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Die Erfindung betrifft eine Querkraft-Hängewaage, bei der die Waagschale, -plattform od. dgl. an vier Lenkern pendelartig aufgehängt ist, um einen vorbestimmten Betrag aus der Gleichgewichtslage ausgelenkt wird und die für diese Auslenkung erforderliche Querkraft als Mass für das zu bestimmende
Gewicht dient. Die Querkraft ist sowohl dem zu bestimmenden Gewicht als auch der Auslenkung proportional. Dies gilt sowohl für Aufhängungen nach Art "physikalischer" Pendel als auch nach Art von
Torsionspendeln.
Die bekannten Querkraft-Hängewaagen haben den Nachteil, dass die Messung der Querkraft mit einer Änderung der Auslenkung einhergeht und der Zusammenhang zwischen dem zu bestimmenden Gewicht und der gemessenen Querkraft dadurch mehr oder weniger nichtlinear wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nichtlinearität zu beseitigen und dadurch die
Messgenauigkeit der Waage zu erhöhen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Querkraft mittels durch ihre
Anordnung die Auslenkung der Waagschale, -plattform od. dgl. bestimmender elektromechanischer
Kraftmessdosen gemessen wird.
Die elektromechanischen Kraftmessdosen können an der Druckseite in Form von Druckmessdosen oder an der Zugseite als Zugmessdosen angebracht werden. Zwei Druckmessdosen, die an einem Ende der z. B. als Plattform ausgebildeten Waagschale angeordnet werden, genügen im allgemeinen, um eine gleichmässige Übertragung der Querkraft auf die Druckmessdosen zu sichern.
Da die elektromechanischen Druckmessdosen praktisch eine weglose Messung erlauben, besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem zu bestimmenden Gewicht und gemessener Querkraft.
Bei grossen Lasten kann es zweckmässig sein, gleichzeitig sowohl Zug- als auch Druckmessdosen, z. B. je zwei, zu verwenden.
Wird die Plattform so aufgehängt, dass sie nur einen Freiheitsgrad aufweist, so kommt man mit einer
Druckmessdose aus, die zweckmässig in der Mitte der an der Druckseite liegenden Kante der Plattform angeordnet wird.
Die Einhaltung eines Freiheitsgrades kann man auf verschiedene Weise sicherstellen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Plattform in Bewegungsrichtung seitlich zu führen. Hiebei tritt zwar durch die Reibung der Seitenkanten eine geringe Verfälschung des Messergebnisses ein. Diese Verfälschung spielt indessen bei grossen Gewichten keine Rolle und kann überdies durch Einbau reibungsverminderter Rollen stark herabgesetzt werden.
Bei Waagen mit an der Decke aufgehängter Plattform lässt sich eine Bewegung mit einem Freiheitsgrad dadurch erzwingen, dass man die die Plattform tragenden Hängebalken paarweise starr miteinander verbindet. Die Plattform wird in diesem Fall von zwei um parallele, horizontale Achsen schwingenden, starren Wandkonstruktionen getragen, welche mit je zwei seitlichen Armen die Plattform erfassen.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele und konstruktive Details dargestellt. Es zeigt : Fig. 1 eine Querkraft-Hängewaage mit einer Plattform in schematischer Darstellung, Fig. 2 die Vorderansicht einer als Brückenwaage ausgebildeten Querkraft-Hängewaage mit einfacher Aufhängung der Plattform und seitlich angeordneten Druckmessdosen, Fig. 3 die Vorderansicht einer Brückenwaage mit einfacher Aufhängung der Plattform und Aufnahme der Querkräfte durch eine Druckmessdose über Winkelhebel, Fig. 4 die Draufsicht auf die Brückenwaage nach Fig. 3, Fig. 5 eine Querkraft-Hängewaage mit einer trichterförmigen, unter Verwendung von zwei Zugmessdosen seitlich ausgelenkten Waagschale, Fig. 6 eine der in Fig. 5 dargestellten entsprechenden Querkraft-Hängewaage mit nur einer Zugmessdose, Fig.
