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Dokumentenidentifikation DE202007005665U1 16.08.2007
Titel Waage mit Transportarretierung für das Wägesystem
Anmelder Sartorius AG, 37075 Göttingen, DE
DE-Aktenzeichen 202007005665
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 16.08.2007
Registration date 12.07.2007
Application date from patent application 19.04.2007
IPC-Hauptklasse G01G 23/02(2006.01)A, F, I, 20070419, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage mit einem Wägesystem, mit einer elektrisch betätigbaren Arretiervorrichtung zur Fixierung der beweglichen Teile des Wägesystems und mit einem Kondensator, dessen Kapazität so bemessen ist, dass er bei Wegfall der Spannungsversorgung der Waage die Arretiervorrichtung bis zur vollständigen Fixierung der beweglichen Teile des Wägesystems mit Energie versorgen kann.

Eine Waage dieser Art ist z. B. in der DE 42 35 250 C1 beschrieben. Die Arretiervorrichtung besteht dabei aus einer oder mehreren elektromotorisch angetriebenen Exzenterscheibe(n); jede Exzenterscheibe drückt einen Arretierhebel bzw. ein Arretier-Druckstück gegen die beweglichen Teile der Waage und fixiert sie dadurch. Dadurch können die beweglichen Teile des Wägesystems durch die bei einem Transport der Waage auftretenden stoßförmigen Beschleunigungen nicht beschädigt werden.

Diese bekannte Arretiervorrichtung ist jedoch aus einer Vielzahl von Baugruppen aufgebaut, erfordert relativ viel Bauraum in der Nähe der Fixierstellen und es besteht die Gefahr, dass bei zu geringer Aufladung des Kondensators die Arretiervorrichtung in einer halb arretierten Stellung stehen bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Arretiervorrichtung anzugeben, die einfach aufgebaut ist, sicher funktioniert und nur wenig Bauraum in der Nähe der Fixierstellen erfordert.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Arretiervorrichtung aus einer verschiebbaren Stange besteht, dass diese Stange an einem gehäusefesten Teil des Wägesystems verschiebbar gelagert ist und in einen Schlitz oder in ein Loch hineinragt, der/das an einem beweglichen Teil des Wägesystems angeordnet ist, dass diese Stange durch einen Rastmechanismus und eine Vorspannfeder zwei stabile Lagen aufweist und dass diese Stange durch einen elektrischen Impuls auf einen Aktor von der einen stabilen Lage in die andere stabile Lage bringbar ist.

Durch die Benutzung einer verschiebbaren Stange zum Arretieren ist in der Nähe der Arretierstelle nur eine einfach Buchsenlagerung für diese Stange notwendig und der Betätigungsmechanismus für das Verschieben der Stange kann in größerem Abstand von der Arretierstelle angeordnet sein. Durch den federbelasteten Rastmechanismus kann die Stange nur in einer der beiden stabilen Lagen verharren, es besteht also nicht die Gefahr, dass die Stange in einer halb arretierten Stellung stehen bleibt.

Die Stange weist dabei vorteilhafterweise mindestens zwei verschiedene Querschnitte auf. Befindet sich der Bereich mit dem größeren Querschnitt im Schlitz bzw. im Loch, so sind die beweglichen Teile des Wägesystems festgelegt; dies ist die Arretierstellung. Befindet sich dagegen der Bereich der Stange mit dem kleineren Querschnitt im Schlitz bzw. im Loch, so weisen die beweglichen Teile des Wägesystems einen gewissen Freiraum auf; dies ist die Wägestellung und die Stange stellt gleichzeitig einen Überlastanschlag dar.

Die Stange ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung rund ausgebildet und die verschiedenen Querschnitte sind durch verschiedene Durchmesser realisiert. Dadurch kann die Stange in einfachen Rundbuchsen verschiebbar gelagert sein. Der Übergang von einem Durchmesser zum anderen Durchmesser erfolgt dabei zweckmäßigerweise durch einen konischen Übergangsbereich; damit werden die beweglichen Teile des Wägesystems sicher in die Arretierstellung gedrückt, falls sie sich beim Aktivieren der Arretierung außerhalb dieser Arretierstellung befinden sollten.

