Waage
Die Erfindung betrifft eine Waage mit einem zum Antrieb eines Anzeigeelementes dienenden Ritzel, das drehbar auf einer feststehenden Achse sitzt und durch eine Zahnstange angetrieben wird, die an einer Schwenklagerstelle gelagert ist, die von einem entsprechend der auf der Waage befindlichen Last beweglichen Bauteil getragen wird.
Ein solcher Antrieb, bestehend aus Zahnstange und Ritzel, ist bei der in der US Patentschrift 2 592 500 dargestellten Waage vorgesehen.
Bei den bekannten Waagen ändert sich die Zahnkraft zwischen der Zahnstange und dem Ritzel bei einer Änderung der auf der Waage befindlichen Last. Hierdurch werden Wägungsungenauigkeiten verursacht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Erhöhung der Genauigkeit der Waage eine konstante Zahnkraft zwischen Zahnstange und Ritzel zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Moment der Zahnstange bezüglich der Achse der Schwenklagerstelle durch das Moment eines Gewichtes kompensiert ist und dass die Zahnstange unter der Wirkung einer Feder steht, die die Zahnstange in allen ihren lastabhängigen Stellungen mit konstanter Kraft in Eingriff mit dem Ritzel hält.
Auf diese Weise wird eine konstante Reibung zwischen der auf die Last ansprechenden Zahnstange und dem das Anzeigeelement treibenden Ritzel aufrechterhalten (die Reibungskraft ist nämlich eine Funktion der zwischen der Zahnstange und dem Ritzel vorhandenen Zahnkraft).
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen
Fig. 1 eine Teilseitenansicht einer erfindungsgemässen Waage;
Fig. 2 eine vergrösserte Ansicht eines Ausschnittes der Fig. 1, wobei jedoch die Einrichtungen zur Gewährleistung einer konstanten Zahnkraft weggelassen sind;
Fig. 3 ein vergrösserter Ausschnitt aus Fig. 1, aus dem die Einrichtungen zur Gewährleistung einer konstanten Zahnkraft ersichtlich sind.
Fig. 1 ist ein Teil einer im Prinzip gleich wie die Waage, welche in der Fig. III der US Patentschrift 2 592 500 gezeigt ist, aufgebauten Waage und veranschaulicht einen Teil der zur Lastkompensation und Anzeige dienenden Einrichtung einer solchen Waage.
Ein Anzeigeelement 10 zeigt die Grösse der kompensierten Last an. Eine Sektorführung 11 befindet sich vertikal in der Waage; die Kraft, die von einem auf eine Lastaufnahme aufgesetzten Lastgewicht erzeugt wird, wird über ein Gestänge 12 und ein Joch 13 auf zwei Bänder 14 übertragen, die mit den Lastsektoren 15 zweier zur Lastkompensation dienenden Pendel 16 fest verbunden sind. Die Pendel 16 sind an der Sektorführung 11 durch Stahlbänder 17 aufgehängt, die an den unteren Enden der Schwenksektoren 18 befestigt sind, längs der Seiten der Sektorführung 11 nach oben laufen und an dem oberen Ende der Sektorführung befestigt sind.
Zwei Kompensationsschienen 19, von denen in Fig. 1 nur eine dargestellt ist, werden von den Pendeln 16 getragen, wie dies in der US Patentschrift 2 592 500 im einzelnen veranschaulicht ist. Vom mittleren Bereich der Kompensationsschienen 19 hängt eine Zahnstange 20 nach unten, die mit einem Ritzel 21 in Eingriff ist, das sich auf derselben Welle wie das Anzeigeelement 10 befindet. Wirkt eine Last auf das Gestänge 12, so rollen die Pendel 16 längs der Seiten der Sektorführung 11 nach oben über eine Strecke, die der wirkenden Last proportional ist. Die Kompensationsschienen 19 tragen die Zahnstange 20 nach oben über einen Ab stand, der der mittleren Translationsbewegung der beiden Pendel entspricht. Die mit dem Ritzel 21 in Eingriff befindliche Zahnstange 20 verstellt demgemäss das Anzeigeelement 10 um einen entsprechenden Winkel.
Die Zahnstange 20 wird von einem Stossdämpferhebel 22 getragen, der an einer Schiene 23 mit rechteckigem Profil befestigt ist und zwischen den Kompensationsschienen 19 schwenkbeweglich getragen wird. Die Zahnstange 20 ist auf diese Weise schwenkbeweglich gelagert und kann sich in Abhängigkeit von Laständerungen bewegen.
