DE2637539A1

DE2637539A1 - Praezisionswaage

Info

Publication number: DE2637539A1
Application number: DE19762637539
Authority: DE
Inventors: Paul Luechinger
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1976-08-20
Publication date: 1977-04-14
Also published as: US4043415A; JPS5251654U; JPS5711224Y2; GB1483326A; DE7626124U1; CH591072A5

Description

Patentanwälte
Dipl.-In-. A. WCDDE
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Münchsn ^j, u-o.iumannstr. 2 -^ 2637539

20. Aug. 1976

Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)

Präzisionswaage

Die Erfindung betrifft eine Präzisionswaage mit einer Waagschale, die mittels Biegelenkern derart parallelgeführt ist, dass sie beim Wägen im wesentlichen nur eine Vertikalbewegung ausführt, und mit einer Justiereinrichtung zur Einstellung des vertikalen Abstandes zwischen zwei Biegelenkerenden.

Es ist dem Fachmann bekannt, dass bei derartigen Waagen die genaue Einhaltung der Parallelität der Lenker eine grosse Rolle spielt. Insbesondere die Gleichheit der Vertikalabstände der Lenker an deren Enden ist wichtig, um Wägefehler zu vermeiden, die bei nicht zentrischer Wägegutauflage auf der Waagschale auftreten können (sogenannte Eckenlastfehler). Für massig hohe

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Auflösung der Waage sind geeignete Einrichtungen zum Justieren der erv/ähnten Abstände bekannt, beispielsweise aus der US-Patentschrift 3,847,238.

Die bekannten Justiereinrichtungen erlauben jedoch nur eine
verhältnismässig grobe Einstellung der Parallelität, bis etwa in den Bereich der Zehntelmillimeter, allenfalls noch der Hundertstelmillimeter. Diese Werte genügen für übliche Genauigkeitsanforderungen (bis etwa zu einer sinnvollen Auflösung der Wägeresultate von 10^ bis höchstens 10^ Punkten) durchaus, sind aber dann zu grob, wenn in den Bereich höherer Genauigkeit vorgestossen v/erden soll.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, über die bekannte
(Grob-)Justierung hinaus eine genauere Justierung zu ermöglichen und so den Anwendungsbereich der hier betrachteten Waagen zu erweitern. Gleichzeitig sollte die Möglichkeit zu einer Abstandsfeinjustierung unter Betriebsbedingungen der Waage eröffnet werden, ohne dabei den konstruktiven Aufwand unangemessen steigern zu müssen. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung besteht die Justiereinrichtung bei einer Waage der eingangs erwähnten Art aus je einer Einrichtung zur Grob- und zur Feinjustierung. Erfindungsgemäss wird also die Einstellung in eine Grobjustierung mit einer ersten Justiereinrichtung und eine
Feinjustierung mit einer zweiten Justiereinrichtung unterteilt. Da erfahrungsgemäss bei der Montage Korrek.turwerte von einigen Zehntelmillimetern auch bei angemessen sorgfältiger Bearbeitung

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der Einzelteile die Regel sind, müsste bei Verwendung nur einer Justiereinrichtung bei hochauflösenden Waagen ein Einstellbereich von etwa 1000 Schritten oder mehr überstrichen werden. Die vorliegende Aufspaltung in zwei separat wirkende Justiereinrichtungen vermeidet die.damit verbundenen konstruk-K tiven Probleme. _ ..-..'.

Eine besonders kompakte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn man beide Justiereinrichtungen demselben Lenkerende zuordnet. .

