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Patent Searching and Data


Title:
LOAD CELL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/059488
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a load cell (1, 13) with an integrated inclination meter (4) as well as a scale comprising at least one load cell (1, 13) with an integrated inclination meter (4), in which the deviation of the direction of measurement from the direction of gravity is detected. In order to do so, an inclination meter (4) is provided which is fixed at a defined orientation inside a recess (3) or an intermediate space within the load cell parts or on one of the load cell parts. Preferably, an inclination meter (4) is provided in a microelectromechanical embodiment and is integrated on a single chip along with electronics. An inclination-compensated weight value FG is calculated by the integrated inclination meter (4) with the aid of an electronic circuit based on the determined load cell inclination A and the detected measured weight value FW, and/or the weighing process is interrupted when a given maximum angle of inclination is exceeded, and exceeding thereof is signaled.

Inventors:
BAUEMEL HELMUT (DE)
ROEHN ROLF (DE)
VOELGER REINHARD (DE)
WILL HEINZ RONALD (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/014351
Publication Date:
June 30, 2005
Filing Date:
December 16, 2004
Export Citation:
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Assignee:
HOTTINGER MESSTECHNIK BALDWIN (DE)
BAUEMEL HELMUT (DE)
ROEHN ROLF (DE)
VOELGER REINHARD (DE)
WILL HEINZ RONALD (DE)
International Classes:
G01G19/08; G01G19/12; G01G19/44; G01G23/00; (IPC1-7): G01G23/00; G01G19/08; G01G19/44
Domestic Patent References:
WO1994025834A11994-11-10
WO2003100362A12003-12-04
Foreign References:
FR2639111A11990-05-18
DE19715590A11998-11-05
EP1193480A12002-04-03
Other References:
See also references of EP 1695048A1
Attorney, Agent or Firm:
Behrens, Helmut (Darmstadt, DE)
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Claims:
Wägezelle Patentansprüche
1. Wägezelle mit Krafteinleitungsund Kraftaufnahmeelementen (6) und mit einem dazwischen angeordneten Dehnungskörper (12), an dem Dehnungsmeßstreifen (10) appliziert sind, da durch gekennzeichnet, daß in oder an einem der Wägezellen teile ein integrierter Neigungsaufnehmer (4) vorgesehen ist, der eine Abweichung der Meßrichtung von der Schwer kraftrichtung erfaßt.
2. Wägezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungsaufnehmer (4) in einer Bohrung, einer Ausnehmung (3) oder einem Zwischenraum innerhalb der Wägezellenteile oder an einem der Wägezellenteile in definierter Ausrich tung befestigt ist.
3. Wägezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungsaufnehmer (4) in mikroelektromechanischer Ausführung ausgebildet ist, und mit einer Elektronik auf einem einzigen Chip integriert ist.
4. Wägezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungsaufnehmer (4) mit einer zusätzlichen elektronischen Rechenschaltung (5) auf einer Schaltungsplatine (2) angeordnet ist, die aus dem ermit telten Neigungswinkel in Bezug zur Schwerkraftrichtung und einem vorgegebenen Neigungsgrenzwert bei dessen Über schreitung ein analoges oder digitales Ausgangsignal lie fert, das zur Unterbrechung des Wägevorgangs und/oder zur Anzeige der Neigungsüberschreitung dient.
5. Wägezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungsaufnehmer (4) mit einer Meßsignalauswerteschaltung der Wägezelle (1) verbunden ist und mit Hilfe einer elektronischen Schaltung aus dem er mittelten Neigungswinkel und den erfaßten Gewichtskraftsi gnalen FW ein neigungskompensiertes GewichtssignalFG bildet, das der Gewichtskraft F in Schwerkraftrichtung entspricht.
6. Wägezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungsaufnehmer (4) in einer Ausnehmung (3) eines Kraftaufnahmeelements (6) eines Dop pelbiegebalkens (1) auf einer Schaltplatine (2) angebracht ist, die bei Überschreitung eines vorgegebenen Neigungs grenzwertes in wenigstens einer Raumachse den Wägevorgang abbricht und/oder die Überschreitung des Neigungsgrenzwer tes signalisiert.
7. Wägezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß diese als Pendelstabwägezelle (13) aus gebildet ist, die eine Meßsignalauswerteschaltung enthält, die aus dem ermittelten Neigungswinkel und einer zusätzli chen Dehnungsmeßstreifenapplikation einen Lasteinleitungs fehler ermittelt und zusätzlich zur ermittelten Neigung kompensiert.
8. Waage mit einer oder mehreren Wägezellen (1), dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens eine Wägezelle (1) einen in tegrierten Neigungsaufnehmer (4) enthält, der eine Abwei chung der Meßrichtung von der Schwerkraftrichtung erfaßt.
9. Waage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer elektronischen Rechenschaltung (5) bei Über schreitung einer vorgegebenen Grenzneigung in wenigstens einer Raumachse der Wägevorgang unterbrochen und/oder die Neigungsüberschreitung signalisiert wird, oder mit Hilfe einer Meßsignalauswerteschaltung aus dem ermittelten Nei gungswinkel und den erfaßten Gewichtskraftsignalen Fw ein neigungskompensierter Gewichtswert FG gebildet wird.
10. Waage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbauverwiegung von Fahrzeugen, bei der zwischen einem Fahrzeugrahmen und einem die Ladung aufnehmenden Aufbau mehrere Wägezellen (1) vorgesehen sind, die das Ladege wicht erfassen, wobei alle Wägezellen integrierte Neigun gaufnehmer (4) aufweisen, die aus den einzelnen Neigungs winkeln und den zugehörigen Kraftmeßwerten Fw ein nei gungskompensiertes GewichtssignalFG bilden und/oder bei Überschreitung eines vorgegebenen Neigungswinkels den Wä gevorgang abbrechen.
11. Waage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß mit Hilfe der ermittelten Neigung in einer oder mehreren neigungsintegrierten Wägezellen (1, 13) die Lage der Waage oder deren Wägefläche so einstellbar ist, daß diese in mindestens einer Raumachse waagerecht oder in Schwerkraftrichtung ausgerichtet ist.
Description:
Wägezelle Die Erfindung betrifft eine Wägezelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Waage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Die Wägezellen in Wägeeinrichtungen dienen der Umwandlung ei- ner Gewichtskraft in ein elektrisches Signal, das mit Hilfe elektronischer Auswertevorrichtungen ausgewertet und angezeigt wird. Es gibt ortsfeste Waagen, in der die Wägezellen in einer definierten Lage ortsfest eingebaut sind. Bei geeichten oder anderen genauen ortsfesten Waagen werden diese am Aufstellung- sort genau ausgerichtet, damit die Gewichtskraft auch genau in Meßrichtung wirkt. Sind in einer derartigen Waage mehrere Wä- gezellen angeordnet, so ist wegen eventueller Einbauungenauig- keiten oder anderer Unterschiede häufig noch ein Ecklastab- gleich am Aufstellungsort notwendig, um die erforderliche Meß- genauigkeit einzuhalten.

