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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet elektronischer
Waagen und insbesondere elektronische Waagen, die eigens für den Einsatz beim
Wiegen von Poststücken
zum Bestimmen der für
das Versenden erforderlichen Menge an Porto entworfen sind.
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Postwaagen,
d.h. insbesondere für
den Einsatz beim Wiegen von Post entworfene Waagen, sind seit langem
bekannt, und viele Varianten derartiger Waagen wurden entwickelt,
sowohl für
den allgemeinen Einsatz wie in Industrieposträumen und -büros, als auch durch die US-Postdienste
in Postämtern
und Postverteilungszentren. Diese Waagen weisen typischerweise einen
Kapazitätsbereich
von einem Pfund bis zu ungefähr
200 Pfund auf, abhängig
davon, ob eine bestimmte Waage primär für Briefpost oder für schwerere
Post oder Pakete eingesetzt wird. Frühere Versionen dieser Waagen
nützten
zahlreiche Formen mechanischer Ausgleichgeräte, so daß eine auf der Waagschale angeordnete
Last eine Registrierung des Gewichts der Last anhand einer sichtbaren Skala
durch eine mechanisch betriebene Gewichtsanzeigevorrichtung bewirkt
oder das Einstellen eines Balanceakts auf einen Mittelpunkt auslöst, wenn
eine Last entsprechend dem Gewicht der Last auf der Schale auf den
Arm einwirkt. Diese Waagen waren im Betrieb für die meisten Belange äußerst erfolgreich
und erzielten einen erheblichen Umfang an wirtschaftlichem Erfolg.
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Jedoch
zeigte sich, wie in so vielen anderen Formen mechanischer Geräte, die
mit dem Umsteigen auf elektronische Betriebskomponenten verbundenen
Vorteile. Ein wesentlicher Faktor im Zusammenhang mit dem Umsteigen
bei Postwaagen von mechanischen zu elektronischen Betriebskomponenten
beruht auf der Tatsache, daß Postwaagen
einen extrem hohen Umfang an Genauigkeit unter nahezu allen Betriebsbedingungen
aufweisen müssen
und daß für Waagen
mit elektronischen Betriebskomponenten festgestellt wurde, daß diese
im Vergleich zu mechanischen Betriebskomponenten durchgehend genauer
sind. Der Grund dafür,
daß eine
derart hohe Genauigkeit erforderlich ist, ist darin zu sehen, daß Postwaagen
für die
Bestimmung der Menge von Porto benützt werden, das bei Briefen
und kleiner Paketpost anfällt,
sowie bei größeren Paketen,
die als Frachtpost versandt werden, wobei selbst sehr geringfügige Ungenauigkeiten
bei dem durch die Waage angezeigten Gewicht zu einem potentiell
erheblichen Verlust von Geld führen
könnte,
entweder für den
Versender oder für
das Postamt der Vereinigten Staaten, abhängig von der Art, in der die
Waage ungenau arbeitet. Dies kann besser erfaßt werden, wenn man den Umfang
der unterschiedlichen Arten von Post betrachtet, die von dem Postdienst
jedes Jahr gehandhabt werden, und der üblicherweise im Bereich von
Milliarden von Poststücken
liegt.
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Ein
Problem, das im Zusammenhang mit elektronische Betriebskomponenten
aufweisenden Waagen auftrat, bestand darin, daß die Lastzelle, die das Herz
der elektronischen Waage darstellt, ein extrem empfindliches Instrument
ist und einer Beschädigung
in dem Augenblick unterliegt, wenn es einer Last ausgesetzt ist,
die diejenige Last, für
die sie entworfen ist, übersteigt.
