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Dokumentenidentifikation DE10300088A1 15.07.2004
Titel Elektronische Fern-Wasserwaage
Anmelder Fa. Ernst-Otto Göhre Entwicklung und Vertrieb Neuheiten für Camping und Freizeit, 64711 Erbach, DE
Erfinder Göhre, Ernst-Otto, 64711 Erbach, DE
Vertreter Hermann, W., Rechtsanw., 68165 Mannheim
DE-Anmeldedatum 04.01.2003
DE-Aktenzeichen 10300088
Offenlegungstag 15.07.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.07.2004
IPC-Hauptklasse G01C 9/36
IPC-Nebenklasse G01C 9/06   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine elektronische Fern-Wasserwaage mit einer an einem Messort sich befindlichen ersten Systemkomponente zur Fernmessung und Fernmeldung der die Neigung einer Fläche repräsentierenden Daten, mit jeweils einer Horizontal-Libelle und einer Vertikal-Libelle in herkömmlicher Orthogonalanordnung, mit jeweils einer am Messort die Position der Libellen-Gasblasen messenden Neigungs-Messeinheit, wobei die Neigungs-Messeinheit mindestens ein lichtemittierendes Bauelement sowie mindestens einen lichtempfindlichen optoelektronischen Foto-Sensor aufweist, sowie mit einer an einem Einstellort sich befindlichen zweiten Systemkomponente zur Fernanzeige der die Neigung einer Fläche repräsentierenden Daten, mit einer Neigungs-Anzeigeeinheit, wobei der Einstellort vom Messort räumlich entfernt liegt und wobei die Daten von der Neigungs-Messeinheit zur Neigungs-Anzeigeeinheit räumlich übertragen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fern-Wasserwaage zu schaffen, bei welcher der Ort der Gasblase kontinuierliche oder zumindest quasikontinuierlich fortlaufend ermittelt und demnach auch ein dem Ort der Gasblase genau entsprechendes analoges Signal einfach und kostengünstig erzeugt und an eine vom Messort verschiedene Anzeigevorrichtung übermittelt werden kann.
Erfindungsgemäß sind auf einer Seite der verwendeten Tonnen-Libellen (2) jeweils auf Höhe der Gleichgewichtslage der Gasblase (7) einerseits ein lichtemittierendes Bauelement (LED) angeordnet und auf der ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine elektronische Fern-Wasserwaage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekanntermaßen werden Wasserwaagen dazu verwendet, um die Ist-Position eines in einer zu definierenden Soll-Position auszurichtenden Gegenstands zu messen und anzuzeigen sowie um nach Feststellung der Abweichung zwischen Ist-Position und Soll- Position eine entsprechende Nach-Justierung des Gegenstands solange vorzunehmen, bis die Ist-Position mit der gewünschten Soll-Position übereinstimmt.

Häufig kommt es vor, dass der Messort und der Einstellort, von dem aus über Einstellvorrichtungen ( z.B. Justiergewinde, Stellmotoren) eine Justierung vorgenommen werden soll, räumlich voneinander entfernt liegen und/oder dass der Messort vom Einstellort aus nicht oder nur mühsam unter Zwischenschaltung weiterer Maßnahmen, insbesondere unter Mitwirkung von Hilfspersonen einsehbar ist. Dieses Problem stellt sich insbesondere dann, wenn z.B. die Horizontalpositionierung der Oberseite einer Waschmaschine, des Maschinenbetts einer Werkzeugmaschine, der Herdplatte im Innern eines Campingwagens oder eines am Ausleger eines Bau-Krans frei hängenden Bau-Trägers bewirkt werden soll, die entsprechende Justierung aber nur über räumlich entfernt liegende Standfüße, äußere Justierstützen am Campingwagen oder vom Kranführer aus, oftmals nur über Zuruf oder Zeichengebung, durchgeführt werden kann. In all diesen Fällen lässt sich eine exakte Positionsjustierung ohne Fremdhilfe praktikabel nicht oder nur ungenau durchführen. Hinzu kommt, dass in vielen Fällen, insbesondere bei der Horizontal-Justierung von Flächen oftmals an mehreren, sich wechselseitig beeinflussenden Einstellvorrichtungen hintereinander hantiert werden muss.

Deshalb ist es wünschenswert, dass der einrichtende Justierer über eine den Messvorgang direkt am Einstellort anzeigende Vorrichtung unmittelbar und zeitgleich die Auswirkung seiner Justier-Maßnahmen rückgemeldet bekommt.

Aus der DE-OS 199 46 768 ist eine Fern-Wasserwaage, insbesondere eine Funk-Wasserwaage mit Horizontal- und Vertikal-Libelle in herkömmlicher Orthogonalanordnung bekannt, bei welcher mittels eines Messgeräts nebst Sender die am Messort ermittelten Neigungsdaten einer zu justierenden Fläche drahtlos an das Empfangsteil einer am Einstellort befindlichen Anzeigevorrichtung übermittelt werden können. Hierbei wird in der jeweiligen Libelle mit Hilfe von zwei Infrarot-Lichtschranken die Position der Gasblase gemessen. Hierbei ist jedoch nachteilig, dass der Ort der nach links oder rechts aus der Gleichgewichtslage laufenden Gasblase nur diskret diskontinuierlich durch Auslösen oder Nichtauslösen der Lichtschranken nach dem „Alles oder Nicht-Prinzip" ermittelt und demnach nur ein digitales Signal erzeugt werden kann, welches qualitativ entweder anzeigt, dass sich die Gasblase in der Gleichgewichtslage befindet oder dass sie nach aus der Gleichgewichtslage herausgelaufen ist. Eine quantitative Erfassung des Orts der Gasblase ist nicht möglich. Hierunter leidet grundsätzlich das zu erreichende Maß an Genauigkeit.

