DE1927627A1 - Mechanische Lastmessvorrichtung - Google Patents

Description

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W. & T. Avery Limited, Birmingham (England)

Mechanische Lastmeßvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Lastmeßvorrichtung, insbesondere - jedoch nicht ausschließlich auf die Lastmeßvorrichtung einer selbstanzeigenden Waage oder Prüfmaschine.

Es sind Lastmeßvorrichtungen bekannt, die wenigstens einen an einem feststehenden Gestell schwenkbar gelagerten Hebel enthalten, an dem die zu messende Last gegen die Wirkung eines gleichfalls auf den Hebel einwirkenden Widerstandselementes angreift. Die Winkelbewegung des Hebels wird hierbei gemessen und stellt ein Maß für die Größe der Last dar.

Wird als Widerstandselement eine Feder benutzt, so zeigt sich in der Praxis, daß sich zwischen der auf den Hebel einwirkenden Last und der gemessenen Bewegung des Hebels eine nichtlineare Beziehung ergibt.

Man kann nun eine Korrektur so vornehmen, daß die Linearität bei der Last Null, bei Halblast und bei Vollast vorhanden ist; es verbleiben dann jedoch nichtlineare Fehler in den Bereichen zwischen Null und Halblast und zwischen Halblast und Vollast. Diese Restfehler weisen im FaI-

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le einer einfachen Feder als Widerstandselement üblicherweise eine gleiche Größe und entgegengesetzte Richtung auf.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kompensationseinrichtung zu schaffen, die über den ganzen Arbeitsbereich der Lastmeßvorrichtung, d.h. zwischen Null und Vollast, 'ein im wesentlichen lineares Verhältnis zwischen der last und der Hebelbewegung ergibt.

Die Erfindung geht aus von einer Lastmeßvorrichtung mit wenigstens einem an einem feststehenden Gestell schwenkbeweglich gelagerten Hebel, einer Einrichtung, durch die die zu messende Last so auf den Hebel einwirkt, daß sie um den Hebeldrehpunkt ein Drehmoment erzeugt, ferner mit einem Widerstandselement, das ein entgegengesetztes Drehmoment auf den Hebel ausübt, sowie mit einer Meßeinrichtung, die auf die Größe' der von der Last verursachten Winkelbewegung des Hebels anspricht und dadurch ein Maß für den Lastwert liefert.

Bei einer derartigen Vorrichtung besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß wenigstens eine Kompensationsfeder zwischen dem Gestell und einem relativ beweglichen Teil des Hebels und der Meßeinrichtung angeordnet ist, wodurch wenigstens während eines Teiles des Betriebsbereiches der Vorrichtung ein von der Größe der Winkelbewegung des Hebels abhängiges Kompensationsmoment ausgeübt wird, das dem sonst vorhandenen, nichtlinearen Fehler, beispielsweise zwischen der Größe der einwirkenden Last und der Größe der Winkelbewegung entgegengerichtet ist.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

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Fig.1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Lastmeßvorrichtung ;

Fig.2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der einwirkenden Last und der Hebelbewegung bei einer üblichen, nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht;

Fig«3 ein Diagramm zur Erläuterung des bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzten Kompensationseffektes ;

Fig.4 eine Seitenansicht der bei der Vorrichtung gemäß Fig.1 benutzten Kompensationsfeder;

Fig.5 eine Stirnansicht der Elemente gemäß Fig.4;

Fig.6 ein Diagramm zur Erläuterung der Korrekturfunktion einer Kompensationsfeder bei einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.7 ein Schema einer Kompensationsfederanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.8 ein Diagramm zur Erläuterung des Kompensationseffektes der Anordnungen gemäß den Fig.6 - und 7;

Fig.9 eine schematische Seitenansicht einer Lastmeßvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie aus Fig.1 hervorgeht, enthält das Lastmeßsystein einer Waage einen Waagenhebel 12, der mittels einer Achse 13 an einem feststehenden Gestell 14 gelagert ist. Die zu messende Last greift mittels nichtdargestellter, übli-

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eher Verbindungsgestänge an einem von der Achse 13 entfernten Punkt 11 des Hebels 12 an. Ein Widerstandselement 15 in Form einer Zugfeder verbindet das der Achse 13 abgewandte Ende 17 des Hebels 12 mit einem festen Punkt 16 des Gestelles 14. Hierdurch wird das Ende 17 des Hebels 12 nach oben gezogen, wenn keine Las"t angreift. Wirkt, dagegen auf den Punkt 11 eine last ein, so wird durch das hierdurch bedingte Drehmoment der Hebel 12 entgegen der Wirkung des Feder-Widerstandselementes 15 um einen Winkel geschwenkt, dessen Größe von der angreifenden Last abhängt.