7 eine Querkraft-Hängewaage mit aus ihrer Mittellage gedrehten Waagschale und Fig. 8 eine der Fig. 7 entsprechende Querkraft-Hängewaage mit nur einer Zugmessdose.
Fig. l zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Querkraft-Hängewaage mit an der Decke aufgehängter Plattform im Schrägbild. Die Plattform ist mit--l-bezeichnet. Sie ist mit Hilfe von vier Lenkern --2 bis 5-- in vier an der Decke --6-- befestigten Lagern --12 bis 15-- aufgehängt. An der Druckseite der Plattform ist eine Druckmessdose --7-- angeordnet. Die Dose ist durch einen Lenker --17-- mit der Plattform und durch einen Lenker --27-- mit einem an der Wand --8-- angebrachten Stützlager --18-- verbunden.
Vorteilhaft lassen sich Brückenwaagen als Querkraft-Hängewaagen ausbilden. Derartige Brückenwaagen zeichnen sich durch hohe Genauigkeit der Wägung bei einfachem, robustem Aufbau und mässiger Beanspruchung der Kraftmessdosen aus.
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Bei einer Ausführungsform ist die Plattform der Brückenwaage mit nach unten ragenden, seitlichen
Rippen oder Beinen versehen, denen sie unter Zwischenschaltung von Lenkern an auf dem Fundament aufgebauten Rippen oder Tragpfeilern aufgehängt ist. Durch zusätzliche, horizontale Kräfte ist die
Plattform mittels entsprechender Gestänge aus ihrer Gleichgewichtslage ausgelenkt, wobei die Grösse der horizontalen Kräfte durch Messgeräte angezeigt wird, die mit den die Auslenkung bewirkenden Gestängen verbunden sind.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Auslenkungskräfte genau horizontal gerichtet sind. Die
Kraftrichtung kann vielmehr etwas von der Horizontalen abweichen, ohne dass sich an der Wirkung insgesamt etwas ändert. Es ist auch grundsätzlich einerlei, mit welchen Mitteln die Auslenkungskräfte hervorgerufen werden. Besonders geeignet dazu sind Gewichte oder Federn.
Sehr einfach wird der Aufbau, wenn an beiden Enden einer Seite je eine elektromechanische Druckmessdose angeordnet wird und die Messergebnisse elektronisch zusammengefasst und als Gesamtergebnis angezeigt werden. Die Druckmessdosen können dabei auf Druck oder auf Zug beansprucht werden.
Sie werden gelenkig an der Grubenwand befestigt und sind auch durch Lenker mit der Plattform verbunden.
Die durch die Druckmessdosen aufzunehmenden horizontalen oder annähernd horizontalen Kräfte können innerhalb gewisser Grenzen geändert und sehr genau eingestellt werden, wenn man in die die Druckmessdosen mit der Plattform verbindenden Lenker Verstellschrauben einbaut, mit denen die Länge der Lenker geändert werden kann. Durch Ändern der Gestängelänge ändert sich auch der Winkel, den die Aufhängelenker der Plattform mit der Lotrechten bilden und damit die Grösse der Horizontalkraft. Eine stufenlose Änderung der Gestängelänge, wie sie mit einem Schraubgewinde ohne weiteres verwirklicht werden kann, ermöglicht daher eine sehr genaue Feineinstellung der Horizontalkräfte.
Bei geringeren Ansprüchen an die Genauigkeit der Wägung kann man die die Plattform aus ihrer Gleichgewichtslage auslenkenden Lenker mit an Festpunkten horizontal gelagerten Winkelhebeln verbinden, deren freie Arme durch ein gemeinsames Gestänge an eine Druckmessdose angeschlossen sind. Als Lagerung könnten vertikal in Stützpfeiler oder Mauervorsprünge eingelassene Zapfen dienen, auf die die Winkelhebel von oben aufgeschoben werden. Sowohl die Montage als auch die Wartung wären in diesem Fall denkbar einfach.
