CH643947A5 - Oberschalige waage. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine oberschalige Waage mit einem parallelgeführten Lastaufnehmer und mit einem Dehnungsmesskörper mit elektrischen Widerständen als Messglied.

Eine solche Waage ist beispielsweise bekanntgeworden aus der US-PS 3 304 773. Ferner seien als Beispiele für Kraftmessdosen die US-PS 4 065 962 sowie die deutschen Offenlegungsschriften 27 40 668 und 27 41 303 genannt. Insbesondere die letztgenannten Schriften offenbaren teilweise recht hohe Konstruktionen des Messkörpers. Dagegen zeigt die erstgenannte Druckschrift eine Anordnung der Dehnungsmessstreifen auf, die wenig montage- und servicefreundlich ist. Ausserdem ist es nicht in jeder Hinsicht zweckmässig, die Messkörper mit den Dehnungsmessstreifen selbst als Parallelführung für den Lastaufnehmer zu verwenden.

Die vorliegende Erfindung stellte sich die Aufgabe, in einer Waage der eingangs genannten Art die Messanordnung besonders einfach und kompakt (geringe Bauhöhe) zu gestalten, wobei neben günstiger, physikalisch richtiger Dimensionierung und einfacher, stabiler Kraftführung auf leichte Zugänglichkeit insbesondere des Messgliedes sowie auf einfache

Herstellung, Montage und Justierung geachtet werden sollte. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der als einseitig eingespannter Balken ausgebildete Dehnungsmesskörper über eine seine Längsachse durchsetzende Bohrung verfügt, durch welche mit Spiel ein Verbindungselement zur Kraftübertragung zwischen dem Lastaufnehmer und einem zurückspringenden Kraftangriffsarm des Dehnungsmesskörpers geführt ist. Der Kraftangriff unterhalb des Balkens sorgt dabei für die gewünschten stabilen Verhältnisse und ermöglicht die weiter unten spezifizierte vorteilhafte Anordnung der elektrischen Widerstände.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Waage ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement etwa in der Ebene der neutralen Biegefaser des Balkens und angenähert im Wendepunkt der Deformationslinie des Balkens am Arm angreift. Durch diese Ausgestaltung wird der Messeffekt in hohem Masse linear und weitgehend unabhängig von kleinen Verschiebungen des Krafteinleitungspunktes.

Vorzugsweise ist das Verbindungselement ein Stab, der über je eine an seinen Enden vorgesehene konische Pfanne zwischen je einer Spitze am Lastaufnehmer und am Arm des Dehnungsmesskörpers angeordnet ist. Die Zentrierung bewirkt dabei eine exakte Kraftübertragung mit sehr wenig Reibung, und im übrigen ergibt sich eine leichte Handhabung bei Montage und Demontage. Auch bleiben gewisse Toleranzfehler dadurch ohne Auswirkung. Die Länge des Stabes ist dabei ohne Einfluss auf seine Funktion und daher weitgehend frei wählbar.

Zweckmässigerweise ist der Angriffspunkt des Verbindungselementes am Lastaufnehmer höhenjustierbar. Dies eröffnet eine einfache Möglichkeit zur Einstellung der zulässigen Überlast (Einstellung der freien Weglänge bis zu einem ortsfesten Anschlag).

Günstig für eine vorbestimmte Verformung des Balkens ist es, wenn der Balken über bogenförmige Ausnehmungen verfügt, welche Biegestellen in der Region der Widerstände definieren. Die Bogenform ergibt einen fliessenden Verlauf der Spannungen an den Biegestellen, im Gegensatz etwa zu rechteckigen Ausnehmungen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die elektrischen Widerstände des Dehnungsmesskörpers in einer Ebene und symmetrisch zur Bohrung angeordnet sein, wobei die Lötstellen der Anschlussdrähte an den bohrungsseitigen Enden der Widerstände vorgesehen werden. Damit können die Widerstände und die Lötstellen einerseits alle von oben zugänglich angeordnet werden, zum anderen liegen die Lötstellen an den Stellen des Balkens mit verhältnismässig kleinster Biegebeanspruchung. Dabei ist es zweckmässig, wenn die Mitten der Widerstandsbahnen der Widerstände wenigstens angenähert auf den dünnsten Stellen des Balkens im Bereich der bogenförmigen Ausnehmungen liegen. Dadurch ergibt sich der Höchstwert der Spannung und Dehnung in der Mitte der Widerstandsbahnen und eine relativ kleine Spannung und Dehnung an ihren Enden (Umkehrstellen der Widerstandsschlaufen). Die Einspanndeformation der Endbefestigungen des Balkens bleibt ohne Einfluss auf den Messeffekt.

