DE19838306A1 - Waage - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Waage mit einem eine Anzeige aufwei
senden Oberteil, einer auf einer Unterlage aufstellbaren Stützvorrichtung und
einer unter dem Oberteil angeordneten, auf eine Gewichtskraft reagierenden
Umsetzvorrichtung, die mit der Anzeige gekoppelt ist und mehrere mit einem
Fluid gefüllte, durch die Gewichtskraft komprimierbare, fluiddicht umschlossene
Räume sowie eine Auswerteeinrichtung aufweist, mit der der durch die Ge
wichtskraft erzeugte Druck erfaßbar und als eine in eine Gewichtsangabe
umgeformte Größe zur Anzeige bringbar ist.
Eine derartige Waage ist in der FR 25 74 539 als bekannt ausgewiesen. Bei
dieser bekannten Waage mit einem hydraulischen System sind drei Stützfüße
vorgesehen, die das Fluid aufnehmen und miteinander über Leitungen in Ver
bindung stehen sowie an eine Anzeigevorrichtung angeschlossen sind. Bei
einem derartigen Aufbau können sich jedoch ungenaue Messungen ergeben.
Bei einer in der US 4,219,019 angegebenen Waage ist ein einziger balgartiger
komprimierbarer Körper zwischen einer Bodenplatte und einer Oberplatte ange
ordnet. In den Eckpunkten der Waage sind die Oberplatte und die Bodenplatte
mittels eines Hebelmechanismus miteinander verbunden. Auch mit derartigen
Bälgen ist es schwierig, genaue Meßergebnisse zu erreichen.
Die EP 0 221 736 A2 zeigt eine Waage, bei der ein Fluiddruck in einem flüssig
keitsgefüllten Gehäuse mittels eines Druckaufnehmers umgesetzt und von
einem Mikroprozessor ausgewertet wird. Über den inneren Aufbau der Waage
an sich sind keine näheren Angaben gemacht.
Bei einer in der US 4,056,156 offenbarten Waage auf der Grundlage des Hy
draulikprinzips sind vier Behälter in den Ecken der Waage angeordnet und mit
Leitungen verbunden. Auch bei diesem Aufbau tritt die Schwierigkeit auf,
zuverlässige Meßergebnisse zu erzielen.
In der DE 89 10 957 U1 ist eine Waage mit einem oder mehreren Druckzylin
dern angegeben, deren Drücke jeweils mit zugeordneten Meßumformern erfaßt
und in elektrische Signale umgewandelt werden. Anschließend erfolgt eine
Addition dieser elektrischen Signale. Insbesondere für kleinere Waagen ist dieser
Aufbau mit der zugehörigen Auswertung aufwendig.
Eine weitere Waage ist in der DE 41 25 210 A1 angegeben. Bei dieser Waage
ist das Innere gegen das Äußere flüssigkeitsdicht beispielsweise mittels einer
Balgdichtung abgedichtet. Zwischen einer als Unterteil ausgebildeten Stütz
vorrichtung und einem Oberteil ist eine Umsetzvorrichtung angeordnet, mit der
eine Gewichtskraft in eine Gewichtsangabe umgeformt und zur Anzeige ge
bracht wird. Die Umsetzvorrichtung weist eine Auswerteeinrichtung mit Kraft
sensoren und einem Prozessor auf. Ein derartiger mechanischer Aufbau besitzt
zur Kraftübertragung in der Regel relativ viele Einzelteile, wodurch Meßun
genauigkeiten z. B. infolge Reibung oder Verschiebung der Einzelteile relativ
zueinander auftreten können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Waage der eingangs angegebe
nen Art bereitzustellen, die bei einfachem, robustem Aufbau dauerhaft zuver
lässige Meßergebnisse liefert.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hiernach ist
also vorgesehen, daß die Räume über Leitungen mit einer hydraulischen oder
pneumatischen Druck-Additionseinrichtung verbunden sind, und daß zum Er
fassen des in der Additionseinrichtung gebildeten Drucks nur ein Meßwert
aufnehmer vorgesehen ist.
Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, daß mittels der so aufgebauten
Additionseinrichtung bei kostengünstigem Aufbau zuverlässige Meßergebnisse
erzielt werden. Ist das Fluid eine Flüssigkeit, z. B. ein Öl oder Gel, so ist die
Abdichtung einfach. Gleichzeitig wird eine gute Linearität der Meßergebnisse in
Abhängigkeit von der Gewichtskraft erzielt, da die Flüssigkeit eine minimale
Kompressibilität und auch sehr geringe Temperaturabhängigkeit besitzt.