Die gleiche Funktionalität ergibt sich, wenn in einer alternativen Ausgestaltung die verschiebbare Stange einen konstanten Querschnitt hat und der Schlitz bzw. das Loch am beweglichen Teil des Wägesystems in Bewegungsrichtung der Stange hintereinander zwei verschiedene Querschnitte aufweist.

Die Stange ist zweckmäßigerweise waagerecht im Wägesystem angeordnet und wird zum Arretieren waagerecht verschoben; dies erlaubt die Arretierung an einem beweglichen Teil des Wägesystems mit vertikaler Bewegungsrichtung und erlaubt es auch, die Stange relativ lang auszuführen. Außerdem kann dann vorteilhafterweise die Stange dicht an der eigentlichen Fixierstelle in einem vertikalen Lagerblech gelagert sein und das Lagerblech kann an einer vertikalen Fläche am gehäusefesten Teil des Wägesystems angeschraubt sein. Weist das Lagerblech dabei vorteilhafterweise ein Langloch auf bzw. einfach ein etwas größeres Loch, so kann die Stange auf einfache Weise in der Höhe justiert werden, so dass beim Arretieren die beweglichen Teile des Wägesystems genau in ihrer Einschwinglage beim Wägen arretiert werden. Dadurch wird auch ein Kriechen des Nullpunkts des Wägesystems nach dem Ende der Arretierung vermieden.

Als Aktor werden vorzugsweise ein Elektromagnet oder ein Piezoaktor vorgesehen. Die Ansteuerung des Aktors wird dabei besonders einfach, wenn der Rastmechanismus so ausgebildet ist, dass der Aktor sowohl zum Arretieren als auch zum Entarretieren einen Kraftimpuls bzw. eine Betätigungsbewegung in derselben Richtung erzeugen muss, weshalb diese Ausführungsform besonders bevorzugt wird.

Die Arretiervorrichtung weist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung einen Sensor zur Detektion der Lage der Stange auf, um zu kontrollieren in welcher der beiden stabilen Lagen sich die Stange befindet.

Bei einem Wägesystem mit Übersetzungshebel ist der Schlitz/das Loch zum Arretieren vorteilhafterweise am Ende dieses Übersetzungshebels angeordnet oder an einer vertikalen Platte, die am Ende des Übersetzungshebels angeordnet ist. Am Ende des Übersetzungshebels sind die auf die Stange zum Arretieren einwirkenden Beschleunigungskräfte am geringsten und die Gefahr einer Materialüberlastung ist dort am geringsten.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausgestaltung und mit Bezug auf die schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht des Wägesystems mit Arretiervorrichtung,

2 ein Detail des Rastmechanismus,

3 ein weiteres Detail des Rastmechanismus,

4 ein Detail der Arretierung und

5 dasselbe Detail in einer zweiten Ausgestaltung.

Das in 1 gezeigte Wägesystem 1 besteht aus einem gehäusefesten Bereich 2, an dem ein oberer Lenker 3 und ein unterer Lenker 4 mittels der Dünnstellen 5 drehbeweglich gelagert sind. An den anderen Enden der Lenker 3 und 4 ist über weitere Dünnstellen 6 ein Lastaufnehmer 7 gelenkig mit den Lenkern 3 und 4 verbunden. Die Lenker 3 und 4 bilden damit in bekannter Weise eine Parallelführung für den Lastaufnehmer 7. Am Lastaufnehmer 7 ist die nicht dargestellte Waagschale der Waage befestigt. Die vom Wägegut auf der Waagschale auf den Lastaufnehmer 7 ausgeübte Kraft wird – gegebenenfalls über in 1 nicht erkennbare Zwischenhebel – auf einen Übersetzungshebel 8 übertragen, von dem in 1 nur ein mittleres Stück und das Ende 8' erkennbar sind. Am Übersetzungshebel 8 ist eine – nicht erkennbare – Spule angebracht; diese Spule taucht in den Luftspalt eines nicht eingezeichneten Permanentmagneten, der zwischen den beiden Seitenflanken 2' des gehäusefesten Bereiches 2 eingebaut wird. Spule und Permanentmagnet erzeugen in bekannter Weise die Kompensationskraft. – Das Wägesystem ist im Vorstehenden nur ganz kurz erläutert, da sein Aufbau im Detail für die Erfindung nicht wesentlich ist. Eine genauere Beschreibung findet sich z. B. in der DE 195 40 782 C1.

