DE19754172C1

DE19754172C1 - Oberschalige Waage mit einer Parallelführung

Info

Publication number: DE19754172C1
Application number: DE1997154172
Authority: DE
Inventors: Joerg Peter Dr Martens; Eduard Bierich; Guenther Dr Maaz
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius Lab Instruments GmbH and Co KG
Priority date: 1997-12-06
Filing date: 1997-12-06
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2017-12-07
Also published as: DE29813211U1; CH692867A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine oberschalige Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation, mit einem oberen Lenker und einem unteren Lenker, die zusammen als Parallelführung einen Lastaufnehmer mit einem gehäusefesten Systemträger verbinden, wobei die systemträgerseitigen Befestigungsstellen des oberen oder des unteren Lenkers zur Ecklastjustierung in vertikaler Richtung geringfügig verstellbar sind, mit einem Übersetzungs hebel, der mittels zweier Biegegelenke am Systemträger drehbar gelagert ist, mit einem Koppelelement, das mittels Biegegelenken einerseits mit dem Lastaufnehmer und andererseits mit dem kurzen Hebelarm des Übersetzungshebels verbunden ist, mit einem Magneten, der am Systemträger befestigt ist, und mit einer Spule, die am längeren Hebelarm des Übersetzungshebels befestigt ist und in den Luftspalt des Magneten hineinragt, wobei die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft vom Lastaufnehmer über das Koppelelement auf den kurzen Hebelarm des Übersetzungshebels übertragen wird und dort durch die Gegenkraft der stromdurchflossenen Spule am längeren Hebelarm kompensiert wird.

Waagen dieser Art sind allgemein bekannt und beispielsweise in den deutschen Gebrauchsmustern 84 09 629 U1 oder 295 09 829 U1 beschrieben. Dabei zeigt die DE 84 09 629 U1 eine Ausführungsform, die aus einzelnen Bauteilen montiert ist, während die DE 295 09 829 U1 eine monolithische Bauweise zeigt, bei der die einzelnen Teile z. B. durch Fräsen aus einem einzigen Metallblock herausgearbeitet sind.

Neben der üblichen Justierung der Parallelität von oberem und unterem Lenker zur Vermeidung von Ecklastfehlern ist es aus der DE 35 05 070 C2 bekannt, zusätzlich die Nachgiebigkeit der systemträgerseitigen Befestigungspunkte mindestens eines Lenkers einstellbar veränderlich zu machen, um auch nichtlinear von der Belastung abhängige Ecklastfehler zu beheben.

Diese in der DE 35 05 070 C2 offenbarten Einstellmittel erhöhen jedoch die Anzahl der Teile, aus denen die Waage montiert werden muß, und erhöhen damit den Aufwand für die Montage und die Justierung der Waage. Sie stehen damit dem Ziel, die Waage aus möglichst wenigen Teilen zusammenzusetzen, entgegen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit einfacheren und auch für Waagen in monolithischer Bauweise anwendbaren Mitteln die nichtlinear von der Belastung abhängigen Ecklastfehler zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel bei einer Waage der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die systemträgerseitigen Befestigungsstellen des anderen, nicht verstellbaren Lenkers durch je eine durchgehende vertikale Längsnut und je eine nicht durchgehende horizontale Längsnut vom restlichen Systemträger teilweise getrennt sind, so daß hinter dem Ende der horizontalen Längsnut je ein Verbindungsbereich zum restlichen Systemträger verbleibt, der die jeweiligen Befestigungsstellen des Lenkers mit einer definierten federnden Nachgiebigkeit mit dem restlichen Systemträger verbindet.

Durch diese erfindungsgemäße Ausführung wird zum einen eine klare funktionale Trennung erreicht. Am einen Lenker, z. B. am oberen, erfolgt die (übliche) Justierung der normalen (linearen) Ecklast, während die nichtlinear von der Belastung abhängigen Ecklastfehler am anderen, im Beispiel also am unteren, Lenker minimiert werden. Zum anderen erfordert die erfindungsgemäße Ausführung keine zusätzlichen Teile und keine zusätzlichen Montageschritte, sondern nur zusätzliche Nuten, die bei Waagen in monolithischer Bauweise während des normalen Fertigungsvorganges mit nur geringem zusätzlichen Aufwand z. B. eingefräst werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht schräg von oben/vorn der Waage in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht schräg von unten/hinten der Waage aus Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils der Waage aus Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht schräg von unten/hinten der Waage in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils der Waage aus Fig. 4,

Fig. 6 eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils der Waage in einer dritten Ausführungsform,

Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils der Waage in einer vierten Ausführungsform,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht schräg von unten/hinten der Waage in einer fünften Ausführungsform und