Grundlegend kann eine Lastzelle unter Einsatz der Dehnmeßgerätetechnologie aus
einem allgemein rechtwinkligen metallischen Körperelement bestehen, das so
angepaßt
ist, daß ein
Ende starr an einem Rahmen derart befestigt ist, daß die Lastzelle
nur an diesem Ende gehalten wird, wohingegen der Rest des Körperelements auslegerartig
von dem befestigten Ende absteht. Das andere Ende des Körperelements
ist mit einer Vorrichtung zum Halten eines Gewichts versehen. Dehnmeßgeräte sind
an dem Körperelement
an geeigneten Stellen befestigt, die leicht variieren, wenn das
Körperelement
durch die Anwendung des Gewichts gebogen wird. Eine elektronische
Spannung wird parallel zum Dehnungsmeßgerät angelegt, und variiert entsprechend
dem Ausmaß,
in dem der Streifen durch das Gewicht an dem freien Ende des Körperelements
gedehnt wird. Allgemein sind mehrere Dehnmeßgeräte an geeigneten Stellen angeordnet,
die eine Verbindung von diesen in der Form einer Wheatstone-Brücke ermöglichen,
was im Stand der Technik bekannt ist. Durch geeignete elektronische
Geräte,
die ebenso im Stand der Technik bekannt sind, werden Veränderungen
der Spannung parallel zu der aus Metallstreifen bestehenden Brückenschaltung
als Ergebnis der unterschiedlichen einwirkenden Gewichte an dem
freien Ende des Körperelements
als unterschiedliche Gewichte in zahlreichen Formen bei digitalen
Auslesegeräten
gelesen.
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Einer
der Hauptvorteile der Lastzelle als Meßgerät beim Einsatz von Postwaagen
besteht darin, daß sie
außerordentlich
genau ist, was eine Wägeablesung
ermöglicht,
die in einem Bereich von 3000 bis 5000 Teilen, bezogen auf eine
5-Pfund-Skala, liegt.
Es besteht jedoch ein Abwägen
dahingehend, daß die
Genauikeit der Lastzelle von einem sehr empfindlichen Aufbau abhängt, der
durch Überlast
einfach beschädigt
wird. Das Problem besteht darin, daß bei einer typischen Lastzelle
die Ablenkung des freien Endes der Zelle extrem klein ist, in der
Größenordnung
von einigen Zehntausendsteln eines Inches (2,54 cm), und wird die
Lastzelle deutlich stärker
als in diesem Bereich abgelenkt, so ist die Verbindung des Dehnungsmeßgeräts mit dem
Basismetall oder dem Basismaterial, das sich in Abhängigkeit
von der Ablenkung des Körperelements
dehnt, fortlaufend beschädigt,
wodurch die Lastzelle unbrauchbar wird. Demnach ist es sehr wichtig,
eine Waage mit einer Lastzelle-Steuerkomponente zu schaffen, die
eine geeignete Vorrichtung zum Vermeiden des Ausübens einer übermäßigen Last auf die Lastzelle
aufweist, was der Fall wäre,
wenn ein Anwender eine Last auf der Waagschale anordnen würde, die
das Maximalgewicht, das für
die die Waage vorgesehen ist, übersteigt,
oder falls möglicherweise
die Waage derart fehlerhaft gehandhabt würde, daß eine momentane Einwirkung
auf die Waagschale die Überlast
bewirkt.
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Bei
den elektronischen Postwaagen des Standes der Technik, gegenüber denen
die Waage dieser Erfindung eine Verbesserung darstellt und die durch
von der Wage repräsentiert
werden, die in der
US
5 072 799 A beschrieben ist, ist die Lastzelle zwischen
einem Paar identischer Gußmetall-Körperelemente
befestigt, von denen jedes einen Zentralabschnitt aufweist, an dem
entgegengesetzte Enden der Lastzelle verbunden sind. Jedes der Körperelemente
weist auch mehrere Schenkel auf, die sich radial nach außen erstrecken,
wobei diejenigen des unteren Körperelements
die Anordnung der Körperelemente
und der Lastzelle in einem geeigneten Rahmen oder Gehäuse stützen, und
diejenigen des oberen Körperelements
eine geeignete Gewichtverteilungsplatte zum Halten der Waagschale
bilden, wodurch die Waagschale benachbart zu deren vier Enden gehalten
wird. Die Lastzelle wird gegenüber
Last durch einen angleichbaren Mittenabwärtsstopper geschützt, der
ein Paar von Mittenabwärtsstoppereinstellschrauben
aufweist, die einen Sitz gegen eine Metallfläche aufweisen, beispielsweise
dem Kopf eines Bolzens, und eine gesteuerte Lücke an den Ecken aufgrund der
Bearbeitungsabschnitte des Gusses bei jeder der Ecken.
