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Waage zum Wiegen von Wägegut mit einem Gestell - Dokument DE2709874C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE2709874C2 16.07.1987
Titel Waage zum Wiegen von Wägegut mit einem Gestell
Anmelder Pitney Bowes, Inc., Stamford, Conn., US
Erfinder Dlugos, Daniel Frank, Huntington, Conn., US
Vertreter Eitle, W., Dipl.-Ing.; Hoffmann, K., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Lehn, W., Dipl.-Ing.; Füchsle, K., Dipl.-Ing.; Hansen, B., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Brauns, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Görg, K., Dipl.-Ing.; Kohlmann, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anw.; Nette, A., Rechtsanw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 07.03.1977
DE-Aktenzeichen 2709874
Offenlegungstag 15.09.1977
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.07.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.07.1987
IPC-Hauptklasse G01G 23/32

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Waage zum Wiegen von Wägegut mit einem Gestell, mit einem vom Gestell getragenen, verschiebbaren Wägeaufbau, mit einer der Verschiebung des Wägeaufbaus entgegenwirkenden Federanordnung, mit einer Lichtdetektorvorrichtung zur Ermittlung der vom Gewicht des Wägegutes abhängigen Verschiebung des Wägeaufbaus durch verschiebungsabhängige Beeinflussung von Lichtdetektoren durch ein Lichtstrahlenbündel einer Lichtquelle und mit einer Justiervorrichtung zur Winkelverstellung der Lichtdetektorvorrichtung gegenüber der Verschiebungseinrichtung des Wägeaufbaus in Abhängigkeit von der Toleranzschwankung der Federkonstanten der Federanordnung.

Aus der DE-OS 25 24 765 ist eine Photodetektoranordnung bekannt, welche aus einer vorgegebenen Anzahl von Lichtdetektoren besteht, die durch einen Lichtstrahl beeinflußbar sind, der von einer Lichtquelle herrührt. Die Zahl der beleuchteten und nicht beleuchteten Lichtdetektoren ist ein Maß für die Auslenkung des Wegeaufbaus gegen die Kraft einer Federanordnung. Da die Federkonstante der Federanordnung Toleranzschwankungen unterliegt, ist bei der bekannten Waage eine Justiervorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe die Lichtdetektoranordnung um eine Achse schwenkbar ist, um auf diese Weise den auf die Vertikale projizierten Abstand jeweils zwischen zwei benachbarten Lichtelementen entsprechend zu variieren.

Bei senkrechter Anordnung der Lichtdetektorreihe ist der wirksame Abstand gleich dem tatsächlichen Abstand zwischen zwei benachbarten Lichtdetektoren. Je mehr die Lichtdetektorsäule geneigt wird, desto geringer wird der jeweilige projizierte Nachbarabstand. Auf diese Weise kann die auf eine Gewichtseinheit bezogene Verschiebung des Wägeaufbaus entgegen der Kraft der Blattfedern angeglichen werden an die Nachbarabstände der Lichtdetektoren.

Solche Justiermaßnahmen sind jedoch nicht ausreichend, um die Federkonstanten-Toleranzschwankungen aufzufangen. Insbesondere ist es bei dieser bekannten Waage notwendig, über den gesamten Auslenkbereich des Wägeaufbaus Photodetektoren vorzusehen, so daß ein relativ großer Auslenk- oder Biegebereich der Blattfedern erfaßt werden muß.

Aufgrund des relativ langen Lichtweges zwischen der Lichtquelle und den Photodetektoren besteht außerdem der Nachteil, daß Verschiebungen und Ungenauigkeiten in der Strahlenführung auftreten können. Da bei der bekannten Waage der gesamte Auslenk- und Verschiebebereich des Wägeaufbaus durch Lichtdetektoren erfaßt werden muß, ist es notwendig, bei entsprechend hoher gewünschter Empfindlichkeit eine entsprechend große Anzahl von Lichtdetektoren vorzusehen. Dies bedeutet, daß die Lichtdetektoren untereinander gleiche Abstände aufweisen müssen. Toleranzschwankungen dürfen hierbei nicht auftreten. Andererseits ist es zur Erzielung einer genügend großen Empfindlichkeit notwendig, daß die Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten Lichtdetektoren möglichst gering gewählt werden. Die Empfindlichkeit ist jedoch nur dann entsprechend groß, wenn der gesamte Auslenk- und Verschiebebereich des Wägeaufbaus bezogen auf den Abstand zwischen zwei benachbarten Lichtdetektoren entsprechend groß ist. Toleranzschwankungen der Federkonstante sind allenfalls nur dann kompensierbar, wenn die Hell/Dunkelkante des Lichtstrahles sich bei Drehen der Lichtdetektorreihe erkannbar nach oben oder unten verschiebt. Hierdurch würde nach der Durchführung der Justierdrehung der Lichtdetektorreihe die Hell/Dunkelkante des Lichtstrahls bei einem Normgewicht immer die gleiche Anzahl von beleuchteten und nicht beleuchteten Lichtdetektoren ergeben. Dies dient zur Nullpunktkorrektur der Waage mittels eines Elektromotors über eine Gewindespindel und eine Zugfeder. Des weiteren ist es nachteilig, daß für die fortlaufende Gewichtsportoaufschläge eine Einzeleinstellung des jeweiligen Umschaltpunktes erforderlich ist, an dem der jeweilige Photodetektor umschaltet. Der Umschaltpunkt bzw. Pegel ist äußerst kritisch. Die Vornahme einer Endeinstellung ist aufgrund der Toleranzerfordernisse schwierig und zeitraubend. Wie bereits eingangs erwähnt, kann die Projektionsstrecke für die bekannte Waage bis zu 60 cm betragen. Aufgrund dieser langen Projektionsstrecke und aufgrund der kritischen Umschaltpunkte für die Photodetektoren wirken sich Erschütterungen und andere Einflüsse der Umgebung stark auf die Genauigkeit der Waage aus.