Ein vorteilhafter, zuverlässiger Aufbau der Additionseinrichtung besteht dabei
darin, daß die Additionseinrichtung als weiteren Druckraum eine Kolben-/Zylin
dereinheit aufweist.
Ist dabei vorgesehen, daß der Kolben-/Zylindereinheit eine Zwischenstufe mit
einer der Anzahl der Räume entsprechenden Anzahl von weiteren Kolben-/Zylin
dereinheiten vorgeschaltet ist, so ergibt sich eine gute Führung des Kolbens in
dem weiteren Druckraum der Additionseinrichtung, wobei die Unterbringung der
Zwischenstufe und des weiteren Druckraumes mit der zugeordneten Kolben-/Zy
lindereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden können.
Bei einem Aufbau mit pneumatischer Wirkungsweise wird eine zuverlässige Auf
rechterhaltung des erforderlichen Druckes dadurch erzielt, daß bei Ausbildung
als pneumatische Additionseinrichtung und/oder Umsetzvorrichtung die Räume
und/oder der weitere Druckraum und/oder die Zwischenstufe über eine jeweilige
Ventilvorrichtung mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung stehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten bestehen z. B. darin, daß die Räume
mittels eines Kissens oder einer Blase oder eines Balges gebildet sind oder einen
durch die Gewichtskraft verstellbaren Kolben aufweisen, wobei das Kissen, die
Blase oder der Balg leicht an die jeweilige gewünschte Form angepaßt werden
können. Ein Raum mit verstellbarem Kolben kann beispielsweise als übliche
Kolben-/Zylindereinheit ausgeführt sein.
Zur Aufnahme des Kissens, der Blase oder des Balges oder des mit dem ver
stellbaren Kolben versehenen Raumes ist eine Ausführung geeignet, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Stützvorrichtung als plattenförmiges oder wannen
förmiges Unterteil mit an seiner Unterseite angeordneten Füßen ausgebildet ist
und daß die Räume zwischen dem Oberteil und dem Unterteil angeordnet ist.
Eine Umsetzung der Gewichtskräfte über den Druck in die anzuzeigenden Ge
wichtsangaben kann vorteilhaft in der Weise erfolgen, daß in der Auswerte
einrichtung den Fluiddrücken entsprechende Gewichtsangaben zur Ausgabe
über die Anzeige gespeichert sind oder der Fluiddruck mittels eines Manometers
angezeigt wird, das in Gewichtsangaben kalibriert ist. Mittels eines Mikro
controllers, in dem die Kalibrierwerte gespeichert werden können, können auch
weitere Einflußgrößen, wie z. B. Temperatur oder Kompressibilität mit geeigne
ten Programmen zur Erhöhung der Meßgenauigkeit berücksichtigt werden.
Für eine stabile Lagerung und eine genaue Führung sind weiterhin die Maß
nahmen günstig, daß das Oberteil und das Unterteil mittels vertikaler Füh
rungselemente miteinander verbunden sind. Weitere geeignete Führungsele
mente sind in den Ansprüchen 9 und 10 angegeben.
Bei einer Ausführung der Räume mit verstellbaren Kolben ist auch eine
Ausführung in der Weise günstig, daß die Räume in im Umfangsbereich unter
dem Oberteil angeordneten, teleskopartig verstellbaren Füßen gebildet sind, die
die Stützvorrichtung darstellen. Hierdurch erübrigt sich ein separates Unterteil,
da die z. B. stempelartigen Füße unmittelbar unter dem Oberteil angebracht
werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Be
zugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel der Waage in Drauf
sicht und in geschnittener Vorderansicht,
Fig. 2A und 2B ein zweites Ausführungsbeispiel der Waage in Drauf
sicht und Vorderansicht,
Fig. 3A und 3B ein weiteres Ausführungsbeispiel der Waage in Drauf
sicht und Vorderansicht,
Fig. 4 eine Scherenführung für eine Waage nach den Fig.
1A bis 2B,
Fig. 5 eine mechanische Additionsanordnung für die
Drücke,
Fig. 6A eine weitere mechanische Additionsanordnung für die
Drücke, teilweise in geschnittener Seitenansicht,
Fig. 6B einen Ausschnitt der Additionsanordnung nach Fig.