Fig. 9 eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils der Waage aus Fig. 8.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Waage gezeigt; Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht schräg von oben/vorn, Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht schräg von unten/hinten und Fig. 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils der Waage. Die Waage ist im wesentlichen aus einem einzigen Grundkörper herausgearbeitet. Die Waage umfaßt einen Systemträger 1, einen oberen Lenker, der in zwei Teillenker 3 und 3' aufgeteilt ist, einen unteren Lenker, der in zwei Teillenker 4 und 4' aufgeteilt ist, und einen Lastaufnehmer 2. Die beiden Teillenker 3 und 3' bilden in Aufsicht ein V bzw. die Schenkel eines Trapezes. Das gleiche gilt für die unteren Teillenker 4 und 4'. Oberer und unterer Lenker bilden in bekannter Weise eine Parallelführung für den Lastaufnehmer 2, wobei die Dünnstellen 30/30'/31/31' bzw. 40/40'/41/41' an den Enden der Lenker die Gelenkpunkte bilden. Am Lastaufnehmer 2 ist eine nicht dargestellte Waagschale befestigt. Die Waage umfaßt weiterhin einen Übersetzungshebel 5, der durch einen Graben 6 vom Systemträger I getrennt ist, und die zwei Biegegelenke 7 zur Lagerung des Übersetzungshebels 5 am Systemträger 1, von denen nur ein Biegegelenk 7 in Fig. 1 erkennbar ist, während das zweite, symmetrisch zum ersten angeordnete durch den Lastaufnehmer 2 verdeckt ist. Die Biegegelenke 7 gehen nach oben in einen Bereich 8 des Systemträgers 1 über und nach unten in eine Quertraverse 9. Diese Quertraverse 9 trägt den Übersetzungshebel 5. Die Verbindung zwischen dem vorderen Teil des Übersetzungshebels 5 und dem Lastaufnehmer 2 erfolgt durch ein ebenfalls integriertes Koppelelement 12. Das Koppelelement 12 ist durch eine obere Dünnstelle (Biegegelenk) 13 mit dem vorderen Ende 11 des Übersetzungshebels gelenkig verbunden und durch eine untere Dünnstelle (Biegegelenk) 14 mit dem unteren Teil des Lastaufnehmers 2. In der Mitte des Koppelelementes 12 befindet sich eine weitere Dünnstelle 15, die senkrecht zu den beiden anderen Dünnstellen 13 und 14 liegt, so daß eine Entkopplung zwischen Lastaufnehmer 2 und Übersetzungshebel 5 in beiden Richtungen erreicht wird. Das Koppelelement 12 mit seinen Biegegelenken 13 und 14 und der Übersetzungshebel 5 mit seinen Biegegelenken 7 sind durch Schlitze aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen vom restlichen Grundkörper getrennt. Weiter weist der Übersetzungshebel 5 einen Spulenhalter 16 auf, an dem eine - nicht dargestellte - Spule von unten her befestigt werden kann, die dann in den Luftspalt eines zylinderförmigen Permanentmagneten hineinragt, der von unten her in die dafür vorgesehene Öffnung 17 eingeschoben und dort befestigt werden kann. In den Übersetzungshebel 5 ist auch der Schlitz 37 einer optischen Lagenabtastung integriert. Für den Einbau der Leuchtdiode und der Differenzfotodioden der optischen Lagenabtastung ist ein Freiraum 20 vorhanden.

Zur Justierung der Parallelität von oberem und unterem Lenker sind die Befestigungsstellen 23 und 23' des oberen Lenkers 3/3' in ihrer vertikalen Lage etwas verstellbar. Dazu sind die Befestigungsstellen 23 und 23' durch Dünnstellen 24 und 24' mit dem Systemträger 1 verbunden und beim Verstellen des Ecklasteinstellhebels 27 bzw. 27' überträgt sich die vertikale Bewegung am Ende 28 bzw. 28' des Ecklasteinstellhebels 27 bzw. 27' entsprechend untersetzt auf die Befestigungsstellen 23 und 23', so daß sich die Lage der Dünnstellen 30 bzw. 30' und damit die Lage der effektiven Gelenkpunkte des Lenkers 3 bzw. 3' relativ zum Lenker 4/4' ändert. Die Justierung der Enden 28 bzw. 28' der Ecklasteinstellhebel 27 bzw. 27' erfolgt durch nicht dargestellte Verstellmittel, beispielsweise durch eine Gewindestange durch die eingezeichneten Löcher 29 bzw. 29', wobei die Feinfühligkeit in bekannter Weise durch den Einsatz von Differenzgewinde erhöht werden kann.