Aufgabe der Endung ist es deshalb, eine Fern-Wasserwaage zu schaffen, bei welcher der Ort der Gasblase kontinuierlich oder zumindest quasikontinuierlich fortlaufend ermittelt und demnach auch ein dem Ort der Gasblase genau entsprechendes analoges Signal einfach und kostengünstig erzeugt und an eine vom Messort verschiedene Anzeigevorrichtung übermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Horizontal-Libelle und die Vertikal-Libelle herkömmliche Tonnen-Libellen sind, dass auf einer Seite neben den Tonnen-Libellen jeweils auf Höhe der Gleichgewichtslage der Gasblase ein lichtemittierendes Bauelement angeordnet ist und dass auf der anderen Seite der Tonnen-Libellen gegenüber dem lichtemittierenden Bauelement sowie auf Höhe der beiden endseitigen Grenzschichten der Gasblase zur Flüssigkeit jeweils ein erster Foto-Sensor und ein zweiter Foto-Sensor angeordnet sind.

Hierbei ist besonders vorteilhaft und überraschend, dass mit der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Licht emittierenden Bauelement, vorzugsweise einer Leuchtdiode, jeder Position der Gasblase ein bestimmter, durch Foto-Sensoren aufnehmbarer Lichtfluss und nach optoelektronischer Wandlung ein kontinuierlich wachsendes oder fallendes analoges Signal in Form einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms zugeordnet werden kann. Die Abweichung der Gasblase von der durch die geeichte Skalierung bestimmten Gleichgewichtslage ist sowohl präzise messbar als auch präzise reproduzierbar. Die Auflösung ist sehr hoch und liegt bei einer Winkelanzeige des Neigungsgrads im Bereich von Winkelminuten bzw. bei der Steigungsanzeige des Neigungsgrads im Promille-Bereich. Durch Verwendung geeigneter Anzeigemittel, z.B. des Leuchtbandes nebeneinander angeordneter Leuchtdioden einer Bargraph-Anzeige sieht man die Position der Gasblase auf einer Anzeige-Einheit quasi laufen.

In vorteilhafter Ausführungsform sind auf einer Seite neben den Tonnen-Libellen jeweils auf Höhe der beiden endseitigen Grenzschichten der Gasblase zur Flüssigkeit jeweils ein erstes lichtemittierendes Bauelement und ein zweites lichtemittierendes Bauelement angeordnet, welche in hoher Frequenz abwechselnd Licht emittieren und dass auf der anderen Seite der Tonnen-Libellen gegenüber den lichtemittierenden Bauelementen sowie in etwa auf Höhe der Gleichgewichtslage der Gasblase ein Foto-Sensor angeordnet ist. Die Position der Gasblase wird mittels Auswerteelektronik, aus der jeweiligen Spannungshöhe, berechnet.

Diese Ausführungsformen funktionieren sowohl bei seitlichem Anleuchten der Libellen als auch bei senkrechtem Lichteinfall auf die Gasblase, wobei die Sensoren dann unter der Libelle angeordnet werden.

In besonders vorteilhafter Ausführung sind sowohl die Horizontal-Libelle als auch die Vertikal-Libelle Hohl-Ring-Libellen in Form eines Hohl-Torus, wobei sich in deren Innenraum jeweils zentral der Foto-Sensor befindet und wobei jeweils in deren Außenraum mehrere, um die Hohl-Ring-Libellen rotationssymmetrisch angeordnete lichtemittierende Bauelemente angeordnet sind. Hierbei wird eine quantitativ und qualitativ präzise Messung über einen Vollwinkelbereich von 360° ermöglicht, wohingegen bei der Verwendung herkömmlicher Tonnenlibellen nur kleinere Abweichungen aus der Gleichgewichtslage präzise erfasst werden können. Eine Erhöhung der Zahl der die Hohl-Ring-Libelle umgebenden Leuchtdioden bewirkt eine höhere Messwertauflösung.

Vorteilhaft kann bei den Hohl-Ring-Libellen auch vorgesehen sein, dass sich in deren Innenraum jeweils zentral das lichtemittierende Bauelement befindet und dass jeweils in deren Außenraum mehrere, um die Hohl-Ring-Libellen rotationssymmetrisch angeordnete Foto-Sensoren angeordnet sind. Auch hier bewirkt eine Erhöhung der Zahl der Sensoren eine höhere Messwertauflösung.

Um Streuverluste zu vermeiden, kann in vorteilhafter Weise vorgesehen werden, dass die lichtemittierenden Bauelemente, unmittelbar an den Hohl-Ring-Libellen anliegen.