Aus der US-PS 37 13 139 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung von Verschiebungen bekannt. Die Verschiebungen werden dadurch gemessen, daß zwei Gittersätze mit je einem Gitter zur Erzeugung eines Moir}-Musters von optischen Interferenzlinien vorgesehen sind. Beide Gittersätze werden von einer Lichtquelle bestrahlt. Im Strahlengang der beiden relativ zueinander verschiebbaren Gitterstrukturen befinden sich vier Lichtdetektorzeilen nebeneinander. Sie sind derart angeordnet, daß jede der Lichtdetektorzeilen einen bestimmten Phasenverlauf eines Moir}-Interferenzmusters wiedergibt. Die erste Lichtdetektorzeile bildet die Referenzzeile mit dem Winkel Null. Die zweite Lichtdetektorzeile ist derart gegenüber der ersten versetzt angeordnet, daß sie elektrische Wechselsignale des Moir}-Musters mit einer Phasenverschiebung von 90° wiedergibt. Die beiden weiteren Lichtdetektoren sind ebenfalls untereinander und in Bezug auf die jeweils vorhergehende Lichtdetektorzeile um 90° phasenverschoben.

Diese bekannte Meßvorrichtung enthält keinerlei Angaben über die Möglichkeit einer Justierung infolge von Toleranzschwankungen von Fehlern. Diese bekannte Vorrichtung enthält darüber hinaus keinerlei Angaben über die Anwendung einer Moir}-Mustererkennungsvorrichtung bei Waagen. Des weiteren weist die bekannte Vorrichtung den Nachteil auf, daß die Lichtdetektoreinrichtung mit der Optik zusammen mit dem zugeordneten Gittersatz gemeinsam verschiebbar ist. Dies kann zu Ungenauigkeiten in der Ablesung führen, da das Bewegungsspiel nicht zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit und Empfindlichkeit beiträgt. Eine genaue Kompensierung von Toleranzfehlern ist mit Hilfe dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Ausgabe zugrunde, eine Waage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der durch Verringerung der Anzahl der Lichtdetektoren und durch Verringerung des Lichtweges zwischen der Lichtquelle und der Lichtdetektoren die Genauigkeit in der Bestimmung des Gewichtes durch Auslenkung des Wägeaufbaus erhöht wird. Außerdem soll die Lichtdetektorvorrichtung in einfacher Weise so einstellbar sein, daß Fertigungstoleranzen der Federkonstanten der Federanordnung kompensiert werden können, ohne hierbei die Lichtdetektoren in ihrer Stellung zu verändern.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch

  • a) zwei Gittersätze, die mit je einem Gitter zur Erzeugung eines Moir}-Musters von optischen Interferenzlinien in zwei zueinander parallelen Ebenen senkrecht zum Lichtstrahlenbündel angeordnet sind, wobei die beiden Gitter innerhalb ihrer jeweiligen Gitter-Ebene untereinander einen spitzen Winkel bilden, wobei der erste Gittersatz mit dem Gestell und der zweite Gittersatz mit dem Wägeaufbau verbunden ist, und wobei die Anzahl der bei der Verschiebung des Wägeaufbaus an den Lichtdetektoren vorbeilaufenden optischen Interferenzlinien des Moir}-Musters das Gewicht des Wägegutes bestimmt, und
  • b) durch ein Justierelement, durch das der erste oder zweite Gittersatz um eine Achse senkrecht zu den beiden parallelen Ebenen zwecks Justierung des spitzen Winkels zwischen den beiden Gittern drehbar und nach erfolgter Justierung in der eingestellten Winkellage durch eine Sicherungseinrichtung arretierbar ist.


Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß in zuverlässiger und einfacher Weise eine Waage geschaffen ist, die in Massenfertigung hergestellt werden kann. In einfacher Weise können Federkonstantenabweichungen kompensiert werden. Hierbei können größere Toleranzbreiten der Federkonstanten kompensiert werden. Bei der Kompensierung der Toleranzfehler von Federkonstanten der Federanordnung braucht die Position der Lichtdetektoranordnung sowie der Lichtquelle und der Optik nicht verändert zu werden. Bei Änderung des ohnehin spitzen Winkels der Gitterstrukturen machen sich diese bereits bei geringfügigen Änderungswerten stark bemerkbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine in einem größeren Maßstab gehaltene perspektivische Teilansicht einer Lichtdetektoreinrichtung, wobei in der zeichnerischen Darstellung zur Veranschaulichung der Einzelheiten Teile weggebrochen sind,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Waage, wobei die Lichtdetektoreinrichtung im teilweise auseinandergebauten Zustand dargestellt ist, um die Halterungsanordnung deutlicher zu zeigen, die dazu dient, ein optisches Gitter unter Wahrung der Verstellmöglichkeit mit einem Wägeaufbau in der Weise zu verbinden, daß die Winkelstellung der Gitter zur Kompensation von Unterschiedlichkeiten in den Federkonstanten korrigiert werden kann,

Fig. 3 eine im Ausschnitt dargestellte Schnittansicht der Waage in einem im wesentlichen entlang der Linie 3-3 der Fig. 2 gelegten Schnitt,

Fig. 4 eine in einem größeren Maßstab gehaltene schematische Darstellung des typischen Erscheinungsbildes eines Moir}-Interferenzmusters, wie es von der Lichtdetektoreinrichtung erzeugt werden kann, und

Fig. 5 eine in einem erheblich größeren Maßstab gehaltene schematisierte Darstellung eines Moir}-Interferenzmusters zur Veranschaulichung der Federkonstanten-Kompensationswirkung von Änderungen im Gitterwinkel des beweglichen Gittersatzes.

Zur Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform sei nun auf die Einzelheiten der Zeichnungen eingegangen, in denen die Bezugszahl 10 eine Blattfederwaage bezeichnet (in Fig. 2 dargestellt), wie sie in der US-PS 38 77 513 beschrieben ist.

Es sei bemerkt, daß die Waage entsprechend ihrer baulichen Eigenart einen im wesentlichen linearen Ausschlag liefert, wenn auf eine von einem Wägeaufbau 12 getragene (nicht dargestellte) Schale unterschiedliche Gewichte aufgelegt werden. Der Wägeaufbau 12 ist an den äußersten Randkanten zweier waagerecht angeordneter, vertikal getrennter breiter Blattfedern 14 und 16 gehaltert. Die Blattfedern sind jeweils am andern Ende an einem geneigten Tragrahmen 18 freitragend gehalten, wie dies in der US-PS 38 77 513 und in der US-PS 38 07 517 näher ausgeführt ist.

In der Waage 10 ist zwischen den Blattfedern 14 und 16 ein Lichtdetektor 20 mit einem Aufbau gemäß der Erfindung angeordnet, damit der senkrechte Ausschlag des Wägeaufbaus festgestellt werden kann, wenn auf den Aufbau 12 eine Last aufgebracht wird. Wie bereits erwähnt wurde, dient das Auswandern eines Moir}streifenmusters im Rahmen der Erfindung zur Feststellung und Messung des Lastgewichts. Zu diesem Zweck sind zwei parallele Strichgittersätze auf transparenten Trägern vorgesehen, wobei der eine dieser Sätze festgelegt ist, während der andere Gittersatz sich mit dem Wägeaufbau 12 in einer zu dem festen Satz parallelen Ebene bewegt. Beispielshalber sei erwähnt, daß es sich bei den Gittern eines jeden dieser Sätze um Ronchi- Strichteilungen mit Abständen von 0,05 mm handelt. Die Teilungsabstände können für die jeweiligen Gittersätze jedoch auch unterschiedlich sein.

Der Lichtdetektor 20 umfaßt ein Wandlergehäuse 22, das an einer Halterungsunterlage 24 verstellbar befestigt ist, die sich von dem Tragrahmen 18 fort erstreckt. Das Wandlergehäuse 22 weist zwei parallele, vertikal gerichtete Arme 26 und 28 auf (Fig. 3), die sich von einem allgemein ebenen Fuß 30 fort erstrecken. Der Fuß 30 ist seinerseits durch übliche Befestigungsmittel mit einer schwalbenschwanzförmig ausgebildeten Halterungsplattform 32 verbunden.