Die bisher beschriebenen Teile der Waage und ihre Funktion sind allgemein bekannt und daher im vorstehenden nur ganz kurz erläutert. Eine detailliertere Beschreibung dieser Waagen in monolithischer Bauweise findet sich z. B. in dem schon zitierten DE-GM 295 09 829. Das Gehäuse der Waage und die Elektronik sind im vorstehenden nicht dargestellt und beschrieben, da diese Teile allgemein bekannt sind und für die Erfindung unwesentlich sind.

In der erfindungsgemäßen Ausführung der Waage ist nun zusätzlich je eine vertikale Längsnut 42 bzw. 42' vorhanden, die die systemträgerseitigen Befestigungsstellen 43 bzw. 43' des unteren Lenkers 4/4' vom restlichen Systemträger 1 trennt. Diese beiden Nuten 42 und 42' sind in Fig. 2 erkennbar; in der Seitenansicht in Fig. 3 ist nur der Grund der Nut 42 durch die gestrichelte Linie 44 angedeutet. Außerdem ist die Verbindung zwischen den Befestigungsstellen 43 bzw. 43, und dem restlichen Systemträger 1 durch je eine horizontale Längsnut 45 bzw. 45', die in einem schräg nach hinten/oben auslaufenden Bereich 46 bzw. 46' endet, geschwächt. Die Bezeichnung Längsnut soll dabei eine Nut beschreiben, die sich in Längsrichtung des Übersetzungs hebels 5 erstreckt, die also z. B. durch einen Fräser erzeugt wird, der sich in Längsrichtung des Übersetzungshebels 5 bewegt. Die Bezeichnung vertikale Längsnut soll dabei bedeuten, daß diese Nut z. B. durch einen Fräser mit vertikaler Achse erzeugt werden kann. Dementsprechend kann die horizontale Längsnut 45 durch einen Fräser mit horizontaler Achse erzeugt werden, der in Längsrichtung bewegt wird. Als vorn wird die Seite der Waage bezeichnet, an der sich der Lastaufnehmer 2 befindet, als hinten wird dementsprechend die gegenüberliegende Seite bezeichnet.

Durch die beiden eben beschriebenen Nuten wird die jeweilige Befestigungsstelle 43 bzw. 43' mit einer definierten federnden Nachgiebigkeit mit dem restlichen Systemträger 1 verbunden. Die Größe dieser Nachgiebigkeit läßt sich durch die Länge der Längsnut 45/45' bzw. des Bereichs 46/46' verändern und damit an die Nachgiebigkeit der Befestigungsstellen 23 bzw. 23' des oberen Lenkers 3/3' anpassen. Diese Anpassung kann entweder individuell an jeder einzelnen Waage auf jeder Seite erfolgen (durch eine geringfügige Verlängerung der Nut 45/45' bzw. des Bereichs 46/46' z. B. mit einem Miniaturfräser), oder aber anhand von ersten Ausfallmustern für eine ganze Waagenserie gleichartig vorgegeben werden.

In den Fig. 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waage gezeigt. Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht von unten/hinten, Fig. 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils der Waage. Gleiche Teile wie in der ersten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet und werden nicht nochmals beschrieben. In dieser zweiten Ausgestaltung weist die durchgehende Längsnut 47 bzw. 47' einen schrägen Grund auf. In Fig. 5 ist dieser Grund der Längsnut 47 durch die gestrichelte Linie 48 angedeutet. Diese Längsnut 47 bzw. 47' ergibt eine etwas stärkere Entkopplung der Befestigungsstellen 43 bzw. 43' vom restlichen Systemträger 1.

In den Fig. 6 und 7 sind zwei weitere Ausführungsformen gezeigt, die sich nur in der Form der horizontalen Längsnut voneinander und von den vorhergehenden Ausführungsformen unterscheiden. Beide Figuren sind Seitenansicht auf den hinteren Teil der Waage. In Fig. 6 verläuft die horizontale Längsnut zuerst horizontal (Bereich 50) und endet in einem vertikal laufenden Teil 51. In Fig. 7 verläuft die horizontale Längsnut ebenfalls zuerst horizontal (Bereich 52) und endet dann in einem Teil 53, der schräg nach hinten/oben verläuft und eine geringere Breite als die restliche Nut 52 aufweist.

In den Fig. 8 und 9 ist eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waage gezeigt; Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht schräg von unten/hinten, Fig. 9 eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils der Waage. Gleiche Teile wie in der ersten Ausgestaltung sind wieder mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. In dieser Ausführungsform verläuft die durchgehende vertikale Längsnut 62 bzw. 62' genauso wie in der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3, die nicht durchgehende horizontale Längsnut 60 bzw. 60' verläuft jedoch von der Hinterseite des Systemträgers 1 in den Systemträger hinein und endet dort. Die Ebene dieser Längsnut 60 bzw. 60' ist dabei gegenüber der Ebene der Lenker 4/4' vertikal nach oben versetzt, wie es in Fig. 8 und 9 erkennbar ist. Hinter dein Ende dieser Längsnut 60 bzw. 60' in Richtung zum Lastaufnehmer 2 hin bleibt dann ein Verbindungsbereich 61 bzw. 61' zwischen den Befestigungsstellen 43 bzw. 43' und dem Systemträger 1, der die notwendige federnde Nachgiebigkeit aufweist.