Ein Anzeigehebel 18 ist mittels-einer Achse 19 am Gestell 14 gelagert und über eine stange 20 mit dem Hebel 12 verbunden. Die Stange 20 greift über Gelenkstellen 21 bzw. 22 an den Hebeln 12 bzw. 18 an. Eine winkelmäßige Verstellung des Hebels 12 ergibt eine entsprechende Winkelverstellung des Anzeigehebels 18, die visuell mittels eines (nicht dargestellten) optischen Projektionssystemes an einer geeichten Skala 23 gemessen werden kann. Das System wird mit üblichen Einrichtungen (beispielsweise durch Einstellung der Lage des Punktes 16, wodurch sich der Angriffswinkel des Feder-Widerstandselementes 15 am Hebel 12 ändert) so einjustiert, daß bei halber Last sowohl der Hebel 12 als auch der Hebel 18 horizontal stehen, die Verbindungsstange 20 vertikal liegt und an der Skala 23 das richtige Gewicht abgelesen wird.

Eine Kompensationsfeder 24, die durch eine Schrauben-Zugfeder gebildet wird, ist zwischen einer Schwenklagerstelle 25 am feststehenden Gestell 14 und einer Schwenklagerstelle 26 am oberen Ende eines Armes 27 angeordnet; dieser Arm 27 ist auf der Achse 19 gelagert und steht in starrer Verbindung mit dem Hebel 18; diese beiden Elemente bilden damit eine Winkelhebelancrdnung.

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Die Halterung der Feder 24 ist in ihren Einzelheiten weiter unten näher erläutert. Ist das System mit dem halben Kapazitätswert belastet (wie in Fig.1 angenommen), so liegen die Achse 19 des Anzeigehebels 18 und die beiden lagerstellen 25 und 26 der Kompensationsfeder 24 in einer geraden Linie; die Feder übt infolgedessen auf das Hebelsystem kein Drehmoment aus. Nimmt man an, daß keine Kompensationsfeder 24 vorhanden ist, so zeigt die graphische Darstellung in Fig.2 die Abhängigkeit der Auslenkung des Anzeigehebels 18 (Ordinate y) von der aufgebrachten Last (Abszisse x). Die Abweichungen der winkelmäßigen Auslenkung des Hebels 18 von einer linearen Funktion sind symmetrisch bezogen auf den Wert bei halber Last (x¹), besitzen jedoch entgegengesetzte Vorzeichen. Die volle Last ist mit dem Wert x" bezeichnete Ist daher die Skala 23 in gleichen Laststufen für gleiche Winkelauslenkungen des Hebels 18 unterteilt, so ergibt sich ein positiver Anzeigefehler (also ein zu hoher angezeigter Lastwert), wenn sich die Last im Bereich zwischen Null und dem halben Lastwert befindet, während im übrigen Bereich ein negativer Fehler auftritt.

Fig.3 zeigt nun in Diagrammform die Wirkung einer nach Art der Feder 24 angeordneten Feder eines im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispieles bei einem System, dessen Anzeigecharakteristik linear ist (bei dem also über den ganzen Bereich eine direkte Proportionalität zwischen der wirkenden Last und der Winkelauslenkung des Hebelsystems besteht. In Fig.3 ist in der x-Achse die zu messende Last und in der y-Achse die Abweichung der von einem Anzeigehebel gelieferten Anzeige von der Linearität aufgetragen. Diese Abweichung ist komplementär zu der aus Fig.2 ersichtlichen Linearitätsabweichung. Die Verwendung der Kompensationsfeder 24 beseitigt daher

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bei geeigneter Anordnung und Abstimmung die im System enthaltenen, nichtlinearen Fehler.