Eine Halterungsplatte 34 verbindet die Halterungsplattform 32 mit der Rahmenhalterungsunterlage 24. Zur Verbindung der Platte 34 mit der schwalbenschwanzförmig ausgebildeten Plattform 32 sind mehrere Schrauben 35 vorgesehen (Fig. 3), die sich durch überdimensionierte Öffnungen in der Halterungsplatte 34 erstrecken und in Gewindeöffnungen in der Plattform 32 eingeschraubt sind.

Ein auf einer ebenen Fläche eines transparenten, beispielsweise aus Glas bestehenden Trägers 40 vorgesehener fester Gittersatz 38 ist am vorderen Ende einer zylindrischen Buchse 42 angeordnet. Die Buchse 42 ist in eine Querbohrung 44 aufgenommen, die sich entlang einer Horizontalachse durch den Wandlerarm 28 erstreckt. Zum Einstellen des Gittersatzes 38 kann die Buchse 42 innerhalb der Bohrung in der Achsrichtung verschoben werden. Ist die gewünschte Gitterlage erreicht, so wird das äußerste Ende der Buchse mit einer Klemmschraube 48 an einem geschlossenen Stellring 46 festgeklemmt.

Eine weitere Verschiebungseinstellung kann dank der Schwalbenschwanzhalterung der Plattform 32 an der Halterungsplatte 34 erzielt werden, die Verschiebungsbewegungen des gesamten Wandlergehäuses 22 in einer Horizontalebene ermöglicht. Hierzu ist ein oberer und ein unterer schwalbenschwanzförmiger Absatz 50 bzw. 52 vorgesehen, die sich beide von der Halterungsplatte 34 fort erstrecken. Die Absätze 50 und 52 sind zum gleitenden Angreifen am oberen bzw. unteren Schwalbenschwanzrand der Halterungsplattform 32 in getrennten Horizontalebenen fest angeordnet.

Die Halterungsplattform 32 wird federnd gegen eine Kugel 51 gedrückt, die in eine ausgehöhlte konische Spitze 53 am Ende einer Stellschraube 54 aufgenommen ist. Die Stellschraube 54 ist in eine Horizontalbohrung eingeschraubt, die sich durch einen senkrechten Flansch 56 hindurcherstreckt, der von einer vertikalen Randkante der Halterungsplatte 34 fortragt. An der entgegengesetzten vertikalen Randkante der Halterungsplatte 34 ist ein weiterer Flansch 58 vorgesehen, der zur Aufnahme einer Spannfeder 60 dient. Durch Drehen der Stellschraube 54 wird also eine Verschiebungsbewegung des gesamten Wandlergehäuses 22 entlang einer Horizontalebene bewirkt.

Ein auf einer ebenen Fläche eines transparenten Trägers 64 vorgesehener beweglicher Gittersatz 62 ist zur Ausführung von Bewegungen in einer Vertikalebene zwischen den Wandlerarmen 26 und 28 angeordnet. Der bewegliche Gitttersatz 62 ist durch eine Halterungsanordnung 66 an dem Wägeaufbau zur Ausführung gemeinsamer Bewegungen befestigt, wobei der Gitterwinkel, d. h. der Winkel zwischen den Strichteilungen des Gittersatzes 62 und einer Horizontalebene, verstellt werden kann, um so einen Korrekturausgleich für Abweichungen in der Federkonstante zu schaffen, wie dies im folgenden noch erläutert werden soll.

In der Darstellung der Fig. 1 ist zu beachten, daß der die ebene Fläche mit den Teilungen des Gittersatzes 62 aufweisende Träger 64 mit der Halterungsanordnung 66 durch eine allgemein rinnenförmig ausgebildete Klammer 68 verbunden ist, die einen oberen und einen unteren Fuß aufweist, der in der Längenerstreckung jeweils kürzer ist, als es der Stärke des Trägers 64 entsprechen würde. Die Klammer 68 und mit dieser der Träger 64 werden durch zwei Befestigungsschrauben 70 an eine ebene Wand eines Zahnradsegments 72 angedrückt. Zwischen die Klammer 68 und den Träger 64 ist eine elastomere Beilage 74 eingefügt. Der Träger 64 wird in die Klammer 68 eingeschoben, bis er gegen zwei Anschlagstifte 75 anliegt, die von dem Zahnsegment fortragen. Werden anschließend die Schrauben 70 festgezogen, so drückt die Klammer 68 die Beilage 74 gegen den Träger 64. Das Zahnsegment 72 ist seinerseits an einem Unterbau 76 verstellbar befestigt, der mit einem Fußflansch 78 in herkömmlicher Weise an einer Halterungserhöhung 80 des Wägeaufbaus 12 montiert ist.