Zur Vermeidung von Verspannungskräften werden auch bei statio- nären Waagen häufig die Waageplattformen oder andere Gewichts- aufnahmevorrichtungen meist nur lose auf den Wägezellen ange- ordnet. Dazu sind oft komplizierte sphärische Krafteinlei- tungselemente notwendig, die sicherstellen sollen, daß alle Gewichtskräfte möglichst in Meßrichtung wirken, um Meßfehler zu vermeiden. Bei derartigen Waagen sind die Wägezellen an ei- nem gemeinsamen Rahmen befestigt, der bei ungleichmäßiger Be- lastung zu einer Verwindung führen kann, wodurch sich bei fes- ter Montage der Wägezellen deren Ausrichtung ändert. Dies kann nur durch aufwendige Gestaltung der Waagenrahmen oder der Kraftaufnahmeelemente an den Wägezellen kompensiert werden.

Bei größeren beweglichen Wägeplattformen oder bei zur seitli- chen Verschiebung neigenden Lastverteilungen werden bei orts- festen Waagen vorzugsweise Pendelstabwägezellen eingesetzt, die bestimmte sphärische Kraftein-und Kraftausleitungsflächen aufweisen, durch die sich die Wägezellen selbsttätig in die gravimetrische Kraftwirkungsrichtung ausrichten. Dabei kann es bei größeren Wägeplattformen wie z. B. bei Fahrzeugwaagen bei großen Temperaturunterschieden zu unterschiedlichen Wärmeaus- dehnungen zwischen der Waagenplattform und dem Fundament kom- men, wodurch eine selbsttätige Ausrichtung der Pendelstabwäge- zellen in die senkrechte Kraftwirkungsrichtung unmöglich wird, was zu Meßfehlern bei derartigen Waagen führen kann.

Es gibt aber auch mobil aufstellbare Waagen, wie beispielswei- se Ladentischwaagen oder medizinische Waagen zur Personenwä- gung sowie mobile Waagen zur Aufbauverwiegung an Kraftfahrzeu- gen. Bei diesen Waagen können deren Wägezellen im Betrieb be- trächtliche Schiefstellungen aufweisen, die zu einer Signalab- weichung führen, weil die Richtung der Gewichtskraft von der Meßrichtung der Wägezellen abweicht.

Eine derartige Aufbauverwiegung von Gütern auf Fahrzeugen ist aus der DE 199 31 381 AI bekannt, bei der zwischen der Lade- fläche und dem Fahrzeugrahmen eines Lkws vier pendelnd aufge- hängte Wägezellenvorrichtungen vorgesehen sind. Durch die pen- delnde Aufhängung richten sich die Wägezellen stets selbsttä- tig in Schwerkraftrichtung aus, so daß die Gewichtskraft stets in Meßrichtung wirkt. Bei dieser Aufbauverwiegung ist auch bei einer gewissen Schiefstellung eine genaue Wägung möglich. Dazu sind aber aufwendige sphärische Lager-und Gegenlagerelemente notwendig, die zur Reibungsverminderung als mit Schmiermitteln versehene Kugellager ausgebildet sind. Da diese Ladefläche während der Fahrt gegenüber dem Rahmen ortsfest fixiert werden muß, sind noch zusätzliche konische Bolzen vorgesehen, durch

die die Ladefläche lösbar mit dem Rahmen zu verbinden ist. Ei- ne derartige pendelnde Aufhängung ist aufgrund der speziellen Lagerung aufwendig und ist aus konstruktiven Gründen bei den meisten Waagen nicht einsetzbar, bei denen Schrägstellungen vorkommen können, so daß nicht immer eine selbsttätige Aus- richtung zur Verbesserung der Meßgenauigkeit ausführbar ist.

Aus der EP 0 832 420 B1 ist eine Waage zur Ermittlung der Ge- wichtsbelastung auf der Hubfläche eines Gabelstaplers bekannt.

Dabei ist zwischen der Hubfläche und einem vertikalen festen Rahmen am Gabelstapler ein Zwischenrahmen vorgesehen, der min- destens über vier Kraftaufnehmer am festen Rahmen befestigt ist. Bei senkrechter vertikaler Stellung des Zwischen-oder Hubrahmens erfassen die Kraftaufnehmer die auf der auskragen- den Hubfläche befindliche Gewichtsbelastung in Meßrichtung, so daß damit eine genaue Gewichtsermittlung möglich ist. Da ein derartiger Gabelstapler seinen Hubrahmen nach vorne und hinten neigen kann und teilweise auch auf seitlich schiefem Unter- grund steht, ist zwischen dem Hubrahmen bzw. Zwischenrahmen ein Verbindungskasten vorgesehen, der zur Verbindung der Kraftaufnehmer dient und zwei Neigungsaufnehmer enthält, die die Schiefstellung beider Raumachsen des Zwischenrahmens er- fassen sollen. Die Neigungsaufnehmer erfassen dabei die Win- kelabweichung zur vertikalen Schwerkraftrichtung und errechnen daraus mit Hilfe von trigonometrischen Gleichungen eine korri- gierte Gewichtskraft. Allerdings kann es bei einer ungenauen Einbaulage der Neigungsaufnehmer oder der Kraftaufnehmer als auch bei einer mechanischen Verwindung des Zwischenrahmens zu einer fehlerhaften Neigungserfassung kommen, die zu einem Meß- fehler bei der Gewichtsermittlung führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wägevor- richtung oder deren meßrelevante Bauelemente so zu verbessern, daß neigungsbedingte Meßfehler weitgehend vermieden oder kor- rigiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 und 8 angege- bene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Aus- führungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die integrierten Nei- gungsaufnehmer stets eine Abweichung zwischen der Gewichts- kraftrichtung und der Meßrichtung in jeder Wägezelle berück- sichtigt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn nur einzelne Wägezellen aufgrund spezieller Belastungen oder Ver- windungen in eine unzulässige Schiefstellung geraten können.