Die Feder 24 und ihre Halterungen sind in den Fig.4 und 5 im einzelnen dargestellt. Auf der Achse 19 des Anzeigehebels 18 ist der Arm 27 befestigt und durch eine Klemmschraube 29 gegen eine winkelmäßige Verstellung relativ zu dieser Achse gesichert. Der Arm 27 enthält einen Längsschlitz zur Aufnahme eines Bolzens 30, der zur Befestigung eines ersten Verankerungsblockes 31 dient. Der Block 31 enthält ein Lager 32, durch das ein die Lagerstelle 26 bildender Zapfen hindurch greift, der schwenkbeweglich einen Schäkel 34 trägt, dieser ist damit um eine parallel zur Achse 19 liegende Achse schwenkbeweglich. Der Schäkel 34 enthält eine öse 35, in die das untere Ende der Feder 24 eingehakt ist. Das andere Federende ist mittels eines entsprechenden Schäkels 36, der eine öse 37 enthält, befestigt. Der Schäkel 36 sitzt mittels eines die Lagerstelle 25 bildenden Bolzens im Lager 39 eines zweiten Verankerungsblockes 40. Dieser Block 40 wird von einem am Gestell 14 befestigten Bügel 41 getragen. Der Bügel 41 weist einen Längsschlitz auf, durch den ein Bolzen 42 hindurchgreift, mit dem der Block 40 befestigt ist. Die Schwenkachse des Schäkels 36 in diesem Block liegt parallel zur Schwenkachse des anderen Schäkels 34. Die Bolzen 30,42 können in den zugehörigen Schlitzen verstellt werden, wodurch die Spannung der Feder 24, der Abstand der Schwenklagerstellen 25,26 und auch die effektive Länge des Armes 27 geändert werden. Die Schraube 29 ermöglicht eine Änderung der Winkellage des Armes 27 relativ zum Anzeigehebel 18. Eine weitere Einstellung ist durch Änderung der Steifigkeit der Feder mittels bekannter Einrichtungen möglich.

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Fig.6 zeigt ein Diagramm der Wirkungsweise der Feder 24, wenn der Arm 27 winkelmäßig so eingestellt ist, daß bei halber Last die lagerstelle 26 nicht in einer Linie mit der Achse 19 und der Lagerstelle 26 liegt.

Fig.6 zeigt das System in dieser Lage, wobei der Anzeigehebel 18 horizontal liegt. In dieser stellung bildet der Arm 27 einen Winkel θ mit der Vertikalen; der Bewegungsbereich des Armes 27 über den ganzen Bereich der Waage ist mit gestrichelten Linien 44,45 angedeutet. Vergrößert man den Winkel θ von Null aus, so schiebt man damit den Punkt(x¹)» in dem die in Fig.3 dargestellte Kurve die x-./\ch.se schneidet, vom Wert der halben Last in Richtung entweder auf Null oder auf Vollast (x^!l), je nachdem ob der Winkel θ positiv oder negativ ist. Wird der Winkel θ über einen gewissen Wert vergrößert, so fällt der Punkt aus dem Bereich der Maschine heraus; in diesem Falle besitzt dann die genannte Kurve im ganzen Bereich dasselbe Vorzeichen. Der winkel θ kann vergrössert werden, bis der Radiusarm senkrecht zur vertikalen Linie 19-25 der Fig.6 steht, was zu einer symmetrischen positiven Kurve führt, die in Fig.8 unter a dargestellt ist. Wird θ in entgegengesetzter Richtung vergrößert, so ergibt sich die negative Kurve b der Fig.8.

Fig.7 zeigt die Kompensationsanordnung eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles, das die oben erläuterten Wirkungen ausnutzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ein Waagenhebel und ein Anzeigehebel so wie in Fig.1 beschrieben angeordnet; der Arm 27 ist rechtwinklig zum Anzeigehebel vorgesehen, so daß er bei Halblast vertikal steht, statt der Kompensationsfeder 24 sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwei identi-

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sehe Schrauben-Zugfedern 50,51 schwenkbeweglich mit dem Arm 27 im Punkt 26 verbunden; sie erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen zu festen Halterungspunkten 52,53 am Gestell 14 der Maschine. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen bei Halblast (Fig.7) die Halterungspunkte 52,53 und der Befestigungspunkt 26 in einer geraden Linie. Diese Anordnung liefert eine resultierende symmetrische Kompensationskurve, die in Fig.8 unter c dargestellt ist. Eine Einstellung der Winkellage des Armes 27 relativ zum Anzeigehebel verändert auch hier den Punkt, in dem die Kompensationskurve c die Achse schneidet (wie an Hand von Fig.6 erläutert).