Im Sinne einer Vereinfachung der Herstellung der Einzelteile der Waage ist es zweckmässig, wenn der Arm mit dem Balken verschraubt wird; dies bringt Vorteile bei der Bearbeitung der Einzelteile.

Zweckmässigerweise weist die Parallelführung zwei Paare von rechtwinklig zueinander angeordneten elastischen Lenkern auf. Diese Ausbildung erlaubt eine unabhängige Justierung der diagonalen Eckenlastfehler in zwei orthogonalen Hauptrichtungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der nicht massstäblichen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind

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Figur 1 eine schematisierte Seitenansicht der Waage, spitze 66 eines Gewindestiftes 68 ein. Letzterer läuft im GeFigur 2 eine Teil-Draufsicht (Schnitt 2-2 in Figur 1), und windeloch 39 des Auslegers 38 und wird in der gewünschten Figur 3 ein Detail in vergrösserter Darstellung. Höhe durch eine Kontermutter 70 fixiert. Durch Verdrehen Zur übersichtlicheren Darstellung der erfindungswesent- des Gewindestiftes 68 lässt sich die freie Anschlaghöhe zwi-lichen Teile der Waage wurden manche hier nicht relevanten s sehen der Gehäusebasis 10 und den unteren Schraubenköpfen Teile in der Zeichnung weggelassen oder nur angedeutet. 28,28' regulieren und damit die zulässige Uberlast bis zum In Figur 1 und 2 erkennt man zwei mit der Gehäuserück- Aufsetzen des beweglichen Teils auf der Gehäusebasis einwand 14 fest verbundene Lagerblöcke 12. An diesen sind stellen.

oben und unten die ortsfesten Enden je eines Paares Lenker Eine Mulde 74 (Figur 1) im Waagenunterteil 10 nimmt

16 befestigt (Löcher 18, Schrauben 20). Die Lenker 16 bilden "> den Kraftangriffsarm 48 auf. Ferner sind in Figur 1 noch der im Mittelstück durch abgewinkelte Flanschen ein U-Profil, so elektrische Teil der Waage schematisch (Block 76) sowie eine dass sich Biegestellen zwischen den Einspannenden und dem Digitalanzeige 78 dargestellt.

U-Profil ergeben. Die in einem Winkel von 90 Grad angeord- Der Messvorgang bei Waagen dieser Gattung ist bekannt neten Lenker 16 treffen sich an einer Säule 24. Diese ist von und wird daher nur kurz resümiertÄ Eine auf die Waagschale prismatischer Gestalt mit zwei unter 90 Grad zueinander ge- 13 36 aufgelegte Last (Wägegut) übt eine Kraft aus. Diese Kraft neigten Seitenflächen 26. Mit ihr sind die Lenker 16 ver- wird über den durch die Parallelführung (Lenker 16) elastisch schraubt (Schraubenlöcher 28,28'), wobei jeweils eine gelagerten Lastaufnehmer (Kreuzträger 30, Säule 24) und den

Schraube (28') durch zwei Lenkerenden reicht und jeweils eine Verbindungsstab 64 auf den Dehnungsmesskörper 42 über-

Schraube (28) ein einzelnes Lenkerende fixiert. Die beschrie- tragen. Dabei bleibt der Arm 48 praktisch starr, während sich bene und in Figur 2 dargestellte Lenkerbefestigung bietet eine 2° der Balken 44 kraftproportional S-förmig deformiert. Eine gute Verdrehsicherheit der Lenker 16. Die Höhenunter- entsprechende Deformation erfahren die Widerstände 58, was schiede werden durch Zwischenscheiben ausgeglichen, und sich in der Verstimmung einer Brückenschaltung äussert.