In besonders vorteilhafter Ausführungsform weist die Fern-Wasserwaage eine einzige Libelle auf, die als zweischalige Hohl-Halbkugel-Libelle oder als zweischalige Hohl-Kugel-Libelle nach Art einer weitergebildeten Dosen-Libelle ausgestaltet ist, deren Äquatorialebene zu der zu messenden Fläche parallel ausgerichtet ist und wobei sich in deren Innenraum zentral das lichtemittierende Bauelement befindet und wobei in deren Außenraum mehrere, zentralsymmetrisch angeordnete Foto-Sensoren (S) angeordnet sind. Durch diese Anordnung lässt sich der Position der Gasblase jeweils ein definierter Punkt im Halbraum oder im Vollraum über den halben bzw. ganzen Raumwinkelbereich zuordnen.

Als Auswerteelektronik wird vorzugsweise ein Mikrocontroller, ein Mikroprozessor oder ein Mikrocomputer verwendet. Die Daten, welche die Flächenneigung repräsentieren, werden analog oder digital per Kabel, in besonders bevorzugter Weise aber drahtlos per Funkverbindung übertragen, wobei im letzteren Fall der ersten Auswerteelektronik der Neigungs-Messeinheit eine ebenfalls integrierte erste Sendeeinheit nachgeschaltet ist und wobei der zweiten Auswerteelektronik der Neigungs-Anzeigeeinheit eine erste Empfangseinheit vorgeschaltet ist.

In vorteilhafter Ausführungsform werden die Daten analog oder nach entsprechender AD-Wandlung entweder optisch über eine Bargraph-Anzeige oder über eine alphanumerische 7-Segmentanzeige oder über ein LCD-Display oder über ein Graphik-Display in Winkelgrad oder Steigungsprozent oder codiert oder mit graphischer Unterstützung und/oder akustisch über Signale oder Textansagen wiedergegeben. Besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Oberfläche der Leuchtdioden milchglaseffektartig matt auszubilden, was in einfacher Weise z.B. durch Anschleifen oder Anrauen der Glasoberfläche der Leuchtdioden erreicht werden kann. Hierdurch wird der durch die Leuchtdiode erzeugte Lichtkegel, im Gegensatz zum nicht homogenen Lichtkegel bei Verwendung glatter Oberflächen nicht opaker Leuchtdioden, sehr homogen und mit relativ kontrastscharfen Hell-Dunkel-Grenzen ausgebildet.

Besonders vorteilhaft ist es, dass zur Fernstellung einer Neigungs-Stellvorrichtung der Neigungs-Anzeigeeinheit eine Neigungs-Einstelleinheit zuintegriert wird, wobei die Daten analog oder digital per Kabel oder drahtlos per Funkverbindung von der Neigungs-Einstelleinheit an einen als Neigungssteller arbeitenden Aktuator, die Neigungs-Stellvorrichtung, vorzugsweise einen Schrittmotor, übertragen werden, wobei im Fall der drahtlosen Funkverbindung der Neigungs-Einstelleinheit eine zweite Sendeeinheit und der Neigungs-Stellvorrichtung eine vorgeschaltete zweite Empfangseinheit zuintegriert sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass auch die Neigungsstellvorrichtung ohne Hilfsperson aus der Ferne betätigt werden kann.

Weiter ist vorteilhaft, zwischen die Neigungs-Anzeigeeinheit und die Neigungs-Einstelleinheit zusätzlich einen Komparator zu schalten, in welchem eine vorgebbare Flächenneigung als Neigungs-Soll-Wert abgelegt ist und der nach Vergleich mit dem an der Neigungs-Anzeigeeinheit anstehenden Neigungs-Ist-Wert ein entsprechendes Differenzsignal an die Neigungs-Stellvorrichtung übermittelt, wodurch eine automatische Regelung der vorzugebenden Neigungs-Stellgröße erfolgt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass der bislang ebenfalls durch die justierende Person vorgenommene Abgleich zwischen Soll-Wert und Ist-Wert ebenfalls automatisch bewerkstelligt werden kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Hierbei zeigt

1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer ersten Systemkomponente 1.1 und einer zweiten Systemkomponente 1.2,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Neigungs-Messeinheit der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer seitlich angeleuchteten Tonnen-Libelle mit einer Leuchtdiode und zwei Sensoren,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Neigungs-Messeinheit der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer in Aufsicht angeleuchteten Tonnen-Libelle mit einer Leuchtdiode und zwei Sensoren,

4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Neigungs-Messeinheit der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer seitlich angeleuchteten Tonnen-Libelle mit zwei Leuchtdioden und einem Sensor,

5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Neigungs-Messeinheit der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer in Aufsicht angeleuchteten Tonnen-Libelle mit zwei Leuchtdioden und einem Sensor,

6 ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer Hohl-Ring-Libelle nebst zentral angeordnetem Sensor,

7 ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer Hohl-Ring-Libelle nebst zentral angeordneter Leuchtdiode,

8 Das Blockschaltbild einer Neigungs-Datenanzeige über ein Messgerät ,

9 Das Blockschaltbild einer Neigungs-Datenanzeige über eine Bargraph-Anzeige,

10 Das Blockschaltbild einer Neigungs-Datenanzeige über eine 7-Segment-Anzeige,

11 Das Blockschaltbild einer Neigungs-Datenanzeige über ein LCD-Display,

12 Das Blockschaltbild einer Neigungs-Datenanzeige über ein Grafik-Display,

13 Das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer ersten Systemkomponente 1.1, einer zweiten Systemkomponente 1.2 sowie einer dritten Systemkomponente 1.3 nach einem siebten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage 1 mit einer ersten Systemkomponente 1.1 und einer über eine Funkverbindung datenverkoppelten zweiten Systemkomponente 1.2.

