DE19953987A1 - Hebelsystem für eine Waage - Google Patents
Hebelsystem für eine WaageInfo
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Abstract
An einem Hebelsystem (1, 7) für eine Waage ist ein elektrischer Kraftaufnehmer, insbesondere ein Dehnungsmessstreifen (14), zur Abgabe von dem jeweiligen Gewicht einer Last entsprechenden Signalen vorgesehen. Der Kraftaufnehmer ist mit einem mit dem Hebelsystem (1, 7) gekoppelten Körper (1) verbunden. Das Hebelsystem (1, 7) weist eine Aufnahmeanordnung (17) für ein Kalibriergewicht (18) auf, die an einem, bezüglich des den elektrischen Kraftaufnehmer (14) aufweisenden Körper (1), Übersetzungshebel (7) derart angeordnet ist, dass die vom Kalibriergewicht (18) und/oder von einem Dämpfungselement (15, 16) ausgeübte Kraft übersetzt wird.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hebelsystem nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1. Dabei fungiert als elektrischer Kraftaufnehmer im allgemeinen ein
Dehnungsmeßstreifen, obwohl prinzipiell auch piezoelektrische und andere bekannte
Mittel einsetzbar wären. Als optischer Kraftaufnehmer kann ein an sich bekanntes
Interferometer, beispielsweise ein Michelson-Interferometer in Betracht kommen.
Derartige Hebelsysteme sind in Waagen eingebaut, und die Waagen werden
mindestens nach der Fertigung kalibriert, meistens sogar neuerlich in einigen
Zeitabständen. Dabei weist zwar das Hebelsystem eine Aufnahmeanordnung für ein
Kalibriergewicht auf, doch besteht diese Aufnahmeanordnung im allgemeinen aus
der Waagschale bzw. der Aufnahmeanordnung für den zu wiegenden Gegenstand
selbst. Dies bedeutet, daß unter Umständen sehr schwere Kalibriergewichte auf die
Waage gebracht werden müssen bzw. es für das Hebelsystem allein - das ja im
allgemeinen ein gesondertes Einbauteil darstellt - kaum möglich ist, ein
Kalibriergewicht großer Masse vernünftig daran anzubringen. Ähnliche
Schwierigkeiten ergeben sich, wenn man die auftretenden Schwingungen eines
solchen Hebelsystems wirksam dämpfen will.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kalibrierbarkeit und/oder die
Dämpfung gattungsgemäßer Hebelsysteme zu verbessern und dies erfolgt
erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Die gattungsgemäße Art ist besonders für Waagen für größere Maximalgewichte
geeignet, bei denen die Kalibrierung nach dem Stande der Technik daher besonders
schwierig ist. Dadurch aber, daß ein Übersetzungshebel (der Begriff "Übersetzung"
ist hier in der im Anspruch 1 definierten Richtung gemeint, wogegen es sich in der
anderen Richtung natürlich um eine Untersetzung handelt) derart angeordnet ist,
daß die vom Kalibriergewicht und/oder von einem Dämpfungselement ausgeübte
Kraft übersetzt wird, kommt man mit einem kleineren Kalibriergewicht aus und kann
so auch gattungsgemäße Hebelsysteme und damit ausgestattete Waagen leicht
kalibrieren, aber auch sehr wirksam dämpfen.
Dabei sind zwei vorteilhafte Ausführungen denkbar. Entweder ist die Anordnung so
getroffen, daß der Übersetzungshebel zusammen mit wenigstens einem Teil des
Hebelsystems, gegebenenfalls aber auch des gesamten Hebelsystems, als aus
einem Block ausgeschnittener und am Block vorgesehener Hebel gestaltet ist, was
die Herstellung des Hebelsystems vereinfacht und eine kompaktere Ausführung
liefert. Oder es ist der Übersetzungshebel als an dem Block befestigter und diesen
überragender Hebel ausgebildet, wodurch der Block selbst relativ klein und leicht
ausgebildet und dennoch eine sehr große Übersetzung erzielt werden kann.
In jedem Falle ist es bei Verwendung eines Blockes günstig, wenn an dem Block der
elektrische Kraftaufnehmer befestigt ist und nicht etwa an einem gesonderten
Hebelsystem oder Übertragungsglied.
