CH656461A5 - Laufgewichtswaage. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufgewichtswaage mit einem auf Stützschneiden schwenkbar gelagerten Wägebalken, an dem eine Gewindespindel rechtwinklig zur Schwenkachse drehbar gelagert ist, mit welcher ein Laufgewicht in Schraubeingriff steht und gegen Mitdrehen gesichert ist und mit einem Antriebsgetriebe, welches ein mit der Gewindespindel verbundenes Antriebsorgan und ein rahmenfest gelagertes Antriebsrad aufweist.

Solche Laufgewichtswaagen sind nur für ein relativ geringes Auflösevermögen im Einsatz, weil die Wägezeit 100 Sekunden und mehr beträgt und in dieser Zeit die Spindel ständig gedreht werden soll. Es werden relativ lange Spindeln verwendet, die teilweise einen motorischen Spindelantrieb haben, jedoch hat man eine einfache billige Steuerung des Motors noch nicht erreichen können.

Einfache Laufgewichtswaagen mit hoher Genauigkeit, die auch für den Handbetrieb geeignet sind, lassen sich mit einem sogenannten Spindelbalken nicht wirtschaftlich realisieren. In der Praxis muss man für die Verstellung des Laufgewichtes in der Schwenkachse des Balkens mit Stellkräften des Laufgewichtes von 3 bis 5 N und mit einem Balkenmoment von 1 bis 1,5 Nmm pro Auflöseeinheit rechnen. Aus eichtechnischen Gründen darf der Fehler, der durch ungenaue Überleitung der Stellkraft vom Fundament auf den Wägebalken entsteht, nur etwa 10% dieses Balkenmomentes von höchstens 1,5 Nmm ausmächen. Dies würde bedeuten,

dass die Stellkraft innerhalb eines Bereiches von ±0,03 mm extrem genau in die Schwenkachse eingeleitet werden müsste. Wenn weiter berücksichtigt wird, dass dieser sehr enge Toleranzbereich auch bei extremen Temperaturen und nach mehreren Betriebsjahren gewährleistet werden muss, so wäre die Konstruktion viel zu aufwendig, weswegen diese Bauweise aus wirtschaftlichen Gründen ausscheidet.

Heute werden daher nur solche Laufgewichtswaagen mit Spindelantrieb benutzt, die einfach gedrehte Spindeln verwenden, dafür entsprechend lang bauen. Solche Spindeln haben eine Genauigkeit von 0,03 mm. Würde man die Genauigkeit verdoppeln, so Hesse sich die Länge der Spindeln halbieren, allerdings würde dies Präzisionsspindeln erfordern, deren Kosten weit über dem doppelten Herstellungspreis der längeren Spindel liegen. Trotz allgemeinen Trends zur Miniaturisierung hat man jedoch aus Kostengründen vom Bau solcher Waagen absehen müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Laufgewichtswaage der eingangs genannten Art mit hoher Genauigkeit und gleichwohl geringen Ausssenmassen zu schaffen, die die Forderungen einer Sicherheitswaage erfüllt, von Hand bedienbar ist und nur eine geringe Wägezeit erfordert.

Insbesondere solle die neue Waage eine Auflösung von 5000 Teilen erbringen und die Auswägezeit im Bereich von 15 Sekunden liegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,

dass die Gewindespindel als Kugelumlaufspindel ausgebildet ist, bei der das Innengewinde des Laufgewichtes über ein Anzahl Kugeln mit dem Aussengewinde der Spindel gekuppelt ist.

Bevorzugt ist am Laufgewicht eine Spindelmutter angebracht, vorzugsweise in eine Bohrung des Laufgewichtes eingesetzt.

Solche Kugelumlaufspindeln sind bekannt und werden in Arbeitsmaschinen oder für Regelgeräte wegen des bekannten sehr hohen Wirkungsgrades verwendet. Da solche Kugelumlaufspindeln noch weitaus teurer sind als normale Präzisionsspindeln, deren Kosten schon für Laufgewichtswaagen wirtschaftlich nicht tragbar waren, hat man im Waagenbau die Verwendung des Prinzips von Kugelumlaufspindeln überhaupt nicht ins Auge gefasst.