U-förmig geschlitzte Zwischenlagen 15 verschiedener Dicke Diese Verstimmung erzeugt ein kraftproportionales elektri-

werden zur Höhenjustierung des Parallelogramms der Len- sches Ausgangssignal, welches nach entsprechender Umfor-

kerführung verwendet (Justierung des Eckenlastfehlers). 25 mung die digitalisierte Gewichtsinformation liefert (Anzeige

Während das untere Lenkerpaar 16 direkt mit der Säule 24 78).

verschraubt ist, sind die oberen Lenker 16 über Distanzschei- Die erfindungsgemässe Waage umfasst einen die Messef-ben sandwichartig zwischen der Säule 24 und einem waage- fekte sehr gut reproduzierenden Messkörper. Dabei kann der schalenträger 30 eingespannt. Letzterer bildet ein stabiles Messkörper 42 zweckmässigerweise aus einer Konstantmo-Leichtmetallkreuz, nahe dessen Enden vier Zapfen 32 einge- 30 dul-Legierung gefertigt sein (z.B. aus einer Eisen-Nickel-, lassen sind, welche in entsprechenden Vertiefungen 34 eine Kupfer-Beryllium- oder Aluminium-Mangan-Legierung), quadratische Waagschale 36 stützen. Die Waagschale 36 Durch diese Massnahme lässt sich eine weitgehende Unab-kann in bekannter Weise aus Metall gefertigt sein (z.B. aus hängigkeit des Messsignals von Temperatureinflüssen erzie-nichtrostendem Stahl). In anderen Fällen, beispielsweise len. Ein zum elektrischen Teil 76 gehörender Rechner kann wenn besonders gute chemische Resistenz erwünscht ist, kann35 durch geeignete Programmierung ergänzende Linearisierun-sie auch ein Formstück aus Glaskeramik sein. Zwischen zwei gen des Messsignals sowie, durch Auswertung und Verrech-der unter 90 Grad verlaufenden Arme des Kreuzträgers 30 er- nung der Signale eines Temperaturfühlers, eine rechnerische streckt sich in derselben Ebene ein vom Zentrum des Kreuzes Kompensation von temperaturbedingten Fehlern vorausgehender Ausleger 38, der über ein Gewindeloch 39 und, nehmen.

konzentrisch zu diesem, eine runde Erweiterung 40 auf seiner 40 Die Messwiderstände 58 sind zweckmässigerweise unter

Unterseite verfügt. Anwendung bekannter Arbeitstechniken auf den Balken 44

Unterhalb des Auslegers 38 befindet sich der Dehnungs- aufgedampft und geätzt, unter Einschluss einer entsprechen-

messkörper 42. Er umfasst einen Balken 44, der einseitig den Isolierschicht zwischen Balken und Widerstandsbahnen.

(Schrauben 46) fest mit dem Waagenunterteil 10 verschraubt Gegebenenfalls kann auf die Widerstandsschicht noch eine ist. Am freien Ende des Balkens 44 ist ein Arm 48 ange- 45 äussere Isolierschicht, beispielsweise aus Polytetrafluoräthy-

schraubt (Schrauben 50), bei dessen freiem Ende ein Zapfen len, aufgebracht sein (z.B. durch Kathodenzerstäubung), wo-

52 mit Kegelspitze 66 eingesetzt ist. Der Arm 48 ist nach Ma- durch ein guter Schutz der Widerstandsbahnen u.a. gegen terial und Dimensionen so ausgebildet, dass seine Deforma- Feuchtigkeit erreichbar ist. Damit ist vermieden, dass der Wi-

tion unter der Wägelast vernachlässigbar klein ist. derstandswert der Bahnen 58 seine Grösse durch Einwirkung

