
gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht noch mal erläutert. In dieser
zweiten Ausgestaltung ist neben dem zusätzlichen Hebel 55, der an einem seitlichen
Vorsprung 56 am vorkragenden Bereich 2 gelagert ist, ein Kniehebelsystem 57/58
vorhanden, das die an der Dünnstelle 65 wirkende vertikale Kraft vergrößert und
als horizontale Kraft an der Dünnstelle 66 in den langen Hebelarm 25 des zweiten
Übersetzungshebels 24/25 einleitet. Das Kniehebelsystem 57/58 ist dabei über die
Dünnstelle 67 an einem Vorsprung 69 des Grundkörpers 1 gelagert und stützt sich
dort ab. Das Kalibriergewicht 49 erstreckt sich wie in der ersten Ausgestaltung
durch einen Durchbruch 59 im vorkragenden Bereich 2 hindurch bis hinter die
Zeichenebene. Hinter der Zeichenebene auf der Rückseite des vorkragenden
Bereiches 2 ist ebenfalls ein zusätzlicher Hebel 55' und ein Kniehebelsystem 57'/58'
vorhanden, sodass die Gewichtskraft des Kalibriergewichtes 49 wieder in zwei
Teilkräften in die beiden Hebelarme 25 des zweiten Übersetzungshebels 24/25
eingeleitet wird. Die Hubvorrichtung für das Anheben bzw. Absenken des
Kalibriergewichtes 49 ist der Übersichtlichkeit halber wieder nicht eingezeichnet. -
Die Funktionsweise dieser zweiten Ausgestaltung ist genauso wie bei der ersten
Ausgestaltung. Durch die zusätzliche Kniehebelanordnung kann das
Kalibriergewicht bei gleicher Höchstlast der Waage noch kleiner und leichter
ausgebildet sein.
In beiden Ausgestaltungen kann das zylindrische Kalibriergewicht 49
vorteilhafterweise in seiner Längsachse länger sein als die Breite des
monolithischen Blockes, damit die Hubvorrichtung (73/73' in Fig. 2) für das
Kalibriergewicht 49 auf beiden Seiten seitlich neben dem monolithischen Block
oder am gehäusefesten Grundkörper 1 angebracht werden und die
Hubvorrichtung das Kalibriergewicht 49 an den überstehenden Enden anheben
kann. Die Wägezelle einschliesslich der Kalibriervorrichtung und vorzugsweise
einer Elektronik kann auf einer Montageplatte oder einem Chassis montiert sein
und als messtechnisch abgeglichenes Modul in Waagenghäusen oder Wägeanlagen
eingesetzt werden.
In den Fig. 4 und 5 ist eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Wägeaufnehmers gezeigt. Fig. 4 ist eine Seitenansicht, Fig. 5 eine Vorderansicht
auf den Lastaufnehmer. Gleiche Teile wie in den ersten Ausgestaltungen sind
wieder mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht noch einmal
erläutert. Der Wägeaufnehmer in Fig. 4 und 5 weist am zweiten
Übersetzungshebel 24/25 eine kurze vertikale Verlängerung 61 auf, die in einen
horizontalen Hebelarm 62 übergeht. Dieser horizontale Hebelarm 64 durchsetzt
den Lastaufnehmer 10, der dazu in seiner Symmetrieebene eine rechteckige
Ausnehmung 64 aufweist. Diese Ausnehmung 64 ist in der Vorderansicht auf den
Lastaufnehmer 10 in Fig. 5 erkennbar. Der horizontale Hebel 62 weist an seinem
(in Fig. 1 linken) Ende eine Vertiefung 70 auf, in die beim Kalibrieren oder
Justieren ein Kalibriergewicht 60 abgelegt werden kann. In Fig. 4 ist das
Kalibriergewicht 60 in dieser Kalibrierstellung dargestellt. Die für das Anheben
bzw. Absenken des Kalibriergewichtes 60 notwendige Vorrichtung ist in Fig. 4
nur durch eine Aufnahme 70 angedeutet, die vertikal beweglich ist. - In dieser
Ausgestaltung ist also der gemäß dem Hauptpatent bereits vorhandene
Übersetzungshebel 24/25 durch den zusätzlichen Hebelarm 61/62 verlängert und so
eine direkte Auflagemöglichkeit für das Kalibriergewicht 60 geschaffen. Der
zusätzliche Hebelarm 61/62 ist in dieser Darstellung aus dem Materialblock des
Wägeaufnehmers mit herausgearbeitet und dadurch monolithischer Bestandteil
des Wägeaufnehmers.
Eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wägeaufnehmers ist in den
Fig. 6 und 7 gezeigt. Fig. 7 ist eine Seitenansicht, Fig. 7 eine Vorderansicht
auf den Lastaufnehmer. Gleiche Teile wie in der dritten Ausgestaltung gemäß den
Fig. 4 und 5 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht
noch mal erläutert. In dieser vierten Ausgestaltung ist der Hebelarm 62 für das
Kalibriergewicht 60 in seinem mittleren Teil 62'/62" gabelförmig aufgespalten.
Der eine Teil 62' befindet sich in einer Nut 63 im Lastaufnehmer 60, die in Fig. 7
auf der Vorderseite des Lastaufnehmers 10 eingefräst ist (in Fig. 7 auf der
rechten Seite); der andere Teil 62" befindet sich in Fig. 6 auf der Rückseite des
Lastaufnehmers 10 und ist deshalb in Fig. 6 nicht erkennbar, in Fig. 7 befindet
sich der Teil 62" in einer Nut 63' auf der linken Seite des Lastaufnehmers 10. Im
Bereich links vom Lastaufnehmer 10 in Fig. 6 ist der Hebelarm 62 wieder
zusammengeführt und trägt dort das Kalibriergewicht 60.
Allen bisher beschriebenen Ausführungsformen mit Kalibriergewicht ist
gemeinsam, dass jeweils ein einziges Kalibriergewicht direkt und unmittelbar mit
dem dafür vorgesehenen Übersetzungshebel für den Kalibriervorgang in
Wirkverbindung gebacht werden kann. Diese Ausführungsformen eignen sich
besonders für hoch auflösende Waagen. In den bevorzugten Ausführungsformen
nach Fig. 1 bis 3 ist das Kalibriergewicht 49 im Bereich zwischen
Lastaufnehmer 10 und dem gehäusefesten Grundkörper 1 angeordnet, durchsetzt
diesen Bereich in einer Durchbrechung 48, 59 quer und ist durch eine am
gehäusefesten Grundkörper 1 angeordnete Hubvorrichtung 73, 73' wahlweise in
eine mit Kraftübertragungselementen 44, 44', 55, 55' in Wirkverbindung tretende
Kalibrierposition oder in eine das Kalibriergewicht 49, 59 deaktivierende Position
bringbar.
Bei den in Fig. 4 bis 7 gezeigten Ausführungsformen ist das Kalibriergewicht
im Bereich dicht vor dem Lastaufnehmer 10 angeordnet und die das
Kalibriergewicht tragenden Hebelelemente sind frei durch den Lastaufnehmer 10
hindurchgeführt. Bei diesen Ausführungsformen kann die Aufnahme für das
Kalibriergewicht 60 auch als separates Teil starr an den dafür vorgesehen Hebel
angeschraubt sein, wie dies in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 dargestellt
ist. Diese Ausführungsform entspricht prinzipiell der in Fig. 6 und 7, sodass auf
die Beschreibung zu diesen Figuren verwiesen werden kann. Abweichend davon
weist der Lastaufnehmer 10 zwei Vorsprünge 80 mit Bohrungen 81 zum
Anflanschen eines Waagschalenträgers auf. Das Aufnahmelager für das
Kalibriergewicht 60 umfasst ein Joch 84 mit den Vertiefungen 68 zur Aufnahme
des Kalibriergewichtes 60 in der gezeigten Kalibrierposition und die beiden
Stangen 85, die das Joch 84 mit dem Hebel 24, 25 verbinden. Die beiden
Stangen 85 durchsetzen den Lastaufnehmer 10 frei durch die Durchbrechungen 83
und sind mit je einer Schraube 82 starr mit dem Hebel 24, 25 verschraubt. Auch
bei dieser Ausführungsform ist die nicht dargestellte Kalibriergewichtsschaltung
mit Hubmechanik auf einer gemeinsamen Grundplatte oder Chassis mit dem
Wägeaufnehmer angeordnet.
Vorzugsweise erfolgt die Herstellung des monolithischen. Teils des
Wägeaufnehmers durch Fräsen. Als Material wird vorzugsweise ein Metall mit
guten elastischen Eigenschaften z. B. Aluminiumlegierung, eingesetzt. Die
Strukturierung der Einzelelemente ist jedoch teilweise auch durch
Drahterodierung möglich. Denkbar ist auch eine Fertigung durch Druckgießen
oder auch Spritzgießen in Kombination mit anderen Bearbeitungstechniken.