GENOUD, Dominique (Höhenstrasse Ost 71, Olten, CH-4600, CH)
METZGER, Andreas (Postgasse 20, Männedorf, CH-8708, CH)
BALTISBERGER, Stephan (Chapfstrasse 56, Gossau, CH-8625, CH)
KÖPPEL, Thomas (Bachmattstrasse 10, Oetwil Am See, CH-8618, CH)
BURKHARD, Hans-Rudolf (Höhenstrasse 26, Wila, CH-8492, CH)
GENOUD, Dominique (Höhenstrasse Ost 71, Olten, CH-4600, CH)
METZGER, Andreas (Postgasse 20, Männedorf, CH-8708, CH)
BALTISBERGER, Stephan (Chapfstrasse 56, Gossau, CH-8625, CH)
KÖPPEL, Thomas (Bachmattstrasse 10, Oetwil Am See, CH-8618, CH)
| Patentansprüche
1. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) mit einem beweglichen Parallelschenkel (4, 55, 65), welcher durch zwei Parallellenker (5, 6, 78, 79) vertikal geführt mit einem feststehenden Parallelschenkel (7, 67) verbunden ist, wobei an den Verbindungsstellen zwischen den Parallellenkern (5, 6, 78, 79) und den
Parallelschenkeln (4, 7, 65, 67) elastische Biegelager (8, 8a, 8b) oder elastische Parallellenkerabschnitte (75) ausgebildet oder angeordnet sind, am feststehenden Parallelschenkel (7, 67) und/oder am beweglichen Parallelschenkel (4, 55, 65) durch mindestens eine Aussparung (9, 10, 1 1 , 30a, 30b, 30c, 3Od, 40, 63, 73) mindestens ein Justierbereich (14, 14a, 14b, 34, 44,
54) ausgebildet ist und wobei mindestens eine Aussparung (9, 10, 1 1 , 30a, 30b, 30c, 3Od, 40, 63, 73) mindestens eine Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42, 62, 72) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass
• die mindestens eine Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42, 62, 72) durch die Einwirkung einer Justierkraft oder eines Justiermomentes in kontrollierter Weise plastisch verformbar ist,
• durch die plastische Verformung der mindestens einen Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42, 62, 72) eine gezielte bleibende änderung in der gegenseitigen Lage der Parallellenker (5, 6, 78, 79) zur Korrektur eines Eckenlastfehlers der Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) erzeugbar ist und
• zumindest bei unbelastetem beweglichen Parallelschenkel (4, 55, 65) die mindestens eine Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42, 62, 72) im justierten Zustand spannungsfrei ist.
2. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die den Justierbereich(14, 14a, 14b, 34, 44, 54) bildenden Aussparungen
(9, 10, 1 1 , 30a, 30b, 30c, 3Od, 40, 63, 73) die Materialstärke des feststehenden Parallelschenkels (7, 67) und/oder des beweglichen Parallelschenkels (4, 74) an mindestens einer geeigneten Stelle reduzieren.
3. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42) durch den Parallelschenkel (4, 7) horizontal durchsetzende Aussparungen (9, 10, 30a, 30b, 30c, 3Od, 40) ausgebildet ist, dass durch Kraft- oder Momentanwendung eine Verschwenkung des Justierbereichs (14, 14a, 14b, 34, 44, 54) um die durch die
Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42) in der Querrichtung (Q) der Parallelführung (1 ) definierte Schwenkachse (D) erzeugbar ist, wobei das in den Justierbereich (14, 14a, 14b, 34, 44, 54) einmündende Ende eines der Parallellenker (5, 6) als Folge besagter Verschwenkung eine bleibende Verstellung in Vertikalrichtung (V) erfährt, wodurch im Wesentlichen ein Ecken lastfehler bezüglich der
Längsrichtung (L) der Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 ) korrigierbar ist.
4. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Schwenkachse (D) der Deformationsstelle (12) auf derselben horizontalen Ebene wie das in vertikaler Richtung zu verstellende elastische Biegelager (8, 8a, 8b) angeordnet ist.
5. Parallelführung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Justierbereich (14) an dem in den Justierbereich (14) einmündenden und vertikal verstellbaren Ende des Parallellenkers (5) von einer weiteren Aussparung (1 1 ) durchsetzt ist, welche in der vertikalen Mittellängsschnittfläche des beweglichen Parallelschenkels (4) oder des feststehenden Parallelschenkels
(7) verläuft und bis zum elastischen Biegelager geführt ist, wobei durch die weitere Aussparung (1 1 ) zwei getrennte nebeneinander liegende Justierbereiche (14a, 14b) mit getrennten Deformationsstellen (12a, 12b) gebildet werden, so dass: • einerseits durch eine parallele Kraft- oder Momentanwendung an den zwei getrennten nebeneinander liegenden Justierbereichen (14a, 14b), und damit eine parallele Verschwenkung derselben, eine bleibende parallele Vertikalverstellung des elastischen Biegelagers (8) erzeugbar und dadurch ein Eckenlastfehler bezüglich der Längsrichtung (L) der Parallelführung korrigierbar ist; und • andererseits durch eine antiparallele Kraft- oder Momentanwendung an den zwei getrennten nebeneinander liegenden Justierbereichen (14a, 14b) und die dadurch verursachte entgegen gesetzte Verschwenkung der Justierbereiche (14a, 14b), eine bleibende Verwindung des verstellbaren Parallellenker-Endes erzeugbar ist und dadurch ein Eckenlastfehler bezüglich der Querrichtung (Q) der Parallelführung korrigierbar ist.
6. Parallelführung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Biegelager (8) an dem in den Justierbereich (14) einmündenden und vertikal verstellbaren Ende des Parallellenkers (5) mittels der Weiterführung der weiteren Aussparung (1 1 ) bis zum Parallellenker (5) oder mit einer
Durchbrechung (16) versehen, in zwei getrennte nebeneinander liegende elastische Biegelager (8a, 8b) aufgespalten ist.
7. Parallelführung (31 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten horizontalen Ebene (38a) eine erste Deformationsstelle (32a) durch horizontal durchsetzende Aussparungen (30a, 30b) ausgebildet ist, so dass durch Kraft- oder Momentanwendung eine Verschwenkung des Justierbereichs (34) um die durch die erste Deformationsstelle (32a) in der Querrichtung (Q) der Parallelführung (31 ) definierte Schwenkachse (D) erzeugbar ist, und dass in einer zweiten horizontalen Ebene, orthogonal zur Ausrichtung der ersten Deformationsstelle (32a) ausgerichtet, eine zweite Deformationsstelle (32b) durch horizontal durchsetzende Aussparungen (30c, 3Od) ausgebildet ist, so dass durch Kraft- oder Momentanwendung eine Verschwenkung des Justierbereichs (34) um die durch die zweite Deformationsstelle (32b) in der Längsrichtung (L) der Parallelführung (31 ) definierte Schwenkachse (A) erzeugbar ist.
8. Parallelführung (61 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Parallelschenkel (67) den beweglichen Parallelschenkel (65) mindestens in einer horizontalen Ebene umschliesst.
9. Parallelführung (41 , 61 ) nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deformationsstelle (42, 62, 72) durch eine am feststehenden Parallelschenkel (47, 67) und/oder am beweglichen Parallelschenkel (65) umlaufende Aussparung (40) ausgebildet ist.
10. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Justierbereich (14, 14a, 14b, 34, 44, 54) in einem oberen Teil des feststehenden Parallelschenkels (7, 67) und/ oder beweglichen Parallelschenkels (4, 65) ausgebildet ist, wodurch der obere Parallellenker (5, 78) an seinem in den mindestens einen Justierbereich (14, 14a, 14b, 34, 44, 54) einmündenden Ende verstellbar ist.
1 1. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Justierbereich (14, 14a, 14b, 34, 44,
54) in einem unteren Teil des feststehenden Parallelschenkels (7, 67) und/ oder beweglichen Parallelschenkels (4, 65) ausgebildet ist, wodurch der untere Parallellenker (6, 79) an seinem in den mindestens einen Justierbereich (14, 14a, 14b, 34, 44, 54) einmündenden Ende verstellbar ist.
12. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Justierbereich (14, 14a, 14b, 34, 44, 54) mit mindestens einer Angriffsstelle zum Ansetzen eines Richtwerkzeugs, vorzugsweise eines Hebels, für die Erzeugung der Justierkraft oder des Justiermoments versehen ist.
13. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Angriffsstelle als Bohrloch (13a, 13b, 48) ausgebildet ist, in welches ein Stift des Richtwerkzeugs eingreifen kann.
14. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) und gegebenenfalls Kraftübertragungselemente einstückig aus einem Materialblock (3) ausgebildet sind.
15. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) und die den Justierbereich (14, 14a, 14b, 34, 44, 54) bildenden Aussparungen (9, 10, 1 1 , 30a, 30b, 30c, 3Od, 63, 73) durch schmale Trennschnitte ausgebildet sind.
16. Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42, 62, 72) mit mindestens einem Fixiermittel (39) fixiert und gesichert ist.
17. Gravimetrisches Messinstrument mit einer Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
18. Verfahren zur Justierung der Eckenlastgenauigkeit einer Parallelführung (1 , 31 ,
41 , 51 , 61 ) mit einem beweglichen Parallelschenkel (4, 65), welcher durch zwei Parallellenker (5, 6, 78, 79) vertikal geführt mit einem feststehenden
Parallelschenkel (7, 67) verbunden ist, wobei an den Verbindungsstellen zwischen den Parallellenkern (5, 6, 78, 79) und den Parallelschenkeln (4, 7, 65, 67) elastische Biegelager (8, 8a, 8b) oder elastische Parallellenkerabschnitte (75) ausgebildet oder angeordnet sind, und dass am feststehenden Parallelschenkel (7, 67) und/oder am beweglichen Parallelschenkel (4, 65) durch
Aussparungen (9, 10, 1 1 , 30a, 30b, 30c, 3Od, 40, 63, 73) mindestens ein Justierbereich (14, 14a, 14b, 34, 44, 54) ausgebildet ist, wobei die den Justierbereich bildenden Aussparungen (9, 10, 1 1 , 30a, 30b, 30c, 3Od, 63, 73) mindestens eine Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42, 62, 72) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42, 62,
72) falls notwendig, durch Einwirkung einer Justierkraft oder eines Justiermomentes in kontrollierter Weise plastisch verformt wird, wobei durch die plastische Verformung der mindestens einen Deformationsstelle (12, 32a, 32b,
42, 63, 73) zur Korrektur eines Eckenlastfehlers eine gezielte, bleibende änderung in der gegenseitigen Lage der Parallellenker (5, 6, 78, 79) erreicht und in justiertem Zustand eine, zumindest bei unbelastetem beweglichem Parallelschenkel (4, 55, 65) spannungsfreie Deformationsstelle (12, 32a, 32b, 42, 62, 72) erzielt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) dass die fertig montierte Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) mit einer
Kraftmesszelle und einem Lastaufnehmer (57, 74) wirkverbunden, und die Kraftmesszelle an ein dazu passendes elektronisches Auswerte- und Anzeigegerät angeschlossen wird; b) dass ein Testgewicht (99) zwischen zwei in der Längsrichtung (L) der
Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) einander gegenüberliegenden Positionen auf einer mit der Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) verbundenen horizontalen Lastaufnehmerplatte (57, 74) verschoben wird, wobei jeweils die zugehörige Gewichtsanzeige notiert und die algebraische Differenz zwischen den zwei notierten Gewichtsanzeigen als Eckenlastfehler für die Längsrichtung (L) registriert werden; c) falls der in Schritt b) registrierte Eckenlastfehler innerhalb der vorgeschriebenen Toleranz liegt, mit Schritt e) weitergefahren wird, andernfalls mit Schritt d) weitergefahren wird; d) dass zur Korrektur des in b) registrierten Ecken lastfehlers in Längsrichtung
(L) eine entsprechende Justiereinstellung vorgenommen wird, wobei die beiden getrennten Justierbereiche parallel verstellt werden und die Verstellung bezüglich Grosse und Richtungssinn von dem zu korrigierenden Eckenlastfehler abhängt, worauf anschliessend der Verfahrenszyklus mit Schritt b) fortgesetzt wird; e) dass das Testgewicht (99) zwischen zwei in der Querrichtung (Q) der Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) einander gegenüberliegenden Positionen auf der Lastaufnehmerplatte (57, 74) verschoben wird, wobei jeweils die zugehörige Gewichtsanzeige notiert und die algebraische Differenz zwischen den zwei notierten Gewichtsanzeigen als Eckenlastfehler für die
Querrichtung (Q) registriert werden; f) falls der im ersten Durchlauf von Schritt e) registrierte Eckenlastfehler innerhalb der vorgeschriebenen Toleranz liegt, das Verfahren beendet wird, falls der im zweiten oder in einem späteren Durchlauf von Schritt e) registrierte Eckenlastfehler innerhalb der vorgeschriebenen Toleranz liegt, mit Schritt h) weitergefahren wird, und falls der im Schritt e) registrierte Eckenlastfehler ausserhalb der Toleranz liegt, mit Schritt g) weitergefahren wird; g) dass zur Korrektur des in Schritt e) registrierten Eckenlastfehlers in
Querrichtung (Q) eine entsprechende Justiereinstellung vorgenommen wird, wobei die beiden getrennten Justierbereiche gleich stark, jedoch in entgegen gesetztem Sinn verstellt werden und die Verstellung bezüglich Grosse und Richtungssinn von dem zu korrigierenden Eckenl astfehler in Querrichtung abhängt, worauf anschliessend der Verfahrenszyklus mit Schritt e) fortgesetzt wird; h) dass zur überprüfung, dass durch eine Justiereinstellung für die
Querrichtung (Q) nicht wieder ein Eckenlastfehler in der Längsrichtung (L) verursacht wurde, der Eckenlastfehler für die Längsrichtung (L) erneut ermittelt wird und wenn nötig Nacheinstellungen und weitere Nachprüfungen vorgenommen werden, bis beide Eckenlastfehler innerhalb der Toleranz liegen.
20. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
a) dass die fertig montierte Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) mit einer
Kraftmesszelle und einem Lastaufnehmer (57, 74) wirkverbunden, und die Kraftmesszelle an ein dazu passendes elektronisches Auswerte- und Anzeigegerät angeschlossen wird; b) dass ein Testgewicht (99) zwischen zwei in der Längsrichtung (L) der
Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) einander gegenüberliegenden Positionen auf einer mit der Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) verbundenen horizontalen Lastaufnehmerplatte (57, 74) verschoben wird, wobei jeweils die zugehörige Gewichtsanzeige notiert und die algebraische Differenz zwischen den zwei notierten Gewichtsanzeigen als Eckenlastfehler für die Längsrichtung (L) registriert werden; c) dass das Testgewicht (99) zwischen zwei in der Querrichtung (Q) der
Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) einander gegenüberliegenden Positionen auf der Lastaufnehmerplatte (57, 74) verschoben wird, wobei jeweils die zugehörige Gewichtsanzeige notiert und die algebraische Differenz zwischen den zwei notierten Gewichtsanzeigen als Eckenlastfehler für die Querrichtung (Q) registriert werden; d) falls die in Schritt b) und Schritt c) registrierten Eckenl astfehler innerhalb der vorgeschriebenen Toleranz liegen, das Verfahren beendet wird, andernfalls mit Schritt e) weitergefahren wird; e) dass nur für den absolut grosseren der beiden in Schritt b) und Schritt c) registrierten Eckenlastfehler eine Justiereinstellung vorgenommen wird, wobei die beiden getrennten Justierbereiche bei einem Eckenlastfehler in Längsrichtung (L) parallel und bei einem Eckenlastfehler in Querrichtung (Q) antiparallel verstellt werden und die Verstellung bezüglich Grosse und Richtungssinn von dem zu korrigierenden Eckenlastfehler abhängt, worauf anschliessend der Verfahrenszyklus mit Schritt b) fortgesetzt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
a) dass die fertig montierte Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) mit einer Kraftmesszelle und einem Lastaufnehmer (57, 74) wirkverbunden, und die Kraftmesszelle an ein dazu passendes elektronisches Auswerte- und
Anzeigegerät angeschlossen wird; b) dass ein Testgewicht (99) zwischen zwei in der Längsrichtung (L) der Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) einander gegenüberliegenden Positionen auf einer mit der Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) verbundenen horizontalen Lastaufnehmerplatte (57, 74) verschoben wird, wobei jeweils die zugehörige
Gewichtsanzeige notiert und die algebraische Differenz zwischen den zwei notierten Gewichtsanzeigen als Eckenlastfehler für die Längsrichtung (L) registriert werden; c) dass das Testgewicht (99) zwischen zwei in der Querrichtung (Q) der Parallelführung (1 , 31 , 41 , 51 , 61 ) einander gegenüberliegenden Positionen auf der Lastaufnehmerplatte (57, 74) verschoben wird, wobei jeweils die zugehörige Gewichtsanzeige notiert und die algebraische Differenz zwischen den zwei notierten Gewichtsanzeigen als Eckenlastfehler für die Querrichtung (Q) registriert werden; d) dass aus den in Schritt b) und Schritt c) ermittelten Gewichtswerten die
Eckenlastfehler sowohl für die Längsrichtung (L) als auch für die Querrichtung (Q) bestimmt werden, worauf falls beide Eckenlastfehler innerhalb der Toleranz liegen das Verfahren beendet und andernfalls mit Schritt e) das Verfahren fortgesetzt wird; dass aus den in Schritt d) ermittelten Eckenlastfehlerwerten die erforderlichen Justiereinstellungen sowohl für die Längsrichtung (L) als auch für die Querrichtung (Q) unter Berücksichtigung ihrer gegenseitigen Beeinflussung berechnet und gegebenenfalls angezeigt werden, woraufhin diese Einstellungen vollzogen werden und das Verfahren zyklisch zum Schritt b) zurückkehrt. |
JUSTIERBARE PARALLELFüHRUNG INSBESONDERE FüR EIN GRAVIMETRISCHES MESSINSTRUMENT
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Parallelführung, insbesondere für ein gravimetrisches Messinstrument, wobei die Parallelführung einen feststehenden und einen beweglichen Parallelschenkel, sowie einen oberen und einen unteren
Parallellenker aufweist. Eine von dem beweglichen Parallelschenkel getragene und vertikal geführte Waagschale nimmt die zu wägende Last auf, deren auf die Waagschale wirkende Kraft gegebenenfalls über einer kraftuntersetzende Hebelübertragung an einen Messaufnehmer übertragen wird. Die Parallelführung, das Kraftübertragungssystem und der Messaufnehmer bilden im Wesentlichen die Wägezelle eines gravimethschen Messinstruments. Es sind im Stand der Technik verschiedene Funktionsprinzipien von Wägezellen bekannt, wie beispielsweise Wägezellen mit Dehnungsmessstreifen, Wägezellen mit Saiten oder EMFC- Wägezellen (Electro Magnetic Force Compensation).