Im vorstehenden ist immer davon ausgegangen, daß der obere Lenker 3/3' zur Ecklastjustierung geringfügig verstellbar ist und die erfindungsgemäßen Nuten an den Befestigungsstellen für den unteren Lenker 4/4' angeordnet sind. Selbstverständlich kann dies jedoch auch genau umgekehrt sein: Der untere Lenker ist zur Ecklastjustierung geringfügig verstellbar und die Nuten befinden sich an den Befestigungsstellen für den oberen Lenker. In der Beschreibung muß dazu nur jeweils oben und unten gegeneinander vertauscht werden.

Die Erfindung ist am Beispiel einer monolithischen Waage beschrieben worden. Sie kann jedoch in gleicher Weise auch für Waagen angewendet werden, bei denen z. B. die Lenker, der Übersetzungshebel, das Koppelelement und/oder die einzelnen Biegegelenke nicht Teil des monolithischen Blockes sind, sondern als gesonderte Einzelteile an die restliche Waage angeschraubt werden.

Claims

1. Oberschalige Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation, mit einem oberen Lenker (3, 3') und einem unteren Lenker (4, 4'), die zusammen als Parallelführung einen Lastaufnehmer (2) mit einem gehäusefesten Systemträger (1) verbinden, wobei die systemträgerseitigen Befestigungsstellen (23, 23') des oberen oder des unteren Lenkers (3, 3' bzw. 4, 4') zur Ecklastjustierung in vertikaler Richtung geringfügig verstellbar sind, mit einem Übersetzungshebel (5), der mittels zweier Biegegelenke (7) am Systemträger (1) drehbar gelagert ist, mit einem Koppelelement (12), das mittels Biegegelenken (13, 14) einerseits mit dem Lastaufnehmer (2) und andererseits mit dem kurzen Hebelarm des Übersetzungshebels (5) verbunden ist, mit einem Magneten, der am Systemträger (1) befestigt ist, und mit einer Spule, die am längeren Hebelarm des Übersetzungshebels (5) befestigt ist und in den Luftspalt des Magneten hineinragt, wobei die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft vom Lastaufnehmer (2) über das Koppelelement (12) auf den kurzen Hebelarm des Übersetzungshebels (5) übertragen wird und dort durch die Gegenkraft der stromdurchflossenen Spule am längeren Hebelarm kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die systemträgerseitigen Befestigungsstellen (43, 43') des anderen, nicht verstellbaren Lenkers (4, 4') durch je eine durchgehende vertikale Längsnut (42, 42', 47, 47',62, 62') und je eine nicht durchgehende horizontale Längsnut (45, 45', 50, 50', 52, 52', 60, 60') vom restlichen System träger (1) teilweise getrennt sind, so daß hinter dem Ende der horizontalen Längsnut (45, 45', 50, 50', 52, 52', 60, 60') je ein Verbindungsbereich zum restlichen Systemträger (1) verbleibt, der die jeweiligen Befestigungsstellen (43, 43') des Lenkers (4, 4') mit einer definierten federnden Nachgiebigkeit mit dem restlichen Systemträger (1) verbindet.

2. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Längsnut (45, 45', 52, 52') ein schräg nach hinten/oben bei laufenden Bereich (46, 46', 53, 53') aufweist.

3. Oberschalige Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Längsnut (45, 45', 52, 52') in einem schräg nach hinten/oben ver laufenden Bereich (46, 46', 53, 53') endet.

4. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Längsnut (50, 50') einen vertikal verlaufenden Bereich (51, 51') aufweist.

5. Oberschalige Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Längsnut (50, 50') in einem vertikal verlaufenden Bereich (51, 51') endet.

6. Oberschalige Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Längsnut (60, 60') von hinten in den Systemträger (1) hineinverläuft und gegenüber der Ebene des nicht verstellbaren Lenkers (4, 4') vertikal versetzt ist.

7. Oberschalige Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Systemträger (1), der Lastaufnehmer (2), die Lenker (3, 3', 4, 4'), der Übersetzungshebel (5), die beiden Biegegelenke (7) zur Lagerung des Übersetzungshebels (5) sowie das Koppelelement (12) mit seinen Biegegelenken (13, 14) aus einem einzigen Metallblock herausgearbeitet sind.