Die erste Systemkomponente 1.1 weist eine Horizontal-Libelle 2.1 und eine Vertikal-Libelle 2.2 herkömmlicher Tonnen-Libellen 2 in herkömmlicher Orthogonalanordnung, eine Neigungs-Messeinheit 6, eine nachgeschaltete erste Auswerteelektronik 11 sowie eine erste Sendeeinheit 12 auf. Die zweite Systemkomponente 1.2 weist eine erste Empfangseinheit 13, eine zweite Auswerteelektronik 21, sowie eine Neigungs-Anzeigeeinheit 14 auf.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Neigungs-Messeinheit 6 der erfindungsgemäßen Fern Wasserwaage 1 mit einer durch eine Leuchtdiode LED seitlich angeleuchteten Tonnen-Libelle 2 und einem ersten Foto-Sensor S1 und einem zweiten Foto-Sensor S2. Hierbei durchströmt das Licht der emittierenden Leuchtdiode LED eine Glaswand und eine durch diese umfasste Flüssigkeit 8 nebst Gasblase 7 der Tonnen-Libelle 2. Je nach verwendeter Quelle und Sensorik kann Licht in einer Bandbreite von ca. 200 nm (UV-Bereich) bis 2.000 nm (IR-Bereich) wirksam sein. Lichtemitter und Foto-Sensoren besitzen den gleichen Arbeitsbereich, der sich beliebig im Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 2.000 nm befinden kann.

Anstelle der Leuchtdiode LED kann auch jede andere Art von Quelle im Bereich der Licht- und Wärmestrahlung von Ultraviolett bis Infrarot, wie z.B. auch eine Glühlampe oder ein Laser eingesetzt werden. Als Foto-Sensoren S1, S2 können beispielsweise Fototransistoren, Fotodioden oder Fotowiderstände Verwendung finden. Hierbei ist der Abstand der beiden Foto-Sensoren S1, S2 kleiner als die Länge der Gasblase 7. Ein leichtgängiger , durch die Verwendung von hochviskosem Öl als Flüssigkeit auch gut gedämpfter gleichförmiger Lauf der Gasblase ist anzustreben. Derart ausgebildete Tonnen-Libellen weisen zur Verringerung der beim Lauf der Gasblase grundsätzlich entstehenden inneren Reibung dann im Querschnitt keine bikonvexe, sondern eine bikonkave Tonnenwand-Mantelfläche auf, wodurch die laufende Gasblase stets symmetrische und damit gleichbleibende geometrische Bedingungen vorfindet, was deren durch die Raumverhältnisse ungestörten und damit gleichmäßigen Lauf gewährleistet. Die die Horizontalausrichtung der ersten Systemkomponente 1.1 der Fern-Wasserwaage 1 repräsentierende Gleichgewichtslage der Gasblase 7 wird durch deren symmetrische Lage zwischen zwei Eich-Skalierungen definiert. Das Licht wird an der Oberfläche der Grenzflächen Glas/Flüssigkeit 8 sowie Flüssigkeit 8/Gasblase 7 gebrochen und reflektiert. An der Austrittsstelle des Lichts aus der Tonnen-Libelle 2 entsteht eine Vielzahl von Schatten und Lichtbündeln, welche vom Wand-Material der Tonnen-Libelle 2, der Beschaffenheit der Flüssigkeit 8 sowie der Form der Gasblase 7 abhängen. Generell gibt es auf der Licht-Austrittsseite immer Helligkeitsunterschiede, deren räumliche Anordnung im direkten Zusammenhang mit der Position der Gasblase 7 steht. Bei einer günstigen Anordnung der Lichtquelle sowie der Lichtsensoren kann jeder Position der Gasblase 7 ein bestimmter Lichtfluss und nach photoelektrischer Wandlung auch eine entsprechend definierte elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom zugeordnet werden. Die Abweichung zur Gleichgewichtslage ist präzise messbar und reproduzierbar. Die Auflösung ist sehr hoch und liegt bei gewählter Winkelanzeige im Bereich von Winkelminuten bzw. bei gewünschter Steigungsprozentanzeige im Promille-Bereich. Zwei auf der anderen Seite der Tonnen-Libelle 2 etwa auf Höhe der Eichskalierungen angeordnete Fotosensoren S1, S2 sind als Mess-Brücke verschaltet, so dass das zwischen den Sensoren S1, S2 anstehende Mess-Signal genau dann Null ist, wenn die beiden Sensoren aufintegriert eine gleiche Lichtmenge empfangen, d.h. wenn die Gasblase sich in der Gleichgewichtslage befindet. Jedem abgegriffenen Differenzsignal entspricht somit eindeutig die Position der Gasblase 8 und damit das Maß der Abweichung aus der Gleichgewichtslage.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Neigungs-Messeinheit der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer jedoch in Aufsicht angeleuchteten Tonnen-Libelle mit einer Leuchtdiode LED und zwei Sensoren S1, S2. Auch bei dieser Anordnung ergibt sich kein prinzipieller Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel.