Bei EMFC- Wägezellen wird das Gewicht der Last entweder direkt oder durch einen oder mehrere Kraftübertragungshebel in einen elektromechanischen Messaufnehmer übertragen, welcher ein dem Gewicht der Wägelast entsprechendes elektrisches Signal abgibt, das durch eine Wägeelektronik weiterverarbeitet und zur Anzeige gebracht wird.
Bei Wägezellen mit Dehnungs-Messwertaufnehmer ist ein Verformungskörper mit
Dehnungsmessstreifen versehen. Dieser Verformungskörper wird durch die aufgelegte Last elastisch deformiert. Häufig wird der Verformungskörper als Messparallelogramm beziehungsweise als Parallelführung mit speziell ausgestalteten Biegestellen ausgestaltet, wodurch definierte Deformationsstellen geschaffen werden und in welchen Deformationsstellen beziehungsweise Biegestellen die Dehnungs- Messwertaufnehmer angeordnet sind. Die durch die Verformung des Deformationskörpers infolge einer Belastung des beweglichen Parallelschenkels gedehnten oder gestauchten Dehnungs- Messwertaufnehmer weisen einen vergleichsweise zum unbelasteten Zustand des beweglichen Parallelschenkels
veränderten elektrischen Widerstandswert auf, welcher ein Mass für die aufgelegte Last ist.
Bei Saiten- Wägezellen entspricht der mechanische Aufbau weitgehend den EMFC- und DMS- Wägezellen, mit dem Unterschied, dass an Stelle eines elektromagnetischen Messwertaufnehmers ein Schwingsaiten-Messwertaufnehmer eingesetzt wird. Durch die Last wird eine schwingende Saite gespannt, deren Frequenzänderung wiederum ein Mass für die aufgelegte Last darstellt.
Ein Wesenszug der vorstehend beschriebenen Wägezellen, welcher im übrigen allen gravimetrischen Messinstrumenten mit parallel geführten Waagschalen gemeinsam ist, besteht darin, dass die von der Waagschale an den Messaufnehmer übertragene Gewichtskraft im allgemeinen geringfügig davon abhängt, ob die Wägelast zentrisch auf der Waagschale platziert ist oder aus der Mitte der Waagschale gegen den Rand verschoben ist. Dies kann die unerwünschte Folge haben, dass eine Waage für ein und dieselbe Wägelast verschiedene Gewichtsbeträge anzeigt, je nachdem wo die Wägelast auf der Waagschale platziert wurde. Diese Abweichungen bei exzentrischer Platzierung der Wägelast auf der Waagschale werden gemeinhin als Eckenlastfehler bezeichnet.
Bei einem Messparallelogramm beziehungsweise einer Parallelführung, das heisst einer Parallelführung des Waagschalenträgers mittels zweier parallelen, im Wesentlichen horizontalen Parallellenkern, werden Eckenlastfehler vorwiegend dadurch verursacht, dass diese Parallellenker von einer idealen, absoluten Parallelität geringfügig abweichen. Dabei entspricht die relative Grosse des Ecken lastfehlers, das heisst das Verhältnis der beobachteten Gewichtsabweichung zur Grosse des betreffenden Testgewichts etwa der den Fehler verursachenden relativen geometrischen Abweichung. Man unterscheidet zwischen einem Eckenlastfehler in der Längsrichtung und einem Eckenlastfehler in der Querrichtung der Parallelführung, entsprechend der Verschieberichtung des Testgewichts auf der Waagschale in der Eckenlastfehlerprüfung der Waage. Ein Eckenlastfehler in der Längsrichtung kommt daher, dass der vertikale Abstand der Parallellenker an dem zum feststehenden Parallelschenkel verbundenen Ende nicht genau gleich ist wie am andern, mit dem beweglichen Parallelschenkel verbundenen Ende. Ein Eckenlastfehler in der
Querrichtung wird dagegen durch eine gegenseitige Verwindung der beiden Parallellenker gegeneinander verursacht, das heisst ein Zustand bei dem der Abstand zwischen den Parallellenkern über die Breite der Parallellenker variiert.
Im Stand der Technik, beispielsweise in der EP O 990 880 A2, in der JP 2002 365125 A und in der WO 2005/031286 werden Parallelführungen von Wägezellen offenbart, welche eine Vorrichtung zur Justierung der Eckenlast aufweisen. Deren Einstellmechanismus ist derart konzipiert, dass der feststehende Parallelschenkel zwischen den Festlegungsstellen der Parallellenker mindestens eine Biegestelle aufweist, durch dessen Ausgestaltung eine Schwenkachse orthogonal zur Längsrichtung der Parallelführung definiert ist. Durch Verschwenken der
Festlegungsstellen zueinander mittels einer Justierschraube, kann das mit dem feststehenden Parallelschenkel verbundene Ende des oberen Parallellenkers sowohl gehoben als auch gesenkt werden. Damit lässt sich der Ecken lastfehler in der Längsrichtung korrigieren. Je nach Ausgestaltung des Einstellmechanismus kann auch die Schwenkachse beziehungsweise die Festlegungsstelle in ihrer Querneigung verstellt werden, wodurch die Eckenlastfehler in der Querrichtung der Wägezelle korrigiert werden können. Um die Eckenlastfehler auszugleichen beziehungsweise die Parallellenker parallel zueinander auszurichten, müssen die Festlegungsstellen nur ausserordentlich geringfügig zueinander verschwenkt werden. Dadurch werden die Biegestellen ausschliesslich elastisch deformiert. Dies insbesondere auch deshalb, damit die Biegestellen unter Betriebsbelastungen nicht überbeansprucht werden und sich damit nicht plastisch deformieren. Die plastische Deformation der Biegestelle würde zur dauerhaften Verstellung der Lenkerparallelität führen und hätte negative Auswirkungen auf das Wägesignal. Ferner wird oft die aufgrund der elastischen Deformation der Biegestelle erzeugte Biegespannung und damit die Rückstellkraft der Biegestelle dazu verwendet, die Justierschraube einzuspannen und damit zu sichern.