In Fig.9 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Die Waage enthält einen Hebel 110 in Form eines gleicharmigen Waagebalkens, der in einer Achse 113 am feststehenden Gestell 114 der Maschine schwenkbeweglich gelagert ist. Zwei gleich ausgebildete Schrauben-Zugfedern 119,120 sind mit je einem Arm des Waagebalkens an den Punkten 117 bzw. 118 schwenkbeweglich verbunden und erstrecken sich jeweils zu einer zweiten Verankerung 121,122 am Gestell 114. Die Punkte 117,118 sind auf entgegengesetzten Seiten der Schwenkachse 113 in gleichen Abständen angeordnet. Beide Federn 119,120 besitzen gleiche Charakteristik. Die beiden Verankerungen 121,122 weisen vom Hebel 110 den gleichen Abstand auf, wenn dieser sich horizontal befindet. Die beiden Federn üben damit gleich große, jedoch entgegengesetzt gerichtete Drehmomente auf den Hebel 110 um die Achse 113 aus; die ausgeübten Kräfte versuchen somit, den Waagebalken in der dargestellten Horizontallage zu halten.

Eine Verbindungsstange 115 greift am Hebel 110 in

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einem Punkt 116 gelenkig an, der zwischen der Schwenkachse 113 und dem Angriffspunkt 117 der Feder 119 liegt. Diese Verbindungsstange 115 steht mit einem üblichen Waagengestänge in Verbindung, über das die zu wiegende Last ein Drehmoment auf den Hebel 110 ausübt. Am Ende des Hebelarmes, mit dem die Stange 115 verbunden ist, befindet sich eine geeichte Skala 123, an der die Winkelbewegung des Hebels gegenüber einem feststehenden Bezugspunkt durch eine (nicht dargestellte) übliche optische Projektionseinrichtung abgelesen wird. An dem der Skala 123 abgewandten Ende des Hebels 110 ist ein Gewicht 124 vorgesehen, das diese Seite des Hebels nach unten vorspannt, so daß sich an der Skala 123 eine Nullanzeige ergibt, wenn keine Last am Hebel angreift, während bei halber Last der Hebel die horizontale Lage einnimmt. In dieser letztgenannten Stellung üben die Federn 119,120, wie oben bereits erwähnt, gleiche und entgegengesetzt gerichtete Drehmomente auf den Hebel aus.

Die Anordnung der Federn 119 und 120 gewährleistet, daß die Beziehung zwischen der am Waagenhebel angreifenden Last und der Winkelbewegung des Hebels bei Belastung Null, bei halber Belastung und bei voller Belastung linear ist, wobei in den Zwischenbereichen zwischen diesen Werten in gleicher weise wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel ein nichtlinearer Fehler verbleibt. Diese Restfehler werden durch eine Kompensationsfeder in Form einer Schrauben-Zugfeder 124 kompensiert. Das eine Ende der Feder 124 ist gelenkig im Punkt 126 eines Armes 127 angebracht, der einstückig mit dem Hebel 110 ausgebildet ist und senkrecht von diesem.unterhalb der Achse 113 ausgeht. Das andere Ende der Feder 124 ist schwenkbeweglich im Punkte 125 am Gestell 114 angebracht. Die Achse 113 und die Befestigungsstellen 126,125 der Feder 124 liegen in einer geraden Linie, wenn der Hebel

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110 seine horizontale Halblaststellung einnimmt. Die Befestigung und die Wirkungsweise der Kompensationsfeder 124 entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel.

Die Konstruktion und Anordnung des Hebels 110 und. der beiden Hauptfedern 119,120 können variiert werden. Zweckmäßig haben beide Federn gleiche Steifigkeit, gleiche Aufnahmelasten und gleiche effektive vertikale Längen, wenn der Hebel horizontal steht, wobei ihre Verbindungssteilen mit dem Hebel gleichen Abstand von der Drehachse aufweisen. Es können jedoch zwei ungleiche Hauptfedern benutzt werden, die dann in verschiedenen Abständen von der Drehachse am Hebel angreifen, wobei sie jedoch auf den Hebel gleich große und entgegengesetzt gerichtete Drehmomente ausüben, wenn sich der Hebel in der Halblast- oder Vollaststellung befindet.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Halterung der Kompensationsfeder bzw. -federn variiert werden, sofern nur die von der Feder ausgeübte Kraft während der Bewegung des Anzeigehebels dieselbe ist. Es ist also nicht wesentlich, daß beide Schwenklagerstellen der Feder in der Ebene der Winkelbewegung des Hebels liegen. Die Schwenkhalterungen der Kompensationsfeder bzw. -federn können eine freie Winkelbewegung in einer, zwei oder drei Richtungen (wie bei Verwendung einer Universalschwenkgelenkverbindung) ermöglichen.