Die Schiefstellung von mindestens einer Wägezelle kann vor- teilhaft zum Abbruch des Wägevorgangs oder auch zur Neigungs- kompensation durch eine Korrekturrechnung genutzt werden, um eine vorgegebene Meßgenauigkeit zu gewährleisten. Insbesondere bei mobilen Waagen hat eine einfache Wägeunterbrechung den Vorteil, daß nicht für jeden Wägevorgang eine aufwendige Aus- richtung der Waage erfolgen muß, sondern durch eine einfache Ortsveränderung meist ein waagerechter Standort erreichbar ist.

Durch die rechnerische Neigungskompensation können vorteil- hafterweise auch Wägung. bei festgestellten Schiefstellungen einzelner oder aller Wägezellen durchgeführt werden, auch wenn die einzelnen Wägezellen unterschiedliche Neigungsausrichtun- gen aufweisen. Insbesondere können dadurch auch Schiefstellun- gen von Pendelstabwägezellen oder anderen Wägezellen bei Fahr- zeugwaagen festgestellt und kompensiert werden, die aufgrund ungleichmäßiger Wärmeausdehnungswirkungen entstehen, obgleich die Waage oder deren Waagenplattform in ihrer Lage waagerecht ausgerichtet bleibt.

Die Erfindung einer neigungskompensierten Wägezelle hat gleichzeitig den Vorteil, daß die notwendigen Abstützrahmen in

den Waagen nur geringfügige Verwindungssteife aufweisen müs- sen, so daß dadurch auf einfache Weise Gewicht und Kosten ein- gespart werden können. Bei ausrichtbaren mobilen Waagen kann die erfindungsgemäße Neigungsermittlung an mindestens einer Wägezelle auch vorteilhaft zur Ausrichtung der Waage selbst verwandt werden. Dies hat gleichzeitig den Vorteil, daß minde- stens die Wägezellen als meßwertrelevante Bauteile einer Waage in Schwerkraftrichtung ausgerichtet sind, wodurch eine hohe Meßgenauigkeit erzielbar ist.

Durch die Integration der Neigungsaufnehmer in die einzelnen Wägezellen ist vorteilhafterweise ohne zusätzlichen Bauraum und ohne störungsbehaftete Verdrahtung eine Verbesserung der Meßgenauigkeit erzielbar. Durch die Integration der Neigungs- aufnehmer in den Wägezellen ist im Störungsfall auf einfache Weise auch ein Austausch der einzelnen Wägezellen durchführ- bar, ohne daß ein aufwendiger Abgleich der gesamten Waage oder insbesondere ein Ecklastabgleich erforderlich wäre.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 : einen Doppelbiegebalken mit integriertem Nei- gungsaufnehmer, und Fig. 2 : eine schematische Vektordarstellung der Kraft- wirkungen an einer geneigten Pendelstabwägezel- le.

In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Wägezelle dargestellt, die als Doppelbiegebalken 1 ausgebildet ist und in einer ausgefrä- sten Ausnehmung 3 eine Schaltplatine 2 enthält, auf der ein mikroelektromechanischer Neigungsaufnehmer 4 aufgelötet ist.

Bei dem Doppelbiegebalken 1 handelt es sich um eine Wägezelle, die zum Einsatz in eine Patientenliftwaage vorgesehen ist.