Alle bekannten Justiervorrichtungen mit Justierschrauben haben somit gemeinsam, dass die einjustierte Lage mittels der Justierschrauben aufrechterhalten wird und damit die Biegestelle dauernd unter materialinternen Spannungen steht. über längere Zeit kann deshalb eine alterungsbedingte änderung in dieser Eckenlastjustierung durch Relaxation der mittels Justierschrauben in der einen oder andern Richtung elastisch verspannten Materialbereiche eintreten. Reversible, kurzzeitige änderungen können
- A -
durch Temperaturschwankungen verursacht werden, wenn der feststehende Parallelschenkel und die Justierschrauben voneinander verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Um der vorangehend beschriebenen Problematik zu begegnen, ist im Stand der Technik eine weitere Justiermöglichkeit bekannt, welche ohne Justierschrauben auskommt. Bei Wägezellen, beispielsweise mit monolithisch konstruierter Parallelführung der Waagschale, wie sie in der US 62 32 567 B1 offenbart wird, kann die Parallelitätsabweichungen der Parallellenker und folglich die damit verbundenen Eckenlastfehler dadurch korrigiert werden, dass man an den Biegestellen der Parallellenker durch Schleifen oder Feilen Material abträgt. Ein Materialabtrag an der Oberseite hat die Wirkung, dass das effektive Drehzentrum des Biegelagers nach unten versetzt wird, während ein Materialabtrag an der Unterseite der Biegestelle deren effektives Drehzentrum nach oben versetzt.
Die Eckenlastfehlerjustierung durch Abtragen von Material an den Biegelagern einer Parallelführung ist problematisch bei Wägezellen, die für Präzisions- und
Analysenwaagen, das heisst für kleine Wägelasten und hohe Auflösungen ausgelegt sind und daher dünne Biegelager aufweisen. Das Abschleifen oder Abfeilen von Material an einem dünnen Biegelager erfordert sehr viel Fingerspitzengefühl, weshalb diese Arbeit meistens manuell ausgeführt wird und dementsprechend kostenintensiv ist.
Im Hinblick auf diese unbefriedigenden Aspekte bei der Eckenlastjustierung in Parallelführungen gemäss dem bekannten Stand der Technik, wird bei der vorliegenden Erfindung die Aufgabe gestellt, in einer Parallelführung ein Mittel zur Eckenlastjustierung zu schaffen, welches die genannten Nachteile vermeidet und welches sich in einfacher und kostengünstiger Weise realisieren lässt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Parallelführung mit justierbaren Mitteln zur Einstellung der Lenkerparallelität gemäss dem Anspruch 1 , sowie durch ein Verfahren gemäss dem Anspruch 15, mit dem die Eckenlastgenauigkeit der erfindungsgemässen Parallelführung justierbar ist. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Parallelführung gemäss vorliegender Erfindung werden in den übrigen Ansprüchen beschrieben.
Eine Parallelführung mit einem beweglichen Parallelschenkel, welcher durch zwei Parallellenker vertikal geführt mit einem feststehenden Parallelschenkel verbunden ist und an den Verbindungsstellen zwischen den Parallellenkern und den Parallelschenkeln elastische Biegelager oder elastische Parallellenkerabschnitte ausgebildet oder angeordnet sind, weist am feststehenden Parallelschenkel und/oder am beweglichen Parallelschenkel durch mindestens eine Aussparung gebildet, mindestens einen Justierbereich auf. Die den Justierbereich bildende mindestens eine Aussparung begrenzt mindestens eine Deformationsstelle, welche durch Einwirkung einer Justierkraft oder eines Justiermomentes in kontrollierter Weise plastisch verformbar ist. Durch die plastische Verformung der mindestens einen
Deformationsstelle wird eine gezielte, bleibende änderung in der gegenseitigen Lage der Parallellenker erzeugt und dadurch ein Eckenlastfehler der Parallelführung korrigiert. Ferner wird durch die plastische Deformation erreicht, dass zumindest bei unbelastetem beweglichem Parallelschenkel die mindestens eine Deformationsstelle im justierten Zustand spannungsfrei ist.
Mit unbelastetem beweglichem Parallelschenkel ist gemeint, dass auch dessen Eigenmasse abgestützt ist, so dass keine Zugkräfte, Druckkräfte oder Biegemomente auf die elastischen Biegelager der Parallelführung einwirken, welche sich logischerweise auch in die Deformationsstelle fortsetzen können. Spannungsfrei bedeutet, dass die justierte, folglich plastisch deformierte Deformationsstelle frei von Materialspannungen ist.
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemässe Konzept eines durch plastische Verformung einstellbaren Justierbereichs in einer Parallelführung erfüllt die oben gestellte Aufgabe. Umfassende Versuche haben gezeigt, dass nach der plastischen Deformation der Deformationsstelle augenblicklich ein Abbau (Relaxation) der vorhandenen Materialspannungen im deformierten Materialbereich eintritt und der deformierte Bereich damit eine hohe, fortwährende Formstabilität aufweist.
Der schnelle Abbau von Spannungen innerhalb des Materials führt auch zu einem ausserordentlich positiven Einfluss auf das Betriebsverhalten der Parallelführung. Materialinterne Spannungen, welche auf die elastischen Biegelager der
Parallelführung einwirken, können nämlich deren elastisches Verhalten und damit das
Wägergebnis negativ beeinflussen. Durch den raschen Abbau von inneren Spannungen tritt somit auch keine Alterung der Justierung über eine lange Zeitperiode auf. Da keine Justierschrauben verwendet werden, gibt es auch keine Probleme infolge von unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten des Parallelkörpers und der Schrauben.
Selbstverständlich kann nach der Justierung der Parallelführung, beziehungsweise nach der Deformation der Deformationsstelle und nach der Relaxation der dadurch erzeugten Spannungen im Material die Deformationsstelle mit einem Fixiermittel gesichert werden. Dadurch kann die Parallelführung mechanisch sehr hoch belastet werden, ohne dass eine elastische oder gar eine erneute plastische Deformation der Deformationsstelle während des Betriebes der erfindungsgemässen Parallelführung eintritt. Damit unterscheidet sich auch diese Ausführung entscheidend von den im Stand der Technik bekannten Lösungen, bei welchen durch die Einstellschrauben elastische Spannungen im mindestens einen Deformationsbereich aufrecht erhalten werden.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung beziehen sich Ausdrücke wie „oben", „unten", „horizontal", „vertikal" und dergleichen stets auf die Orientierung der Parallelführung im normalen Betriebszustand, mit anderen Worten auf die Richtung der Schwerkraft. Weiterhin werden die ausgedehnten vertikalen Begrenzungsflächen des Parallelkörpers als Seitenflächen, die von beiden Seitenflächen äquidistante Schnittfläche als vertikaler Mittellängsschnitt, die obere und untere horizontale Begrenzungsfläche als Ober- und Unterseite, die schmalseitige vertikale Begrenzungsfläche am beweglichen Parallelschenkel als vordere Endfläche, und die schmalseitige vertikale Begrenzungsfläche am feststehenden Parallelschenkel als hintere Endfläche bezeichnet.
Auch wenn die Deformationsstelle durch Aussparungen ausgebildet wird, heisst das nicht, dass die Deformationsstelle zwingend monolithisch aus dem feststehenden und/oder beweglichen Parallelschenkel herausgearbeitet sein muss. Die Deformationsstelle sowie die Parallelschenkel können auch aus mehren zusammengesetzten Einzelteilen bestehen. Um die weiter oben beschriebenen Probleme bezüglich thermisch verursachter Spannungen in der Parallelführung zu
vermeiden, sind aber die Parallelschenkel vorzugsweise einstückig aufgebaut, an welchen beispielsweise mittels Fräsen, Sägen, Hobeln, Bohren, Drehen, Schneiden, Erodieren oder weiterer Bearbeitungsmethoden Aussparungen und damit mindestens eine Deformationsstelle erzeugt wird.
Die den Justierbereich bildenden Aussparungen reduzieren somit die Materialstärke des feststehenden Parallelschenkels und/oder des beweglichen Parallelschenkels an mindestens einer geeigneten Stelle. Eine geeignete Stelle bedeutet, dass sich die Parallellenker zueinander justieren lassen müssen, beispielsweise dass die mindestens eine Aussparung zwischen dem oberen Parallellenker und dem unteren Parallellenker angeordnet ist.
Zum Parallelschenkel gehören alle Teile, welche dem Verbinden des jeweiligen oberen und unteren Parallellenkers dienen, so dass diese gegeneinander abgestützt beziehungsweise voneinander distanziert sind.