Eine in Achsfluchtung mit der Bohrung 44 vorgesehene Bohrung 82 erstreckt sich durch den Arm 26 des Wandlergehäuses 22, damit der Durchtritt eines Lichtstrahls ermöglicht wird, der mit Hilfe der Gittersätze moduliert werden kann. Eine sicherungsartige Lampenfassung dient zur Halterung einer Glühlampe 84 mit einem im wesentlichen geraden Einzelfaden 86 und einem Reflektorplättchen 88. Die Lampenfassung ist ihrerseits in einer Tragscheibe 90 gehaltert, die an dem Wandlerarm 26 drehbar befestigt ist, wobei sich die Bohrung 82 sowohl durch den Arm 26 als auch durch die Scheibe 90 erstreckt. Die Scheibe 90 wird durch zwei Schrauben 91 in einer gewählten Stellung festgelegt, die sich durch entgegengesetzte bogenförmige Schlitze in der Scheibe hindurcherstrecken und in Gewindeöffnungen in dem Arm 26 eingeschraubt sind. In der Bohrung 82 ist innerhalb des Arms 26 zwischen der Lampe 84 und dem beweglichen Gittersatz 62 eine Kondensorlinse 92 angeordnet, die den Lichtstrahl senkrecht auf die beiden Gittersätze 62 und 38 wirft, durch die er hindurchtritt.

Da die Gitter des festen Gittersatzes 38 mit einem geringfügigen Schrägungswinkel zu den im Idealfall horizontalen Gittern des beweglichen Gittersatzes 62 angeordnet sind, wird der Lichtstrahl durch die Interferenz zwischen den beiden Gittersätzen so moduliert, daß eine Vielzahl von zyklisch-parallelen Moir}streifen entsteht.

Der Wägeaufbau 12 bewegt sich beim Aufbringen einer Last nach unten, und folglich wird dann auch der bewegliche Gittersatz 62 nach unten geführt. Infolge der ausgedehnten seitlichen Breite der Blattfedern 14 und 16 bleibt der Seitenausschlag des beweglichen Gittersatzes 62 bei dieser Abwärtsbewegung minimal. Die Gittersätze 38 und 62 verbleiben also in einer im wesentlichen parallelen Anordnung in einem Abstand voneinander, so daß die Lichtprojektion des Moir}musters mit hoher Auflösungsgüte erfolgen kann. Die Feineinstellung der anfänglichen parallelen Nebeneinanderstellung der Gitter wird durch eine drehende Bewegung des gesamten Wandlergehäuses 22 um einen Befestigungsstift 94 bewirkt, der endseitig mit einem Federring 96 versehen ist. Der Stift 94 erstreckt sich zwischen dem Wandlerfuß 30 und der Halterungsplattform 32. Nachdem die parallele Ausrichtung der Gittersätze durch die Drehungseinstellung des Wandlergehäuses um den Stift 94 erzielt ist, wird die Wandlerstellung durch Anziehen der Befestigungsschrauben 36 festgelegt.

Zur Einstellung des Abstandes der Gittersätze 38 und 62 können sowohl die Verschiebungsbewegung des Wandlergehäuses dienen, die mit Hilfe der Stellschraube 54 herbeigeführt wird, als auch die axiale Einstellung der Buchse 42 in bezug auf den Ring 46.

Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen für eine in einem größeren Maßstab gehaltene schematische Darstellung der Erzeugung eines typischen Moir}-Interferenzmusters, in der ein Teil des beweglichen Gittersatzes 62 mit den einzelnen Gittern 98 gezeigt ist, die hier ihre normale, horizontal ausgerichtete Stellung einnehmen. Der Horizontalstellung bedient man sich unter Idealbedingungen, wenn der faktische Wert der Federkonstante mit dem gewünschten Wert zusammenfällt.

Der feste Gittersatz 38 überschneidet sich in der Darstellung mit dem beweglichen Gittersatz 62 und hat eine kreisförmige Gestalt, da er in die zylindrische Buchse 42 aufgenommen ist (Fig. 3). Der Gittersatz 38 umfaßt eine Vielzahl einzelner Gitter 100, die gegen die Horizontale in einem Schrägungswinkel R ausgerichtet sind. Der Darstellung ist zu entnehmen, daß die Gitter 98 und 100 in der wechselseitigen Überschneidung ein Interferenzmuster erzeugen, das eine Vielzahl von dunklen Moir}streifen aufweist, die im wesentlichen vertikal ausgerichtet sind. Eine vertikale Bewegung des beweglichen Gittersatzes 62 in Richtung des Pfeils 104 bewirkt ein Auswandern der Streifenanordnung 102 nach links in Richtung des Pfeils 106. Die räumlichen Lageverhältnisse sind solcherart, daß sich eine gewählte Streifenanordnung 102 horizontal über einen vollen Streifenteilungsabstand fortbewegt, während sich der Gittersatz 62 vertikal nur über einen Gitterteilungsabstand bewegt.