6A in Draufsicht,
Fig. 6C eine Detailansicht einer Druckkammer,
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung einer Additionsanordnung, die
auch elektrisch ausgeführt sein kann, und
Fig. 8A und 8B eine Blattfederverbindung zwischen dem Oberteil und
dem Unterteil der Waage.
In den Fig. 1A und 1B ist beispielhaft eine Waage 1 mit einem Oberteil 2 und
einem Unterteil 3 in Draufsicht und geschnittener Vorderansicht gezeigt.
Zwischen dem Oberteil 2 und dem Unterteil 3 sind Blasen oder Kissen 4 ange
ordnet, die in ihrem Inneren einen mit einem Fluid, d. h. mit einem Gas oder
einer Flüssigkeit gefüllten Raum bildet. Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 sind
mittels vier in den Eckbereichen angeordneter Führungselemente 7 miteinander
verbunden, die eine vertikale Verstellung des Oberteils 2 bezüglich des Unter
teils 3 ermöglichen. Auf der Unterseite des Unterteils 3 sind Füße 5 angeordnet,
die an einem jeweiligen Schaft der Führungselemente 7 angeschlossen sein kön
nen. Auf der Oberseite des Oberteils 2 ist eine Anzeige 6 angeordnet, über die
das gemessene Gewicht sichtbar gemacht wird.
Bei dem in den Fig. 2A und 2B gezeigten Ausführungsbeispiel sind anstelle des
Kissens 4 gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel etwa in den Eckberei
chen vier Bälge 8 vorgesehen, um die fluidgefüllten Räume zu bilden. Die durch
die Bälge 8 gebildeten Räume stehen über Leitungen 9, z. B. Schläuchen oder
Rohren, miteinander in Verbindung, so daß ein hydraulisches bzw. pneumati
sches System mit entsprechender Druckausbreitung gebildet wird. Die Messung
des durch eine Gewichtskraft erzeugten Druckes kann an einer gewünschten
Stelle mittels eines geeigneten Druckaufnehmers erfolgen. Innerhalb der Bälge
8 können Führungselemente für die vertikale Führung vorgesehen sein oder die
vertikale Führung kann mittels separater Elemente erfolgen. Hierbei eignet sich
z. B. außer einer Linearführung auch eine Scherenführung 12 gemäß Fig. 4.
Eine stabile und dabei kostengünstige Führung ergibt sich auch durch die in den
Fig. 8A und 8B gezeigten Blattfedern 13, die zum einen an dem Oberteil 2 fest
und an dem Unterteil 3 lose und zum anderen an dem Unterteil 3 fest und dem
Oberteil 2 lose angebunden und bei einer quadratischen oder rechteckförmigen
Waage z. B. in den vier Eckbereichen der Waage 1 angeordnet sind.
Bei dem in den Fig. 3A und 3B dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist
das Oberteil unmittelbar mittels Stempeln 10 abgestützt, die aus zwei teles
kopartig ineinander verschiebbaren Teilen bestehen und eine Art Kolben-/Zylin
dereinheit bilden, um die durch die Gewichtskraft veränderbaren Räume für das
Fluid zu erzeugen. Eine Elektronik 11 der Auswerteeinrichtung ist unterhalb des
Oberteils 2 angeordnet und kann auch eine Spannungsversorgungseinheit um
fassen. Die Stempel 10 sind ebenfalls über Leitungen 9 miteinander verbunden,
so daß auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein hydraulisches System gebildet
ist. An eine Leitung 9 ist ein Druckmesser in Form eines Manometers ange
schlossen, das als Anzeige 6 dient und unmittelbar in Gewichtsangaben kali
briert ist. Ein derartiges Manometer kann auch bei den Waagen gemäß den vor
stehenden Ausführungsbeispielen verwendet werden, wobei keine Elektronik er
forderlich ist, wohl aber vorgesehen sein kann.