Ebenfalls nicht dargestellt ist die Elektronik der Waage und der Kondensator zur Energiespeicherung für die Betätigung der Arretiervorrichtung bei Wegfall der Spannungsversorgung. Diese Baugruppen sind aus der schon in der Beschreibungseinleitung als Stand der Technik zitierte DE 42 35 250 C1 bekannt und werden für die erfindungsgemäße Waage unverändert übernommen.

Die Arretiervorrichtung besteht nun aus einer Stange 11 die dicht vor ihrem (in 1 rechten) Ende in einem Lagerblech 12 waagerecht verschiebbar gelagert ist. Das Lagerblech 12 ist mit einer Schraube 13 an einer vertikalen Fläche des gehäusefesten Bereiches 2 angeschraubt. Das vorstehende (in 1 rechte) Ende der Stange 11 greift in einen Schlitz 10 in einem Blech 9, das mittels Schrauben 14 am Ende 8' des Übersetzungshebels 8 festgeschraubt ist. In der gezeichneten Stellung der Stange 11 befindet sich der Bereich der Stange 11 mit dem größeren Durchmesser im Schlitz 10 und legt damit das Blech 9 und damit den Übersetzungshebel 8 fest. Dies ist die Arretierstellung.

Wird nun die Stange 11 so weit nach links verschoben, dass sich der Bereich 15 der Stange 11 mit seinem kleineren Durchmesser im Schlitz 10 befindet, wie es in 4 in einer vergrößerten Detaildarstellung gezeigt ist, so kann sich der Übersetzungshebel 8 mitsamt dem Blech 9 etwas (z. B. um +/– 0,4 mm) nach oben und nach unten bewegen; in dieser verschobenen Stellung der Stange 11 sind die beweglichen Teile des Wägesystems also innerhalb dieses Freiraumes von z. B. +/– 0,4 mm frei beweglich, der dünnere Bereich der Stange 11 wirkt in dieser Stellung als Überlastanschlag, so dass ein gesonderter Überlastanschlag eingespart werden kann.

Die exakte Justierung der Höhe, in der der Übersetzungshebel 8 beim Arretieren festgelegt werden soll, erfolgt vorteilhafterweise am Lagerblech 12: Bei gelockerter Schraube 13 wird das Lagerblech geringfügig soweit verschoben, bis das Blech 9 und damit der Übersetzungshebel 8 die richtige Sollposition erreicht hat. Dazu weist das Lagerblech ein Langloch 16 auf, das in der Figur der Deutlichkeit halber übertrieben lang gezeichnet ist. Nach erfolgter Justierung wird die Schraube 13 fest angezogen und dadurch die Sollposition festgelegt. – In 1 ist durch den zweiten Schlitz 10 auf der rechten Seite des Bleches 9 angedeutet, dass eine zweite Arretierstange bei Bedarf auch auf der (in 1) hinteren Seite des Wägesystems eingebaut werden kann.

Die Justierung der exakten Sollposition des Übersetzungshebels 8 beim Arretieren kann natürlich auch bei gelockerten Schrauben 14 durch leichtes Verschieben des Bleches 9 relativ zum Übersetzungshebel 8 erfolgen. Dies erfordert jedoch ein Schrauben an beweglichen Teilen des Wägesystems und ist von daher nicht so günstig. Alternativ kann natürlich auch durch vertikales Verschieben des für die elektromagnetische Kraftkompensation notwendigen Lagensensors (nicht eingezeichnet) die Einschwinglage des Übersetzungshebels 8 an die fest vorgegebene Arretierungsposition angepasst werden.