In der Mitte des Balkens 44 ist eine Bohrung 54 vorgese- 50 von Feuchtigkeit (z.B. Wasserdampf) verändert. Auch der hen. Sie liegt mit dem Zapfen 52 und dem Gewindeloch 39 im oben erwähnte Temperaturfühler kann durch Aufdampfen

Lot. Symmetrisch zur Bohrung 54 verfügt der Balken 44 über hergestellt sein. Aufgedampfte Widerstände können ein ge-

je einen Brückenbogen 56, wodurch die Zonen grösster Bie- naueres Messergebnis liefern als z.B. aufgeklebte, jedenfalls in gimg des Balkens 44 festgelegt sind. Auf dem Balken 44, über niedrigeren Gewichtsbereichen. Die Ausführungsform der den Bögen 56, sind zwei gleich ausgebildete Paare von Mess- 55 Erfindung mit Widerständen in nur einer Ebene auf dem Bal-

v/iderständen 58 fest mit dem Balken 44 verbunden. Einander ken 44 ist besonders geeignet für eine rationelle Anwendung zugekehrt erkennt man die Lötstellen 60 und die elektrischen der Aufdampftechnik.

Anschlussdrähte 62 (Figuren 2 und 3). Die Überlastsicherung kann, abweichend vom beschriebe-

Die Kraftübertragung v'ora Lastaufnehmer, der als ge- nen Ausführungsbeispiel, auch so erfolgen, dass statt des star-

meinsames Verbundelement von Säule 24 und Waagschalen- 60 ren Auslegers 38 eine vorgespannte Biegefeder vorgesehen ist,

träger 30 gebildet wird, auf den Dehnungsmesskörper 42 ge- welche im Wägebereich den Verbindungsstab 64 unter schieht mittels eines Rundstabes 64 mit je einer oberen und Druckbelastung hält und bei Überlast auf der bzw. Stoss auf unteren Pfanne. Die untere Pfanne ruht auf der Kegelspitze die Waagschale 36 nachgibt und so den Messkörper 42 ent-

66 des Zapfens 52, und in die obere Pfanne greift die Kegel- lastet.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

643 947 PATENTANSPRÜCHE

1. Oberschalige Waage, mit einem parallelgeführten Lastaufnehmer und mit einem Dehnungsmesskörper mit elektrischen Widerständen als Messglied, dadurch gekennzeichnet, dass der als einseitig eingespannter Balken (44) ausgebildete Dehnungsmesskörper über eine seine Längsachse durchsetzende Bohrung (54) verfügt, durch welche mit Spiel ein Verbindungselement (64) zur Kraftübertragung zwischen dem Laufaufnehmer (30) und einem zurückspringenden Kraftangriffsarm (48) des Dehnungsmesskörpers geführt ist.

2. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (64) etwa in der Ebene der neutralen Biegefaser des Balkens (44) und angenähert im Wendepunkt der Deformationslinie des Balkens (44) am Arm (48)angreift.

3. Oberschalige Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (64) ein Stab ist, der über je eine an seinen Enden vorgesehene konische Pfanne zwischen je einer Spitze (66) am Lastaufnehmer (30) und am Arm (48) des Dehnungsmesskörpers angeordnet ist.

4. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Angriffspunkt des Verbindungselementes (64) am Lastaufnehmer (30) höhenjustierbar ist.

5. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken (44) über bogenförmige Ausnehmungen (56) verfügt, welche Biegestellen in der Region der Widerstände (58) definieren.

6. Oberschalige Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Widerstände (58) des Dehnungsmesskörpers (42) in einer Ebene und symmetrisch zur Bohrung (54) angeordnet sind, wobei die Lötsteilen (60) der Anschlussdrähte an den bohrungsseitigen Enden der Widerstände vorgesehen sind.

7. Oberschalige Waage nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitten der Widerstandsbahnen der Widerstände (58) wenigstens angenähert auf den dünnsten Stellen des Balkens (44) im Bereich der bogenförmigen Ausnehmungen (56) liegen.

8. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (48) mit dem Balken (44) verschraubt ist.

9. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelführung zwei Paare von rechtwinklig zueinander angeordneten elastischen Lenkern (16) aufweist.