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Dokumentenidentifikation DE3811942A1 19.10.1989
Titel Elektronische Waage mit Ecklastsensor
Anmelder Sartorius GmbH, 3400 Göttingen, DE
Erfinder Maaz, Günther, Dr., 3418 Uslar, DE;
Wedeken, Udo, Dr., 3400 Göttingen, DE;
Bierich, Eduard, 3510 Hann-Münden, DE
DE-Anmeldedatum 11.04.1988
DE-Aktenzeichen 3811942
Offenlegungstag 19.10.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.10.1989
IPC-Hauptklasse G01G 3/15
IPC-Nebenklasse G01G 21/23   
Zusammenfassung Für eine oberschalige Waage mit einer Lastschale (34), die sich über eine Unterschale auf einem Lastaufnehmer (2) abstützt, und mit mindestens einem Sensor, der die von der Lastschale (34) auf den Lastaufnehmer (2) übertragenen Drehmomente mißt, wird vorgeschlagen, daß die Unterschale (20) elastisch nachgiebig ausgeführt ist und daß mindestens drei Abstandssensoren (25) am Lastaufnehmer (2) so befestigt sind, daß sie die von der Größe der Last und deren Positionierung auf der Lastschale (34) abhängigen Verbiegung der Unterschale (20) messen, ohne durch Bewegungen des Lastaufnehmers (2) gestört zu werden. Zur Drehmomentmessung können dadurch die preiswerten Abstandssensoren eingesetzt werden, beispielsweise Wirbelstrom-Abstandssensoren oder optische Abstandssensoren.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine oberschalige Waage mit einer Lastschale, die sich über eine Unterschale auf einem Lastaufnehmer abstützt, und mit mindestens einem Sensor, der die von der Lastschale auf den Lastaufnehmer übertragenen Drehmomente mißt.

Waagen dieser Art sind z.B. aus der DE-PS 30 03 862 bekannt. Dort sind Dehnungsmeßstreifen zur Bestimmung des Drehmomentes vorgesehen, die jedoch wegen der Kleinheit ihres Ausgangssignales einen größeren Aufwand in der Auswerteelektronik erfordern.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Bauart für die oberschalige Waage mit Ecklastsensor anzugeben, die zur Drehmomentmessung mit wesentlich billigeren Abstandssensoren auskommt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Unterschale elastisch nachgiebig ausgeführt ist und daß mindestens drei Abstandssensoren am Lastaufnehmer so befestigt sind, daß sie die von der Größe der Last und deren Positionierung auf der Lastschale abhängigen Verbiegungen der Unterschale messen ohne durch Bewegungen des Lastaufnehmers gestört zu werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht der Waage,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Waage und ein Blockschaltbild der Elektronik,

Fig. 3 die Unterschale in einer beispielhaften Ausgestaltung in Aufsicht,

Fig. 4 einen optischen Abstandssensor in Seitenansicht und

Fig. 5 einen Schnitt durch den optischen Abstandssensor aus Fig. 4 längs der strichpunktierten Geraden V- V.

In der Gesamtansicht der Waage in Fig. 1 erkennt man das Gehäuse 3, die Waagschale 34, die Anzeige 19, eine Tarataste 12 und weitere Bedienungstasten 35.

Das Innere der Waage zeigt Fig. 2 schematisch im Schnitt, wobei das Gehäuse 3 weitgehend weggelassen wurde. Das Wägesystem besteht aus einem Systemträger 1, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Der Lastaufnehmer 2 überträgt die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein Koppelelement 9 auf den Lastarm des Übersetzungshebels 7. Der Übersetzungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Systemträger 1 gelagert. Am Kompensationsarm des Übersetzungshebels 7 ist ein Spulenkörper mit einer Spule 11 befestigt. Die Spule 11 befindet sich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems 1c und erzeugt die Kompensationskraft. Die Größe des Kompensationsstromes durch die Spule 11 wird dabei in bekannter Weise durch einen Lagensensor 16 und einen Regelverstärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Wägegutes und der elektromagnetisch erzeugten Kompensationskraft herrscht. Der Kompensationsstrom erzeugt an einem Meßwiderstand 15 eine Meßspannung, die einem Analog/ Digital-Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 übernommen und in der Anzeige 19 digital angezeigt. Diese Teile des Wägesystems der elektronischen Waage sind allgemein bekannt und im vorstehenden daher nur ganz kurz beschrieben.

Die Verbindung der Waagschale 34 mit dem Lastaufnehmer 2 erfolgt nun über eine elastisch nachgiebig ausgebildete Unterschale 20, die einerseits mittels Schrauben 28 über ein Abstandsstück 27 mit dem Lastaufnehmer 2 verbunden ist und die andererseits über ein Stützelement 30 die Waagschale 34 trägt. Die von der Größe der Last auf der Waag- Schale und von der Position der Last auf der Waagschale abhängige Verbiegung der Unterschale 20 wird durch mindestens drei Abstandssensoren bestimmt. In Fig. 2 ist nur einer dieser Abstandssensoren als flache Spule 25 erkennbar. Diese Spule 25 ist auf einer Platte 24 aus einem Isolationswerkstoff befestigt, wobei diese Platte 24 ebenfalls am Lastaufnehmer 2 befestigt ist. Die Spule 25 mißt als Wirbelstrom-Abstandssensor den Abstand zur Unterschale 20, die aus einem elektrisch leitfähigen Blech besteht. Die Spule 25 ist über eine bewegliche Verdrahtung 26 mit einer Auswerteschaltung 13 verbunden, die aus der Impedanzänderung der Spule 25 in bekannter Weise ein Abstandssignal herleitet und an die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 weiterleitet. Die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 kann dann Ecklastfehler der Parallelführung korrigieren, wie es in der bereits erwähnten DE-PS 30 03 862 beschrieben ist.