4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Neigungs-Messeinheit 6 der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer seitlich angeleuchteten Tonnen-Libelle 2, jedoch mit zwei Leuchtdioden LED1, LED2 und einem Sensor S. Das Licht zweier auf Höhe der Eichskalierungen angeordneten Lichtquellen, nämlich der Leuchtdioden LED1, LED2, die in hoher Frequenz über einen Elektronikschalter 20 abwechselnd leuchten, durchströmt jeweils wechselweise die Tonnen-Libelle 2 und wird im wesentlichen an der Oberfläche der Gasblase gebrochen und reflektiert. Der auf Höhe der Gleichgewichtslage der Gasblase 7 auf der anderen Seite der Tonnen-Libelle 2 gegenüber den Leuchtdioden LED1, LED2 angeordnete Fotosensor S wandelt das jeweils von einer der beiden Leuchtdioden LED1, LED2 empfangene Licht in ein entsprechendes Strom- oder Spannungssignal. Genau dann, wenn die von den Leuchtdioden LED1, LED2, deren Abstand kleiner als die Länge der Gasblase ist, auf dem Fotosensor S jeweils empfangenen Lichtmengen gleich groß sind, befindet sich die Gasblase in der Gleichgewichtslage. Über eine geeignete Auswerteelektronik werden die abwechselnd vom Licht der Leuchtdiode LED1 oder der Leuchtdiode LED2 herrührenden und abwechselnd auf dem Fotosensor empfangenen Signale in Bezug gebracht, so dass sich jedem Ort der Gasblase ein eindeutiger Messwert zuordnen lässt. Das hier aufgeführte Messprinzip stellt im wesentlichen eine Umkehrung des in der Beschreibung zu den 2, 3 vorgestellten Messprinzips dar.

5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Neigungs-Messeinheit der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer in Aufsicht angeleuchteten Tonnen-Libelle 2 mit zwei Leuchtdioden LED1, LED2 und einem Sensor S. Auch bei dieser Anordnung ergibt sich kein prinzipieller Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel.

6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer Hohl-Ring-Libelle 3 nebst zentral in einem Innenraum 9 angeordnetem Sensor S. In einer Flüssigkeit 8 der Hohl-Ring-Libelle 3 läuft wiederum eine Gasblase 7. Je nach dem Ort, den die Gasblase 7 bei einer der Neigung eines auszumessenden Gegenstands entsprechenden Drehung der Hohl-Ring-Libelle 3 bis zu 360° einnimmt, wird in mindestens einer der die Hohl-Ring-Libelle 3 peripher rotationssymmetrisch und eng anliegend umgebenden Leuchtdioden LED infolge der unterschiedlich transparenten und unterschiedlich brechenden Medien Flüssigkeit und Gas (Luft) ein entsprechend modifiziertes und den Ort der Gasblase damit repräsentierendes Signal erzeugt. Die Anzahl der anzuordnenden Leuchtdioden LED richtet sich nach den geometrischen Verhältnissen wie z.B. Durchmesser der Hohl-Ring-Libelle 3 und Länge der Gasblase 7. Vorteilhaft kann auch vorgesehen werden, dass nach Art eines Lauflichts jede der peripheren Leuchtdioden mit abwechselnd emittiert und somit die Position der Gasblase ortet. Eine Erhöhung der Zahl der Leuchtdioden LED bewirkt eine höhere Messwertauflösung.

7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit der Hohl-Ring-Libelle 3 nebst zentral angeordneter, kontinuierlich emittierender/leuchtender Leuchtdiode LED nebst einer Vielzahl peripher in einem Außenraum 10 eng an der Hohl-Ring-Libelle 3 anliegender Fotosensoren S. Die Anzahl der anzuordnenden Fotosensoren S richtet sich nach den geometrischen Verhältnissen wie z. B. Durchmesser der Hohl-Ring-Libelle 3 und Länge der Gasblase 7. Die Sensoren werden einzeln oder paarweise hintereinander abgefragt, wobei die erhaltenen Signale mittels Controller ausgewertet werden. Das hier aufgeführte Messprinzip stellt im wesentlichen eine Umkehrung des in der Beschreibung zur 6 vorgestellten Messprinzips dar. Eine Erhöhung der Zahl der Fotosensoren S bewirkt eine höhere Messwertauflösung.

8 zeigt das Blockschaltbild einer an sich bekannten Neigungs-Datenanzeige über ein als Neigung-Anzeigeeinheit 14 fungierendes Messgerät bei dem die Daten von einem Sensor1 über ein Kabel zum Messgerät übertragen werden.