Wird die Plattform an Rippen aufgehängt, so kann man sie kastenartig ausbilden und so anordnen, dass die Stützpfeiler sich im Innern des Kastens befinden. Die Stützpfeiler werden in diesem Fall oben mit einem Querbalken ausgestattet, der galgenartig über den Pfeiler vorragt.
Die Brückenwaage nach den Fig. 2 und 3 hat eine Plattform --16-- mit vier an den Ecken angeordneten Beinen --17--, von denen die beiden vorderen in Fig. 2 sichtbar sind. Die Plattform ist mit Lenkern--18 und 19--, die an den unteren Enden der Beine angreifen, an Stützpfeilern--20 und 21-aufgehängt. Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind die auf der rechten Seite angeordneten Beine --17-durch Lenker --22-- mit je einer Druckmessdose --23-- verbunden, die ihrerseits an der Grubenwand verankert sind. Durch die Druckmessdosen ist die Plattform etwas aus ihrer Gleichgewichtslage ausgelenkt.
Bei Belastung sucht sie diese Gleichgewichtslage wieder einzunehmen und übt dabei auf die Druckmessdose einen Zug aus, welcher dem Gewicht der Last proportional ist und deshalb zur Gewichtsbestimmung benutzt werden kann.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind die Beine --17-- nicht direkt mit Druckmessdosen verbunden, sondern mit Winkelhebeln-24-. Sie sind auf Stützpfeilern --25-- so gelagert, dass sie um eine vertikale
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Insbesondere bei behälterartigen, beispielsweise trichterförmigen Waagschalen, treten beim Einfüllen des Wiegegutes stossartige Kräfte auf, die sich den Querkräften überlagern und so das Messergebnis verfälschen.
Nach der Erfindung wird bei Querkraft-Waagen, bei denen derartige Verfälschungen zu befürchten sind, die Waagschale mit dem Gehänge durch Zwischenglieder verbunden, die eine Querbewegung der Waagschale gegenüber dem Gehänge innerhalb vorgegebener Grenzen gestatten.
Diese Konstruktion ermöglicht es der Waagschale, den seitlichen Komponenten der beim Einfüllen des Wiegegutes auftretenden Stosskräften auszuweichen und ihre Einwirkung auf das Gehänge auf einen vernachlässigbaren Teil herabzusetzen. Da sich die Waagschale beim Ausweichen etwas anhebt, wird auch der lotrechte Teil des Stosses praktisch eliminiert.
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Als Verbindungsglieder zwischen Waagschale und Gehänge können alle Bauteile benutzt werden, die ein seitliches Ausweichen gestatten, wie Seile, Ketten od. dgl. Besonders günstig gestaltet sich die
Aufhängung bei Verwendung von Federbändern. Federbänder haben überdies den Vorteil, dass sie beim
Auslenken unter einer Spannung stehen, welche den Einfluss der Schwerkraft auf die Rückkehr der
Waagschale in ihre normale Lage zum Gehänge unterstützt.
Eine weitere günstige Aufhängung der Waagschale am Gehänge ist die mittels eines Gelenkgehänges.
Ein solches Gelenkgehänge besteht aus einzelnen kurzen Stangen, die an beiden Enden gelenkig an die zu verbindenden Teile angeschlossen sind. Die Gelenke werden hiebei zweckmässigerweise als Kugelgelenke ausgebildet, um Querbewegungen nach allen Richtungen zu ermöglichen.
Im allgemeinen genügt die Ausbildung der Gelenke als Kugelgelenke, um Beeinträchtigungen des
Messergebnisses durch plötzlich auftretende Stösse in den vorgeschriebenen Grenzen zu halten. Wird jedoch
Wert auf grosse Genauigkeit gelegt, so kann die Empfindlichkeit der Waage dadurch erhöht werden, dass bei einem Teil der Kugelgelenke die Kugelschale mit den anschliessenden Teilen des Gehänges oder der
Waagschale über eine Schneide mit Pfanne verbunden ist.