In einer ersten Ausführung der Erfindung wird die mindestens eine Deformationsstelle durch horizontal durchsetzende Aussparungen ausgebildet. Durch Kraft- oder
Momentanwendung kann eine Verschwenkung des Justierbereichs um die durch die Deformationsstelle in der Querrichtung der Parallelführung definierte Schwenkachse erzeugt werden. Das in den Justierbereich einmündende Ende eines der Parallellenker wird als Folge besagter Verschwenkung eine bleibende Verstellung in Vertikalrichtung erfahren, wodurch im Wesentlichen ein Eckenlastfehler bezüglich der Längsrichtung der Parallelführung korrigierbar ist.
Bei Belastungen des beweglichen Parallelschenkels entstehen Zugkräfte beziehungsweise Druckkräfte an den Parallellenkern. Die Schwenkachse der Deformationsstelle, auch als neutrale Faser bezeichnet, liegt deshalb vorzugsweise auf derselben horizontalen Ebene wie das in vertikaler Richtung zu verstellende elastische Biegelager. Durch diese vorteilhafte Anordnung werden Rückstellbiegemomente auf die Deformationsstelle weitgehend vermieden beziehungsweise auf ein vernachlässigbares Mass reduziert, da die Zugkräfte annähernd durch die neutrale Faser verlaufen. Die Eckenlastgenauigkeit kann dadurch lastunabhängig stabil gehalten werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der ersten Ausführung ist der Justierbereich an dem in den Justierbereich einmündenden und vertikal verstellbaren Ende des Parallellenkers von einer weiteren Aussparung durchsetzt, welche in der vertikalen Mittellängsschnittfläche des beweglichen Parallelschenkels oder des feststehenden Parallelschenkels verläuft und bis zum elastischen Biegelager geführt ist. Das
Biegelager ist aber nicht geteilt. Durch die weitere Aussparung werden zwei getrennt nebeneinander liegende Justierbereiche mit getrennten Deformationsstellen gebildet, so dass:
• einerseits durch eine parallele Kraft- oder Momentanwendung an den zwei getrennten nebeneinander liegenden Justierbereichen und damit durch eine parallele Verschwenkung derselben, eine bleibende parallele Vertikalverstellung des elastischen Biegelagers erzeugt und dadurch ein Ecken lastfehler bezüglich der Längsrichtung der Parallelführung korrigiert werden kann und
• anderseits durch eine antiparallele Kraft- oder Momentanwendung an den zwei getrennten nebeneinander liegenden Justierbereichen und durch die dadurch verursachte entgegen gesetzte Verschwenkung der Justierbereiche eine bleibende Verwindung des verstellbaren Parallellenker-Endes erzeugt und dadurch ein Eckenlastfehler bezüglich der Querrichtung der Parallelführung korrigiert werden kann.
Diese Ausführung eignet sich insbesondere für Messparallelogramme mit
Dehnungsmessstreifen im Bereich der elastischen Biegelager.
Es ist allgemein festzustellen, dass eine parallele, beziehungsweise eine gleich grosse und gleich gerichtete Verstellung an den beiden Justierbereichen vorwiegend den Eckenlastfehler in der Längsrichtung der Parallelführung beeinflusst, während eine antiparallele, d.h. gleich grosse aber entgegengesetzt gerichtete Verstellung an den beiden Justierbereichen vorwiegend den Eckenlastfehler in der Querrichtung der Parallelführung beeinflusst. Dabei kann jedoch eine gewisse gegenseitige Beeinflussung zwischen den beiden Richtungen auftreten, so dass eine parallele Verstellung auch in geringerem Mass den Eckenlastfehler in der Querrichtung und
eine antiparallele Verstellung auch in geringerem Mass den Ecken lastfehler in der Längsrichtung beeinflussen kann.
Um eine Verwindung des Parallellenkers zusätzlich zu erleichtern, ist vorzugsweise bei Parallelführungen für hochauflösende gravimetrische Messinstrumente das elastische Biegelager an dem in den Justierbereich einmündenden und vertikal verstellbaren
Ende des Parallellenkers mittels einer Weiterführung der weiteren Aussparung bis zum Parallellenker aufgespalten und dadurch wie der Justierbereich aufgetrennt. Das elastische Biegelager kann aber auch mittels einer Durchbrechung in zwei getrennte nebeneinander liegende elastische Biegelager aufgespalten sein und die weitere Aussparung in diese Durchbrechung münden.
In einer zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Parallelführung wird in einer ersten horizontalen Ebene eine erste Deformationsstelle durch horizontal durchsetzende Aussparungen ausgebildet, so dass durch Kraft- oder Momentanwendung eine Verschwenkung des Justierbereichs um die durch die erste Deformationsstelle in der Querrichtung der Parallelführung definierte Schwenkachse erzeugt werden kann. Ferner ist in einer zweiten horizontalen Ebene, orthogonal zur Ausrichtung der ersten Deformationsstelle ausgerichtet, eine zweite Deformationsstelle durch horizontal durchsetzende Aussparungen ausgebildet, so dass durch Kraft- oder Momentanwendung eine Verschwenkung des Justierbereichs um die durch die zweite Deformationsstelle in der Längsrichtung der Parallelführung definierte Schwenkachse erzeugbar ist.
Auch wenn bevorzugt, müssen die Schwenkachsen beziehungsweise die Deformationsstellen und Aussparungen nicht zwingend in einer horizontalen Ebene angeordnet sein. Die die Schwenkachsen beziehungsweise die Deformationsstellen und Aussparungen enthaltenden Ebenen können auch unter einem beliebigen Winkel angeordnet sein, wobei die Ebenen nicht Parallel zur Vertikalen angeordnet sein dürfen, da sich bei vertikal verlaufenden Schwenkachsen die Parallellenker logischerweise nicht mehr gegeneinander justieren lassen.
In einer dritten Ausführung der erfindungsgemässen Parallelführung wird die mindestens eine Deformationsstelle durch eine am feststehenden Parallelschenkel
und/oder am beweglichen Parallelschenkel umlaufende Aussparung ausgebildet. Die optimale Ausgestaltung der Querschnittfläche der Deformationsstelle kann mittels Versuchen ermittelt werden und ist abhängig von der Ausgestaltung der Parallelführung und dem plastischen Deformationsverhalten des in der Deformationsstelle verwendeten Materials. Annäherungsweise kann von einer Kreisfläche ausgegangen werden.
Sofern der mit der Deformationsstelle versehene Parallelschenkel von einer Bohrung durchdrungen ist, kann die Deformationsstelle auch eine kreisringförmige Querschnittsfläche aufweisen. Durch eine zum Schwerpunkt der Querschnittfläche versetzt angeordneten Bohrung kann das Flächenträgheitsmoment bezüglich der entsprechenden Schwenkachsen und damit das Biegeverhalten der Deformationsstelle um diese Schwenkachsen verändert werden.
Der mindestens eine Justierbereich kann in einem oberen Teil des feststehenden Parallelschenkels und/oder beweglichen Parallelschenkels ausgebildet sein, wodurch der obere Parallellenker an seinem in den mindestens einen Justierbereich einmündenden Ende verstellbar ist.
Der mindestens eine Justierbereich kann aber auch in einem unteren Teil des feststehenden Parallelschenkels und/ oder beweglichen Parallelschenkels ausgebildet sein, wodurch der untere Parallellenker an seinem in den mindestens einen Justierbereich einmündenden Ende verstellbar ist.
Ebenso ist eine Kombination möglich, so dass der obere Parallellenker durch einen am feststehenden Parallelschenkel ausgebildeten Justierbereich, und der untere Parallellenker durch einen am beweglichen Parallelschenkel ausgebildeten Justierbereich verstellbar sind, idealerweise mit orthogonal zueinander angeordneten Schwenkachsen.
Ferner muss die Parallelführung nicht zwingend quaderförmig ausgebildet sein. Der feststehende Parallelschenkel kann den beweglichen Parallelschenkel auch in mindestens in einer horizontalen Ebene umschliessen. Eine spezielle Ausführung dieses Konzepts ist, dass der feststehende Parallelschenkel rohrförmig ausgebildet ist
und der bewegliche Parallelschenkel im innern des rohrförmig ausgebildeten Parallelschenkels angeordnet und linear geführt ist. Die Parallellenker einer solchen Parallelführung sind idealerweise Parallellenkermembranen, welche elastische Parallellenkerabschnitte aufweisen.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Justierbereich mit mindestens einer
Angriffsstelle zum Ansetzen eines Richtwerkzeugs, vorzugsweise einen Hebel, für die Erzeugung der Justierkraft oder des Justiermoments versehen.
Die mindestens eine Angriffsstelle kann auf einfache Weise als Bohrloch ausgebildet sein, in welches ein Stift des Richtwerkzeugs eingreifen kann.