Es ist klar, daß solche Hebelsysteme prinzipielle Feder-Masse-Systeme darstellen,
die zu Schwingungen neigen. Zur Milderung dieses Problems läßt sich die Erfindung
in sehr vorteilhafter Weise derart einsetzen, daß dem aus Metall bestehenden
Übertragungshebel zusätzlich mindestens ein induktives Dämpfungselement,
insbesondere in Form eines Permanentmagneten, zur Ausbildung von
Schwingungen dämpfenden Wirbelströmen zugeordnet ist.
Es hat sich gezeigt, daß eine Ausführung, bei der das induktive Dämpfungselement
an einer Seite der Längserstreckung des Übertragungshebels angeordnet ist,
besonders gute Ergebnisse liefert, obwohl man ja eigentlich erwarten sollte, daß
man an der Stirnseite des Hebels eine bessere Dämpfungskraft erhalten würde.
Diese Anordnung kann aber erfindungsgemäß noch weiter und mit noch besseren
Ergebnissen ergänzt werden, wenn mindestens zwei induktive Dämpfungselemente
jeweils an einer Seite der Längserstreckung des Übertragungshebels angeordnet
sind. "Mindestens zwei" heißt hier, daß die Seite eines Hebels, und gar einen
natürlich relativ großen Übersetzungshebels, natürlich Platz genug für mehr als zwei
solcher Dämpfungselemente bietet. Anderseits schließt eine solche Lösung nicht
aus, daß man ein drittes Dämpfungselement etwa an die Stirnseite des
Übertragungshebels setzt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden
Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Hebelsystems, von dem
Fig. 2 eine Seitenansicht im Sinne des Pfeiles II der Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht im Sinne des Pfeiles III der Fig. 1 und
Fig. 4 eine Stirnansicht im Sinne des Pfeiles IV der Fig. 1 ist;
Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Seitenansicht einer besonders bevorzugten
Ausführungsform.
Gemäß den Fig. 1 bis 4 weist ein Hebelsystem für eine Waage einen Block 1,
vorzugsweise in monolitischer Ausführung, auf, wie er für Waagen als Teil eines
Hebelsystems beispielsweise aus der EP-B-0 612 985 bekannt geworden ist. Die
Ausbildung eines solchen Blockes 1 kann beispielhaft dieser EP-B- entnommen
werden, deren Inhalt hier durch Bezugnahme als geoffenbart gelten soll. Nur kurz sei
hier erwähnt, daß es sich dabei um ein Hebelwerk mit aus einem Block durch
Erosion ausgeschnittenen Hebelarmen handelt, die um verdünnte Materialstellen
schwenkbar sind und an sich jede als zweckmäßig erscheinende Konfiguration
annehmen können.
Es versteht sich, daß ein solcher Block 1 im allgemeinen größer als der größte in ihm
vorgesehene Hebel sein muß. Für längere Hebel wird daher der Block 1 relativ lang
und entsprechend schwer ausfallen. Insofern ist man also damit hinsichtlich der
Hebellänge etwas eingeschränkt. Um nun aber eine besonders große
Hebelübersetzung zu erreichen, ist ein um eine geschwächte Gelenkstelle 2 (Fig. 1,
2), unter der Wirkung der Materialelastizität federnd schwenkbarer, mit einem
weiteren Hebel 7 über eine Koppel 4 verbundener Hebel 5 vorgesehen, an dem
außerhalb des Blockes 1 zwei lange Hebelarme 6, 7 über zwei Befestigungslöcher 8,
9 und in diese gesteckte Befestigungsstifte 10 befestigt sind. Wie aus den Fig. 1 bis
3 ersichtlich ist, übersteigt die Länge der an ihrem Ende durch einen Bügelabschnitt
11 miteinander verbundenen Hebelarme 6, 7 die Länge des Blockes 1 beträchtlich,
ohne wesentlich zum Gesamtgewicht beizutragen. Dadurch wird jegliche
Krafteinwirkung auf diesen Übersetzungshebel 6, 7 in sehr wirksamer Weise auf das
Hebelwerk des Blockes 1 und damit letzten Endes auf einen oberhalb (und/oder
unterhalb) zweier Biegestellen 12 und 13 (Fig. 2) des Blockes 1 befestigten
elektrischen Kraftaufnehmer in Form eines Dehnungsmeßstreifens 14 (in Fig. 1
lediglich strich-punktiert angedeutet) übertragen.