9 zeigt das Blockschaltbild einer an sich bekannten Neigungs-Datenanzeige über eine als Neigung-Anzeigeeinheit 14 fungierende Bargraph-Anzeige, bei der die Daten von Sensoren A, B, C, D über ein Kabel und einen Controller an zwei orthogonal balkenförmig angeordnete Leuchtbänder aus einzelnen Leuchtdioden übertragen werden, welche die x- und y-Ausrichtung einer Fläche symbolisieren. Hierbei kann die Libelle, vorliegend eine Tonnen-Libelle, grundsätzlich mit Leuchtdioden nachgebildet werden. Nur wenn beide Libellen exakt wagerecht ausgerichtet sind, leuchten jeweils die beiden im Leuchtbalken innersten Leuchtdioden beider Leuchtbalken in einheitlicher z.B. gelber Farbe. Ansonsten leuchtet mindestens eine Leuchtdiode des eine nicht waagrecht positionierte Libelle repräsentierenden Leuchtbalkens z. B. rot.

10 zeigt das Blockschaltbild einer Neigungs-Datenanzeige über eine 7-Segment-Anzeige, wobei die über ein Kabel ankommenden Analogsignale über einen Controller in Digitalwerte umgewandelt werden und in Folge eine Codezahl, oder eine Anzeige in Winkelgrad oder in Steigungsprozent ausgegeben wird

11 zeigt das Blockschaltbild einer Neigungs-Datenanzeige über ein LCD-Display, wobei nach Umsetzung des am Ausgang der Sensoren S1, S2 anstehenden Analogsignals im Controller in ein Digitalsignal und dessen Weiterleitung über ein Kabel ein LCD-Display mit 2 × 16 Zeichen nebst vorgeschaltetem Controller, in welchem z. B. auch die Verarbeitung trigonometrischer Funktionen übernommen werden kann.

12 zeigt das Blockschaltbild einer Neigungs-Datenanzeige über ein Grafik-Display, auf dem grundsätzlich beliebig viele Darstellungen, z.B. wie vorliegend eine Darstellungen in Winkelgrad, in Steigungsprozenten oder die Veranschaulichung durch Steigungsgeraden möglich sind. Selbstverständlich können auch andere Systemangaben, wie z. B. Temperatur oder Ladezustandsanzeigen der für die Elektronik erforderlichen Akkumulatoren in den Systemkomponenten 1.1, 1.2, 1.3 in der Anzeige-Einheit abgebildet werden.

13 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Fern-Wasserwaage mit einer ersten Systemkomponente 1.1, einer zweiten Systemkomponente 1.2 sowie einer eine zweite Empfangseinheit 18 sowie eine Neigungs-Stellvorrichtung 16 aufweisenden dritten Systemkomponente 1.3 nach einem siebten Ausführungsbeispiel.

Die erste Systemkomponente 1.1 weist eine Horizontal-Libelle 2.1 und eine Vertikal-Libelle 2.2 herkömmlicher Tonnen-Libellen 2 in herkömmlicher Orthogonalanordnung, eine Neigungs-Messeinheit 6, eine nachgeschaltete erste Auswerteelektronik 11 sowie eine erste Sendeeinheit 12 auf. Die zweite Systemkomponente 1.2 weist ein erstes Empfangsteil 13, eine zweite Auswerteelektronik 21, sowie eine Neigungs-Anzeigeeinheit 14 auf. Um auch die Fernstellung der als Aktuator arbeitenden Neigungs-Stellvorrichtung 16 der 3. Systemkomponente 1.3, vorliegend eines Stellmotors M, zu ermöglichen, ist der Neigungs-Anzeigeeinheit 14 eine Neigungs-Einstelleinheit 15 zuintegriert, wobei die Daten analog oder digital drahtlos per Funkverbindung von der Neigungs-Einstelleinheit 15 an die Neigungs-Stellvorrichtung 16 übertragen werden, wobei der Neigungs-Einstelleinheit 15 eine zweite Sendeeinheit 17 nachgeschaltet und der Neigungs-Stellvorrichtung 16 eine zweite Empfangseinheit 18 vorgeschaltet sind. Diese Ausführungsform ermöglicht die Fernstellung einer justierenden Person , von einem Ort aus, der sowohl vom Messort als auch vom Einstellort verschieden ist.

Zwischen die Neigungs-Anzeigeeinheit 14 und die Neigungs-Einstelleinheit 15 ist zusätzlich ein Regler 19 geschaltet, in welchem eine vorgebbare Flächenneigung als Neigungs-Soll-Wert abgelegt ist und der nach Vergleich mit dem an der Neigungs-Anzeigeeinheit 14 anstehenden Neigungs-Ist-Wert ein entsprechendes Differenzsignal an die Neigungs-Stellvorrichtung 16 automatisch übermittelt. Hierdurch erfolgt eine vollautomatische Regelung der vorzugebenden Neigungs-Stellgröße. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass der bislang ebenfalls durch die justierende Person vorzunehmende Abgleich zwischen Soll-Wert und Ist-Wert nunmehr ebenfalls automatisch bewerkstelligt werden kann.

Dieses System ermöglicht nach vorgängiger Festlegung eines Sollwerts auf Knopfdruck die Justierung von Flächen, ohne dass noch eine Person eingreifen muss.

