DE19953987B4

DE19953987B4 - Hebelsystem für eine Waage

Info

Publication number: DE19953987B4
Application number: DE19953987A
Authority: DE
Inventors: Jean-Christoph Emery; Marc Iseli
Original assignee: Mettler Toledo Schweiz GmbH; Mettler Toledo GmbH Switzerland
Current assignee: Mettler Toledo GmbH Switzerland
Priority date: 1998-11-16
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: US6414252B1; US20020050412A1; DE19953987A1

Abstract

Hebelsystem (1, 2, 4, 5, 5a, 5b, 6, 6a, 6b, 7, 11, 22, 23, 24, 25, 26) 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, 2, 4, 5, 5a, 5b, 6, 6a, 6b, 7, 11, 22, 23, 24, 25, 26) gekoppelten, als zusammengesetzter Block (1) oder als monolitischer Block (1a) ausgebildeten Körper verbunden ist, wobei das Hebelsystem (1, 2, 4, 5, 5a, 5b, 6, 6a, 6b, 7, 11, 22, 23, 24, 25, 26) eine Aufnahmeanordnung (17) für ein Kalibriergewicht an einem Übersetzungshebel (7 oder 6, 7, 11) aufweist, ausschließlich die vom Kalibriergewicht (18) und/oder von einem Dämpfungselement (15, 16) ausgeübte Kraft bezüglich des den Kraftaufnehmer (14) aufweisenden Körpers übersetzt und wobei wenigstens ein Hebel (5 oder 5a, 5b, 6a, 6b) sowie wenigstens eine Koppel (4 oder 22 und 25) aus dem...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hebelsystem für eine Waage mit einem elektrischen und/oder optischen Kraftaufnehmer zur Abgabe von dem jeweiligen Gewicht eines Gegenstandes entsprechenden Signalen. 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. Das Hebelsystem dient der Kalibrierung und/oder Dämpfung.
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.

Aus der DE 196 05 087 C2 ist ein Hebelsystem für eine Waage mit einem Kraftaufnehmer zur Abgabe von dem jeweiligen Gewicht eines Gegenstandes entsprechenden Signalen bekannt, bei dem der Kraftaufnehmer mit einem mit dem Hebelsystem gekoppelten Körper verbunden ist und das Hebelsystem eine Aufnahmeanordnung für ein Kalibriergewicht aufweist. Das Hebelsystem ist dabei aus einem den Körper bildenden Block ausgebildet und dient der Übersetzung der durch das Kalibriergewicht ausgeübten Kraft. Maßnahmen zur Dämpfung des Hebelsystems sind nicht vorgesehen. Außerdem ist das Hebelsystem mit dem Hebelsystem des Wägemechanismuses derart zusammengeführt, daß ein identischer Teil der Hebelsysteme sowohl dem Wägen als auch dem Kalibrieren dient. Wenn in diesem identischen Teil der Hebelsysteme im Verlauf der Lebensdauer einer Waage Übersetzungsfehler auftreten, so ist es nicht möglich, diese Fehlerquelle für den Wägevorgang durch Kalibrierung zu eliminieren, da die Kalibrierung durch dieselbe Fehlerquelle verfälscht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kalibrierbarkeit und/oder die Dämpfung gattungsgemäßer Hebelsysteme zu verbessern. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch die 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:
1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Hebelsystems, von dem
2 eine Seitenansicht im Sinne des Pfeiles II der 1,
3 eine Draufsicht im Sinne des Pfeiles III der 1 und
4 eine Stirnansicht im Sinne des Pfeiles IV der 1 ist;
5 eine der 2 entsprechende Seitenansicht einer besonders bevorzugten Ausführungsform.
Gemäß den 1 bis 4 weist ein Hebelsystem für eine Waage einen Block 1, vorzugsweise in monolitischer Ausführung (Block 1a, 5) 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 (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 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 (2) des Blockes 1 befestigten elektrischen Kraftaufnehmer in Form eines Dehungsmeßstreifens 14 (in 1 lediglich strich-punktiert angedeutet) übertragen.
Wie besonders aus 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 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 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 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.
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 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 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 für einen darauf aufliegenden, in 5 nicht gezeigten Dehnungsmessstreifen (vgl. 14 in 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, 1a: Block
2: Gelenkstelle
4: Koppel
5, 5a, 5b: Hebel
6, 6a, 6b: 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

Hebelsystem (1, 2, 4, 5, 5a, 5b, 6, 6a, 6b, 7, 11, 22, 23, 24, 25, 26) 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, 2, 4, 5, 5a, 5b, 6, 6a, 6b, 7, 11, 22, 23, 24, 25, 26) gekoppelten, als zusammengesetzter Block (1) oder als monolitischer Block (1a) ausgebildeten Körper verbunden ist, wobei das Hebelsystem (1, 2, 4, 5, 5a, 5b, 6, 6a, 6b, 7, 11, 22, 23, 24, 25, 26) eine Aufnahmeanordnung (17) für ein Kalibriergewicht an einem Übersetzungshebel (7 oder 6, 7, 11) aufweist, ausschließlich die vom Kalibriergewicht (18) und/oder von einem Dämpfungselement (15, 16) ausgeübte Kraft bezüglich des den Kraftaufnehmer (14) aufweisenden Körpers übersetzt und wobei wenigstens ein Hebel (5 oder 5a, 5b, 6a, 6b) sowie wenigstens eine Koppel (4 oder 22 und 25) aus dem Block (1 oder 1a) ausgebildet ist.
Hebelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Hebel (5a, 5b, 6a, 6b) sowie die wenigstens eine Koppel (22, 25) aus einem monolitischen Block (1a) ausgeschnitten sind.
Hebelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in symmetrischer Anordnung zwei Hebel (5) und zwei Koppeln (4) aus zwei Seitenplatten eines zusammengesetzten Blocks (1) ausgeschnitten sind und mit den Hebeln (5) jeweils einer von zwei symmetrisch angeordneten Hebelarmen (6, 7) des Übersetzungshebels (7) verbunden sind.
Hebelsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschneiden des wenigstens einen Hebels (5, 5a, 5b, 6a, 6b) und der wenigstens einen Koppel (4, 22, 25) durch Erodieren erfolgt ist.
Hebelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebelsystem (1, 2, 4, 5a, 5b, 6, 6a, 6b, 7, 11, 22, 23, 24, 25, 26) die Kraft am Auflagepunkt (21, 21') für die Last auf den Block (1 oder 1a) überträgt.
Hebelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine weitere Übersetzung mindestens zwei über eine Koppel (22) zusammenwirkende Hebel (5a, 5b und 6a, 6b) vorgesehen sind.
Hebelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungshebel (7 oder 6, 7, 11) aus Metall besteht und ihm mindestens ein induktives Dämpfungselement (15, 16) zur Ausbildung von Schwingungen dämpfenden Wirbelströmen zugeordnet ist.
Hebelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dämpfungselement (15, 16) ein Permanentmagnet ist.
Hebelsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungshebel (7 oder 6, 7, 11) außerhalb des Blocks (1 oder 1a) angeordnet ist, die Länge des Blocks (1 oder 1a) überragt und an diesem freien Ende die Aufnahmeanordnung (17) für das Kalibriergewicht (18) aufweist.
Waage, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Hebelsystem (1, 2, 4, 5a, 5b, 6, 6a, 6b, 7, 11, 22, 23, 24, 25, 26) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgestattet ist.