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Aufgrund
des besonderen Einsatzes der Waage, d.h. zum Angeben des Umfangs
von Porto, der für
das Versenden erforderlich ist, mußte die Angleichung des Abwärtsstoppers
besonders genau erfolgen, typischerweise in dem Bereich von 8 bis
30 Tausendstel Inches und einer Angleichtoleranz von ± einem Tausendstel.
Wie zuvor erwähnt,
ist die tatsächliche
Ablenkung des freien Endes einer Lastzelle sehr gering, und es hat
sich gezeigt, daß im
Fall der Gußmetall-Körperelemente
der bekannten Waagen die Bearbeitungstoleranzen bei dem Guß zu keinen
Variationen bei der Position eines Lastzellen-Abwärtsstoppers
bis auf ± einem
Tausendstel Inches ermöglichen,
insbesondere dann, wenn zwei unterschiedliche Komponenten vorliegen,
die zur Bildung der Toleranz beitragen. Die Höhe der Lastzelle plus die Toleranz
der Bearbeitung beider Flächen
des Abwärtsstoppers
und der Lastzelle, die an jedem der beiden Guß-Körperelemente befestigt ist,
tragen insgesamt dazu bei, daß das
Erreichen einer derartigen geringen Veränderung bei der Angleichung
des Abwärtsstoppers
ohne einen angleichbaren Abwärtsstopper
nahezu unmöglich
ist. Demnach war der angleichbare Mittenabwärtsstopper erforderlich. Angleichbare
Eckabwärtsstopper
waren nicht erforderlich, da die Lücke, die zwischen den Enden
der Schenkel der Gußkörperelemente
erforderlich war, bei den Ecken viel größer war als die Ablenkung des freien
Endes der Lastzelle, in der Größenordnung von
100 bis 125 Tausendstel eines Inches, ± fünf Tausendstel. Demnach konnten
diese Abschnitte des Gußkörperelementes
unter Einhaltung der erforderlichen Toleranzvariationen bearbeitet
werden.
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Es
ist zu erkennen, daß obgleich
Gußmetall-Körperelemente
mit Sorgfalt hergestellte Teile waren und sehr genau justierbare
Mittenabwärtsstopper
gut für
die Herstellung für
eine Waage mit im wesentlichen großem Gewicht geeignet sind,
wie sie beispielsweise für
die Wägung
von Paketen von bis zu 200 Pfund eingesetzt wurde, diese Art von
Aufbau zu kostspielig für
kleinere Waagen ist, beispielsweise Waagen mit einer Kapazität von 5
Pfund, die vorwiegend zum Wiegen von Briefpost benützt werden,
so daß diese
relativ nicht-wettbewerbsfähig sind.
Demnach ergab sich die Anforderung für eine vollständig andere
Form einer Gewichtverteilungsplatte und eines Überlastschutzsystems für Waagen
mit geringer Kapazität.
Die vorliegende Erfindung löst
diese Aufgaben, die detailliert nachfolgend beschrieben werden,
durch Eliminierung des Gußmetall-Körperelements
und auch des angleichbaren Mittenabwärtsstoppers, wodurch sich die
mechanische Komplexität der
Waage erheblich reduziert, sowie die Kosten der Herstellung und
das Erfordernis der kritischen Anpassung der beweglichen Teile.
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US 4,726,435 A offenbart
eine elektronische Waage mit Überlastschutzeinrichtung,
mit einem rechteckigen Gehäuse
mit Bodenteil, einer länglichen,
an einem Ende an einem Abschnitt des Bodenteils befestigten Lastzelle,
einer Abdeckung für
das Bodenteil mit mehreren nach unten gerichteten Seitenwänden, einer
Gewichtsverteilplatte, die am freien Ende der Lastzelle befestigt
ist und ein Lasteinleitungselement hat, eine von der Gewichtsverteilplatte getragene
Waagschale und mehrere Vorrichtungen zum Vermeiden einer Überlastung
der Lastzelle und der Gewichtsverteilplatte, welche durch übermäßige mittige
oder außermittige
Belastung der Waagschale verursacht werden. Die mehreren Vorrichtungen
zum Vermeiden einer Überlastung
der Lastzelle und der Gewichtsverteilplatte sind hierbei auf unterschiedliche
Anschlagvorrichtungen beschränkt,
die jeweils eine Bewegung der Gewichtsverteilplatte oder der Waagschale über einen
definierten Bewegungsbereich hinaus unterbinden.