Die Spule 25 kann selbstverständlich auch aus einer schneckenförmig auf der Oberseite der Platte 24 aufgebrachten Leiterbahn bestehen.

Durch die Befestigung der Abstandssensoren 25 am Lastaufnehmer 2 wird nur die Verbiegung der Unterschale 20 gemessen, während belastungsabhängige Lageänderungen der Unterschale 20 und der Platte 24 - beispielsweise aufgrund einer Nachgiebigkeit der Lenkerparallelführung für den Lastaufnehmer 2 - zu keiner Meßsignaländerung der Abstandssensoren 25 führen. Die Platte 24 zur Befestigung der Lagesensoren 25 kann dünn ausgeführt sein, da sie nur die Lagesensoren 25 tragen muß und nicht durch die Last auf der Waagschale belastet wird.

Eine beispielhafte Ausgestaltung der Unterschale 20 zeigt Fig. 3 in Aufsicht. Die Unterschale besteht aus einem Zentralteil 22, das über vier Schrauben 28 mit dem Lastaufnehmer 2 verbunden ist, und aus vier federnden Armen 21, die die Abstützelemente 30 für die eigentliche Waagschale 34 tragen. Die Durchbiegung jedes Armes 21 wird durch je einen Abstandssensor unterhalb der Arme 21 gemäß Fig. 2 gemessen.

In den Fig. 4 und 5 ist als Alternative zum Wirbelstrom- Abstandssensor ein optischer Abstandssensor gezeigt. Fig. 4 ist eine Seitenansicht, Fig. 5 ein Schnitt längs der strichkunktierten Linie V-V in Fig. 4. Der optische Abstandssensor besteht aus einem optischen Sender 32, der in einem Block 23 auf der Platte 24 befestigt ist, und einem optischen Empfänger 33, der in einem Block 29 ebenfalls auf der Platte 24 befestigt ist. In den Lichtweg zwischen Sender 32 und Empfänger 33 taucht eine Blende 31, die mit der federnden Unterschale verbunden ist. Die Blende 31 verändert bei senkrechter Bewegung relativ zum Lichtweg die Menge des durchgelassenen Lichtes, so daß am Empfänger 33 ein abstandsabhängiges Ausgangssignal zur Verfügung steht.

Durch entsprechende Formgebung der Blende 31 kann die Kennlinie des Abstandssensors beeinflußt werden und z.B. linearisiert werden.

Die im vorstehenden beschriebenen beiden Abstandssensoren stellen selbstverständlich nur Beispiele dar. Es können auch Abstandssensoren nach anderen bekannten Verfahren eingesetzt werden, wie z.B. kapazitive Abstandssensoren, Differentialtransformatoren, reflexionsoptische oder faseroptische Abstandssensoren etc. Genauso stellt die in Fig. 3 gezeigte Bauform der Unterschale nur ein Beispiel für die federnde Ausführung der Unterschale dar.

Die erfindungsgemäße federnde Unterschale mit Abstandssensoren kann ebenfalls eingesetzt werden, wenn der Lastaufnehmer nicht durch zwei Lenker parallel geführt ist, sondern z.B. durch eine Hebelanordnung in Form einer Brückenwaage geführt ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Oberschalige Waage mit einer Lastschale (34), die sich über eine Unterschale auf einem Lastaufnehmer (2) abstützt, und mit mindestens einem Sensor, der die von der Lastschale (34) auf den Lastaufnehmer (2) übertragenen Drehmomente mißt, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschale (20) elastisch nachgiebig ausgeführt ist und daß mindestens drei Abstandssensoren (25, 31/32/33) am Lastaufnehmer (2) so befestigt sind, daß sie die von der Größe der Last und deren Positionierung auf der Lastschale (34) abhängigen Verbiegungen der Unterschale (20) messen ohne durch Bewegungen des Lastaufnehmers (2) gestört zu werden.
  2. 2. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschale (20) im wesentlichen aus einer ebenen Platte besteht und daß die Abstandssensoren (25, 31/32/33) auf einer ebenfalls im wesentlichen ebenen Platte (24) befestigt sind.
  3. 3. Oberschalige Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschale (20) in mindestens drei federnde Arme (21) unterteilt ist.
  4. 4. Oberschalige Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren aus Flachspulen (25) bestehen und daß die Änderung der Impedanz dieser Flachspulen (25) bei Änderung des Abstandes der metallisch leitenden Unterschale (20) als Meßsignal ausgenutzt wird.
  5. 5. Oberschalige Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren aus einer Lichtquelle (32) und mindestens einem Lichtempfänger (33) bestehen und daß an der Unterschale (20) Blenden (31) befestigt sind, die in Abhängigkeit von der Verbiegung der Unterschale (20) den Lichtweg mehr oder weniger unterbrechen.






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