Im Bereich der Tausendstelmillimeter und darunter entfaltet eine Justierung erst unter echten Betriebsbedingungen der Waage ihre volle Wirksamkeit. Bisher bekannte Justiereinrichtungen bezüglich'des Eckenlastfehlers (vgl. die o.a. US-Patentschrift) setzten zu ihrer Betätigung das Abnehmen des Gehäuses oder eine ähnliche Manipulation voraus, was einer Justierung unter Betriebsbedingungen nur dann gleichkam, wenn einerseits beim Justieren z.B. Zügluft und nennenswerte Einflüsse der Körpertemperatur vermieden werden konnten und andererseits beim Betrieb der Waage nicht mit TemperaturSchwankungen (z.B. Anwärmzeit!) zu rechnen war. Diese Bedingungen sind jedoch nicht immer erfüllbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist daher einem Verstellglied der Feinjustiereinrichtung eine Oeffnung im Waagengehäuse zugeordnet. In dieser Ausbildung werden v/eitere Vorteile der Auftrennung in Grob- und Feinjustierung erkennbar: Die Grobjustierung kann bereits bei

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der Montage der Waage vorgenommen und die justierte Position blockiert werden, so dass aus eventueller Fehlmanipulation an der Feinjustierung nur noch ein relativ kleiner Fehler resultieren kann. Letztere erfolgt dann, wenn die Waage betriebsbereit am Arbeitsort steht, gegebenenfalls sogar erst eine gewisse Zeitspanne nach dem Einschalten der Waage, um etwaige Wärmedriften aus elektrischen Komponenten (sofern vorhanden) zu berücksichtigen, und hat normalerweise nur noch eine kleine Abweichung auszugleichen. Auch eine etwa nötige Nachjustierung, beispielsweise bei Routineüberprüfungen der Waage, kann dann auf einfache Art genau erfolgen. Während die Feinjustierung in dieser Ausführungsform an das Gehäuse herangeführt werden muss, kann die Grobjustiereinrichtung (die bei abgenommenem Gehäuse betätigt wird) konstruktiv freier gestaltet werden, z.B. im Hinblick auf leichte Zugänglichkeit, und sie bleibt visuell direkt kontrollierbar.

Eine bevorzugte Ausführungsform der weiteren Justiereinrichtung, die eine stufenlose Feinkorrektur der Lenkerabstände ermöglicht, ist gekennzeichnet durch eine Schraube, die über einen Keil die Vertikallage eines Endes eines Hebels verstellt, an dessen anderem Ende ein Lenker fest eingespannt ist, wobei der Hebeldrehpunkt in der Nähe des der Einspannstelle des Lenkers benachbarten Biegepunktes dieses Lenkers liegt, jedoch nicht mit diesem zusammenfällt. Durch diese Anordnung wird der Tatsache Rechnung getragen, dass beispielsweise Verstellungen mittels Fein- oder Differenzgewinde höchsten Anforderungen nicht immer

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genügen, da hier stets gewisse 'Nachfederungseffekte¹ , hervorgerufen durch Torsionsspannungen in der Schraube, zu beobachten sind, die die bleibende Verstellgenauigkeit beeinträchtigen können. Um eine zuverlässig spielfreie Verstellung zu gewährleisten, ist zweckmässigerweise eine Feder vorgesehen, die den Hebel stets an den Keil gepresst hält. Weiterhin kann zweckmässigerweise zur Uebertragung der Verstellkraft zwischen dem Keil und dem Hebel eine vertikal verschiebliehe Stange vorgesehen sein. Diese Ausbildung bildet eine reibungsarme Kon-' struktion, die darüber hinaus den Vorteil hat, dass durch geeignete Materialwahl für die Stange eine Korrektur etwaiger störender Temperatureinflüsse (Längenänderungen!) vorgenommen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Waage wird nachstehend anhand der nicht massstabliehen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung stellen dar

Figur 1 eine Seitenansicht der ganzen Waage (ohne Gehäuse), teilweise geschnitten,

Figur 2 eine Draufsicht auf einen Biegelenker, Figur 3 eine Seitenansicht der Justiereinrichtungen, Figur 4 eine Draufsicht von Figur 3, Figur 5 einen Schnitt längs 5 - 5 in Figur 3, Figur 6 ein Detail der Justiereinrichtungen, und Figur 7 einen Schnitt längs 7 - 7 in Figur 4.