Vorzugsweise sind die Parallelführung und gegebenenfalls weitere
Kraftübertragungselemente einstückig aus einem Materialblock ausgebildet.
Die Parallelführung und die den Justierbereich bildenden Aussparungen können beispielsweise durch schmale, den Materialblock durchsetzende Trennschnitte ausgebildet sein.
Die nachfolgend kurz beschriebenen Abwandlungsformen der vorangehend beschriebenen Ausführungen sind ebenfalls als Bestandteil der vorliegenden Erfindung zu betrachten, da alle mindestens einen Justierbereich mit einer plastisch deformierbaren Deformationsstelle aufweisen.
Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass eine horizontale Anordnung der Schwenkachsen in den meisten Fällen vorzuziehen ist. Es ist aber denkbar, dass mittels winklig zu einer horizontalen Ebene angeordneten Schwenkachsen das Einstellverfahren vereinfacht werden kann oder dass bestimmte Ausführungen von Parallelführungen aufgrund ihrer Ausgestaltung winklig angeordnete Schwenkachsen erfordern.
Ferner können an jedem Parallelschenkel ein oder mehre Justierbereiche beziehungsweise Deformationsstellen ausgebildet sein. Ein Parallelschenkel muss auch nicht eine Einheit für sich bilden, sondern kann beispielsweise in senkrechter
Richtung zweigeteilt sein, wie dies bei Parallelführungen mit dreieckigen Parallellenkern oft der Fall ist.
Um zu vermeiden, dass sich die plastisch deformierte Deformationsstelle unter Last elastisch und/oder plastisch deformiert, kann die mindestens eine Deformationsstelle mit mindestens einem Fixiermittel fixiert und gesichert sein.
Nachfolgend sind mögliche Verfahren angegeben, mit welchen die Eckenlastgenauigkeit einer Parallelführung mit mindestens einem durch Aussparungen ausgebildeten Justierbereich, welcher mindestens eine plastisch deformierbare Deformationsstelle aufweist, falls notwendig, durch Einwirkung einer Justierkraft oder eines Justiermomentes eine gezielte, bleibende änderung in der gegenseitigen Lage der Parallellenker erreicht und in kontrollierter Weise eingestellt werden kann.
Das Verfahren zur Einstellung der Eckenlast einer Parallelführung mit zwei voneinander getrennten Justierbereichen kann folgende Verfahrensschritte aufweisen:
Zunächst wird die fertig montierte und betriebsfähige Wägezelle an ein dazu passendes Wägeelektronik- und Anzeigegerät angeschlossen. Im Rahmen eines festgelegten Justierverfahrens, das sich auch auf weitere Einstellungen wie zum Beispiel die Lineahtät und Empfindlichkeit erstrecken kann, wird ein Testgewicht auf dem Lastaufnehmer, beispielsweise einer flachen runden Waagschale von ungefähr demselben Durchmesser wie die Länge der Parallelführung, zwischen zwei einander diametral gegenüberliegenden Randpunkten in der Längsrichtung der Parallelführung verschoben und für die beiden Positionen das jeweils angezeigte Gewicht vom Anzeigegerät abgelesen und notiert. Dabei findet man normalerweise bei einer noch nicht justierten Parallelführung einen die Toleranzgrenze übersteigenden Unterschied zwischen den angezeigten Gewichtsbeträgen für die zwei Positionen. Um diesen Gewichtsanzeigeunterschied, das heisst den Eckenlastfehler in der Längsrichtung, auszugleichen, muss die Parallelität der Parallellenker in der Längsrichtung justiert werden, zum Beispiel indem man durch Ansetzen eines Richtwerkzeugs an den zwei Justierbereichen parallele, gleich grosse und gleich gerichtete plastische Deformationen der besagten schmalen Materialbereiche erzeugt, wobei die Grosse und der Richtungssinn der parallelen Deformationen von der Grosse und dem
Vorzeichensinn des Eckenlastfehlers in der Längsrichtung abhängen und aufgrund von Berechnungen und/oder Versuchen in einer Justiervorschrift festgehalten sind. Daraufhin wird erneut der Eckenlastfehler in der Längsrichtung ermittelt und wenn nötig eine Nacheinstellung gemäss vorstehender Beschreibung gemacht, bis der Eckenlastfehler in der Längsrichtung innerhalb der vorgeschriebenen Toleranz liegt.
Vorzugsweise als nächster Schritt des Justierverfahrens wird das Testgewicht auf der Waagschale zwischen zwei einander diametral gegenüberliegenden Randpunkten in der Querrichtung der Parallelführung verschoben und in analoger Weise wie oben der Eckenlastfehler für die Querrichtung bestimmt. Um den Eckenlastfehler in der Querrichtung auszugleichen, muss die Orientierung des verstellbaren Parallellenkers in der Querrichtung justiert werden, zum Beispiel indem man durch Ansetzen eines Richtwerkzeugs an den zwei Justierbereichen antiparallele, das heisst gleich grosse aber entgegengesetzt gerichtete plastische Deformationen der besagten schmalen Materialbereiche erzeugt, wodurch das eine der durch einen Durchbruch getrennten Biegelager angehoben und das andere gesenkt wird, wobei die Grosse und der Richtungssinn dieser anti-parallelen Deformationen von der Grosse und dem Vorzeichensinn des Eckenlastfehlers in der Querrichtung abhängen. Daraufhin wird erneut der Eckenlastfehler in der Querrichtung ermittelt und wenn nötig eine Nacheinstellung gemäss vorstehender Beschreibung gemacht, bis der Eckenlastfehler in der Querrichtung innerhalb der vorgeschriebenen Toleranz liegt.
Zur überprüfung, dass durch die Einstellung in der Querrichtung nicht wieder ein Eckenlastfehler in der Längsrichtung verursacht wurde, wird der Fehler für die Längsrichtung erneut ermittelt. Wenn beide Eckenlastfehler innerhalb der Toleranz liegen, ist das Verfahren abgeschlossen. Andernfalls wird eine den beobachteten Fehlern entsprechende Nacheinstellung vorgenommen, bis die Eckenlastfehler sowohl für die Längsrichtung als auch für die Querrichtung der Parallelführung innerhalb der Toleranz liegen.
In einem weiteren, möglichen Verfahren zur Einstellung der Eckenlast einer Parallelführung mit zwei voneinander getrennten Justierbereichen kann wie folgt vorgegangen werden:
Gleich wie bei der vorstehend beschriebenen Methode wird die fertig montierte und betriebsfähige Wägezelle an ein dazu passendes Wägeelektronik- und Anzeigegerät angeschlossen. Das beispielsweise der halben Wägekapazität der Wägezelle entsprechende Testgewicht wird auf dem Lastaufnehmer zwischen zwei einander diametral gegenüberliegenden Randpunkten in der Längsrichtung der Parallelführung verschoben, und aus den zugehörigen Gewichtsablesungen wird der Ecken lastfehler für die Längsrichtung ermittelt. Sodann wird das Testgewicht in der Querrichtung der Parallelführung verschoben und aus den zugehörigen Gewichtsablesungen der Eckenlastfehler für die Querrichtung ermittelt. Wenn der Ecken lastfehler sowohl für die Längsrichtung als auch für die Querrichtung innerhalb der Toleranz liegt, wird das
Verfahren beendet. Andernfalls wird im nächsten Schritt eine Justiereinstellung für den grosseren der ermittelten Eckenlastfehler durchgeführt. Mit andern Worten: Wenn der Eckenlastfehler in der Längsrichtung grösser ist als in der Querrichtung der Parallelführung, erfolgt eine parallele Verstellung der beiden Justierbereiche. Wenn dagegen der Eckenlastfehler in der Querrichtung grösser ist als in der Längsrichtung der Parallelführung, erfolgt eine anti-parallele Verstellung der beiden Justierbereiche. Anschliessend werden wieder die Eckenlastfehler in beiden Richtungen ermittelt, das heisst der Justierzyklus schliesst sich und wird solange wiederholt bis der Eckenlastfehler sowohl für die Längsrichtung als auch für die Querrichtung innerhalb der Toleranz liegt. Dieses Justierverfahren, bei welchem immer nur der grossere der verbleibenden Eckenlastfehler korrigiert wird, berücksichtigt die gegenseitige Beeinflussung zwischen den Justierungen für die Längs- und Querrichtung, so dass dank der Konvergenz des Verfahrens die Eckenlastfehler nach wenigen Justierrunden verschwinden.
