DE7115570U - Parallelführung, insbesondere fur oberschalige Waagen - Google Patents

Description

Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schtoeiz)

Parallelführung, insbesondere für oberschalige Waagen

Die Neuerung bezieht sich auf eine Parallelführung, wie sie insbesondere bei oberschaligen Waagen zur Anwendung kommen, und zwar speziell auf eine solche »it elastischen Lenkern.

Derartige Parallelführungen sind seit langem bekannt und können bei Waagen der erwähnten Art entweder nur zur Führung des Schalenträgers oder aber direkt zur Gewichtsermittlung dienen (z.B. Federwaagen). Bei einer häufig verwendeten Anordnung wurde der bewegliche Teil der Führung (Schalenträger) mit dem festen Teil (Waagengehäuse) in einer oberen und einer unteren Ebene durch je zwei gleich lange Bandfedern konstanter Biegesteifigkeit zu einem Parallelogramm verbunden. Dabei hatte es sich gezeigt,

- 2

• t ·

• · I »

■ t

I I

dass eine derartige Anordnung keinen hohen Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Wägeergebnisse zu genüge/i vermag. Der Grund dal'ür ist darin zu suchen, dass infolge der grossen statischen Unbestimmtheit eine für hohe Ansprüche an die Qualität der Führung notwendige spannungssymmetrische Montage praktisch nicht möglich ist.

Es sind daher bereits ParallelfUhrungen konzipiert worden, bei denen die elastischen Lenker nur noch an total sechs anstatt acht Stellen befestigt sind. So wird z.B. im US-Patent 5, 148,^2 eine Anordnung gezeigt, bei welcher der bewegliche Teil durch zwei obere und eine untere rechteckförmige Blattfeder geführt wird. Im US-Patent 5,191,702 werden für den oberen und den unteren Lenker gleichgestaltige Federn konstanter Dicke verwendet, wobei zwei äussere Zungen am festen Teil angebracht sind und der Schalenträger am ebenfalls gegen den festen Teil weisenden Ende einer mittleren Zunge, in der Mitte zwischen festem und freiem Ende des Lenkers, montiert ist.

Die bekanntgewordenen Parallelführungen mit total sechs Lagerstellen weisen jedoch noch Mängel auf, wenn es um grossere Anforderungen an die Anordnung hinsichtlich Genauigkeit und Reproduzierbarkeit geht. So wird beispielsweise das Verhalten der elastischen Lenker wesentlich davon beeinflusst, ob der Kraftangriff genau zentrisch in bezug auf die Symmetrieachse der Dreipunkteinspannung

erfolgt oder nicht, da Eckenlast eine zusätzliche Formänderungsarbeit bewirkt und damit einen Eckenlastfehler.

Aufgabe der vorliegenden Neuerung war es, diesen Eckenlastfehler durch eine optimale Gestaltung der Lenker weitgehend zu eliminieren, wobei ausserdem angestrebt wurde, eine optimale Formgebung im Hinblick auf kleinstraögliche Massen der Lenker sowie wirtschaftliche Herstellung und Montage zu erreichen.

Neuerungs gemäss wird dies dadurch erreicht, dass die elastischen Lenker im wesentlichen die Form von offenen oder geschlossenen - Dreiecken aufweisen, wobei die Dreiecke vorzugsweise gleichseitig sind. Die Ecken der Dreiecke fallen dabei wenigstens näherungsweise mit den Einspann- resp. Lagerstellen zusammen. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, die Lenker so zu gestalten, dass die Dreiecke innen eine Aussparung von ebenfalls dreieckförmiger Gestalt aufweisen. Als Folge iieser Formgebung zerlegt sich eine infolge eines exzentrischen Kraftangriffs in der Lenkerebene wirkende Quexfcraft senkrecht zur Mittellinie des Dreiecks in zwei gleiche Komponenten in Richtung der Lenkerarme. Diese Komponenten wirken sieh nun infolge des hartelastischen Verhaltens der Lenkerarme in Längsrichtung praktisch nicht mehr auf die Qualität der Parallelführung aus.

Die erwähnten Kraftkomponenten in Richtung der Lenkerarme

Il · (

werden umso kleiner, je grosser de.r Winkel des Drsiecks auf der Seite des einzelnen Lagers gewählt wird. Andererseits ist für die Parallelführung eine möglichst grosse Lenkerlänge wünschenswert. Aus der Berücksichtigung dieser beiden Forderungen ergibt sich als optimale Gestalt diejenige eines gleichseitigen Dreiecks.

