PL240727B1 - Zespół układu ważenia do wagi z monolitycznym mechanizmem ważącym - Google Patents

Description

PL 240 727 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół układu ważenia do zastosowania w wagach precyzyjnych z magnetoelektryczną kompensacją siły.

Stan techniki zawiera wiele rozwiązań mechanizmów ważących. Jako mechanizm ważący w wadze z kompensacją magnetoelektryczną rozumie się cały zespół dźwigni i elementów sprężystych, elementów ruchomych i stacjonarnych znajdujący się między punktem przyłożenia siły ciężkości, będą cej w wadze proporcjonalną do mierzonej masy, a punktem przyłożenia magnetoelektrycznej siły kompensującej siłę ciężkości. Dodatkowo stacjonarne elementy mechanizmu ważącego są sztywno przytwierdzane do korpusu wagi, będącego jej podstawą lub sztywno powiązanego z podstawą wagi tak, aby można było precyzyjnie regulować jego pozycję poprzez poziomowanie, które odbywa się najczęściej poprzez pokręcanie nóżkami wagi umieszczonymi na połączeniu śrubowym w podstawie wagi. Pierwotnie mechanizmy ważące były to mechanizmy składające się z wielu elementów łączonych, np. połączeniami śrubowymi. Takie mechanizmy, ze względu na swoją złożoność jak i powierzchnię poziomą jaką zajmowały, były mocowane wielopunktowo do podstawy wagi. Przykład takiego mechanizmu zastosowanego w wadze ujawniono w patencie US3894593. Kolejnym krokiem w rozwoju mechanizmów ważących była ich hybrydyzacja. Niektóre ich elementy, szczególnie elementy sprężyste posiadające przewężenia, łączono w jeden monolit. Przykład takiego rozwiązania ujawnia patent US2009/0242280. Postęp technologiczny umożliwił również produkowanie w pełni monolitycznych mechanizmów ważących. Przykład takiego mechanizmu ujawniono np. w patencie US2004/0182179. Monolityczne mechanizmy ważące dają możliwość ich wykonywania w postaci prostopadłościanów, których wysokość stanowi wielokrotność ich szerokości. Taka budowa często wymusza odejście od ich mocowania bezpośrednio do podstawy i wprowadzenie elementu pośredniczącego mocowanego do podstawy, który daje możliwość przytwierdzenia stacjonarnej części mechanizmu ważącego, znajdującego się po przeciwległej stronie do ruchomej części przeznaczonej do mocowania nośni ładunku, do pionowej ściany elementu pośredniczącego.

W stanie techniki znane jest rozwiązanie ujawnione w patencie US5459289 zawierające taki element pośredniczący w kształcie litery U w widoku od góry. Ujawnia on wagę precyzyjną zawierającą nośnię ładunku, monolityczny mechanizm ważący połączony z nośnią oraz obudową zawierającą wewnętrzny układ mocujący w kształcie litery U, posiadający część bazową oraz boczne elementy połączone z częścią bazową, część bazowa i części boczne tworzą ściany rozchodzące się w kierunku pionowym, mechanizm ważący montowany między częściami bocznymi, środki do mocowania mechanizmu pomiarowego do tylnej pionowej ściany wewnętrznego układu mocującego w kształcie litery U oraz środki do mocowania wewnętrznego układu mocującego w kształcie litery U do części bazowej obudowy wagi.

Przedstawiony w powyższym patencie US5459289 układ mocujący w kształcie litery U rozwiązuje bardzo dobrze mocowanie monolitycznego mechanizmu ważącego wykonanego w postaci monolitycznego bloku, w którym wycięte są elementy sprężyste oraz dźwignie wykorzystywane w typowych wagach z magnetoelektryczną kompensacją siły. Zarówno kształt obejmujący mechanizm monolityczny, jak i przytwierdzenie układu mocującego do podstawy wagi, zapewnia dużą sztywność całemu układowi co jest pożądane w urządzeniu, gdzie minimalne ugięcia elementów biorą udział w pomiarze wielkości mierzonej. Jednakże każde rozwiązanie układu ważącego oparte na magnetoelektrycznej kompensacji siły jest wyposażone w cewkę umieszczaną w polu magnetycznym magnesu trwałego umocowanego na stałe. Cewka ta jest ruchoma i jest przymocowana do ramienia dźwigni przytwierdzonego na drugim końcu do monolitycznego mechanizmu ważącego, patrząc od punktu przyłożenia mierzonej siły, do dźwigni, na którą ma oddziaływać magnetoelektryczną siła kompensująca siłę ciężkości przyłożoną do nośni ładunku. Oznacza to, że dla sztywności całego układu ważenia istotne jest także sztywne zamocowanie magnesu trwałego współpracującego z ruchomą cewką znajdującą się w jego polu, najczęściej wraz z utrzymującą go obudową. Rozwiązanie prezentowane w patencie US5459289 nie przewiduje użycia masywnej konstrukcji układu mocującego w kształcie litery U do mocowania także magnesu, co jest jej jego wadą. Prezentowane w patencie US5459289 podejście oznacza, że jest konieczność zastosowania także masywnej podstawy, albo dodatkowego elementu do mocowania magnesu lub stosunkowo małego magnesu, a to z kolei prowadzi do możliwości zastosowania rozwiązania tylko do niskich udźwigów (mniejsza siła oddziaływania magnesu na cewkę, a tym samym równoważenie mniejszych sił) lub wykonanie dużego przełożenia na dźwigniach wykonanych w monolitycznym mechanizmie ważącym, co z kolei oznacza przemnażanie przez długość dźwigni różnego rodzaju błędów związanych z dokładnością wykonania elementów, błędów temperaturowych itp., które następnie sumują się z wynikiem ważenia.