Als Fluid ist insbesondere eine Flüssigkeit, z. B. ein biologisch abbaubares Öl,
etwa ein Speiseöl geeignet, das in gewünschter Viskosität gewählt werden
kann und keine Dichtprobleme ergibt. Beispielsweise kommen Silikonöle, ge
sättigte und ungesättigte Fettsäureester, gesättigte und ungesättigte Fettsäuren
und Paraffinöle in Frage. Besonders Silikonöle weisen eine vorteilhafte Langzeit-
und Temperaturstabilität auf. All diese Flüssigkeiten sind ungiftig und umwelt
verträglich. Auch Temperatureinflüsse und Volumenänderungen in Abhängigkeit
der Kompressibilität sind bei Flüssigkeiten äußerst gering. Die wenigen Einzel
teile ermöglichen einen einfachen, robusten Aufbau, wobei die Anbindung zwi
schen den Kissen 4 oder den Bälgen 8 und dem Oberteil 2 sowie dem Unterteil
3 mittels eingelegter oder eingegossener Hartplastikscheiben oder Metall
scheiben eine stabile Anbindung ergibt.
Ein großer Vorteil ist auch, daß zwischen dem Druck und der Gewichtskraft
bzw. Masse ein linearer Zusammenhang besteht. In Messungen der Erfinder hat
sich dieser Zusammenhang auch bei den beschriebenen Ausführungsformen der
Waage gezeigt.
Verschiedene andere Waagen, wie Babywaagen, Haushaltswaagen oder dgl.
sind mit der angegebenen Umsetzeinrichtung aufbaubar.
In Fig. 4 ist als Führung zwischen dem Oberteil 2 und dem Unterteil 3 eine
Scherenführung 12 gezeigt, die geringere Reibungen als eine vertikale Führung
ergibt.
Eine noch günstigere Führung ohne nennenswerte Reibungsverluste wird durch
die in den Fig. 9A und 9B gezeigte Aufhängung mit Biegefedern, insbesondere
Blattfedern 13 erzielt. Die Blattfedern 13 sind vorzugsweise in den vier
Eckbereichen der Waage angeordnet und können, wie Fig. 9A zeigt, an dem
Oberteil 2 fest und an dem Unterteil 3 einsetzbar oder aber, wie Fig. 9B zeigt,
an dem Unterteil 3 fest und an dem Oberteil 2 einsetzbar befestigt sein. Die
eine Seite der Blattfedern 13 kann dabei auch z. B. an dem Oberteil 2 oder
Unterteil 3 durch Ausstanzen einstückig mit diesem hergestellt sein.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsformen für eine mechanische,
d. h. hydraulische oder pneumatische Additionseinrichtung.
Gemäß Fig. 5 sind die unter dem Oberteil 2 angeordneten Umsetzeinrichtungen
in Form einer Druckkammeranordnung 14 mit vier Druck-Räumen 14.1 über an
den Räumen 14.1 angeschlossene Leitungen 9 mit der Additionseinrichtung 15
verbunden, die ihrerseits aus einer Zwischenstufe 15.1 und einer anschließen
den Addierstufe 15.2 mit einem weiteren Druckraum 15.3 ausgerüstet ist. Die
Zwischenstufe 15.1 weist ihrerseits eine der Anzahl der Druck-Räume 14.1
entsprechende Anzahl von Kolben-/Zylindereinheiten auf, die an ihrem Ausgang
zusammengefaßt sind und mit einer weiteren Kolben-/Zylindereinheit der Addier
stufe 15.2 zusammenwirken. Wie die Fig. 6A und 6B zeigen, können die Zwi
schenstufe 15.1 und die nachgeschaltete Addierstufe 15.2 als Einheit in einem
gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein, so daß sich nicht nur eine geringe
Baugröße, sondern auch eine vorteilhafte Verbindung ohne nennenswerte Rei
bungsverluste ergibt. Die Fig. 6B zeigt dabei eine Draufsicht der Zwischenstufe
15.1.
Die Fig. 6A, 6B und 6C zeigen außerdem als Beispiel eine pneumatische Um
setzvorrichtung und Additionseinrichtung 15. Um Leckverluste zu vermeiden,
stehen sowohl die Druck-Räume 14.1 der Umsetzvorrichtung als auch der wei
tere Druckraum 15.3 der Additionseinrichtung 15 mit der äußeren Atmosphäre
über eine Ventileinrichtung in Verbindung, wobei jeweilige Ausgleichsöffnungen
14.2 bzw. 15.4 in Form von Kanälen nach außen führen. Die Kanäle sind an
einen unteren Dichtrand des Kolbens der Umsetzvorrichtung bzw. Additionsein
richtung 15 angrenzend angeordnet, so daß die Druck-Räume 14.1 bzw. der
weitere Druckraum 15.3 sogleich von der äußeren Atmosphäre abgetrennt wer
den, wenn sich die Kolben infolge eines Gewichts auf dem Oberteil 2 nach
unten bewegen. Dichtmittel 14.3 am unteren Rand der Kolben vermeiden, daß
beim Herabbewegen der Kolben ein Druckverlust in den Druckräumen auftritt.