Befinden sich die beweglichen Teile des Wägesystems beim Arretieren – also beim Verschieben der Stange 11 – nicht in ihrer exakten Sollposition, so wird durch einen allmählichen Übergang vom kleineren Durchmesser zum größeren Durchmesser (z. B. konusförmig) eine Zentrierung erreicht.

Die Bewegung der Stange 11 zwischen der Arretierstellung und der Nicht-Arretierstellung erfolgt durch einen Aktor 19, der in 1 als Elektromagnet mit beweglichem weichmagnetischen Anker 17 gezeichnet ist. Der Anker 17 bewegt die Stange 11 über ein Zwischenelement 21 und eine Quertraverse 22. Das Zusammenspiel dieser Teile wird im Folgenden anhand der 1, 2 und 3 erläutert. 2 ist dabei eine vergrößerte Ansicht auf diese Teile der Arretiervorrichtung, etwa durch die Öffnung 20 im oberen Lenker 3 hindurch. 3 ist eine vergrößerte Ansicht auf das Zwischenelement 21 mit etwa der gleichen Blickrichtung wie in 2.

Der Anker 17 ist durch einen Bolzen 18, der durch ein Loch 23 im Zwischenelement 21 hindurchgeht, mit dem Zwischenelement 21 gekoppelt. Das Zwischenelement 21 ist in seinem mittleren Bereich 24 in einer Lagerscheibe 25 waagerecht verschiebbar gelagert. Die Lagerscheibe 25 ist dabei mittels Schrauben 26 an einem Befestigungswinkel 27 festgeschraubt. Der Befestigungswinkel 27 wiederum ist am gehäusefesten Teil des Wägesystems festgeschraubt (Schraube 28) und dient auch als Befestigungsfläche für den Aktor 19. Mit dem Zwischenelement 21 ist eine Quertraverse 22 verbunden, an der wiederum die Stange 11 befestigt ist. Durch eine an der Quertraverse 22 angreifende Druckfeder 29 wird die Quertraverse 22 mitsamt der Stange 11 und dem Zwischenelement 21 immer möglichst weit nach rechts gedrückt. Diese Bewegung nach rechts wird durch einen Stift 30 im Zusammenwirken mit einer in das Zwischenelement 21 eingefrästen Vertiefung 31 begrenzt. Der Stift 30 ist dabei über die Blattfeder 32 gehalten, die an der Lagerscheibe 25 – und damit gehäusefest – befestigt ist. Die Blattfeder 32 drückt den Stift 30 nach unten in den Grund der Vertiefung 31. Die Vertiefung 31 hat eine etwa herzförmige Kontur, wobei innerhalb dieser herzförmigen Kontur eine „Insel" 33 stehengelassen ist. Außerdem weist die Vertiefung 31 eine ortsabhängige Tiefe auf, wie es in 3 anhand der verschieden tiefen Seitenflanken erkennbar ist.

Der Bewegungsablauf beim Umschalten von einer stabilen Lage in die andere stabile Lage ist dann folgender: In der arretierten Stellung, wie sie in 1 und 2 gezeichnet ist, liegt der Stift 30 an der Spitze 34 der herzförmigen Vertiefung 31 an. Wird dann der Aktor 19 aktiviert, so zieht er das Zwischenelement 21 nach links und der Stift 30 gleitet auf der schrägen Ebene 35 der Vertiefung 31 etwas nach oben. Die Bewegung des Zwischenelementes 21 wird begrenzt, sobald der Stift 30 die Begrenzung 36 der herzförmigen Vertiefung erreicht. Wenn der Kraftimpuls des Aktors beendet ist, drückt die Vorspannfeder 29 das Zwischenelement 21 zurück und der Stift 30 fängt sich in der Mulde 37 der „Insel" 33 und begrenzt dadurch die Rückwärtsbewegung. Das Zwischenstück 21 und die Stange 11 verbleiben dadurch in der entarretierten Position.