Derartige Patientenliftwaagen werden in medizinischen Einrich- tungen zum Verwiegen von Patienten benutzt, die mit ihren Lie- ge-oder Sitzmöbeln genau verwogen werden müssen. Bei derarti- gen Wägevorrichtungen sind Meßgenauigkeiten von 0, 1 % gefor- dert, deren Einhaltung auch von einer exakten Ausrichtung der Waage abhängt. Da derartige Wägevorrichtungen in den Kranken- pflegeeinrichtungen zu den Patienten verfahrbar sein sollen, sind nicht-immer genaue waagerechte Aufstellflächen in den verschiedenen Behandlungsräumen gewährleistet, wie es die hohe Meßgenauigkeit von 0,1 % erfordert.

Deshalb schlägt die Erfindung eine Wägezelle mit integriertem Neigungsaufnehmer 4 vor, mit der jederzeit eine Neigung bzw.

Schiefstellung der Wägezelle oder der Patientenliftwaage er- mittelbar ist, bei der die Gewichtskraftrichtung von der Meß- richtung abweicht. Die Wägezelle 1 ist deshalb mit ihrer Kraftaufnahmeseite 6 als Kraftaufnahmeelement mit einem nicht dargestellten Tragrahmen verbunden, der sich direkt oder damit verbundene Waagenteilen auf einer Fußbodenfläche der medizini- schen Einrichtung abstützt. Zur Gewährleistung der notwendigen Meßgenauigkeit von 0,1 % sind deshalb Abweichungen von der Waagerechten von höchstens 2° zulässig, um nicht eine besonde- re Ausrichtung der Waage vornehmen zu müssen.

Die Wägezelle 1 wird mit ihrer Kraftaufnahmeseite 6 durch zwei vertikale Schraubverbindungen an dem nicht dargestellten Trag- rahmen befestigt. Dadurch erhält die Wägezelle 1 eine waage- rechte Ausrichtung zur Abstützfläche, die bei Belastung auch durch eine Verwindung des Tragrahmens beeinträchtigt werden kann. Auch dadurch kann sich die Meßgenauigkeit durch eine zu- sätzliche Neigung der Wägezelle 1 verschlechtern. Zwischen den beiden Befestigungslöchern 14 für die Schraubverbindung ist die Ausnehmung 3 auf einer Fläche von ca. 20 x 30 mm und einer Tiefe von ca. 10 mm eingefräst, die parallel und waagerecht zur Einbaurichtung der Wägezelle 1 verläuft. In die Ausnehmung

3 ist eine elektronische Schaltplatine 2 eingepaßt, die waage- recht auf zwei seitlichen Auflagekanten 7 aufliegt. Die Schal- tungsplatine 3 enthält im wesentlichen den mikroelektromecha- nischen Neigungsaufnehmer 4 und eine elektronische Rechen- schaltung 5 als Neigungsaufnehmerschaltung 8, die im wesentli- chen die Auswertung der Neigungserfassung ausführt. Dabei ist die Neigungsaufnehmerschaltung 5 auf der Schaltplatine 2 als Grenzwertschalter ausgebildet, der bei einer vertikalen Schiefstellung bzw. Neigung zur Schwerkraftrichtung ein Aus- gangssignal in digitaler oder analoger Form erzeugt.

Eine Neigungsaufnehmer ist im Grunde aus der DE 100 62 296 C2 bekannt und arbeitet mit einer Referenzmasse, deren Abweichung von der Schwerkraftrichtung als ein elektrisches Signal ausge- geben wird. Die neuerdings bekannten Neigungsaufnehmer 4 in mikroelektromechanischer Bauweise bestehen aus kleinsten Massen, die wie kammartige Kondensatorplatten ineinandergrei- fen und bei einer Abweichung von ihrer Referenzlage eine Kapa- zitätsänderung bewirken, die proportional einer Beschleuni- gungswirkung ist. Diese Mikromechanik ist nebst Elektronik in einem Chip 4 als Neigungsaufnehmer von nur 7 x 7 x 3 mm inte- griert und werden allgemein als iMEMS (integrated Micro Elek- tro Mechanical Systems) bezeichnet. Diese erfordern eine Spei- sespannung von 5 V und einen Speisestrom von lediglich 5 mA und geben am Ausgang ein analoges oder digitales elektrisches Signal ab, das bei entsprechender Einbaulage der Winkelabwei- chung von der Schwerkraftrichtung proportional ist. Durch die waagerechte Lage in der Ausnehmung 3 der Wägezelle 1 ist der Neigungsaufnehmer 4 auf die gravimetrische Schwerkraftrichtung ausgerichtet und zeigt jede Abweichung davon als elektrisches Ausgangssignal an. Dies wird in der integrierten Elektronik des Chip 4 als Winkelwert zur Schwerkraftrichtung für beide Raumachsen ermittelt, so daß daraus eine dreidimensionale Schiefstellung bzw. Neigung im Raum ermittelbar ist. Der digi- tale Ausgang der integrierten Elektronik des Chip 4 kann auf