Für eine durch einen Rechner gestützte und gegebenenfalls automatisierte
Eckenlastfehlerjustierung eignet sich das nachfolgend beschriebene dritte Verfahren. Das Verschieben des Testgewichts und/oder das Verstellen der zwei getrennten Justierbereiche kann dabei entweder manuell oder durch computergesteuerte Vorrichtungen erfolgen.
In einem ersten Schritt werden die vorhandenen Eckenlastfehler sowohl in der Längsais in der Querrichtung in einem an die Wägezellenelektronik angeschlossenen Rechner bestimmt und daraus die Beträge und Richtungen der erforderlichen
Justiereinstellungen unter Berücksichtigung ihrer gegenseitigen Beeinflussung berechnet und gegebenenfalls angezeigt, woraufhin diese Einstellungen manuell oder automatisch vollzogen werden. Daraufhin kehrt das Verfahren zyklisch zum Anfang zurück, so dass die möglicherweise noch verbleibenden Eckenlastfehler in der Längs- und Querrichtung ermittelt werden können und falls sie innerhalb der Toleranz sind, wird der Vorgang beendet. Andernfalls wird erneut eine Justierung gemacht und der Zyklus solange wiederholt, bis die Eckenlastfehler innerhalb der festgesetzten Toleranz liegen.
Einzelheiten der erfindungsgemässen Parallelführung sowie des Verfahrens zu deren Justierung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen gemäss nachstehender übersicht näher erläutert.
Figur 1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine perspektivische
Ansicht einer erfindungsgemässen Parallelführung in einer ersten Ausführung;
Figur 2a zeigt eine Detailansicht des Justierbereichs der Parallelführung von Figur 1 mit Blickrichtung von oben;
Figur 2b zeigt den Justierbereich von Figur 1 in einer seitlichen Ansicht nach erfolgter Justiereinstellung;
Figur 3 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Parallelführung in einer zweiten
Ausführung;
Figur 4 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine perspektivische
Ansicht einer erfindungsgemässen Parallelführung in einer dritten Ausführung;
Figur 5 illustriert das erfindungsgemässe Prinzip der Ecke n I astju stierung für eine
Parallelführung und deren Einsatz in einem gravimetrischen Messinstrument;
Figur 6 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine perspektivische
Ansicht einer erfindungsgemässen Parallelführung, wobei der feststehende Parallelschenkel den beweglichen Parallelschenkel umschliesst.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemässe Parallelführung 1 , welche in einem monolithischen Materialblock 3 durch schmale Aussparungen 2, die den Materialblock 3 quer zu seinen Seitenflächen durchsetzen, gebildet wird. Als Resultat der Aussparungen ist ein beweglicher, mit einem Lastaufnehmer verbundener Parallelschenkel 4 vorhanden, welcher durch zwei im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Parallellenker 5, 6 mit einem festen, gegen den Untergrund abgestützten Parallelschenkel 7 verbunden ist, wobei an den Enden der Parallellenker sogenannte Biegelager 8, 8a, 8b, das heisst elastisch biegsame Bereiche mit reduzierter Materialdicke ausgebildet sind. Insbesondere ist in dem monolithischen Materialblock 3 durch weitere Aussparungen 9, 10, 1 1 mindestens ein Justierbereich 14a, 14b ausgebildet, womit das mit dem feststehenden Parallelschenkel 7 verbundene Ende eines der beiden Parallellenker 5, 6, vorzugsweise des oberen Parallellenkers 5, sowohl bezüglich seines vertikalen Abstands von dem unteren Parallellenker 6 als auch bezüglich seiner Querneigung relativ zum unteren Parallellenker 6 verstellt werden kann, wodurch eine gegebenenfalls vorhandene Parallelitätsabweichung der Parallellenker 5, 6 sowohl in der Längsrichtung L als auch in der Querrichtung Q der Parallelführung durch Justieren korrigiert werden kann. Gemäss der Erfindung sind die weiteren, den Justierbereich 14a, 14b formenden Aussparungen 9 und 10 so ausgelegt, dass die Materialstärke des monolithischen Materialblocks 3 an geeigneten Stellen soweit reduziert wird, dass sich diese Deformationsstellen 12 durch Einwirkung einer Justierkraft oder eines Justiermomentes plastisch so verformen lassen, dass an dem in den Justierbereich 14a, 14b einmündenden Ende des verstellbaren Parallellenkers 5 eine bleibende Verschiebung in der Vertikalrichtung V und/oder Verdrehung um die Längsachse beziehungsweise Lagerachse A des Parallellenkers 5 resultiert.
Figur 2a zeigt in einer Ansicht von oben, dass das Biegelager 8 an dem in den
Justierbereich 14a, 14b einmündenden Ende eine Durchbrechung 16 aufweist und der Justierbereich durch einen Vertikalschnitt 1 1 durchtrennt wird, wodurch zwei getrennte
Biegelager 8a, 8b entstehen, welche mit getrennten Justierbereichen 14a, 14b verbunden sind.
Figur 2b illustriert in einer seitlichen Ansicht wie durch ein Drehmoment, beispielsweise durch Eingriff eines Hebels in der Bohrung 13, eine geringfügige Verschwenkung des Justierbereichs 14 gemäss der Figur 1 um die Schwenkachse D der Deformationsstelle 12 erzeugt wird. Erfolgt die Verschwenkung im Gegenuhrzeigersinn, wird das elastische Biegelager 8 in der Figur 2b geringfügig tiefer gestellt.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführung des Justierbereichs 34 einer Parallelführung 31 in dreidimensionaler Darstellung. Da im Wesentlichen eine andere Ausgestaltung des Justierbereichs 34 beschrieben wird, ist die Parallelführung 31 nur zur Hälfte dargestellt. In einer ersten horizontalen Ebene 38a ist eine erste Deformationsstelle 32a durch horizontal durchsetzende Aussparungen 30a, 30b ausgebildet, so dass durch Kraft- oder Momentanwendung eine Verschwenkung des Justierbereichs 34 um die durch die erste Deformationsstelle 32a in der Querrichtung der Parallelführung 31 definierte Schwenkachse erzeugt werden kann. Ferner ist in einer zweiten horizontalen Ebene 38b eine zweite Deformationsstelle 32b durch horizontal durchsetzende Aussparungen 30c, 3Od ausgebildet welche orthogonal zur Ausrichtung der ersten Deformationsstelle 32a ausgerichtet ist, so dass durch Kraft- oder Momentanwendung eine Verschwenkung des Justierbereichs 31 um die durch die zweite Deformationsstelle 32b in der Längsrichtung der Parallelführung 31 definierte Schwenkachse erzeugbar ist.
Wie in Figur 3 dargestellt, kann nach der Justierung der Parallelführung 31 , beziehungsweise nach der Deformation der ersten Deformationsstelle 32a und/oder der zweiten Deformationsstelle 32b, diese mit einem Fixiermittel 39 gesichert werden. Dadurch kann die Parallelführung 31 mechanisch sehr hoch belastet werden, ohne dass eine elastische oder gar eine erneute plastische Deformation der Deformationsstellen 32a, 32b während des Betriebes der Parallelführung 31 eintritt. Selbstverständlich kann jede Deformationsstelle der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsvarianten mit je mindestens einem Fixiermittel 39 gesichert werden.
Anders als bei den im Stand der Technik bekannten Lösungen, bei welchen durch die Einstellschrauben elastische Spannungen aufrecht erhalten werden, sind bei einer derart fixierten Parallelführung 31 nahezu keine Materialspannungen im Bereich der Deformationsstellen 32a, 32b vorhanden. Das als Lasche dargestellte Fixiermittel 39 ist nur eine Möglichkeit, die Deformationsstellen 32a, 32b dauerhaft zu fixieren und zu sichern. Selbstverständlich sind eine Vielzahl von Fixiermitteln wie Keile, Schrauben, Bolzen, Platten und dergleichen verwendbar. Um elastische oder gar plastische Deformationen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungen zu vermeiden, ist das Fixiermittel 39 vorzugsweise aus demselben Material wie der zu sichernde Parallelschenkel gefertigt.