Zum Zurückschalten in die arretierte Position wird wieder der Aktor betätigt, dieser zieht das Zwischenelement 21 nach links. Aufgrund der verschiedenen Tiefe der Vertiefung 31 gleitet der Stift 30 dabei nicht zurück in die Begrenzung 36, sondern in die andere Begrenzung 38 der herzförmigen Kontur. Nach Ende der Aktorwirkung drückt die Vorspannfeder 29 das Zwischenelement 21 wieder soweit zurück, bis der Stift 30 an der Spitze 34 der herzförmigen Vertiefung 31 anliegt und die Rückbewegung stoppt. – Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Aktor 19 für die Umschaltungen zwischen den beiden stabilen Lagen eine Kraft bzw. eine Bewegung in die gleiche Richtung erzeugt. Die Ansteuerelektronik muss also nicht zwischen den beiden Umschaltungen unterscheiden und kann dadurch besonders einfach aufgebaut sein.

Der in 1 gezeigte Einbau des Aktors 19 und des Rastmechanismus 21/30/31/32 auf der linken Seite des Wägesystems im Freiraum zwischen den Lenkern 3 und 4 hat zusammen mit der relativ langen Stange 11 zum einen den Vorteil, dass eine Höhenjustierung am Lagerblech 12 nur zu einer minimalen Schräglage der Stange 11 führt und keine Anpassung der Lage des Rastmechanismus erfordert; zum anderen ist der Aktor 19 weit vom Permanentmagneten entfernt, wodurch ein elektromagnetischer Aktor den Permanentmagneten nicht beeinflusst; außerdem wird durch diese Anordnung ein sowieso im Wägesystem vorhandener Freiraum genutzt, die äußeren Abmessungen des Wägesystem werden also durch die Arretiervorrichtung nicht vergrößert.

In 5 ist noch einmal eine alternative Gestaltung der Arretierung in einer Detailansicht gezeigt. In dieser Alternativgestaltung weist die Stange 11' einen konstanten Durchmesser – bzw. bei nicht runder Bauform einen konstanten Querschnitt – auf. Dafür ist der Schlitz (bzw. das Loch) 10' so gestaltet, dass der Schlitz/das Loch 10' im linken Bereich 40 einen größeren Querschnitt aufweist als im rechten Bereich 41. In der gezeichneten Stellung hat das bewegliche Blech 9' also etwas Spielraum (Wägestellung mit Überlastanschlag). Wird die Stange 11' nach rechts verschoben, so fixiert sie im Bereich 41 das Blech 9' (Arretierstellung). Diese Ausgestaltung bietet damit dieselbe Funktionalität wie die Ausgestaltung gemäß 1 und 4.

Die im Vorstehenden am Beispiel eines Wägesystems mit Parallelführung und Übersetzungshebel erläutere Arretiervorrichtung kann selbstverständlich auch bei Wägesystemen ohne Übersetzungshebel eingesetzt werden. Die Stange zum Arretieren muss dann so angeordnet werden, dass sie in ein Loch bzw. in einen Schlitz im Lastaufnehmer hineinragt und diesen festlegt. Dadurch ist die beschriebene Arretiervorrichtung z. B. auch für Wägesysteme mit Dehnungsmessstreifen einsetzbar.

Statt des elektromagnetischen Aktors 19 kann selbstverständlich jeder beliebige Aktor eingesetzt werden, z. B. auch ein piezoelektrischer Aktor.