einen vorgegebenen, Neigungsgrenzwert programmiert werden, bei dessen Überschreiten ein Ausgangssignal ausgegeben wird.

Die Schaltungsplatine 2 ist über einen kleinen Leitungskanal 8 mit einer weiteren seitlichen Aussparung 9 verbunden, in der eine nicht dargestellte Meßsignalauswerteschaltung angeordnet wird. Zu dieser Meßsignalauswerteschaltung werden die auf den Biegebalken 12 als Verformungskörper angeordneten Dehnungsmeß- streifen 10 geführt und als Wheatstone'sche Brücke geschaltet.

Der Kraftaufnahmeteil 6 des Doppelbiegebalkens 1 mit der Aus- nehmung 3 für den Neigungsaufnehmer 4 ist in sich biegesteif und wird bei einer Belastung keiner Dehnungsbeanspruchung aus- gesetzt. In axialer Richtung gegenüberliegend zum Kraftaufnah- meteil 6 ist ein Krafteinleitungsteil 11 als Krafteinleitungs- element angeordnet, an dem der gewichtsbelastende Teil der Pa- tientenliftwaage ebenfalls über zwei Schraubverbindungen befe- stigt wird. Eine derartige Patientenliftwaage ist nur mit ei- nem einzigen Doppelbiegebalken 1 als Wägezelle ausgestattet, an der die gesamte Gewichtsbelastung angeordnet ist. Wird nun die Patientenliftwaage mit einem Gewicht belastet, entsteht im Biegebalken 12 als Verformungskörper eine Dehnung, die durch die Dehnungsmeßstreifen 10 als Gewichtskraftsignal Fw erfaßt und einer Meßsignalauswerteschaltung zugeführt wird.

In Fig. 2 der Zeichnung sind grafisch die Vektoren der ver- gleichbaren Gewichtskraftsanteile an einer schräggestellten Pendelstabwägezelle 13 dargestellt. Bei der Gewichtsbelastung einer Waage mit einer Pendelstab-13 oder eine Doppelbiegebal- kenwägezelle 1 entsteht in gravimetrischer Schwerkraftrichtung ein Gewichtskraftsignal von einer ermittelten Gewichtskraft FG.

Bei einer genauen Ausrichtung der Wägezelle 1, 13 in Meßrich- tung erzeugt die Wägezelle 1, 13 ein Meßsignal von der Größe Fw, das der Gewichtskraft FG entspricht. Weicht nun die Wäge- zelle 1, 13 in ihrer Ausrichtung von der Schwerkraftrichtung durch Schiefstellung bzw. Neigung ab, so bedingt dies eine Si-

gnalabweichung, weil die Richtung der Gewichtskraft nicht mehr mit der Meßrichtung in Wägezellenachsrichtung übereinstimmt, in der die Wägezelle 1, 13 kalibriert wurde.

Durch die Messung der Neigung der Wägezelle 1, 13 mittels. ei- nes mikroelektromechanischen zweiaxialen Neigungsaufnehmers 4, der durch die Anordnung auf der Schaltplatine 3 in der Wäge- zelle 1, 13 integriert ist, wird die Abweichung von der Meß- richtung erfaßt. Durch die in den Neigungsaufnehmer 4 inte- grierte Elektronik erhält man als Ausgangssignal ein digitales oder analoges Signal, das der Abweichung im Bezug zur Schwer- kraftrichtung entspricht.