Um die Führung möglichst stabil zu erhalten, wird man vorzugsweise die beiden Ecken des Dreiecks am festen Teil durch einen Steg verbinden; man erhält so die Form des geschlossenen Dreiecks. Unter besonderen Bedingungen jedoch, beispielsweise wenn mit. thermischen Einflüssen auf die Parallelführung gerechnet werden muss, kann sich die offene Form als günstiger erweisen, um Spannungen infolge von v/ärmedehnungen zwischen den beiden Lagerstellen am festen Teil zu vermeiden.

Es zeigte sich weiterhin, dass die neuerungsgemässe Dreiecksform bei gegebenen Anforderungen hinsichtlich der Pederkonstanten die kleinstmöglichen Massen des beweglichen Teils der Führung ergibt, was sich günstig auf die Eigenfrequenz des Systems und damit auf die Anfälligkeit gegenüber äusseren Störfrequensien auswirkt, besonders bei Waagen mit hoher Anzahl Wägungen pro Zeiteinheit.

Vorteilhafterweise werden die Lenker aus einem Stück hergestellt, da dies bei der Montage und insbesondere bei

1 I I 1 . · '

der Justieriing eine einfachere Handhabung bedeutet.

Im Wormalfall werden der obere und der untere Lenker der Parallelführung von gleicher Form und Biegesteifigkeit sein. Es sind jedoch Fälle denkbar, in denen die Biegesteifigkeiten beider Lenker verschieden gewählt werden, beispielsweise wenn einer von ihnen stets auf Zug beansprucht wird und daher schwächer dimensioniert werden kann als der andere.

Je nach den speziellen Anfordere igen an die Parallelführung können die Lenker aus Federn konstanter Biegesteifigkeit oder aber aus solchen mit beispielsweise durch Einschleifen oder Prägen erhaltenen Biegegelenken bestehen, wobei diese neuerungs gemäss wenigstens näherungsweise in den Ecken des Dreiecks liegen. Biegegelenke der genannv,an Art (im Prinzip bekannt geworden beispielsweise in den US-Patenten 2,981,100 und 3.182,495) wird man beispielsweise dann vorsehen, wenn bei grosser Starrheit des Systems eine relativ grosse Auslenkung gewünscht ist.

Dies hat ausserdem den Vorteil, dass die Biegegelenke im Gegensatz zu Lenkern konstanter Biegesteifigkeit besser definierte, von axialen Kräften unabhängigere Lagerstellen bilden, wodurch erfahrungsgemäss die Empfindlichkeit der Anordnung erhöht werden kann.

Ein weiterer Vorteil dieser Biegegelenke besteht darin, dass man sie innerhalb eines Lenkers unterschiedlich

dimensionieren.kann. Es ist wünschenswert, die Lenker von axialen, d.h. in der Lenkerebene zwischen den gegenüberliegenden Einspann- resp. Lagerstellen verlaufenden Kräften möglichst freizuhalten. Das ideale Verhalten der Parallelführung hinsichtlich Genauigkeit tond Reproduzierbarkeit wird in dieser Hinsicht erreicht, wenn derartige axiale Kräfte, möglichst über den ganzen Nei^ungsbereich der Parallelführung, ganz wegfallen. Dies ist wenigstens näherungsweise dadurch erreichbar, dass man sämtliche in Richtung der Auslenkung der Parallelführung angreifenden Kräfte, bei einer Waage also die Gewichtskraft sowie etwaige Tarier- oder sonstige Kompensationskräfte, genau in der elastischen Mitte zwischen den Biegegelenken einwirken lässt. Bei gleichen Sch] nkheiten fällt die elastische Mitte bei gleicher Summe der Biegesteifigkeiten der Biegegelenke auf beiden Seiten, d.h. also bei doppelter Biegesteifigkeit des einzelnen Gelenks am beweglichen Teil verglichen mit denjenigen der einzelnen Gelenke am festen Teil, mit der geometrischen Mitte zwischen den Gelenken zusammen. Hat jedoch jedes der drei Biegegelenke des Lenkers die gleiche Biegesteifigkeit, so liegt die elastische Mitte im Abstand von 2/5 der Entfernung zwischen den Gelenken, vom festen Teil mit zwei Gelenken aus gerechnet. Unter der elastischen Mitte ist dabei derjenige Punkt auf der Mittellinie des Dreiecks zu verstehen, in weichem die Linie der Eir.spannmomente durch Null geht.

— 7 —

Es kann somit für jeden aus beispielsweise konstruktiven Gründen gegebenen Angriffspunkt äusserer Kräfte, die im Bereich zwischen den Gelenken senkrecht zu ihrer Verbindungsebene einwirken, eine Kombination der Biegesteifigkeiten der Gelenke gewählt werden, die die erwähnten axialen Kräfte in den Lenkern praktisch zum Verschwinden bringt.