Die zur Gewichtsbestimmung dienenden Querkräfte greifen am Gehänge an. Wird das Gehänge in einer
Richtung ausgelenkt, so genügen zum Messen Zugstangen, die mit einfachen Gelenken einerseits am
Gehänge, anderseits am Messgerät befestigt sind, wobei das Messgerät selbst zweckmässigerweise ebenfalls durch ein Gelenk mit der Wand oder mit einem Gerüstteil verbunden ist.
Werden die Querkräfte durch mehrere Zugstangen aufgenommen, so kann man in jede Zugstange eine
Zugmessdose einbauen und die von den Messdosen gemessenen Werte in einem Addiergerät addieren lassen, bevor sie dem Anzeigegerät zugeleitet werden. Bei seitlicher Auslenkung des Gehänges und parallelen
Zugstangen kann man auch mehrere Zugstangen durch eine entsprechende Gelenkführung zusammenfassen und an einer gemeinsamen Zugmessdose angreifen lassen.
Bei Querkraft-Hängewaagen mit Auslenkung durch Drehen der Schale kann von der Erfindung ebenfalls mit Vorteil Gebrauch gemacht werden. In diesem Fall wird das Gehänge, das die Waagschale trägt, am unteren Ende als Ring ausgebildet. An dem Ring greifen an mehreren Stellen des Umfanges tangential in gleicher Umfangsrichtung Zugstangen oder Zugseile an, die den Ring aus seiner normalen Stellung drehen. In diese tangentialen Zugstangen oder-seile werden die Zugmessdosen geschaltet, welche die darin auftretenden Zugkräfte messen und die Messergebnisse einer Auswertevorrichtung zuführen. Die Waagschale, die in diesem Fall kreisförmig ausgebildet ist, ist an dem das Gehänge bildenden Ring in der bereits beschriebenen Weise gelenkig oder mittels Federbändern aufgehängt.
Sie kann sich also dem Ring gegenüber sowohl seitlich verschieben als auch drehen und nimmt dadurch alle auftretenden seitlich wirkenden Stosskräfte auf. Die Rückwirkung der Stösse auf das Gehänge kann weiter vermindert werden, wenn die Waagschale seitlich elastisch geführt wird.
Alle in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele enthalten eine trichterförmige Waagschale - -41--, die von einem aus vier an der Decke oder einem Gerüst gelenkig aufgehängten Tragstangen --42, 43,44, 45-- bestehenden Gehänge getragen wird. An die Tragstangen sind bei den Ausführungen nach den Fig. 5 und 6 Zwischenglieder --46, 47,48, 49-- angelenkt, die ihrerseits mit der Waagschale --41-verbunden sind. Sowohl die oberen Gelenke --50, 51,52, 53-- der Zwischenglieder als auch ihre unteren Gelenke --54, 55,56, 57-- sind als Kugelgelenke ausgebildet. Auch die Gelenke --58, 59,60, 61--, mit denen die Tragstangen --42, 43,44, 45-- an der Decke befestigt sind, werden zweckmässig als Kugelgelenke ausgeführt.
Die unteren Enden der Tragstangen --42 und 45-- sind durch eine Kuppelstange --62--, die der Tragstangen --43 und 44-- durch eine Kuppelstange --63-- miteinander verbunden. An den Gelenken --24 und 34-- greifen Zugstangen --64 bzw. 65-- an. Diese Zugstangen sind mit elektromechanischen Zugmessdosen --66 und 67-- verbunden, die ihrerseits unter Zwischenschaltung von Gelenken --68, 69-- an der Wand oder einem Gerüstteil verankert sind. Die Angaben der beiden Messdosen werden addiert und ergeben zusammen ein Mass für das festzustellende Gewicht. Da der Umrechnungsfaktor abhängig ist von dem Winkel, den die Tragstangen in ausgelenkter Stellung mit der Lotrechten bilden, ist es von grossem Vorteil, dass die elektromechanischen Zugmessdosen praktisch weglos arbeiten, weil man dadurch mit konstantem Auslenkungswinkel rechnen kann.