Wie besonders aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegen bevorzugt den Seiten der Hebelarme
6, 7 möglichst weit im Bereiche von deren freien Enden Permanentmagnete 15, 16
gegenüber, so daß jegliche Bewegung der Hebelarme 6, 7 durch Ausbildung von
Wirbelströmen innerhalb der aus Metall bestehenden Hebelarme 6, 7 gedämpft wird.
Die hier gezeigte Anordnung ist natürlich nur ein mögliches Beispiel unter vielen,
wenngleich es sich als besonders vorteilhaft gezeigt hat. Beispielsweise könnten
solche Permanentmagnete nicht nur an den Außenseiten der Arme 6, 7 vorgesehen
sein, sondern auch auch an der gegenüberliegenden Innenseite. Ferner können in
einer Reihe mehr als ein Permanentmagnet entlang der Arme 6, 7 angeordnet sein,
obwohl die Anordnung im Bereich der freien Enden natürlich die höchste
Dämpfungskraft ergibt. Schließlich könnte ein Dämpfungsmagnet auch im
stirnseitigen Bereich des Bügels 11 angeordnet werden.
Wie fernerhin aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist das freie Ende der Hebelarme
6, 7 eine Aufnahmeanordnung 17 für ein Kalibriergewicht 18 auf. Wie besonders
deutlich aus den Fig. 3 und 4 zu ersehen ist, besteht diese Anordnung einfach aus
einander gegenüberliegenden Ausnehmungen in den Hebelarmen 6, 7. Dabei ist es
zur Vermeidung einer undefinierten Lage des Kalibriergewichtes 18 vorteilhaft, wenn
diese Ausnehmungen in der in Fig. 3 angedeuteten Weise mindestens teilweise V-
förmig sind, um darin die zylindrische Achse 18' des Kalibriergewichtes 18
aufzunehmen. Es versteht sich, daß dies eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung
darstellt, denn an sich wäre es auch möglich, eine etwa dreieckförmige oder
prismatisch geformte Achse 18' in eine entsprechend geformte Ausnehmung zu
setzen. Auch könnte die Aufnahme 17 durch Vorsprünge an den Hebelarmen 6, 7
gebildet sein, was aber fertigungstechnisch weniger bevorzugt ist. In jedem Falle
wird so das zum Kalibrieren dienende Gewicht erheblich reduziert und leichter
handhabbar.
Der Vorteil der Hebelübersetzung für das Kalibriergewicht wird dadurch erreicht,
dass die Waagschale (in den Fig. 1 bis 4 nicht dargestellt) an der Stelle des
Blocks 1 befestigt wird, an der das Hebelsystem die Kraft des Kalibriergewichts auf
den Block 1 überträgt, nämlich der Aufnahmestelle 21. Zur Befestigung der
Waagschale dienen die Löcher 19. Die Hebelverhältnisse im Block 1 bezogen auf
den Abstand der Aufnahmeanordnung 17 des Kalibriergewichts müssen so
angepasst sein, dass das Kalibriergewicht die richtige Belastung des Blocks 1
erzeugt. Die Ständerseite 20 befindet sich am anderen Ende des Blocks 1.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Blockes 1a. In der folgenden
Beschreibung dieses Ausführungsbeispieles werden Teile gleicher Funktion mit
denselben Bezugszeichen, wie in den zuvor besprochenen Figuren, Teile nur
ähnlicher Funktion mit denselben, aber mit einem Zusatzbuchstaben versehenen
Bezugszeichen bezeichnet, so daß sich eine nochmalige Beschreibung dieser Teile
im einzelnen erübrigt.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform eines Blockes 1a ist der
Übersetzungshebel 7 lediglich schematisch angedeutet. Er wird - wie im vorigen
Beispiel - über Befestigungslöcher 8, 9 und darin gesteckte Stifte (vgl. 10 in den
vorigen Figuren) am Hebel 5a befestigt, der um die Gelenkstelle 2 schwenkbar ist.
Der Hebel 5a ist ein zweiarmiger Hebel mit einem nach rechts von der Gelenkstelle 2
ragenden, relativ kurzen Hebelarm 5b, so dass das bei 17 auf den
Übersetzungshebel 7 gelegte Kalibriergewicht M im Verhältnis der Hebel 7 und 5b
untersetzt und auf eine Koppel 22 übertragen wird. Diese Koppel 22 ist über eine
Gelenkstelle 23 mit dem Ende eines um eine weitere, fixe Gelenkstelle 24
schwenkenden, relativ langen Armes 6a verbunden, der seinerseits wiederum Teil
eines zweiarmigen Hebels mit einem weiteren, kurzen Arm 6b ist. Auf diese Weise
kommt es zu einer weiteren Über- bzw. Untersetzung des an die Stelle 17 gelegten
Kalibriergewichttes.