Der Erfindung liegt jedoch die Erkenntnis zugrunde, dass bei Verwendung einer Kugelumlaufspindel nicht nur von dem diesem Prinzip innewohnenden hohen Wirkungsgrad Gebrauch gemacht wird, sondern dass aufgrund der wesentlich geringeren Stellkräfte eine entsprechend höhere Fertigungstoleranz bei der Einleitung der Stellkraft in den Wägebalken zugelassen werden kann. Dem Nachteil der teuren Kugelumlaufspindel stehen nun viel grössere Vorteile bei der Herstellung der Waage aus konstruktiver und fertigungstechnischer Sicht gegenüber, die dazu führen, dass eine Laufgewichtswaage für Handbetrieb mit kleinen Abmessungen, jedoch hoher Genauigkeit und geringer Wägezeit, hergestellt werden kann, deren Herstellungskosten insgesamt günstig liegen.

Gemäss einer weiteren Ausführungform der Erfindung liegt der Schwerpunkt des Laufgewichtes auf derjenigen Achse, welche die vertikal zuoberst gelegenen horizontal benachbarten Kugeln zentral schneidet. Nachdem erfah-rungsgemäss bei Kugelumlaufspindeln im Horizontalbetrieb nur die obersten Kugeln eine tragende Funktion erfüllen, erfolgt die wägebedingte Verschiebung des Laufgewichtes bei Spindeldrehung schlussendlich auch nur über diese Kugeln. Unkontrollierte Kippbewegungen des Laufgewichtes im Rahmen von Fertigungstoleranzen bezüglich Kugelumlaufspindel und Spindelmutter bleiben bei der vorgeschlagenen Schwerpunktslage dann ohne Wägewirkung.

Durch die erwähnten Fertigungstoleranzen ist eine Bewe-

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gung des Laufgewichtes in Spindeleinrichtung auch ohne Spindeldrehung möglich. Zur Aufhebung solch störender Einflüsse liegt zweckmässigerweise der Schwerpunkt des Laufgewichtes ausserhalb derjenigen Strecke, welche durch die vertikal zuoberst gelegenen horizontal benachbarten Kugeln begrenzt ist. Durch diese Schwerpunktanordnung entsteht ein gezieltes, dauernd auf das Laufgewicht einwirkendes Kippmoment, das jegliches Spiel zwischen Kugelumlaufspindel und Spindelmutter aufhebt. Eine Verschiebung des Laufgewichtes ist dann ausschliesslich durch Spindeldrehung möglich.

Bei Verwendung von normalen Präzisionsgewindespindeln muss die dann hohe Stellkraft in der Balkenschwenkachse zum Schutz der Schneidenlagerung in Richtung der Spindelachse verlaufen. Die Achsen von zwei Antriebsrädern liegen somit senkrecht zur Spindelachse, so dass auf dem Balken noch zwei Kegelräder erforderlich werden, um in die Achsenrichtung der Spindel zu kommen. Bei der erfindungs-gemässen Ausbildung wird hingegen die Stellkraft so gering, dass sie in Richtung der Balkenschwenkachse über die Balkenschwenkachse auf den Balken gebracht werden kann. Die Schneiden können durch ihre Reibung allein aus der Waa-genvorlast diese geringe Stellkraft aufnehmen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft die winkeltreue Überleitung der wägeproportionalen Drehbewegung ausgangs des rahmenfesten Antriebsrades auf die mit dem Wägebalken schwenkende Kugelumlaufspindel. Der Grund zur Verursachung von Fehlern kann hier sowohl in der Fertigung der einzelnen Bauteile als auch in deren Montage liegen, insbesondere bei der Zuordnung der rahmenfesten Teile gegenüber dem schwenkenden Wägebalken. Die Überleitung der Drehbewegung vom rahmenfesten Antriebsrad zur Kugelumlaufspindel erfolgt vorteilhaft über eine Welle, deren Enden in Kunststoffbuchsen gelagert sind. Hierdurch lassen sich Winkelfehler aus Radialschlägen der umlaufenden Teile in besonders einfacher Weise vermeiden. Die vorgeschlagene Welle ermöglicht einfache Gleitlager, beispielsweise mittels an der Welle angeformter, in den Kunststoffbuchsen gelagerter Zapfen, deren Lagerspiel bei hinreichend kurzer Lagerlänge die Schwenkbewegung der Kugelumlaufspindel rückwirkungsfrei zulässt. Bei Gestaltung solcher Gleitlager wirkt sich der Umstand besonders vorteilhaft aus, dass zwischen den an der Welle angeformten Zapfen und den Kunststoffbuchsen keine Relativdrehung erfolgt. Die Drehkräfte selbst werden dann an beiden Enden der Welle durch einfache Bauteile, beispielsweise in Form von Mitnehmern, vom rahmenfesten Antriebsrad auf die Welle bzw. von der Welle auf die Kugelumlaufspindel übertragen.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigen:

Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht der wesentlichsten Teile einer Laufgewichtswaage,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Lagerung des Laufgewichtes,

Fig. 3 ein gegenüber der Fig. 1 weiterer möglicher Antrieb der Kugelumlaufspindel.

Wie Figur 1 zeigt, sind auf einer Grundplatte 10 zwei Stützpfannen 12,14 befestigt, in denen ein Wägebalken 16 mittels Stützschneiden 18,20 um eine Achse 22 schwenkbar gelagert ist. Der Wägebalken 16 hat eine Lastschneide 24, über die eine Last 26 in den Wägebalken 16 eingeleitet wird. Der Abgleichzustand ist erreicht, wenn in bekannter Weise der balkenfeste Zeiger 28 dem fundamentfesten Zeiger 30 s gegenüber steht.

Im Wägebalken 16 ist rechtwinklig zur Schwenkachse 22 eine Kugelumlaufspindel 32 drehbar gelagert und mit einem Stirnzahnrad 34 verbunden. Dieses kämmt mit einem rahmenfest gelagerten Stirnrad 36, das seinerseits von einem auf io einer Antriebswelle 38 befestigten Antriebsrad 40 gedreht wird. Die Welle 38 ist ihrerseits über ein Schraubenradgetriebe 42 von einem Handrad 44 drehbar. Mit 46 ist eine Anzeigeeinrichtung in Form eines digitalen Zählwerkes bezeichnet, welches in festem Getriebeeingriff mit der Welle 15 38 steht.

Auf der Kugelumlaufspindel 32 ist eine Spindelmutter 48 verschraubbar, die in einer Bohrung eines Laufgewichts 50 drehfest eingesetzt ist, welches mittels einer sich auf einer fundamentfesten Schiene 54 abstützenden Rolle 52 im 20 Abgleichzustand gegen Drehung um die Spindelachse gesichert ist. Die Eingriffslinie des Räderpaares 34,36 fällt mit der Schwenkachse 22 des Wägebalkens 16 zusammen bei Achsparallelität der Zahnräder 35,36 und der Spindel 32. Diese Konstruktion ist überhaupt nur möglich dank der 25 geringen Stellkräfte, die mit der Kugelumlaufspindel 32 erreicht werden. Das Laufgewicht 50 kann praktisch 3 bis 5 kg Masse aufweisen, und das Stirnzahnrad 34 ist aus fertigungstechnischen Gründen mindestens 3 mm, aber höchstens geringfügig darüberliegend, stark.

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Aus Figur 2 ist das mittels Spindelmutter 48 auf der Kugelumlaufspindel 32 gelagerte Laufgewicht 50 ersichtlich. Vereinfacht sind Kugeln angedeutet, wobei im vorliegenden Falle zwei Kugeln 32a vertikal zuoberst gelegen angeordnet sind.