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Claims (12)

Patentansprüche

1.) Mechanische Lastmeßvorrichtung mit wenigstens einem an einem feststehenden Gestell schwenkbeweglich gelagerten Hebel, einer Einrichtung, durch die die zu messende Last so auf den Hebel einwirkt, daß sie um den Hebeldrehpunkt ein Drehmoment erzeugt, ferner mit einem Widerstandselement, das ein entgegengesetztes Drehmoment auf den Hebel ausübt, sowie mit einer Meßeinrichtung, die auf die Größe der von der Last verursachten Winkelbewegung des Hebels anspricht und dadurch ein Maß für den Lastwert liefert, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine Kompensationsfeder (24,50,51_t124) zwischen dem Gestell (14, 114) und einem relativ beweglichen Teil (27,127) des Hebels (12,110) und der Meßeinrichtung (18,23,111) angeordnet ist, wodurch wenigstens während eines Teiles des Betriebsbereiches der Vorrichtung ein von der Grösse der Winkelbewegung des Hebels abhängiges Kompensationsmoment ausgeübt wird, das dem sonst vorhandenen, nichtlinearen Fehler, beispielsweise zwischen der Grösse der einwirkenden Last und der Größe der Winkelbewegung entgegengerichtet ist.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement wenigstens eine Zugfeder (15,119,120) enthält, die so einstellbar ist, daß zwischen der Größe der einwirkenden Last und der Größe der Winkelbewegung des Hebels (12,110) beim Lastwert Null, bei Halblast und bei Vollast eine lineare Beziehung besteht, während der nichtlineare Fehler, dem das Kompensationsmoment entgegenwirkt, in den Bereichen zwischen diesen Lastwerten auftritt.

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3.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement zwei Zugfedern (119,120) enthält, die bei Halblast gleich große und entgegengesetzte Drehmomente auf den Hebel (110) ausüben.

4.) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement ferner ein am Hebel (110) angebrachtes Gewicht (124) enthält, das das System so vorspannt, daß bei fehlender Belastung die Meßeinrichtung (123) den Anzeigewert Null liefert.

5.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die -Kompensationsfeder durch eine Schrauben-Zugfeder (24,124) gebildet wird, die schwenkbeweglich zwischen einem festen Punkt (25, 125) des Gestelles (14,114) und einem Punkt (26,126) eines Armes (27,127) angeordnet ist, der den relativ beweglichen Teil der Vorrichtung bildet.

6,) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompensationsfedern zwei Schrauben-Zugfedern (50,51) vorgesehen sind, die schwenkbeweglich zwischen festen Punkten (52,53) des Gestelles"(14) und einem Punkt (26) eines relativ beweglichen /-rmteiles (27) der Vorrichtung angeordnet sind.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsfedern (24,50,51,124) auf der. Hebel (¹2,110) kein Kompensationsment ausübe:., wenn sich dieser in der einer Halblast entsprechender. V.'inkelsteilung befindet.

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8.) Vorrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (29) zur Einstellung der Winkelauslenkung vorgesehen ist, bei der das Kompensationsmoment auf den Hebel (12,110) ausgeübt wird.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine Klemme (29) an einem Arm (27) enthält, auf den das Kompensationsmoment einwirkt, wobei durch die Einstelleinrichtung die Winkellage dieses Armes relativ zu einem Teil des Hebels (18) änderbar ist, an dem die Last und das Widerstandselement angreifen.

10.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Hebel (12,110) ausgeübte Kompensationsmoment in seiner Größe einstell-" bar ist.

11.) Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung der Größe des Kompensationsmomentes eine Einrichtung (30) zur Änderung des Abstandes zwischen dem Punkt (26), an dem das Kompensationsmoment auf den Hebel (18) der Vorrichtung einwirkt, und dem Drehpunkt (19) des Hebels aufweist.

12.) Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Größe des Kompensationsmomentes eine Einrichtung (30,42) vorgesehen ist, durch die der Abstand zwischen dem Punkt, in dem die Kompensationsfeder (24) mit dem Gestell (14) verbunden ist, und dem Schwenkpunkt (19) des Hebels (18) änderbar ist.

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