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Vor
dem Hintergrund dieses Stands der Technik ist es die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine elektronische Waage bereitzustellen,
die insbesondere das Messen einer außermittig auf die Waagschale
einwirkenden Last ermöglicht
die dennoch gegen eine Überlastung
ihrer wesentlichen Bestandteile, insbesondere der Lastzelle geschützt ist.
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EP 0 509 735 A2 beschreibt
eine Waage, die eine Lastzelle und einen Rahmen aufweist, wobei
die Lastzelle an einer außermittigen
Position des Rahmens befestigt ist. Der Rahmen besitzt ungefähr die Größe des Gehäuses in
dem die Lastzelle und der Rahmen angeordnet sind. Ferner weist der
Rahmen einen Schlitz auf, der in der Nähe der Befestigungsstelle der
Lastzelle angeordnet ist. Die Form des Schlitzes ist so gewählt, dass
die Größe der Verbiegung
an den vier Ecken des Rahmens gleich ausfällt, wenn eine Last auf der
Waage angeordnet wird. Ferner sind vier gleich hohe Anschläge auf einer
oberen Oberfläche
der Basis in den vier Ecken angeordnet. Die Lastzelle ist mittig
auf der Basis angeordnet. Da der Rahmen an der Lastzelle befestigt
ist, sind an dem Rahmen angebrachte Schrauben so positioniert, dass
sie den vier Anschlägen
gegenüberliegen. Die
einstellbaren Schrauben dienen der Beschränkung der Durchbiegung der
vier Ecken des Rahmens.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Mehrfachüberlastschutzmerkmale
für bestimmte kritische
Komponenten der Waage geschaffen, insbesondere die Lastzelle und
die Gewichtverteilungsplatte, wodurch zumindest eine Minimierung,
wenn nicht insgesamt eine Eliminierung der Möglichkeit des Auftretens einer
ernsthaften Beschädigung
dieser Teile erreicht wird. Ein Aspekt der Erfindung ist auf den
Schutz der Lastzelle gegen übermäßige Dehnung
aufgrund einer mittigen vertikalen Last auf der Waagschale gerichtet.
Ein anderer Aspekt ist auf den Schutz der Lastzelle und der Gewichtverteilungsplatte
gegen übermäßige Dehnung
aufgrund einer nicht zentrierten Last auf der Wägeschale gerichtet. Ein dritter
Aspekt ist auf den Schutz der Lastzelle und der Gewichtverteilungsplatte
vor einer übermäßigen Dehnung
aufgrund eines Stoßes
dieser Teile gerichtet, der durch ein Fallenlassen der Waage während des
Versands oder des Einsatz oder einer anderen fehlerhaften Handhabung
resultiert. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht im Entwurf
einer Gewichtsverteilungsplatte, die das Gewicht eines zu wiegenden
Artikels zu dem Punkt überträgt, an dem die
Waageschale zum Halten des Artikels mit der Lastzelle verbunden
ist, so daß eine
nicht zentrierte Lastschale keine zerstörende Auswirkung auf die Lastzelle
hat. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in
der Schaffung einer Vorrichtung zum Schutz der Gewichtsverteilungsplatte
gegen irgendeine ungeeignete Torsionskraft beim Entfernen der Schale
von der Waage in dem Augenblick, bei dem ein Anwender eine übermäßige Kraft
beim Entfernen der Schale von der Vorrichtung aufwendet, die diese
normalerweise mit der Waage verbindet.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung können besser anhand der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung in Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung verstanden
werden; es zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht der Hauptkomponenten der elektronischen Waage
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
Draufsicht, teilweise im Schnitt, unter Draufsicht auf die Gewichtsverteilplatte
der elektronischen Waage der vorliegenden Erfindung entlang der
Linie 2-2 der 3,
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3 eine
Seitenquerschnittsansicht durch die zusammengebaute elektronische
Waage der vorliegenden Erfindung entlang der Linie 3-3 der 2.