Zur Auswertung der Neigungsermittlung ist der Neigungsaufneh- mer 4 auf der Schaltplatine 3 als Grenzwertschalter ausgebil- det. Dazu wird eine höchstmögliche Neigung als Neigungsgrenz- wert in mindestens einer der beiden Meßachsen durch eine tri- gonometrische Berechnung ermittelt. Dabei wird der Neigungs- winkel aufgrund einer vorgegebenen maximalen Gewichtskraft FG unter Berücksichtigung des höchstzulässigen Fehlers errechnet.

Dieser ergibt sich dabei aus der Differenz zwischen der Ge- wichtskraft FG und einer in Meßrichtung verlaufenden Gewichts- kraft Fw. Da sich der aus der Neigung resultierende Winkelfeh- ler aus dem Kräftedreieck der gemessenen Gewichtskraft Fw, der Gewichtskraft in Schwerkraftrichtung-FG und der bei einer Nei- gung wirkenden Querkraft Fh ergibt, kann der Neigungsgrenzwin- kel bereits nach den trigonometrischen Gleichungen aus der zu- lässigen Nennkraft der Wägezelle und der vorgegebenen Meßge- nauigkeit von beispielsweise 0,1 % errechnet werden. Bei der Patientenliftwaage wurde dieser Fehler zur Berechnung eines Neigungsgrenzwertes verwandt, so daß die Schaltplatine 3 so ausgebildet ist, daß sie im Grunde einen Grenzwertschalter darstellt. Bei Überschreitung dieses vorgegebenen Grenzwertes der Neigung wird die Wägung abgebrochen und ein Neigungsfehler angezeigt, um die Messung an einer weniger geneigten Stelle zu

wiederholen. Bei der Patientenliftwaage mit der vorgegebenen Meßgenauigkeit von 0,1 % wird bereits bei einer Neigung von 2° je Meßachse der Wägevorgang unterbrochen und ein Ausrichtfeh- ler signalisiert.

Die Neigungsmessung kann aber auch direkt zur Korrektur bzw.

Kompensation des Meßergebnisses Fw verwandt werden. Dazu wird in der Wägezelle 1, 13 noch eine weitere elektronische Schal- tung vorgesehen, die mindestens zwei Kanäle und eine programm- gesteuerte Rechenschaltung (CPO) aufweist, die aufgrund des Meßsignals Fw in Meßrichtung und der ermittelten zweiachsigen Neigungswinkel ein korrigiertes bzw. neigungskompensiertes Meßsignal-FG errechnet, das der Gewichtskraft FG entspricht.

Eine derartige elektronische Schaltung könnte sowohl mit auf einer vergrößerten Schaltplatine 3 als auch zusätzlich in der seitlichen Aussparung 9 auf der Meßsignalauswerteschaltung vorgesehen werden.

Es ist auch denkbar, sowohl den Neigungsaufnehmer 4 als auch die zugehörigen Schaltungsteile der Schaltungsplatine. 3 im Zwischenraum 13 zwischen den beiden Biegebalken 12 zu inte- grieren. Bei Pendelstabwägezellen 13 werden die Dehnungsmeß- streifen 10 häufig in verschweißbaren Bohrungen angeordnet, in denen gleichzeitig auch ein Neigungsaufnehmer 4 mit dessen Schaltplatine 3 integrierbar wäre.

Bei anderen Wägezellen könnte eine Integration der Neigungs- aufnehmer 4 in den Krafteinleitungs-oder Kraftausleitungstei- len erfolgen, die meist die gleiche Richtung wie die Meßrich- tung aufweisen und beibehalten. Die mit einem integrierten Neigungsaufnehmer 4 ausgestatteten Wägezellen 1, 13 liefern dann je nach bevorzugter Ausführung beispielsweise ein analo- ges nichtneigungskompensiertes Ausgangssignal und zusätzlich bei Überschreitung einer vorgegebenen Grenzneigung in einer oder in beiden Raumachsen ein digitales Ausgangssignal als

Neigungsgrenzwert. Dieses digitale Grenzwertsignal kann dann zur Deaktivierung der Waage und zur Fehleranzeige. sowohl bei allen ortsfesten als auch allen mobilen Waagen genutzt werden.