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Auf der diese Kugeln 32a zentral schneidenden Achse A liegt der Schwerpunkt S des Laufgewichtes 50. Wie die Figur 2 ferner zeigt, liegt der Schwerpunkt S des Laufgewichtes 50 auf der Achse A, effektiv ausserhalb der durch die 4o beiden Kugeln 32a begrenzten Stecke. Diese Schwerpunktanordnung führt demnach bei der entsprechend Figur 2 beispielhaft dargestellten Anordnung zu einem im Uhrzeigersinn wirkenden Kippmoment.

In Abänderung zur Anordnung entsprechend Figur 1 zeigt Figur 3 ein weiterer möglicher Antrieb der Kugelumlaufspindel 32 mit dem zeichnerisch in Figur 3 nicht dargestellten rahmenfesten Antriebsrad 36. Im einzelnen erfolgt dies dadurch, dass an einem drehfest mit dem Antriebsrad 36 verbundenen Zapfen 36a und an einem Wellenstummel 32b Mitnehmer 57,58 drehfest angeordnet sind. Zur Übertragung der Drehbewegung sind die Mitnehmer 57,58 mittels drehfest auf einer Welle 56 befestigter Übertragungsorgane 57a, 58a zusammengekuppelt. Wie die Figur 3 zeigt, erfolgt die eigentliche Verbindung zwischen Kugelumlaufspindel 32 und Antriebsrad 36 damit durch die Welle 56. Diese Welle 56 ist mittels Zapfen 56a, 56b in Kunststoffbuchsen 55 gelagert.

Sowohl die in Figur 1 als auch insbesondere die in Figur 3 beschriebenen Antriebe, führen in Verbindung mit der vorge-60 schlagenen Kugelumlaufspindel zu der in Rede stehenden hohen Präzision. Nur die dadurch auftretenden geringen Stellkräfte erlauben Präzisionsantriebe in der vorgeschlagenen Art.

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3 Blatt Zeichnungen

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656461 PATENTANSPRÜCHE

1. Laufgewichts waage mit einem auf Stützschneiden (18, 20) schwenkbar gelagerten Wägebalken (16), an dem eine Gewindespindel rechtwinklig zur Schwenkachse (22) drehbar gelagert ist, mit welcher ein Laufgewicht (50) in Schraubeingriff steht und gegen Mitdrehen gesichert ist und mit einem Antriebsgetriebe, welches ein mit der Gewindespindel verbundenes Antriebsorgan (34,57) und ein rahmenfest gelagertes Antriebsrad (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel als Kugelumlaufspindel (32) ausgebildet ist, bei der das Innengewinde des Laufgewichtes (50) über eine Anzahl Kugeln (32a) mit dem Aussengewinde der Spindel gekuppelt ist.

2. Laufgewichtswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufgewicht (50) an einer Spindelmutter (48) angebracht ist.

3. Laufgewichtswaage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (S) des Laufgewichtes (50) auf derjenigen Achse (A) liegt, welche die vertikal zu • oberst gelegenen horizontal benachbarten Kugeln (32a) zentral schneidet.

4. Laufgewichtswaage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (S) des Laufgewichtes (50) ausserhalb derjenigen Strecke liegt, welche durch die vertikal zuoberst gelegenen horizontal benachbarten Kugeln (32a) begrenzt ist.

5. Laufgewichtswaage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffslinie des Antriebsgetriebes (34,36) für die Kugelumlaufspindel (32) mit der Schwenkachse (22) des Wägebalkens (16) zusammenfällt.

6. Laufgewichtswaage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Kugelumlaufspindel (32) durch das rahmenfeste Antriebsrad (36) eine in Kunststoffbuchsen (55) gelagerte Welle (56) vorgesehen ist.

7. Laufgewichtswaage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgetriebe (34,57, 36) über ein Zwischengetriebe (38,42) mittels eines Handrades (44) betätigbar ist.