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Nun
werden unter Bezug auf die Zeichnung und insbesondere auf die 1 hiervon
die Hauptkomponenten der Waage der vorliegenden Erfindung anhand
einer Explosionsdarstellung erläutert,
und es zeigt sich, daß diese
ein Gehäuse – allgemein
durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet – enthalten, sowie
eine Lastzelle – allgemein
durch das Bezugszeichen 12 gekennzeichnet, eine Gewichtsverteilplatte,
allgemein durch das Bezugszeichen 14 gekennzeichnet, eine
Oberabdeckung, allgemein durch das Bezugszeichen 16 gekennzeichnet,
und schließlich
eine Schale, allgemein durch das Bezugszeichen 18 gekennzeichnet,
auf das das zu wiegende Poststück
angeordnet wird.
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Nun
ist unter Bezug auf alle Figuren zu erkennen, daß das Gehäuse 10 allgemein rechteckig ist
und entgegengesetzt angeordnete nach oben gerichtete Seitenwände 20 aufweist,
sowie eine nach oben gerichtete Rückwand 22, eine sehr
niedrige nach oben gerichtete Frontwand 24 und eine Bodenwand 26,
mit der die Seiten-, Hinter- und Vorderwand verbunden sind. Mehrere
Füße 28 sind
geeignet mit der Unterseite der Bodenwand 26 verbunden,
in Vertiefungen, die durch Wandabschnitte 30 (vgl. 1 und 3)
zum Halten der Waage definiert sind. Das Gehäuse 10, sowie die
Oberabdeckung 16 und die Schale 18, sind in diesem
Beispiel aus spritzgußgeformten
Polycarbonat-Mischplastik geformt, obgleich andere Arten von Plastikmischungen
mit ähnlichen Eigenschaften
zur Verfügung
stehen. Eine nach oben gerichtete Wand 32 erstreckt sich über das
Gehäuse 10 zwischen
den Seitenwänden 20 zum
Teilen des Raums innerhalb des Gehäuses 10 in ein vorderes Fach 34 und
ein hinteres Fach 36, das erstere für elektronische Komponenten,
die durch mehrere Druckknöpfe
betätigt
werden, die sich durch geeignete Öffnungen 38 erstrecken,
die an der Oberabdeckung 16 gebildet sind, das letztere
für die
Lastzelle 12 und andere elektronische Komponenten, die
nicht in dem vorderen Fach 34 Platz finden.
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Wie
am besten anhand von 1 und 2 zu erkennen
ist, ist die Bodenwand 26 mit einer Vertiefung 40 versehen,
die benachbart zu einer der Seitenwände 20 angeordnet
ist und die durch einen nach oben gerichteten länglichen Vorsprung 42 auf der
seitlich nach innen gerichteten Seite der Vertiefung begrenzt ist
und einen überlappenden,
sich seitlich erstreckenden Flansch 44 an einem anderen länglichen
nach oben gerichteten Vorsprung 46, der auf der anderen
Seite der Vertiefung 40 gebildet ist. Eine Halteplatte 48 aus
Metall ist in der Vertiefung 40 angeordnet und wird an
dieser Stelle durch den überlappenden
Flansch 44 gehalten. Ein befestigtes Ende 50 der
Lastzelle 12 ist auf der Halteplatte 48 angeordnet
und mit dem Boden und dem Gehäuseelement 10 durch
geeignete Schrauben 52 verbunden, die durch Öffnungen
in der Bodenwand 26 und der Halteplatte 48 hindurchtreten
und mit einem Gewinde mit dem befestigten Ende 50 der Lastzelle 12 in
Eingriff stehen. Das entgegengesetzte oder freie Ende 54 der
Lastzelle 12 ist mit der Gewichtsverteilplatte 14 durch
eine Vorrichtung von vergleichbaren Schrauben 56 verbunden,
die durch Öffnungen
der Gewichtsverteilplatte 14 hindurchtreten und mit einem
Gewinde mit dem freien Ende 54 der Lastzelle 12 in
Eingriff stehen. Es ist zu erwähnen
daß die
Verbindung der Gewichtsverteilplatte 14 mit dem freien Ende
der Lastzelle die einzige Vorrichtung bildet, durch die die Gewichtsverteilplatte 14 mit
dem Boden und dem Gehäuseelement 10 verbunden
ist. Weitere Details der Gewichtsverteilplatte werden vollständig unten
erläutert.