Figur 4 zeigt eine dritte Ausführung des Justierbereichs 44 einer Parallelführung 41 in dreidimensionaler Darstellung. Da im Wesentlichen eine andere Ausgestaltung des Justierbereichs 44 beschrieben wird, ist die Parallelführung 41 nur zur Hälfte dargestellt. Die mindestens eine Deformationsstelle 42 wird durch eine am feststehenden Parallelschenkel 47 umlaufende, nutförmige Aussparung 40 ausgebildet. Die optimale Ausgestaltung der Querschnittfläche der Deformationsstelle 42 in einer horizontalen Ebene kann mittels Versuchen ermittelt werden und ist abhängig von der Ausgestaltung der Parallelführung 41 und dem plastischen Deformationsverhalten des die Deformationsstelle 42 bildenden Materials. Annäherungsweise kann von einer Kreisfläche ausgegangen werden. Da die Deformationsstelle 42, wie in Figur 4 schematisch dargestellt, zylinderförmig ausgebildet ist, wird im Vergleich zur Figur 3 die Ausrichtung der Schwenkachse nicht definiert. Die Wahl der Schwenkachse, um welche verschwenkt werden soll, wird erst beim Justiervorgang aufgrund der gemessenen Abweichungen festgelegt. Selbstverständlich kann mittels einer Einschnürung an der zylinderförmigen
Deformationsstelle 42 die vertikale Lage der Schwenkachse definiert werden. Sofern der mit der Deformationsstelle 42 versehene Parallelschenkel 47 von einer Bohrung 48 durchdrungen ist, kann die Deformationsstelle 42 auch eine kreisringförmige Querschnittsfläche aufweisen. Durch eine zum Schwerpunkt der Querschnittfläche versetzt angeordneten Bohrung 48 kann das Flächenträgheitsmoment bezüglich der entsprechenden Schwenkachsen und damit das Biegeverhalten der Deformationsstelle 42 um diese Schwenkachsen verändert werden.
Schliesslich illustriert Figur 5 in grob schematisierter Weise den Begriff Eckenlastfehler. An die Parallelführung 51 , hier als Verformungskörper mit Dehnungsmessstreifen 58 schematisch dargestellt, ist auf der Seite des beweglichen Parallelschenkels 55 über einen Träger 59 eine Waagschale 57 befestigt. Wie bereits vorangehend in Figur 1 bis Figur 4 ausführlich beschrieben, verfügt auch dieser
Verformungskörper 51 über einen erfindungsgemäss ausgestalteten Justierbereich 54. Ein Testgewicht 99, typischerweise der halben Wägekapazität der Wägezelle entsprechend, wird beispielsweise zuerst in der linksseitigen Position und anschliessend in der rechtsseitigen (gestrichelt gezeichneten) Position gewogen. Die Differenz der in den beiden Positionen angezeigten Wägeresultate wird als
Eckenlastabweichung in der Längsrichtung der Parallelführung 51 bezeichnet. Ein analoger Wägetest in der zur Zeichenebene orthogonalen Richtung, wobei die beiden Positionen des Testgewichts 99 vor und hinter der Zeichenebene auf dem Durchmesser der Waagschale 57 liegen, liefert die Eckenlastabweichung in der Querrichtung.
Selbstverständlich muss die erfindungsgemässe Parallelführung nicht zwingend eine quaderförmige Ausgestaltung aufweisen.
Figur 6 zeigt in dreidimensionaler Darstellung ein gravimetrisches Messinstrument mit einer erfindungsgemässen Parallelführung 61. Man erkennt den feststehenden Parallelschenkel 67, welcher einen beweglichen Parallelschenkel 65 umfasst. Die ganze Parallelführung 61 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Das obere Ende des feststehenden Parallelschenkels 67 ist mit ersten horizontalen Aussparungen 73 versehen, welche den feststehenden Parallelschenkel 67 bis nahe zu einem Durchmesser durchtrennen, so dass nur zwei diametral gegenüberliegende Materialbrücken (nur eine davon in der Figur 6 sichtbar) als Deformationsstellen 72 stehenbleiben. Unterhalb der ersten horizontalen Aussparungen 73 liegen, um 90 Q versetzt, die zweiten horizontalen Aussparungen 63 und die sich auf dem Durchmesser diametral gegenüberliegenden Deformationsstellen 62 (nur eine davon in der Figur 6 sichtbar). Eine öffnung 77 im feststehenden Parallelschenkel 67 gibt Zugang zum Zwischenraum im Innern des feststehenden Parallelschenkels 67, beispielsweise zu einer dort angeordneten Kraftmesszelle (in der Figur 6 nicht sichtbar). Durch die Deformationsstellen 62 und 72 und den dazwischen liegenden
Ringbereich 68 wird eine quasi- kardanische Lagerung eines ringförmigen Endbereichs 69 des feststehenden Parallelschenkels 67 gebildet. Der ringförmige Endbereich 69 bildet die Randeinfassung eines membranförmig ausgebildeten oberen Parallellenkers 78. Im Innern des unteren Endbereichs 66 des feststehenden Parallelschenkels 67 ist in analoger Weise der untere Parallellenker 79 eingefasst. Der im feststehenden Parallelschenkel 67 zentrisch angeordnete, vertikal bewegliche Parallelschenkel 65 ist mit den beiden Parallellenkern 78 und 79 verbunden. Die Parallellenker 78 und 79 weisen elastische Parallellenkerabschnitte 75 auf, durch welche der vertikal bewegliche Parallelschenkel 65 innerhalb eines beschränkten vertikalen Bewegungsspielraums geführt ist. Der vertikale bewegliche
Parallelschenkel 65 bildet zudem das Kraftübertragungsglied zwischen einer Waagschale 74 und der im Innern des feststehenden Parallelschenkels 67 befindlichen Kraftmesszelle.
Abgesehen davon, dass die durch die Deformationsstellen 62, 72 definierten Schwenkachsen in verschiedenen Horizontalebenen liegen, besteht in dieser
Anordnung sowohl geometrisch als auch in mechanischer Hinsicht bezüglich ihres Justierverhaltens kein Unterschied zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Ein Ecken lastfehler wird dadurch korrigiert, dass der ringförmige Endbereich 69 verschwenkt wird. Die Verschwenkung beziehungsweise die plastische Deformation der Deformationsstellen erfolgt mittels eines Stellmittels, beispielsweise mit einem Schraubenzieher. Dessen Spitze wird in mindestens eine der Aussparungen 63, 73 gesteckt und die Aussparung soweit aufgespreizt, bis eine plastische Verformung der Deformationsstellen 62, 72 erfolgt. Zwischen der algebraischen Grosse (Betrag und Vorzeichen) einer Eckenlastfehlerkomponente und der zur Korrektur benötigten Verschwenkung, das heisst der Grosse und Richtung des Schwenkwinkels besteht ein für die gegebene Wägemodulkonstruktion spezifischer und reproduzierbarer Zusammenhang, welcher in der Entwicklung des Wägemoduls durch empirische Versuche und/oder analytische Berechnungen ermittelt wird.
Wenn beispielsweise bei der in der Figur 6 abgebildeten Parallelführung 61 bei einer Verschiebung eines Testgewichts in Richtung der Schwenkachse Q von links nach rechts eine negative Eckenlastabweichung gefunden wird (das heisst, dass der angezeigte Gewichtsbetrag bei der rechtsseitigen Gewichtsposition kleiner ist als bei
der linksseitigen Position), so kann dies durch eine vom Betrag des Fehlers abhängige, bleibend deformierte Verschwenkung bezüglich der Schwenkachse D im Gegenuhrzeigersinn korrigiert werden.
Bezugszeichenliste
61 , 51 , 41 , 31 , 1 Parallelführung
2 schmale Aussparung
3 monolithischer Material block 65, 55, 4 beweglicher Parallelschenkel
78, 5 oberer Parallellenker
79, 6 untere Parallellenker
67, 47, 7 feststehender Parallelschenkel
8, 8a, 8b elastische Biegelager , 30a,b,c,d, 1 1 , 10, 9 Aussparung , 62, 42, 32a, 32b, 12 Deformationsstelle
13a, 13b Bohrungen, Angriffsstellen für Richthebel
54, 44, 34, 14a, 14b Justierbereiche
16 Durchbrechung
38a, 38b horizontale Ebene
39 Fixiermittel
40 umlaufende Aussparung 48 Bohrung
74, 57 Waagschale
58 Dehnungsmessstreifen
59 Waagschalenträger 66 unterer Endbereich
68 Ringbereich
69 ringförmiger Endbereich
75 elastischer Parallellenkerabschnitt
77 öffnung
99 Testgewicht
A Längsachse
D Schwenkachse
L Längsrichtung des Parallelführung
Q Querrichtung des Parallelführung, Schwenkachse
V Vertikalrichtung im Betriebszustand
Next Patent: ADJUSTABLE PARALLEL GUIDE FOR COMPACT GRAVIMETRIC MEASURING INSTRUMENTS