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Für das Ausführungsbeispiel wurde eine elektromagnetisch kompensierende Waage an sich bekannter Art gewählt (vgl. beispielsweise US-Patentschrift 3,519,095), da die Vorteile der erfindungsgemässen Justierung besonders bei wegarmen Waagen dieser oder vergleichbarer Art zum Tragen kommen.

Die Waage umfasst einen vertikal beweglichen Träger 10, an dessen oberem Ende eine Waagschale 12 befestigt ist. Er durchsetzt mit Spiel eine zentrale Bohrung eines Permanentmagnetsystems 14, das ortsfest auf einem Ausleger 16 des Waagengestells 18 angeordnet ist. Ein Anschlag 20 verhindert unzulässig grosse Auslenkungen des Trägers 10.

Zwei Biegelenker 22,22' in Dreieckform, an einer Seitenwand 24 des Waagengesteils 18 fixiert, führen den Träger 10 parallel. Eine kombinierte Justiereinrichtung 26, in Figur 1 nur mittels Doppelpfeil angedeutet, wird unten detailliert erläutert.

Die Waage arbeitet bekanntlich wie folgt: Eine kapazitive Abtastung (Positionsgeber) 28 signalisiert bei Belastung der Waagschale 12 eine Auslenkung des Trägers 10 aus der Sollstellung. Dieses Signal wird in der elektrischen Regelschaltung 30 zur Bestimmung der Grösse eines Stroms verwendet, der durch eine am Träger 10 angeordnete Kompensationsspule 32 fliesst. Die elektromagnetische Kraftwirkung dieses Stroms im Luftspalt des Permanentmagnetsystems 14 führt den Träger 10 in die SoIlposition zurück. Die Grösse des Kompensationsstroms im Gleichgewichtszustand ist ein Mass für die Grösse des zu bestimmenden

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Gewichts und kann in einer Anzeigeeinrichtung 34 in Gewichtseinheiten digital dargestellt werden.

In Figur 2 ist ein Lenker 22 gezeigt. Er ist symmetrisch aufgebaut und weist drei durch Stanzen und Schleifen erzeugte Verjüngungen 36 sowohl in der Breite als auch in der Dicke gegenüber dem Ursprungsquerschnitt 38 auf. Das Material ist Federstahl oder Federbronce. An seinen Enden 40 hat der Lenker 22 wieder den Ursprungsquerschnitt und ist mit Langlöchern zur Befestigung mittels Schrauben versehen. Das einzelne Ende ('Spitze¹ des Dreiecks) ist für die Befestigung am Träger 10 vorgesehen.

In den Figuren 3 bis 7 sind die erfindungsgemässen Justiereinrichtungen dargestellt. Sie umfassen in Form einer kombinierten Baugruppe je eine Grob- und eine Feinverstellung. Zwei dieser kombinierten Baugruppen sind in der dargestellten Waage enthalten, und zwar an den beiden Enden des unteren Biegelenkers 22' an der Seitenwand 24. Dabei ist die zweite Baugruppe spiegelsymmetrisch zur dargestellten ersten Baugruppe.

A. Grobverstellung

Auf einer im Viaagengestell 18 befestigten Grundplatte 42 ist eine Säule 44 fixiert. Auf dieser sitzt verschieblich ein Block 46. Die Fixierung in einer gewünschten Relativposition Säule 44/Block 46 geschieht durch die Klemmwirkung zweier mittels einer Schraube 48 zusammenziehbarer Klemmstücke 50, 51 in einer Querbohrung 52 (vgl. insbesondere Figur 5).

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In einer Ausnehmung im oberen Teil des Blockes 46 ist ein Hebel 54 drehbar gelagert, an dessen im Bereich des Blockes 46 gelegenem Ende ein Ende 40 des Biegelenkers 22' angeschraubt ist (Klemmstück 56, Schraube 58).