Selbstredend sind alle vorgenannten Ausführungsbeispiele auch auf eine besonders bevorzugte drahtlose Funkverbindung zwischen den Systemkomponenten 1.1, 1.2, 1.3 übertragbar und die einzelnen Anzeigearten untereinander beliebig substituierbar.

1 Fern-Wasserwaage 1.1 erste Systemkomponente 1.2 zweite Systemkomponente 1.3 dritte Systemkomponente 2 Tonnen-Libellen 2.1 Horizontal-Libelle 2.2 Vertikal-Libelle 3 Hohl-Ring-Libellen 4 5 6 Neigungs-Messeinheit 7 Gasblase 8 Flüssigkeit 9 Innenraum von 3 10 Außenraum von 3 11 erste Auswerteelektronik 12 erste Sendeeinheit 13 erste Empfangseinheit 14 Neigungs-Anzeigeeinheit 15 Neigungs-Einstelleinheit 16 Neigungs-Stellvorrichtung 17 zweite Sendeeinheit 18 zweite Empfangseinheit 19 Regler 20 Elektronikschalter S Foto-Sensoren S1 erster Foto-Sensor S2 zweiter Foto-Sensor LED Leuchtdioden LED 1 erste Leuchtdiode LED 2 zweite Leuchtdiode

Anspruch[de]
  1. Elektronische Fern-Wasserwaage mit einer an einem Messort sich befindlichen ersten Systemkomponente zur Fernmessung und Fernmeldung der die Neigung einer Fläche repräsentierenden Daten, mit jeweils einer eine Skalierung aufweisenden sowie mit einer Flüssigkeit gefüllten Horizontal-Libelle und einer Vertikal-Libelle in Orthogonalanordnung, wobei in der Flüssigkeit eine Gasblase abhängig von der Neigung der Fläche über die Skalierung läuft, mit jeweils einer am Messort die Position der Gasblase relativ zur Skalierung messenden Neigungs-Messeinheit mit nachgeschalteter erster Auswerteelektronik, wobei die Neigungs-Messeinheit mindestens ein lichtemittierendes Bauelement sowie mindestens einen lichtempfindlichen optoelektronischen Foto-Sensor aufweist, sowie mit einer an einem Einstellort sich befindlichen zweiten Systemkomponente zur Fernanzeige der die Neigung einer Fläche repräsentierenden Daten, mit einer Neigungs-Anzeigeeinheit mit vorgeschalteter zweiter Auswerteelektronik, wobei der Einstellort vom Messort räumlich entfernt liegt und wobei die Daten von der Neigungs-Messeinheit zur Neigungs-Anzeigeeinheit räumlich übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontal-Libelle (2.1) und die Vertikal-Libelle (2.2) herkömmliche Tonnen-Libellen (2) sind, dass auf einer Seite neben den Tonnen-Libellen (2) jeweils auf Höhe der Gleichgewichtslage der Gasblase (7) ein lichtemittierendes Bauelement (LED) angeordnet ist und dass auf der anderen Seite der Tonnen-Libellen (2) gegenüber dem lichtemittierenden Bauelement (LED) sowie auf Höhe der beiden endseitigen Grenzschichten der Gasblase (7) zur Flüssigkeit (8) jeweils ein erster Foto-Sensor (S1) und ein zweiter Foto-Sensor (S2) angeordnet sind.
  2. Elektronische Fern-Wasserwaage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontal-Libelle (2.1) und die Vertikal-Libelle (2.1) herkömmliche Tonnen-Libellen (2) sind, dass auf einer Seite neben den Tonnen-Libellen (2) jeweils auf Höhe der beiden endseitigen Grenzschichten der Gasblase (7) zur Flüssigkeit (8) jeweils ein erstes lichtemittierendes Bauelement (LED1) und ein zweites lichtemittierendes Bauelement (LED2) angeordnet sind, welche in hoher Frequenz abwechselnd Licht emittieren und dass auf der anderen Seite der Tonnen-Libellen (2) gegenüber den lichtemittierenden Bauelementen (LED1, LED2) sowie auf Höhe der Gleichgewichtslage der Gasblase (7) der Foto-Sensor (S) angeordnet ist.
  3. Elektronische Fern-Wasserwaage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontal-Libelle (2.1) und die Vertikal-Libelle (2.2) Hohl-Ring-Libellen (3) sind, dass sich in deren Innenraum (9) jeweils zentral der Foto-Sensor (S) befindet und dass jeweils in deren Außenraum (10) mehrere, vorzugsweise 2n (n = 4, 5, 6, ...) um die Hohl-Ring-Libellen (3) rotationssymmetrisch angeordnete lichtemittierende Bauelemente (LED) angeordnet sind.
  4. Elektronische Fern-Wasserwaage nach dem Oberbegriff von Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontal-Libelle (2.1) und die Vertikal-Libelle (2.2) Hohl-Ring-Libellen (3) sind, dass sich in deren Innenraum (9) jeweils zentral das lichtemittierende Bauelement (LED) befindet und dass jeweils in deren Außenraum (10) mehrere, vorzugsweise 2n (n = 4, 5, 6, ...) um die Hohl-Ring-Libellen (3.1, 3.2) rotationssymmetrisch angeordnete Foto-Sensoren (S) angeordnet sind.
  5. Elektronische Fern-Wasserwaage nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Bauelemente (LED) unmittelbar an den Libellen (2,3) anliegen.
  6. Elektronische Fern-Wasserwaage nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen optoelektronischen Foto-Sensoren (S) unmittelbar an den Libellen (2,3) anliegen.