Die Distanz zwischen den aneinandergereihten Streifen 102 kann durch Änderung des Schrägungswinkels R verstellt werden. Eine Feineinstellung des Streifenabstandes wird durch die kontrollierte drehende Einstellung der Buchse 42 erzielt, die den festen Gittersatz 38 trägt. Zur Ermöglichung einer solchen Schrägungswinkeleinstellung weist der Ring 46 (Fig. 1 und 3) einen gerändelten Umfang auf, an dem ein elastomerer Wulstring 108 angreift, der fest auf einen in dem Wandlerarm 28 drehbar gelagerten Schlitzzapfen 110 aufgeschoben ist. Durch Drehen des Zapfens 110 wird mithin der Schrägungswinkel R in einer untersetzten Drehbewegung verstellt. Zum Einbauen des Stellzapfens 110 ist in den Arm 26 eine Zugangsöffnung 112 vorgesehen.

Die Streifenbewegung wird festgestellt und ausgezählt, so daß man für die Last, beispielsweise einen Briefumschlag, ein Gewichtsanzeigesignal erhält. Im Rahmen beispielsweise eines automatisch arbeitenden Postabfertigungssystems kann dieses Signal dann verarbeitet werden und dazu dienen, die an einer nachgeschalteten Betriebsstelle auf eine Postsache aufzudruckende Portogebühr festzulegen und den Druckvorgang zu steuern.

Die Bewegung des Moir}-Interferenzmusters wird von mehreren Photodetektoren 114, 116, 118 und 120 erfaßt (Fig. 3). Es sind hier vier solcher Photodetektoren dargestellt. Doch konnten befriedigende Ergebnisse auch schon mit zwei Photodetektoren erzielt werden, die auf die Größe und Richtung der Bildmusterverschiebung ansprechen. Die Photodetektoren sind in einer nichtleitenden Scheibe 122 angeordnet. Die haben voneinander jeweils den gleichen Abstand und sind entlang einer Achse vorgesehen, die sich mit der Scheibendiagonalen deckt.

Die Scheibe 122 ist in der Anlage gegen einen Randanschlag in der Innenbohrung der Buchse 42 fest angeordnet. Es sei bemerkt, daß jeder der Photodetektoren von dem jeweils benachbarten Photodetektor in bezug auf das Moir}-Interferenzmuster, das sich über die Reihenanordnung hinwegbewegt, optimal um 90 Grad versetzt ist.

Die Photodetektoren 114 und 118 sind so aufgebaut, daß sie ein einziges Ausgangssignal liefern, während zum andern vorgesehen ist, daß auch die Photodetektoren 116 und 120 nur ein Ausgangssignal liefern. Die untereinander verbundenen Photodetektorpaare sind räumlich jeweils um 90 Grad gegeneinander versetzt, so daß das kombinierte Ausgangssignal eines jeden Paares in bezug auf das des anderen Paares um 90 Grad phasenverschoben ist und ein Bekräftigungssignal darstellt.

Die Ausgangssignale der Photodetektorpaare werden mit Hilfe einer nach dem Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnung wie beispielsweise der in der US-PS 28 86 718 oder 37 13 139 beschrieben verarbeitet und ausgezählt, so daß man ein zur optischen Anzeige geeignetes Signal erhält, welches das von dem Wägeaufbau getragene Lastgewicht ausdrückt.

Hinsichtlich der durch den Lichtdetektor 20 vermittelten Einstellmöglichkeiten zur Kompensation von Unterschiedlichkeiten in den Federkonstanten ist zu bemerken, daß eine gewählte Feder, die in die Toleranzgrenzen fällt und hierbei aber noch unterhalb eines optimalen Stärkewerts verbleibt, mithin weicher ist und sich pro Gewichtseinheit also über eine größere Distanz durchbiegen wird als eine Feder mit einer idealen Federkonstante.

Zur Kompensation der aus den Fertigungsvorgängen herrührenden Toleranzschwankungen der Federn hat sich ein Drehen der Gitter 98 als geeignetes Mittel zum Ausgleich der Federkonstantenabweichungen erwiesen. Dies soll anhand der Fig. 5 belegt werden.

Wie bereits erwähnt wurde, müssen die Gitter 98 zur Herbeiführung einer Horizontalverschiebung (Pfeil 106) der Streifenanordnung 102 nach unten ausgelenkt werden, wie dies durch den Pfeil 105 angedeutet ist. Zum Verschieben der Streifenanordnung 102 über eine volle Streifenteilung "d" müssen sich die Gitter 98 über eine Distanz "a" nach unten bewegen (falls die Gitter 98 horizontal angeordnet sind).