Das untere Ende des Blockes 46 ruht auf den gabelartigen Enden 60 eines gebogenen wippenähnlichen Hebels 62, dessen anderes Ende von unten gegen den Kopf einer in der Grundplatte 42 eingeschraubten Stellschraube 64 drückt (vgl. insbesondere Figur 6).

Zur Grobverstellung wird die Fixierschraube 48 gelöst und die Stellschraube 64 verdreht, bis die gewünschte Höhenänderung erreicht ist und die Fixierschraube 48 wieder angezogen werden kann.

B. Feinverstellung

Der Hebel 54 weist seitlich der Verjüngungen 36 des Biegelenkers 22" zwei symmetrische Aufsätze mit je einer V-förmigen Kerbe 66 quer zur Hebellängsrichtung auf. In das Oberteil des Blockes 46 sind seitlich zwei abgesetzte Zapfen eingelassen, die in ihrer Lage mittels Madenschrauben 70 fixiert werden. Die verjüngten, balligen Enden der Zapfen ruhen in den Kerben 66 und bilden die oben unter A. bereits erwähnte Lagerung des Hebels 54. Von unten her wird der Hebel 54 durch zwei im Oberteil des Blockes 46 gefangene Druckfedern 69 gegen die Zapfen 68 gedrückt. Die Bohrungen sind dabei derart bemessen, dass die am Hebel 54 anliegenden Enden

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der Druckfedern 69 Schwenkbewegungen des Hebels ohne Relativbewegung an ihm, d.h. ohne Reibung zwischen Federn und Hebel, folgen können. Es ergibt sich also damit eine besonders reibungsarme Lagerung. Die Absätze dieser Zapfen bilden eine seitliche Führung für den Hebel 54. Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass das Lagerzentrum (Achse durch die Zapfen 68) zwar mit der Verjüngung 36 hinsichtlich der Höhe wenigstens annähernd zusammenfällt, jedoch ausserhalb von deren Mitte hinsichtlich der Längserstreckung liegt, und zwar nach der vom Einspannort (56, 58) entfernten Seite hin.

Das andere Ende des Hebels 54 stützt sich auf einer vertikal beweglichen Stange 72 ab. Diese wird durch ein auf der Grundplatte 42 befestigtes Doppeljoch 74 spielarm geführt und stützt sich auf einer Keilfläche 76 eines auf der Grundplatte 42 verschieblichen Blockes 78 ab. Dieser Block ist zwischen den unteren Seitenwänden des Doppeljochs 74 seitlich geführt. Eine Zugfeder 80, eingehängt einerseits in eine Bohrung am Ende des Hebels 54 und andererseits in eine Oese 82 am Doppeljoch 74, sichert stetes Abstützen des Hebels 54 auf der Stange 72 (und damit auf der Keilfläche 76).

Die Stange 72 ist für die Feinjustierung an sich nicht wesentlich (der Keil könnte auch direkt unter dem entsprechend auszubildenden Hebelende angreifen). Sie ermöglicht aber, durch geeignete Abstimmung der Materialien z.B. des Hebels 54 und der Stange 72, eine Kompensation unterschiedlicher Wärmedehnungen vorzunehmen und damit störende Temperatureinflüsse

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von der Feinjustierung fernzuhalten.

Der Block weist eine Bohrung in Richtung des Keiles auf. Diese wird spielarm durchsetzt von einer Stellschraube 84, die in ein Gewindeloch eines Aufsatzes 86 auf der Grundplatte 42 eingedreht ist. Eine zwischen dem Aufsatz 86 und dem Block 78 gefangene Druckfeder 88 sichert stetes Andrükken des Blockes 78 an den Kopf der Schraube 84 (vgl. besonders Figur 7).