Entsprechend kann auch die Zwischenstufe 15.1 mit Verbindungen zur äußeren
Atmosphäre über Ventile ausgestattet sein.
In Fig. 7 ist die Umsetzvorrichtung mit der Druckkammeranordnung 14 in Ver
bindung mit der Additionseinrichtung noch einmal schematisch dargestellt.
Mit der Additionseinrichtung werden unterschiedliche Belastungen auf dem
Oberteil 2 der Waage kompensiert und stets zuverlässige, reproduzierbare
Meßergebnisse erzielt.
Claims (11)
1. Waage mit einem eine Anzeige (6) aufweisenden Oberteil (2), einer auf
einer Unterlage aufstellbaren Stützvorrichtung und einer unter dem
Oberteil (2) angeordneten, auf eine Gewichtskraft reagierenden Umsetz
vorrichtung, die mit der Anzeige gekoppelt ist und mehrere mit einem
Fluid gefüllte, durch die Gewichtskraft komprimierbare, fluiddicht
umschlossene Räume (14.1) sowie eine Auswerteeinrichtung aufweist,
mit der der durch die Gewichtskraft erzeugte Druck erfaßbar und als eine
in eine Gewichtsangabe umgeformte Größe zur Anzeige (6) bring bar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Räume (14.1) über Leitungen (9) mit einer hydraulischen oder
pneumatischen Druck-Additionseinrichtung (15) verbunden sind, und
daß zum Erfassen des in der Additionseinrichtung (15) gebildeten Drucks
nur ein Meßwertaufnehmer vorgesehen ist.
2. Waage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Additionseinrichtung (15) als weiteren Druckraum (15.3) eine
Kolben-/Zylindereinheit aufweist.
3. Waage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben-/Zylindereinheit eine Zwischenstufe (15.1) mit einer der
Anzahl der Räume (14.1) entsprechenden Anzahl von weiteren Kolben-
/Zylindereinheiten vorgeschaltet ist.
4. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Ausbildung als pneumatische Additionseinrichtung und/oder
pneumatische Umsetzvorrichtung die Räume (14.1) und/oder der weitere
Druckraum (15.3) und/oder die Zwischenstufe (15.1) über eine jeweilige
Ventilvorrichtung (14.2, 14.3) mit der äußeren Atmosphäre in Verbin
dung stehen.
5. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Räume (14.1) mittels eines Kissens oder einer Blase (4) oder
eines Balges (8) gebildet sind oder einen durch die Gewichtskraft ver
stellbaren Kolben aufweisen.
6. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützvorrichtung als plattenförmiges oder wannenförmiges Unterteil (3) mit an seiner Unterseite angeordneten Füßen ausgebildet ist und
daß die Räume (14.1) zwischen dem Oberteil (2) und dem Unterteil (3) angeordnet sind.
daß die Stützvorrichtung als plattenförmiges oder wannenförmiges Unterteil (3) mit an seiner Unterseite angeordneten Füßen ausgebildet ist und
daß die Räume (14.1) zwischen dem Oberteil (2) und dem Unterteil (3) angeordnet sind.
7. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Auswerteeinrichtung den Fluiddrücken entsprechende Ge
wichtsangaben zur Ausgabe über die Anzeige (6) gespeichert sind oder
die Fluiddrücke mittels eines an die Räume angeschlossenen Manometers
angezeigt werden, das in Gewichtsangaben kalibriert ist.
8. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Oberteil (2) und das Unterteil (3) mittels vertikaler Füh
rungselemente (7, 12, 13) miteinander verbunden sind.
9. Waage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungselemente eine Scherenführung (12) oder eine Anord
nung von Biegefedern bilden.
10. Waage nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Biegefedern Blattfedern (13) sind.
11. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Räume in im Umfangsbereich unter dem Oberteil (2) angeordne
ten, teleskopartig verstellbaren Füßen (10) gebildet sind, die die
Stützvorrichtung darstellen.
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