Die in Fig. 2 dargestellte Zahnstange 20 wird durch ein um die Schwenkachse der Schiene 23 wirksames Drehmoment in Eingriff mit dem Ritzel 21 gehalten.
Dieses Drehmoment entspricht dem Produkt aus der Zahnkraft zwischen der Zahnstange 20 und dem Ritzel 21 und dem vertikalen Abstand zwischen der Drehachse des Ritzels 21 und der Schwenkachse der Schiene 23. Die Zahnkraft entspricht daher dem genannten Drehmoment geteilt durch diesen Abstand. Befindet sich auf der Waage die Last Null, so ist dieser Abstand ein Minimum (Fig. 3); bei Vergrösserung der Last nimmt der Abstand zu (Fig. 2 veranschaulicht die Stellung bei 3/4-Last). Die Zahnkraft bei Vollast muss gross genug sein, um Zahnstange und Ritzel in Eingriff zu halten. Bei Last Null kann daher die Zahnkraft wesentlich grösser als erforderlich sein. Die Reibung zwischen der Zahnstange und dem Ritzel ist eine Funktion des Reibungskoeffizienten und der Zahnkraft.
Eine Ver änderung der Zahnkraft bei einer änderung der auf der Waage befindlichen Last kann Wägeungenauigkeiten mit sich bringen.
Im Idealfall soll die verhältnismässig geringe Zahnkraft, die bei Vollast erforderlich ist, um Zahnstange und Ritzel in Eingriff zu halten, bei allen Lagen der Zahnstange denselben Wert besitzen. Erfindungsgemäss wird dieser Idealzustand an der in den Fig. 1 und 3 dargestellte Anordnung von Zahnstange und Ritzel erreicht. Die Zahnstange 20 ist bezüglich der Schwenkachse der Schiene 23 durch ein L-förmiges Gewicht 24 kompensiert, das an der Unterseite des C-förmigen Hebels 22 mittels einer Schraube 25 befestigt ist. Diese Schraube 25 greift durch einen Schlitz im Gewicht 24 hindurch, so dass das Moment des letzteren einstellbar ist.
Eine Feder 26 ist an ihrem oberen Ende mit einem Ansatz 27 des C-förmigen Hebels 22 verbunden, und zwar an einer Stelle, die in derselben Horizontalebene wie die Schwenkachse der Schiene 23 liegt. Bei der anfänglichen Einstellung bei Last Null (Position der Fig. 3) darf die Feder 26 frei hängen; die Lage des Gewichtes 24 wird so eingestellt, dass die Zahnstange 20 vertikal hängt. Dann wird die Feder 26 um einen Abstand gestreckt, der dem vertikalen Abstand zwischen der Drehachse des Ritzels 21 und der Schwenkachse der Schiene 23 entspricht. Das untere Ende der Feder 26 wird dann an einem Stift 28 verankert, der von der Sektorführung 11 vorsteht.
Durch das Strecken der Feder 26 wird ein Drehmoment T auf das System ausgeübt, das dem Produkt folgender Grössen entspricht: Federkonstante k der Feder, vertikaler Abstand 1 zwischen der Drehachse des Ritzels 21 und der Schwenkachse der Schiene 23, horizontaler Abstand d von der Schwenkachse der Schiene 23 bis zur vertikalen Mittellinie der Feder 26. Die Federkraft entspricht dem Produkt aus Federkonstante k und vertikalem Abstand 1. Also:
Federkraft = kl,
Drehmoment = kld = Zahnkraft multipliziert mit 1.
Wie man aus der letzteren Gleichung ersieht, lässt sich der Faktor 1 auf beiden Seiten der Gleichung streichen. Die Zahnkraft ist also unabhängig von der auf der Waage befindlichen Last, da eine Laständerung weder die Federkonstante K, noch den horizontalen Abstand d beeinflusst. Man kann also eine Feder 26 auswählen, die eine geeignete Federkonstante besitzt, so dass sich die gewünschte Zahnkraft ergibt, (die gerade ausreicht, um Zahnstange und Ritzel in Eingriff zu halten); diese Zahnkraft bleibt dann für alle Stellungen der Zahnstange 20 (d. h. für alle Positionen des Anzeigeelementes 10) konstant Bei Vergrösserung der Last vergrössert sich der vertikale Abstand 1 zwischen der Drehachse des Ritzels 21 und der Schwenkachse der Schiene 23.
Dadurch entsteht an sich die Tendenz zu einer Verringerung der Zahnkraft f (f = Drehmoment dividiert durch 1); gleichzeitig streckt sich jedoch die Feder 26 mit zunehmender Last, wodurch die Zahnkraft konstant bleibt.