Werden nun die Gitter 98 um einen Winkel "Φ" aus der Horizontalen gedreht (Pfeil 101), so ändert sich die einer vollen Streifenteilung "d" entsprechende Vertikalverschiebung der Gitter 98 in der Weise, daß a/2 sin Φ/2 = d ist.

Anders ausgedrückt:

Bei kleinen Winkeln, d. h. Φ<8°, wird "d" annähernd gleich a/Φ:

da/Φ

worin Φ in Radianten ausgedrückt ist.

Aus den obigen Darlegungen geht hervor, daß Abweichungen in der Federkonstante der Waagenfedern kompensiert werden können, indem man den Gitterwinkel Φ gegen die Vertikalachse ändert. Mit anderen Worten: die einer Bewegung über eine volle Streifenteilung "d" entsprechende Ausschlagstrecke ist nunmehr a&min;, eine Distanz, die größer ist als die Verschiebungsstrecke "a": a&min;>a.

Aus Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß die gewünschte Gitterwinkeleinstellung mechanisch dadurch ermöglicht wird, daß man das Zahnradsegment 72 gegen eine ebene Fläche der Sockelaufbaugruppe 76 anliegen läßt und in einer gewünschten Stellung durch eine Klemmbacke 124 festhält, die in einem bogenförmigen Schlitz 126 des Zahnsegments 72 angeordnet ist. Ein treibendes Zahnrad 128 und ein Zwischenzahnrad 130 sind zur Ausführung von Drehbewegungen im Eingriff mit den Zähnen des Zahnsegments 72 in der Baugruppe 76 gelagert. Zur Vermittlung eines Zahneingriffs zwischen dem Zahnsegment 72 und den Zahnrädern 128 sowie 130 sind zwei Rollen 132 in der Baugruppe 76 gelagert und greifen jeweils in radialer Gegenüberstellung zu dem betreffenden der Zahnräder 128 und 130 an einer Wand des Schlitzes 126 an. Die Rollen 132 können zum Heranführen an die Zahnräder 128 bzw. 130 im Sinne einer Minderung des Spiels beim Zahneingriff kurvenverstellbar sein.

Von dem Unterbau oder der Sockelbaugruppe 76 erstreckt sich ein Absatz 134 nach vorn gegen das Zahnsegment 72 und weist nahe dem Zahnsegment einen bogenförmigen Umfang auf. Der Absatz 134 stellt eine Montagefläche dar, an der eine Deckplatte 136 befestigt ist. Die Deckplatte 136 weist eine Bohrung auf, in der eine mit dem Zahnrad 128 verbundene Welle 138 gelagert ist.

Ein in der Deckplatte 136 gelagerter Getriebezug 140 dient zur Herbeiführung einer drehenden Bewegung des Zahnrades 128. Ein Antriebsknopf 142 des Getriebzuges weist eine Vielzahl von Bezugsmarkierungen 144 auf, die in Verbindung mit einem Anzeigearm 146 zum Einstellen eines geeigneten Gitterwinkels Φ zur Kompensation von Abweichungen in den Federkonstanten behilflich sind. Nachdem der gewünschte Gitterwinkel eingestellt ist, werden zwei zur Befestigung der Klemmbacke 124 an dem Unterbau 76 vorgesehene Schrauben angezogen, so daß ein Randflansch 148 der Klemmbacke 124 das Zahnsegment fest an den Unterbau 76 andrückt.

Hierauf wird die Lampe 84 so gedreht, daß ihr Faden 86 annähernd mit dem Gitterwinkel Φ übereinstimmt, um ein günstiges Signal-Störverhältnis zu gewährleisten. Diese Einstellung wird durch Drehen der Lampenhalterungsscheibe 90 vorgenommen, worauf die Spannschrauben 91 festgezogen werden, wenn die gewünschte Ausrichtung erzielt ist.

Es liegt auf der Hand, daß durch die kompensierende Gitterwinkeleinstellung der Fertigungsaufwand schon insoweit gesenkt wird, als dies eine größere Breite der Federauslegungen ermöglicht. Doch läßt sich der Aufwand auch darüber hinaus noch verringern, wenn man den Zahnteil des Zahnradsegments 72, das Zwischenzahnrad 130, das Antriebszahnrad 128 und den Getriebezug 140 in ein Einbauwerkzeug einbezieht. Das Werkzeug wäre bei der Montage der Waage 10 mit dem Segment 72 und der Baugruppe 76 verbunden und wäre abzunehmen, nachdem die Einstellung zur Federkonstantenkompensation erfolgt und der Gittersatz 62 in dem gewünschten Gitterwinkel festgelegt ist.