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Die
Oberabdeckung 16 ist so dimensioniert, daß sie das
Gehäuse 10 abdeckt
und enthält
einen Druckknopfzugangsabschnitt 60, der die zuvor erwähnten Öffnungen 38 enthält und das
vordere Fach 34 in dem Boden und Gehäuseelement 10 abdeckt. Der
Rest der Oberabdeckung 16 besteht aus einem allgemein rechteckigen
Abschnitt 62, der das hintere Fach 36 des Gehäuses 10 abdeckt.
Der rechteckige Abschnitt 60 enthält ein Paar von sich nach unten
erstreckenden Vorsprüngen 64 (von
denen in 3 aufgrund der Veränderung
der Richtung der Schnittlinie 3-3 in 2 nur einer
erkennbar ist), von denen jeder einen Befestigungskreisring 66 aufweist,
der an der Oberseite eines Vorsprungs 68 aufliegt, der
an dem Ende einer sich nach oben erstreckenden zylindrischen Stütze 70 angeordnet
ist, die an einer Einheit mit der Bodenwand 26 gebildet
ist. Eine Schraube 72 tritt durch jeden Kreisring 66 hindurch
und ist mit einem Gewinde mit dem oberen Ende jeder Stütze 70 zum
Sichern der Oberplatte 16 an dem Gehäuse 10 verbunden.
Wie sich am besten anhand von 1 und 3 erkennen
läßt, weist
die Oberabdeckung 16 einen sich am Rand abwärts erstreckenden Flansch 74 auf,
der mit einem sich am Rand nach oben erstreckenden Flansch 76 in
Eingriff steht, der am oberen Rand der Seitenwände 20 und der Rückwand 20 gebildet
ist, damit gewährleistet
ist, daß die Oberabdeckung 16 fest
auf dem Gehäuse 10 aufsitzt.
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Die
Wägeschale 18 besteht
im wesentlichen aus einem im allgemeinen rechtwinkligen Körperelement 80,
das näherungsweise
dieselben Abmessungen wie der rechteckige Abschnitt 62 der
Oberabdeckung aufweist, und ist mit vier identischen Schenkeln versehen,
von denen einer allgemein anhand des Bezugszeichen 82 in 1 gekennzeichnet
ist. Jeder Schenkel 82 weist mehrere Wangen 84 auf,
die sich radial nach außen
ausgehend von einem mittleren Kreuzungspunkt ausbreiten, und die
sich nach unten ausgehend von der Unterseite des Körperelements 80 erstrecken.
In der offenbarten Ausführungsform
enthält
jeder Schenkel 82 vier Wangen 84, obgleich diese
Zahl variieren kann. Die Wangen 84 sind nach unten in beabstandeter
Beziehung zu der Unterseite des Körperelements begrenzt, damit
mehrere Halteflächen 86 definiert
werden, die auf der oberen Fläche 88 einer
Gummitülle
oder Durchführungsdichtung
aufliegen, die allgemein anhand des Bezugszeichens 90 in 1 gekennzeichnet
ist. Wie anhand von 1 und 3 zu erkennen
ist, sind vier derartige Durchführungsdichtungen
vorgesehen, von denen jede einen Randschlitz 92 aufweist,
der mit den inneren kreisförmigen
Rändern
von Öffnungen 94 in
Eingriff steht, die in der Gewichtsverteilplatte 14 gebildet
sind. Die Durchführungsdichtungen 90 sind
innerhalb der Öffnungen 94 positioniert,
indem sie in die offenen Engstellen 96 der Öffnungen 94 eingefügt werden,
wobei die Durchführungsöffnungen 90 eine
ausreichende Elastizität
aufweisen, um sich nach innen zu deformieren, während sie durch die Engstellen 96 eingeführt werden
und um sich anschließend
so auszudehnen, daß sie
fest in den Öffnungen 94 sitzen.
Wie sich am besten anhand von 3 erkennen
läßt, weisen
die Wangen 84 der Schenkel 82 einen Abschnitt
mit reduziertem Durchmesser 98 auf, der durch eine Öffnung 100 in
jede der Durchführungsdichtungen
vorsteht, wobei die seitliche Ausdehnung der Wangen 84 und
der Innendurchmesser der Öffnungen 100 so
gewählt
sind, daß die
Wangen 84 durch die Innenränder der Öffnungen 100 mit ausreichender
Stärke
erfaßt
werden, damit die Schale 18 fest an der Gewichtsverteilplatte 14 gehalten
wird, jedoch nicht so stark, daß sie
nicht mehr einfach von einem Anwender durch einfaches Anheben der
Schale nach oben entfernt werden kann. Es ist zu erwähnen, daß die Oberabdeckung 16 mit Öffnungen 102 versehen
ist, die ausreichend groß sind,
um ein Durchtreten der Wangen 84 zu ermöglichen, ohne daß die Wangen 84 die
Innenränder der Öffnungen 102 berühren, so
daß die
Schale 18 ausschließlich
durch die Gewichtsverteilplatte 14 gehalten wird.