PL 240 727 B1

Rozwiązanie ujawnione w niniejszym wynalazku nie posiada przedstawionej wyżej wady i przedstawiony zespół układu ważenia oprócz mocowania monolitycznego mechanizmu ważącego, służy także do zamocowania obudowy magnesu trwałego, zapewniając sztywność, ustalając jednolity punkt odniesienia dla ruchomych elementów konstrukcji wagi.

Prezentowane rozwiązanie pozwala na zrealizowanie wag o większych udźwigach, ze względu na siłę oddziaływania dużego magnesu na cewkę, wynikiem czego jest większa siła równoważąca mierzony ciężar i/lub równoważenie mierzonego ciężaru osiągane jest przy pomocy mniejszego przełożenia na dźwigniach monolitycznego układu ważącego, co zmniejsza współczynnik przemnażania błędów związanych z dokładnością wykonania elementów, błędów temperaturowych itp., które dodają się (w sensie arytmetycznym) do wyniku ważenia pomnożone o współczynnik przełożenia.

Zespół układu ważenia ujawniony w niniejszym wynalazku rozumiany jest jako zespół elementów i układów stanowiący mechaniczną część wagi działającej na zasadzie magnetoelektrycznej kompensacji siły, który może stanowić oddzielną całość, co daje możliwość jego funkcjonalnego sprawdzenia, np. na stole montażowym przed włożeniem do obudowy wagi. Zespół układu ważenia stanowi korpus układu ważenia, wraz z montowanym do niego zespołem magnesu trwałego oraz monolitycznym mechanizmem ważącym wraz z cewką podłączoną do przedłużenia dźwigni tego mechanizmu.

Ujawnione rozwiązanie przedstawia zespół układu ważenia zawierający korpus układu ważenia, obudowę zawierającą magnes trwały, ważenia i cewkę umieszczoną w polu magnetycznym magnesu trwałego połączoną dzielonym ramieniem dźwigni z tym mechanizmem, umieszczoną w polu magnesu trwałego do zastosowania w wagach precyzyjnych z magnetoelektryczną kompensacją siły. Zespół układu ważenia oparty jest na korpusie układu ważenia wykonanym w postaci masywnej monolitycznej konstrukcji. Korpus układu ważenia pełni rolę elementu usztywniającego obejmującego część podzespołów układu ważenia, co daje możliwość dowolnego kształtowania tego elementu, np. w zależności od obudowy, w której cały układ ważący jest zamykany. W ujawnionym rozwiązaniu korpus układu ważenia posiada pionową wnękę w kształcie ułożonej poziomo litery C do zamocowania monolitycznego układu ważenia oraz gniazdo montażowe obudowy magnesu trwałego, korzystnie w kształcie pustego walca. Magnes trwały zamykany jest w obudowie magnesu trwałego i wraz z nabiegunnikami stanowi zespół magnesu trwałego montowany jako jeden podzespół wewnątrz korpusu układu ważenia. Do korpusu układu ważenia montowane są pozostałe elementy układu ważenia, czyli monolityczny mechanizm ważenia i cewka umieszczana w polu magnetycznym magnesu trwałego połączona dzielonym ramieniem dźwigni z monolitycznym mechanizmem ważącym i umieszczona w polu magnetycznym magnesu trwałego. Ujawniony zespół układu ważenia tworzy kompletny system, który może być oddzielnie regulowany i montowany jako całość, upraszczając całkowity montaż wagi. Odpowiednie otwory boczne w korpusie układu ważenia pozwalają na dostęp do miejsca zespolenia dzielonego ramienia dźwigni, a tym samym regulacji części ramienia dźwigni połączonego z cewką w celu optymalnego usytuowania cewki w polu magnesu trwałego. Korpus układu ważenia mocowany do podstawy wagi zapewnia odpowiednią sztywność całego układu oraz pozwala na to, aby podstawa wagi nie musiała mieć tej sztywności, a tym samym jej wykonanie może być tańsze. Przedstawione rozwiązanie umożliwia montowanie różnej wielkości monolitycznych układów ważących oraz różnej wielkości magnesów w obudowach. Ograniczeniami są jedynie rozmiar gniazda montażowego obudowy magnesu i rozmiary pionowej wnęki w kształcie litery C do zamocowania monolitycznego układu ważenia.