Es sei betont, daß das beschriebene optische Ansprechsystem praktisch in jeder beliebigen Federwaage in Anwendung kommen kann und daß seine Anwendungsmöglichkeiten keineswegs auf die beispielhaft beschriebene Ausführungsform einer Blattfederwaage begrenzt sind.

Es ist also festzustellen, daß somit eine Waage und ein optisches Ansprechsystem geschaffen wurden, die den im praktischen Gebrauch auftretenden Bedingungen in jeder Weise entsprechen.

An dem oben beschriebenen Lichtdetektor können verschiedene Abänderungen vorgenommen werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Waage zum Wiegen von Wägegut mit einem Gestell, mit einem vom Gestell getragenen, verschiebbaren Wägeaufbau, mit einer der Verschiebung des Wägeaufbaus entgegenwirkenden Federanordnung, mit einer Lichtdetektorvorrichtung zur Ermittlung der vom Gewicht des Wägegutes abhängigen Verschiebung des Wägeaufbaus durch verschiebungsabhängige Beeinflussung von Lichtdetektoren durch ein Lichtstrahlenbündel einer Lichtquelle und mit einer Justiervorrichtung zur Winkelverstellung der Lichtdetektorvorrichtung gegenüber der Verschiebungsrichtung des Wägeaufbaus in Abhängigkeit von der Toleranzschwankung der Federkonstanten der Federanordnung, gekennzeichnet durch

    1. a) zwei Gittersätze (38, 62), die mit je einem Gitter (98, 100) zur Erzeugung eines Moir}-Musters von optischen Interferenzlinien in zwei zueinander parallelen Ebenen senkrecht zum Lichtstrahlenbündel angeordnet sind, wobei die beiden Gitter (98, 100) innerhalb ihrer jeweiligen Gitter-Ebene untereinander einen spitzen Winkel bilden, wobei der erste Gittersatz (38) mit dem Gestell (18) und der zweite Gittersatz (62) mit dem Wägeaufbau (12) verbunden ist, und wobei die Anzahl der bei der Verschiebung des Wägeaufbaus (12) an den Lichtdetektoren (114, 116, 118, 120) vorbeilaufenden optischen Interferenzlinien des Moir}-Musters das Gewicht des Wägegutes bestimmt, und
    2. b) durch ein Justierelement (142), durch das der erste oder zweite Gittersatz (38 oder 62) um eine Achse senkrecht zu den beiden parallelen Ebenen zwecks Justierung des spitzen Winkels (R) zwischen den beiden Gittern (98, 100) drehbar und nach erfolgter Justierung in der eingestellten Winkellage durch eine Sicherungseinrichtung (124) arretierbar ist.


  2. 2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem ersten, mit dem Gestell (18) über eine Halterung (32, 34) verbundenen Gittersatz (38), und dem zweiten Gittersatz (62) mittels Einrichtungen (54, 56, 58, 60, 42, 46) veränderbar ist.
  3. 3. Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (84) als Glühlampe mit einem einzelnen, im wesentlichen geraden Lampenfaden (86) ausgebildet und in einer Ebene parallel zu den beiden Ebenen der Gitter zur Erzielung eines günstigen Signal-Störverhältnisses der Lichtdetektoren (114 bis 120) in eine Stellung drehbar und in dieser Stellung arretierbar ist, in der der Lampenfaden in etwa mit dem Gitter (98 oder 100) eines der beiden Gittersätze (38, 62) ausgerichtet ist.
  4. 4. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gittersatz (62) an der mit dem Wägeaufbau (12) verbundenen Halterung (66) drehbar gelagert ist und daß ein Zahnraduntersetzungsgetriebe (126, 128, 130 140, 142) vorgesehen ist, durch das mittels einer mit einem Winkelzeiger (146) zusammenwirkenden Handhabe der zweite Gittersatz (62) in seiner Ebene drehbar ist, und daß die Sicherungseinrichtung eine Klemmbacke (124) ist, durch die das Zahnraduntersetzungsgetriebe (140) arretiert wird.
  5. 5. Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des zweiten Gittersatzes (62) ein Zahnsegment (72) mit Außenverzahnung und mit einem Kreissegmentschlitz (126) aufweist, in dem Lagerrollen (132) der Halterung (76) eingreifen, während die Außenverzahnung mit Zahnrädern (128, 130) in Verbindung steht.
  6. 6. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des ersten Gittersatzes (38) eine zylindrische Buchse (42) aufweist, wobei die Buchse drehbar in der Halterung des Gestells (18) gelagert ist, und daß ein Untersetzungsgetriebe (110, 108, 46) zur Drehung der zylindrischen Buchse (42) für die Einstellung des Schrägwinkels (R) vorgesehen ist.
  7. 7. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gittersatz (38) und dessen Halterung (22) um eine parallel zu den beiden parallelen Ebenen liegende Achse (94) drehbar ist.






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