Diese Übersetzung bezieht sich auch nicht zuletzt auf das Verhältnis zur auf die
Waage aufgelegten Last. Der Auflagepunkt für die Last ist in Fig. 5 wieder mit 21
bzw. 21' bezeichnet, wobei die Last F bei 21' aufgelegt wird und bei 21 über eine
Koppel 25 und anschliessend über ein Gelenk 26 auf den Hebelarm 6b einwirkt.
Auch hier stellen die Punkte 12 und 13 Biegestellen füer einen darauf aufliegenden,
in Fig. 5 nicht gezeigten Dehnungsmessstreifen (vgl. 14 in Fig. 1-4) dar. Auch
versteht es sich, dass dem Übersetzungshebel 7 in vorteilhafter Weise wieder
Dämpfungsmagnete, wie die Magnete 15, 16 in den vorigen Figuren, zugeordnet
werden können.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich; so könnte im
Prinzip natürlich auch der Hebel 7 Teil des Blockes 1 sein, doch würde dieser
dadurch übermässig gross und schwer, weshalb die gezeigte Ausbildung mit einem
am Block 1 befestigten Hebel 7 bevorzugt ist. Theoretisch könnten die
Dämpfungselemente auch von Elektromagneten an Stelle der gezeigten
Permanentmagnete 15, 16 gebildet sein, doch erscheint dies als weniger
zweckmässig.
1
,
1
a Block
2
Gelenkstelle
4
Koppel
5
,
5
a,
5
b Hebel
6
,
6
a,
6
b Hebel
7
Hebel
8
Befestigungslöcher
9
Befestigungslöcher
10
Befestigungsstifte
11
Bügelabschnitt
12
Biegestelle
13
Biegestelle
14
Dehnungsmessstreifen
15
Permanetmagnete
16
Permanetmagnete
17
Aufnahmeanordnung
18
Kalibriergewicht .
18
' Achse
19
Löcher
20
Ständerseite
21
Aufnahmestelle
21
' Auflagepunkt
22
Koppel
23
Gelenkstelle
24
Gelenkstelle
25
Koppel
26
Gelenk
Claims (7)
1. Hebelsystem (1, 7) für eine Waage mit einem elektrischen (14) und/oder
optischen Kraftaufnehmer zur Abgabe von dem jeweiligen Gewicht eines
Gegenstandes entsprechenden Signalen, der mit einem mit dem Hebelsystem (1, 7)
gekoppelten Körper (1) verbunden ist und das Hebelsystem (1, 7) eine
Aufnahmeanordnung (17) für ein Kalibriergewicht aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß diese Anordnung an einem Übersetzungshebel (7) derart
angebracht ist, daß die vom Kalibriergewicht (18) und/oder von einem
Dämpfungselement (15, 16) ausgeübte Kraft bezüglich des den Kraftaufnehmer (14)
aufweisenden Körpers (1) übersetzt wird, wobei wenigstens ein Teil des
Hebelsystems (1, 7), gegebenenfalls das gesamte Hebelsystem (1, 7) aus einem
Block (1) ausgebildet ist.
2. Hebelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Übersetzungshebel (7) als an dem Block (1) befestigter und diesen überragender
Hebel (7) ausgebildet ist.
3. Hebelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem
Block (1) der elektrische und/oder optischer Kraftaufnehmer (14) befestigt ist.
4. Hebelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß im Block (1) eine weitere Übersetzung des Kalibriergewichtes (18) vorgesehen
ist.
5. Hebelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß dem aus Metall bestehenden Übertragungshebel (7) zusätzlich
mindestens ein induktives Dämpfungselement (15, 16), insbesondere in Form eines
Permanentmagneten, zur Ausbildung von Schwingungen dämpfenden
Wirbelströmen zugeordnet ist.
6. Hebelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive
Dämpfungselement (15, 16) an einer Seite der Längserstreckung des
Übertragungshebels (7) angeordnet ist.
7. Hebelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
zwei induktive Dämpfungselemente (15, 16) jeweils an einer Seite der
Längserstreckung des Übertragungshebels (7) angeordnet sind.
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