Bei Wägezellen 1, 13 mit einem analogen oder einem digitalen Ausgang können die Meßwerte am Ausgang aber auch neigungsköm- pensiert ausgegeben werden, wenn für die ermittelte Neigung. bzw. Schrägstellung sogleich ein korrigiertes Meßsignal-FG er- rechenbar ist. Dies kann aufgrund einer trigonometrischen Be- rechnungsweise direkt aus dem ermittelten Meßsignal Fw und des ermittelten Neigungswinkels a errechnet werden. Derartig nei- gungskompensierte Wägezellen 1, 13 liefern deshalb nicht nur bei Schrägstellung, sondern auch bei kurzzeitig auftretenden Verwindungen am Wägerahmen genaue Gewichtsergebnisse, so daß deren Einsatz auch an leichten Fahrzeugrahmen für den mobilen Einsatz möglich ist. Derartige neigungskompensierte Wägezellen 1, 13 müssen auch bei einem Austausch gegenüber defekten Wäge- zellen im Grunde nicht separat ausgerichtet und vor Ort ju- stiert werden, so daß ein Austausch ohne aufwendige Montage- und Justagearbeiten möglich ist.

Bei Pendelstabwägezellen 13 verschiebt sich bei einer Schräg- stellung bzw. Neigung sogleich auch der Krafteinleitungspunkt auf dem spärischen Krafteinleitungselement. Dies kann zu einem Meßfehler führen, da hiervon das Dehnungsfeld im Applikations- bereich der Dehnungsmeßstreifen beeinflußt wird. Zur Kompensa- tion dieses Lasteinleitungsfehlers kann ein Meßkanal einer programmgesteuerten Rechenschaltung an eine weitere Dehnungs- meßstreifenapplikation angeschlossen werden, die dies verän- derte Dehnungsfeld erfaßt und eine derartige unsymmetrische Lasteinleitung kompensiert. Ein derartiger Lasteinleitungsfeh- ler kann empirisch je nach Ausführungstyp der Wägezelle 13 er- mittelt und je nach Schiefstellung bzw. Neigung kompensiert werden.

Derartige neigungsermittelnde oder neigungskompensierende Wä- gezellen 1, 13 eignen sich vorzugsweise für den Einsatz in Pa- tientenliftwaagen, da diese zur Erfassung von gewichtsabhängi- gen medizinischen Daten sehr genau sein müssen und auf unter- schiedlichen Aufstandsflächen mobil eingesetzt werden. Dabei ist oft bereits eine'einfache Neigungsgrenzwertermittlung aus- reichend, da die Wägung auf einfache. Weise an anderer. Stelle oder nach vorgenommener Ausrichtung wiederholbar ist. Der Ein- satz von neigungskompensierenden Wägezellen 1, 13 ist insbe- sondere bei Aufbauverwiegungen vorteilhaft, da gerade bei Fahrzeugschrägstellungen und den im Fahrzeugbau üblichen Leichtbauweisen Verwindungen des Fahrzeugrahmens im. Grunde kaum vermeidbar sind, so daß alle Wägezellen 1, 13 unter- schiedliche Neigungen zur Schwerkraftrichtung aufweisen kön- nen. Dabei kann es zusätzlich auch zweckmäßig sein, die Nei- gungskompensation mit einer Grenzwertabschaltung zu kombinie- ren, um in jedem Fall eine vorgegebene Meßgenauigkeit einhal- ten zu können. Dazu können die Grenzwertschalter in den Wäge- zellen 1, 13 auch dazu verwandt werden, Wägeeinrichtungen in verstellbaren Hubplattformen, wie beispielsweise bei Gabel- staplern oder anderen Hubeinrichtungen in eine neigungskorri- gierte Lage zu steuern, in der dann die Meßrichtung mit der Schwerkraftrichtung übereinstimmt. Eine derartige Neigungskor- rektur mittels neigungsaufnehmender Wägezellen 1, 13 kann auch mit einer Neigungskompensation kombiniert werden, soweit die Neigungskorrektur beispielsweise nur in einer Raumachse oder nur bei einzelnen Wägezellen 1, 13 möglich ist.