Szczegóły wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie:

FIG. 1 pokazuje widok aksonometryczny od spodu zespołu układu ważenia, FIG. 2 pokazuje zmontowany zespół układu ważenia od góry i w przekroju z boku, FIG. 3 pokazuje zmontowany zespół układu ważenia w przekroju z boku wg zaznaczenia na FIG. 2. Zespół układu ważenia 1 jest ukazany aksonometrycznie na rysunku na FIG. 1 w widoku od dolnej strony, która docelowo po montażu jest w kontakcie z podstawą wagi. Zasadniczym elementem systemu jest korpus układu ważenia 2 stanowiący element montażowy do zamocowania pozostałych elementów i podzespołów. Posiada on gniazdo 3 w kształcie pionowego otworu przelotowego, korzystnie w kształcie pustego walca, oraz pionową wnękę 4 o poziomym przekroju w kształcie poziomej litery C. Gniazdo 3 służy do zamocowania obudowy magnesu trwałego 5 zawierającej magnes trwały. Magnes trwały może mieć dowolną wielkość, która zmieści się w obudowie magnesu trwałego 5 i gnieździe 3 i pozostawia szczelinę powietrzną na umieszczenie cewki 6. Jak ukazano w przykładzie na rysunku na FIG. 1 oraz FIG. 3 sam korpus układu ważenia 2 składa się z dwóch ścian bocznych połączonych ścianą poprzeczną przedzielającą korpus 2 na dwie części. Pierwsza część jest zamknięta i posiada

PL 240 727 B1 przelotowy otwór pionowy na zamocowanie obudowy magnesu trwałego 5 wraz z tym magnesem. Ta część zapewnia również dodatkową przestrzeń na umieszczenie okrągłej cewki powietrznej w polu magnesu trwałego. Druga część korpusu po przeciwnej stronie ściany poprzecznej w stosunku do pierwszej części jest częścią otwartą i tworzy wspomnianą wyżej wnękę w kształcie litery C. W prezentowanym przykładzie rozwiązania magnes trwały jest przedłużony o umieszczony na nim nabiegunnik 7 widoczny na rysunku na FIG. 2, wykonany z materiału ferromagnetycznego, który jest elementem magnetowodu obwodu magnetycznego ukierunkowującym pole magnetyczne generowane przez magnes trwały. Pionowa wnęka 4 w kształcie litery C składająca się z tylnej ściany służącej do zamocowania monolitycznego mechanizmu ważącego 8 oraz ścian bocznych o wysokości co najmniej równej wysokości monolitycznego mechanizmu ważącego 8. Ściana tylna i ściany boczne pionowej wnęki 4 układają się we wspomniany kształt litery C widoczny w przekroju poziomym na rysunku na FIG. 3. Pionowa wnęka 4 posiada na swej tylnej ścianie płaską powierzchnię 9, która bezpośrednio styka się z monolitycznym mechanizmem ważącym 8 i posiada w swoje powierzchni otwór montażowy 10 o dowolnym kształcie. Monolityczny mechanizm ważący 8 wyposażony jest w dzielone ramię dźwigni 11, które składa się z części stałej 12 ramienia dźwigni przymocowanej do dźwigni monolitycznego mechanizmu ważącego 8, oraz za części regulowanej 13 ramienia dźwigni, na której końcu przytwierdzana jest cewka 6 niewidoczna na FIG. 1 natomiast ukazana na FIG. 2, która ukazuje w widoku od góry już zmontowany pełny układ ważenia 1. Cewka 6 jest usytuowana w szczelinie powietrznej w obudowie magnesu trwałego 5 między magnesem, magnesami lub ich przedłużeniami z materiału ferromagnetycznego, w prezentowanym rozwiązaniu w postaci nabiegunnika 7, a obudową magnesu trwałego lub między magnesami umieszczonymi w obudowie magnesu trwałego. Rozwiązanie ukazane na rysunku na FIG.2 posiada rdzeń magnesu trwałego umieszczony centralnie w obudowie magnesu trwałego 5 a umieszczona poziomo na karkasie cewka 6 w kształcie pierścienia otacza rdzeń magnesu trwałego lub nabiegunnik magnesu trwałego 7, który jest ferromagnetycznym przedłużeniem magnesu trwałego i umieszczona jest w szczelinie powietrznej między magnesem trwałym lub jego ferromagnetycznym przedłużeniem, w prezentowanym rozwiązaniu nabiegunnikiem 7, a obudową magnesu trwałego 5. W przykładowym rozwiązaniu cewka 6 jest ułożona poziomo, jednak oczywistym jest, że może być ona montowana pionowo, a magnesy mogą znajdować się na jednej ściance lub na dwóch przeciwległych ściankach obudowy magnesu trwałego 5, a szczelina powietrzna może być utworzona między ścianą obudowy magnesu trwałego a magnesami trwałymi lub między magnesami trwałymi wraz z ich ferromagnetycznymi przedłużeniami.