Eine Variante der neuei-ungsgemässen Parallelführung besteht darin, dass man auf den beweglichen Teil der Führung eine wenigstens näherungsweise parallel zu den Lenkern verlaufende elastische Kraft dergestalt einwirken lässt, dass beide Dreiecklenker stets auf Zug beansprucht werden. Diese Massnahme gestattet die Verwendung vcn wesentlich schwächeren Biegegelenken resp. von elastischen Federn kleinerer Knickfestigkeitj gleichzeitig kann je nach der Grosse der elastischen Kraft die Empfindlichkeit der Parallelführung justiert werden.

Zur Erzielung guter Eigenschaften der Parallelführung ist die oben erwähnte Spannungssymmetrie eine wichtige Voraussetzung, und dabei insbesondere die exakte Parallelität der Lenker untereinander. Zur Justierung dieser Parallelität bei der neuerungsgemässen Parallelführung wird vorteilhafterweise eine Höhe zwischen den Befestigungsstellen der beiden Lenker, beispielsweise am festen Teil, um einen geringen Betrag (z.B. einige Tausendstel mm) grosser

• f ·

- A⁷J

vorgesehen als am beweglichen Teil. Die genaue Parallelität der beiden Lenker wird sodann durch Justieren mittels feingängigen Schrauben, welche in einem Vorsprung der Konsole in Gewinde geführt sind und beispielsweise auf den oberen Lenker nahe der Konsole bzw. zwischen Konsole und Biegegelenk einwirken, herbeigeführt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den ortsfesten oder den beweglichen Teil beispielsweise durch Aussparungen teilweise hartelastisch zu gestalten und wiederum den Abstand zwischen den Befestigungsstellen wie oben angeführt zu justieren.

Ei e weitere Verfeinerung der neuerungagemässen Parallelführung bei ihrer Verwendung in einer Waage ergibt sich, wenn man auf einem der Lenker ein in Richtung der Parallelbewegung verstellbares Gewicht zur Justierung dor Empfindlichkeit anbringt.

Wenn im Betrieb einer beispielsweise in eine oberschalige Waage eingebauten neueimngsgemässen Parallelführung mit Stössen oder ähnlichen Ueberlastungen gerechnet werden muss, so kann eine Beschädigung der Parallelführung dadurch vermieden werden, dass man der neuerungsgemässen Parallelführung eine zweite dergestalt überlagert, dass der bewegliche Teil der ersten Parallelführung mit dem Schalenträger durch die zweite Parallelführung verbunden ist. Zweckmässigerweise wird der Weg dieser zweiten

Führung durch einen konsolseitigen, auf den Unterteil cLss Schalenträgers wirkenden Anschlug begrenzt, bever die Auslenkung der ersten Parallelführung einen kritischen Wert erreicht.

Die neuerungsgemässe Parallelführung wird im Folgenden anhand von nicht massstäblichen, schematischeu Zeichnungen näher erläutert. Für die Ausführungsbeispiele wurden in oberschalige Waagen eingebaute Parallelführungen gewählt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die Seitenansicht einer· Parallelführung, Fig. 2 einen Lenker mit eingeschliffenen Biegegelenken, Fig. 3 die Seitenansicht einer weiteren Parallelführung als Ueberlastschutz, und Fig. 4 einen Schnitt längs 4 - 4 in Fig. ?.

Die Waage nach Fig. Ϊ besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 5 mit einem vertikalen Aufbau 6. An diesem sind mittels hier nicht näher veranschaulichter Befestigungselemente je zwei Enden 8 der zwei Lenker 7 fixiert. An der gegenüberliegenden Seite ist in gleicher Weise der Schalenträger 9 mit der Waagschale 10 befestigt. Die Lagersteilen der Parallelführung werden durch die eingeschliffenen Biegegelenke 11 gebildet.

Auf dem unteren Lenker 7 ist ein Schraubenbolzen 12 befestigt, der ein mit Gewinde versehenes Gewicht IJ zum Einstellen der Empfindlichkeit der Parallelführung trägt.

- ίο -

I 1 t I ^,

• * ■ » 1

1 I · I I I I I Ii ι

An einem mit dem beweglichen Teil 9 fest verbundenen Ausleger 14 greift auf der Mittellinie des von den Lenkern gebildeten Dreiecks die Tarierkraft T an, welche durch ein - hier nicht gezeigtes - elastisches Kraftglied ausgeübt wird und wenigstens näherungsweise auf der gleichen Wirkungslinie wie die durch das Wägegut in der Mitte der Waagschale IO ausgeübte Kraft P liegt.