1
Wägesystem
2
gehäusefester Bereich
2'
Seitenflanken des gehäusefesten Bereiches
3
Lenker
4
Lenker
5
Dünnstellen
6
Dünnstellen
7
Lastaufnehmer
8
Übersetzungshebel
8'
Ende des Übersetzungshebels
9, 9'
Blech
10, 10'
Schlitz
11, 11'
Stange
12
Lagerblech
13
Schraube
14
Schrauben
15
Bereich der Stange 11 mit kleinerem Durchmesser
16
Langloch
17
Anker
18
Bolzen
19
Aktor
20
Öffnung
21
Zwischenelement
22
Quertraverse
23
Loch im Zwischenelement 21
24
mittlerer Bereich des Zwischenelementes 21
25
Lagerscheibe
26
Schrauben
27
Befestigungswinkel
28
Schraube
29
Vorspannfeder
30
Stift
31
Vertiefung
32
Blattfeder
33
„Insel" in der Vertiefung 31
34
Spitze
35
schräge Ebene
36
Begrenzung
37
Mulde
38
Begrenzung
40
Bereich des Bleches 9' mit größerem Querschnitt
41
Bereich des Bleches 9' mit kleinerem Querschnitt


Anspruch[de]
Elektronische Waage mit einem Wägesystem (1), mit einer elektrisch betätigbaren Arretiervorrichtung zur Fixierung der beweglichen Teile des Wägesystems und mit einem Kondensator, dessen Kapazität so bemessen ist, dass er bei Wegfall der Spannungsversorgung der Waage die Arretiervorrichtung bis zur vollständigen Fixierung der beweglichen Teile des Wägesystems mit Energie versorgen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung aus einer verschiebbaren Stange (11, 11') besteht, dass diese Stange (11, 11') an einem gehäusefesten Teil (2) des Wägesystems verschiebbar gelagert ist und in einen Schlitz (10, 10') oder in ein Loch hineinragt, der/das an einem beweglichen Teil (9) des Wägesystems (1) angeordnet ist, dass diese Stange (11, 11') durch einen Rastmechanismus (30/31) und eine Vorspannfeder (29) zwei stabile Lagen aufweist und dass diese Stange (11, 11') durch einen elektrischen Impuls auf einen Aktor (19) von der einen stabilen Lage in die andere stabile Lage bringbar ist. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiebbare Stange (11) mindestens zwei verschiedene Querschnitte aufweist. Elektronische Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (11) einen runden Querschnitt hat und mindestens zwei verschiedene Durchmesser aufweist. Elektronische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von einem Durchmesser zum anderen Durchmesser einen konischen Übergangsbereich aufweist. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (10') oder das Loch, der/das an einem beweglichen Teil (9) des Wägesystems (1) angeordnet ist, mindestens zwei verschiedene Querschnitte aufweist. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (11, 11') waagerecht im Wägesystem (1) angeordnet ist und dass die Verschiebungsrichtung der Stange (11, 11') ebenfalls waagerecht ist. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (11, 11') justierbar am gehäusefesten Teil (2) des Wägesystems (1) gelagert ist. Elektronische Waage nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (11, 11') in einem vertikalen Lagerblech (12) gelagert ist, dass das Lagerblech (12) an einer vertikalen Fläche am gehäusefesten Teil (2) des Wägesystems (1) angeschraubt ist und dass das Lagerblech (12) durch Spiel in der Anschraubbohrung justierbar ist. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktor (19) ein Elektromagnet vorgesehen ist. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktor ein Piezoelement vorgesehen ist. Elektronische Waage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastmechanismus so ausgebildet ist, dass der Aktor (19) sowohl zum Arretieren als auch zum Entarretieren einen Kraftimpuls derselben Richtung erzeugen muss. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (19) und der Rastmechanismus (30/31) der Arretiervorrichtung im Freiraum zwischen den Lenkern (3, 4) der Parallelführung des Wägesystems (1) angeordnet ist. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagensensor zur Detektion der Lage der Stange (11, 11') vorhanden ist. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wägesystem (1) einen Übersetzungshebel (8) aufweist und dass der Schlitz/das Loch am Übersetzungshebel (8) angeordnet ist. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wägesystem (1) einen Übersetzungshebel (8) aufweist und dass der Schlitz (10, 10')/das Loch an einer vertikalen Platte (9) angeordnet ist, die am Übersetzungshebel (8) angebracht ist.






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