Statt für jede Zugstange eine Messdose vorzunehmen, kann man auch beide Zugstangen-64 und 65--, wie Fig. 8 zeigt, durch eine Querstange --70-- miteinander verbinden und eine einzelne Messdose - mit einer Zugstange-72-- an dieser angreifen lassen. Die Verbindung der Querstange --70-- mit
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diesem Fall ebenfalls über ein Gelenk --73-- an die Querstange --70-- angeschlossen und die Messdose - mittels eines Gelenkes --74-- an der Wand verankert.
Soll das Gewicht, wie bei den Ausführungen nach den Fig. 7 und 8 aus dem Rückdrehmoment einer aus ihrer Normallage herausgedrehten Waagschale bestimmt werden, so genügt die einfache Ausbildung des Gelenkgehänges nach den Fig. 5 und 6 nicht mehr. Hier ist zwischen das Hauptgestänge, bestehend aus den Tragstangen --42, 43,44 und 45-- und das aus den Zwischengliedern --46, 47,48 und 49-bestehende Gelenkgehänge ein fester Körper in Form eines Ringes --72-- geschaltet. Der Ringkörper hat an seinem oberen Rand Kugelgelenke --78, 79,80, 81-- an denen die Tragstangen angreifen, und an seinem unteren Rand Gelenke --82, 83,84, 85--, an denen die Zwischenstücke --46, 47,48, 49-befestigt sind. Auch die zuletzt genannten Gelenke sind als Kugelgelenke ausgebildet.
An dem Ring --72-- greifen bei der Ausführung nach Fig. 7 an zwei einander gegenüberliegenden Punkten die Zugstangen --86 und 87-- in parallelen, jedoch einander entgegengesetzten Richtungen an. Sie übertragen das durch den Inhalt der Waagschale hervorgerufene Rückdrehmoment in Form zweier Umfangskräfte auf die Zugmessdosen --88 und 89--, wobei die Summe der gemessenen Umfangskräfte wieder ein Mass für das Gewicht des Inhaltes der Waagschale ergibt.
Bei der Bauart nach Fig. 8 entspricht der Gesamtaufbau dem des Beispiels nach Fig. 7. An die Stelle der zwei Zugmessdosen --88 und 89--, die in entgegengesetzter Richtung wirken, ist eine einzige Zugmessdose --90-- getreten. Die Zugstange --91-- dieser Zugmessdose greift an einem fest mit dem Ring - verbundenen Arm --92-- in Umfangsrichtung an. Durch die Wahl des Abstandes des Angriffspunktes von der Drehachse hat man es in der Hand, die von der Messdose aufzunehmende Kraft in bestimmten Grenzen festzuhalten.
Die Tragmittel, die sogenannten Lenker, an denen die Waagschale od. dgl. bei den Querkraft-Hängewaagen aufgehängt werden, müssen derart beschaffen sein, dass Änderungen der Auslenkung keine zusätzlichen, die Querkräfte verfälschende Einflüsse, wie Reibungskräfte oder elastische Kräfte, hervorrufen. Diese Beschaffenheit ist auch bei den erfindungsgemässen Hängewaagen bedeutungsvoll, weil bei Justierung und Eichung die Auslenkung verändert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Querkraft-Hängewaage, bei der die Waagschale,-plattform od. dgl. an vier Lenkern pendelartig aufgehängt ist, um einen vorbestimmten Betrag aus der Gleichgewichtslage ausgelenkt wird und die für diese Auslenkung erforderliche Querkraft als Mass für das zu bestimmende Gewicht dient, da-
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