Eine Zugfeder 15, befestigt einerseits an eivwm Ausleger der Waagschale 10 und andererseits an einem ortsfesten, zum Waagengehäus gehörenden Halter 17, sorgt dafür, dass der obere Lenker 7 stets unter Zugspannung steht.

Zur Feinjustierung des vertikalen Abstandes der Lenkereinspannstellen 8 dient die Schraube 1δ, welche im Ansatz der Konsole 6 in einem Gewindeloch höhenverstellt werden kann.

Eine Variante der neuenmga gemässen Parallelführung zeigen die Fig. 3 und 4. Hier ist der Parallelführung 6,7,8,9 eine zweite Parallelführung überlagert, bestehend aus den Lenkern 20 und dem Schalenträger 21, auf dem die Waagschale 10 ruht. Eine unzulässig grosse Auslenkung der Parallelführungen wird durch den an der Grundplatte 5 vorgesehenen Anschlag 22 verhindert.

Die Feinjustierung der Parallelführung 6,7,8,9 geschieht bei dieser Ausführung folgendermassen: In der Konsole 6 sind Aussparungen 23 und Schlitze 24 eingelassen. In

- 11 -

durch seitliche Ausnehmungen 25 gebildeten Ansätzen 26 laufen in Gewindelöchern zwei Schrauben 27, mittels welcher der vertikale Abstand zwischen den Einspannstcllen 8 der Dreiecklenker 7 entsprechend dem durch die Aussparungen und 24 bewirkten hartelastischen Verhalten der äusseren Teile der Konsole 6 einjustiert werden kann.

Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Mittel zur Anzeige der Auslenkung, beispielsweise elektrische Abtast,vorrichtungen, als für die vorliegende Neuerung unerheblich nicht dargestellt worden.

Die neuerungs^emässe Parallelführung wurde anhand ihrer Verwendung in oberschaligen Waagen erläutert. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Anwendungsmöglichkeiten bestehen, beispielsweise für genaue optische !führungen sowie generell für genaue mechanische Parallelführungen.

- 12 -

Claims (12)

Schutzansprüche

1. Parallelführung, insbesondere für oberschalige Waagen,
bei welcher der bewegliche Teil der Führung mit dem
ortsfesten Teil durch zwei elastische Lenker gleicher
Länge unter Bildung eines Parallelogramms verbunden
ist, wobei die Lenker an einer Stelle mit dem beweglichen Teil und an zwei Stellen mit dem ortsfesten
Teil der Führung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenker (7) im wesentlichen die Form eines Dreiecks aufweisen und die Lagerstellen wenigstens näherungsweise in den Eckpunkten dieses Dreiecks liegen.

2. Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreieck ein gleichseitiges Dreieck ist.

3. Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreieck eine innere Ausnehmung von wenigstens näherungsweise dreieckförmiger Gestalt aufweist.

4. Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenker einteilig sind.

5. Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Lenkec eine andere Biegesteifigkeit aufweist als der untere.

6. Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen in den Eckpunkten des Dreiecks
durch elastische Biegegelenke (11) gebildet werden.

• » ■ » ι

7. Parallelführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Biege~ 'enke an der Seite des beweglichen Teils (9) eine gr^ssere Biegesteifigkeit aufweisen als ein einzelnes Biegegelenk an der Seite des ortsfesten Teils (6).

8. Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine horizontal auf den beweglichen Teil der Führung einwirkende elastische Kraft (15) der obere und/oder der untere Lenker stets auf Zug beansprucht werden.

9. Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelität der Lenker untereinander mit zwei Stellschrauben (l8), welche nahe dem festen Teil (6) der Führung auf einen der Lenker einwirken, justiert wird.

10. Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelität der Lenker untereinander durch elastische Aenderung der Länge des ortsfesten oder beweglichen Teils der Führung zwischen den Befestigungsstellen (8) der Lenker justiert wird.

11. Oberschalige Waage mit Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem der Lenker ein vertikal verstellbares Zusatzgewicht (13) zur Feineinstellung der Empfindlichkeit angebracht ist.

- it -

12. Oberschalige Waage mit Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Gewichtskräfte des Wägeguts als auch etwaige Tarierkräfte wenigstens näherungsweise in der elastischen Mitte der Lenker auf diese einwirken.

IJ). Oberschalige Waage mit Parallelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den beweglichen Teil der Führung (9) mit dem Schalenträger (21) verbindende zweite Parallelführung (20) mit durch wenigstens einen Anschlag (22) begrenztem Weg zum Schutz der ersten Parallelführung vor Ueberlastung vorgesehen ist.