Monolityczny mechanizm ważący 8 mocowany jest przy pomocy połączenia śrubowego 14 do korpusu układu ważenia 2. Połączenie śrubowe realizowane jest przy pomocy co najmniej dwóch śrub wkręcanych od strony korpusu układu ważenia 2, korzystnie w górną i dolną część monolitycznego mechanizmu ważącego 8. Dzielone ramię dźwigni 11 przechodzi przez otwór montażowy 10 w tylnej ściance pionowej wnęki 4 sięgając do gniazda 3, w którym osadzony jest magnes w obudowie magnesu trwałego 5. Korpus układu ważenia posiada co najmniej jeden otwór regulacyjny 15 usytuowany w taki sposób, aby po zamontowaniu dzielonego ramienia dźwigni 11 umożliwiał dostęp do punktu połączenia części stałej 43 ramienia dźwigni 12 i części regulowanej ramienia dźwigni, które jest korzystnie połączeniem śrubowym i umożliwia regulację kąta nachylenia i/lub długości części regulowanej ramienia dźwigni 13, aby cewka 6 została umieszczone poziomo i centralnie w obudowie magnesu trwałego 3, w środku szczeliny powietrznej.

Lista elementów

1. Układ ważenia

2. Korpus układu ważenia

3. Gniazdo

4. Pionowa wnęka

5. Obudowa magnesu trwałego

6. Cewka

7. Nabiegunnik

8. Monolityczny mechanizm ważący

9. Płaska powierzchnia

10. Otwór montażowy

11. Dzielone ramię dźwigni

12. Część stała ramienia dźwigni

13. Część regulowana ramienia dźwigni

14. Połączenie śrubowe

15. Otwór regulacyjny

Claims (8)

1. PL 240 727 B1

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół układu ważenia do wagi z monolitycznym mechanizmem zawiera korpus układu ważenia (2) z gniazdem (3) na obudowę magnesu trwałego (5), i pionową wnęką (4), wykazującą poziomy przekrój w kształcie litery C, na monolityczny mechanizm ważący (8), cewkę umieszczoną w polu magnetycznym magnesu trwałego połączoną ramieniem dźwigni (11) z dźwignią monolitycznego mechanizmu ważącego (8) znamienny tym, że korpus układu ważącego (2) posiada otwór montażowy (10) w tylnej ściance pionowej wnęki (4) sięgający do gniazda (3) oraz co najmniej jeden otwór regulacyjny (15) umożliwiający dostęp do punktu połączenia części stałej (12) i części regulowanej ramienia dźwigni (13), które jest korzystnie połączeniem śrubowym.
2. 2. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że monolityczny mechanizm ważący (8) umocowany w pionowej wnęce (4) przylega do płaskiej powierzchni (9) znajdującej się na tylnej ściance wnęki (4).
3. 3. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że monolityczny mechanizm ważący (8) jest umocowany za pomocą połączenia śrubowego (14) do korpusu układu ważenia (2).
4. 4. Zespół według zastrz. 4, znamienny tym, że połączenie śrubowe (14) jest realizowane przy pomocy co najmniej dwóch śrub wkręcanych od strony korpusu układu ważenia (2).
5. 5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że otwór montażowy (10) w korpusie układu ważenia służy do wprowadzenia dzielonego ramienia dźwigni (11) do gniazda (3) z obudową magnesu trwałego (5) zawierającego magnes trwały.
6. 6. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że na końcu dzielonego ramienia dźwigni (11) w gnieździe (3) zawierającym obudowę magnesu trwałego (5) z magnesem trwałym, w szczelinie powietrznej centralnie usytuowana jest cewka (6).
7. 7. Zespół według zastrz. 7, znamienny tym, że co najmniej jeden otwór regulacyjny (15) umożliwia regulację kąta nachylenia i/lub długości części regulowanej ramienia dźwigni (13), aby cewka (6) została umieszczone poziomo i centralnie w obudowie magnesu trwałego (3), w środku szczeliny powietrznej.
8. 8. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa magnesu trwałego (5) jest zamontowana w gnieździe (2) od spodu.