  7. Elektronische Fern-Wasserwaage mit einer an einem Messort sich befindlichen ersten Systemkomponente zur Fernmessung und Fernmeldung der die Neigung einer Fläche repräsentierenden Daten, mit mindestens einer eine Skalierung aufweisenden sowie mit einer Flüssigkeit gefüllten Libelle, wobei in der Flüssigkeit eine Gasblase abhängig von der Neigung der Fläche über die Skalierung läuft, mit jeweils einer am Messort die Position der Gasblase relativ zur Skalierung messenden Neigungs-Messeinheit mit nachgeschalteter erster Auswerteelektronik, wobei die Neigungs-Messeinheit mindestens ein lichtemittierendes Bauelement sowie mindestens einen lichtempfindlichen optoelektronischen Foto-Sensor aufweist, sowie mit einer an einem Einstellort sich befindlichen zweiten Systemkomponente zur Fernanzeige der die Neigung einer Fläche repräsentierenden Daten, mit einer Neigungs-Anzeigeeinheit mit vorgeschalteter zweiter Auswerteelektronik, wobei der Einstellort vom Messort räumlich entfernt liegt und wobei die Daten von der Neigungs-Messeinheit zur Neigungs-Anzeigeeinheit räumlich übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Libelle eine zweischalige Hohl-Halbkugel-Libelle oder eine zweischalige Hohl-Kugel-Libelle ist, deren Äquatorialebene zu der zu messenden Fläche parallel ausgerichtet ist und dass sich in deren Innenraum (9) zentral das lichtemittierende Bauelement (LED) befindet und dass in deren Außenraum (10) mehrere , vorzugsweise 2n (n = 4, 5, 6, ...) punktsymmetrisch angeordnete Foto-Sensoren (S) angeordnet sind.
  8. Elektronische Fern-Wasserwaage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Bauelemente (LED) im sichtbaren Bereich zwischen 4000 und 8000 Å emittierende Leuchtdioden sind.
  9. Elektronische Fern-Wasserwaage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen optoelektronischen Foto-Sensoren (S) im sichtbaren Bereich zwischen 4000 und 8000 Å empfindliche Fotodioden sind.
  10. Elektronische Fern-Wasserwaage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektroniken (11, 21) Mikrocontroller, Mikroprozessoren oder Mikrocomputer sind.
  11. Elektronische Fern-Wasserwaage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten analog oder digital per Kabel oder drahtlos per Funkverbindung übertragen werden, wobei im letzteren Fall der ersten Auswerteelektronik (11) der Neigungs-Messeinheit (6) eine ebenfalls integrierte erste Sendeeinheit (12) nachgeschaltet ist und wobei der zweiten Auswerteelektronik (21) der Neigungs-Anzeigeeinheit (14) eine erste Empfangseinheit (13) vorgeschaltet ist.
  12. Elektronische Fern-Wasserwaage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten analog oder nach entsprechender AD-Wandlung entweder optisch über eine Bargraph-Anzeige oder über eine alphanumerische 7-Segmentanzeige oder über ein LCD-Display oder über ein Graphik-Display in Winkelgrad oder Steigungsprozent oder codiert oder mit graphischer Unterstützung und/oder akustisch über Signale oder Textansagen wiedergegeben werden.
  13. Elektronische Fern-Wasserwaage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Leuchtdioden (LED) milchglasartig nicht durchscheinend matt ausgebildet ist.
  14. Elektronische Fern-Wasserwaage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fernstellung einer Neigungs-Stellvorrichtung (16) der Neigungs-Anzeigeeinheit (14) eine Einstelleinheit (15) zuintegriert wird, wobei die Daten analog oder digital per Kabel oder drahtlos per Funkverbindung von der Neigungs-Einstelleinheit (15) an einen als Neigungssteller arbeitenden Aktuator, die Neigungs-Stellvorrichtung (16), vorzugsweise einen Schrittmotor, übertragen werden, wobei im Fall der drahtlosen Funkverbindung der Neigungs-Einstelleinheit (15) eine zweite Sendeeinheit (17) und der Neigungs-Stellvorrichtung (16) eine vorgeschaltete zweite Empfangseinheit (18) zuintegriert sind.
  15. Elektronische Fern-Wasserwaage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Neigungs-Anzeigeeinheit (14) und die Neigungs-Einstelleinheit (15) ein Komparator (19) geschaltet ist, in welchem eine vorgebbare Flächenneigung als Neigungs-Sollwert abgelegt ist und der nach Vergleich mit dem an der Neigungs-Anzeigeeinheit (14) anstehenden Neigungs-Istwert ein entsprechendes Differenzsignal an die Neigungs-Stellvorrichtung (16) übermittelt, wodurch eine automatische Regelung der vorzugebenden Neigungs-Stellgröße erfolgt.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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