Zur Feinverstellung wird die Schraube 84 gedreht. Ueber die Keilfläche. 76 und die Stange 72 bewirkt dies ein Heben bzw. Senken des Hebelendes an dieser Stelle. Es resultiert eine entsprechend der Hebelübersetzung verringerte Aenderung der Höhenlage des eingespannten Endes des Biegelenkers 22' und damit ein leichter Versatz der Biegeachse im Bereich der Verjüngung 36. -

Wie aus den Figuren 4 und 7 hervorgeht, wurde die Anordnung so gewählt, dass die Stellschraube 84 durch eine Oeffnung 90 im Gehäuse 92 leicht zugänglich ist. Während also die Grobverstellung (Schraube 64 in den Figuren 4 und 6) zweckmässigerweise bei abgenommenem Gehäuse erfolgt (sie ist in der Regel nur bei der Montage der Waage und dann allenfalls bei grösseren Wartungs- oder Reparaturarbeiten erforderlich), kann die Feinverstellung bei Bedarf jederzeit unter normalen Betriebsbedingungen betätigt werden.

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Im Falle des hier dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels konnten Parallelitäten der Einspannstellen der Dreiecklenker bis auf Bruchteile eines jum erreicht und damit Ecken-: lastfehler in einen Bereich weit unter 1 mg gebracht werden. Damit konnten Anforderungen erfüllt werden, wie sie z.B. an eine Analysenwaage mit einem Bereich von 200 g und einer Auflösung von 0,1 mg gestellt werden.

Es sei hervorgehoben, dass die spezifischen Vorteile der Erfindung, wenn auch vielleicht quantititiv weniger deutlich, auch bei anderen Waagenarten zur Geltung kommen, sei es beispielsweise bei solchen, deren Lastaufnehmer einen gewissen Weg beschreibt (Auslenkungswaage mit kleinem Weg), sei es auch bei Waagen mit anderen als dreieckförmigen Biegelenkern. Auch mag es in gewissen Fällen vorteilhaft sein, den Hebel 54 mit einer Spannbandlagerung zu versehen (anstelle der Verwendung der Lagerung mit Zapfen 68, Kerben 66 und Federn 69) .

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Leerseite

Claims

Patentansprüche "

1.) Präzisionswaage mit einer Waagschale, die mittels Biegelenkern derart parallel geführt ist, dass sie beim Wägen im wesentlichen, nur eine Vertikalbewegung ausführt, und mit einer Justiereinrichtung zur Einstellung des vertikalen Abstandes zwischen zwei Biegelenkerenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiereinrichtung aus je einer Einrichtung zur Grob- und zur Feinjustierung besteht.

2. Präzisionswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Einrichtungen demselben Lenkerende (36, 40) zugeordnet sind.

3. Präzisionswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einem Verstellglied (84) der Feinjustiereinrichtung eine Oeffnung (90) im Waagengehäuse zugeordnet ist.

4. Präzisionswaage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinjustiereinrichtung eine Schraube (84) umfasst, die über einen Keil (78) die Vertikallage eines Endes eines Hebels (54) verstellt, an dessen anderem Ende ein Lenker (22') fest eingespannt ist, wobei der Hebeldrehpunkt in der Nähe des der Einspannstelle des Lenkers benachbarten Biegepunktes dieses Lenkers liegt, jedoch nicht mit ihm zusammenfällt.

5. Präzisionswaage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugfeder (80) den Hebel (54) stets an den Keil (78) andrückt. .

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WGlNAL INSPECTED.

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6. Präzisionswaage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,, dass zur Uebertragung der Verstellkraft zwischen dem Keil (78) und dem Hebel (54) eine vertikal verschiebliche Stange (72) vorgesehen ist.

7. Präzisionswaage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebellagerung zwei ortsfeste ballige Zapfen (68) umfasst, die in je einer V-förmigen Kerbe (66) des Hebels (54) ruhen, wobei die Kerben von unten mittels vertikal unter den Lagerstellen angeordneten, auf den Hebel (54) wirkenden Druckfedern (69) an die Zapfen gedrückt werden.

8. Präzisionswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen wegarmen Kraftwandler (14, 30, 32) zur Erzeugung eines gewichtsproportionalen Signals aufweist.

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