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Wie
vorab erwähnt,
werden durch die vorliegende Erfindung Mehrfachüberlastschutzmerkmale für die Waage
geschaffen, mit denen beabsichtigt wird, die Möglichkeit einer Beschädigung der
Lastzelle 12 oder der Gewichtsverteilplatte 14 zumindest
zu minimieren, wenn nicht sogar vollständig zu eliminieren, und zwar
bei einer Überlast
der Waage während des
normalen Einsatzes oder bei zahlreichen Formen der fehlerhaften
Handhabung während
des Versands oder an der Stelle des Einsatzes. Die Überlastschutzmerkmale
der vorliegenden Erfindung enthalten eine Reihe von Anschlagvorrichtungen,
die in die Waage eingebaut sind, von denen eine erste eine Abwärtsbewegung
des freien Endes 54 der Lastzelle 12 unterhalb
einer festgelegten Grenze, die für
die Lastzelle 12 festgelegt ist, verhindert. Eine zweite
Anschlagvorrichtung verhindert eine Abwärtsbewegung der Ecken der Schale 18 unterhalb
einer festgelegten Grenze, die für
die Ecken der Schale 18 festgelegt sind. Zudem verhindert
eine dritte Anschlagvorrichtung eine Abwärtsbewegung der Ecken der Gewichtsverteilplatte 14 unterhalb
einer festgelegten Grenze, die für
die Ecken der Gewichtsverteilplatte 14 festgelegt sind.
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Demnach
enthält,
wie in 1 und 3 gezeigt ist, die erste der
Anschlagvorrichtungen einen sich nach oben erstreckenden Vorsprung 104,
der in die Bodenwand 26 neben der Lastzelle 12 eingegossen
ist und benachbart zu deren freien Ende 54 liegt, wobei
der Zweck des Vorsprungs 104 eine Verminderung einer weiteren
Absenkung des freien Endes 54 der Lastzelle 12 nach
unten ist, nachdem die Maximallast, für die die Waage entworfen ist,
erreicht wird. Da der Vorsprung 104 relativ zu der Waage
befestigt ist, stellt er eine festgelegte Grenze dar, über die
das freie Ende 54 der Lastzelle 12 nicht abgesenkt
werden kann, wodurch eine Beschädigung
der Lastzelle 12 aufgrund einer übermäßigen Dehnung bei empfindlichen
Dehnmeßgeräten, die
mit der Lastzelle 12 verbunden sind, vermieden wird. Wie
zuvor erwähnt, ist
die Ablenkung der Lastzelle 12 sehr gering und liegt in
der Größenordnung
von 0,015 Tausendstel eines Inches, plus oder minus einem Tausendstel,
bei einer 5-Pfund-Waage. In der eigentlichen Praxis kann die Kapazität der Lastzelle
für eine
bestimmte Waage zu ungefähr
dem Doppelten der Wiegekapazität
der Waage gewählt
werden, damit die unzentrierte Last der Schale 18 einfacher
aufgenommen wird und damit mehr Freihet bei dem Entwurf der Mitten-
und Ecküberlastschutzmerkmale
besteht.
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Die
zweite der Überlastschutzanschlagvorrichtungen
enthält
einen abhängigen
Flansch 106, der die Schale an deren vier Seiten umgibt
und einen Randabschnitt 108 auf der Oberfläche der
Oberabdeckung 16, der außerhalb eines nach oben stehenden
Randes liegt, der die Oberabdeckung an drei Seiten von dieser umgibt.
Wie am besten anhand von 3 zu erkennen ist, besteht dann,
wenn die Schale 18 genau auf der Waage positioniert ist,
eine Lücke von
ungefähr
0,130 Inches zwischen der Unterseite des Flansches 106 und
der Oberseite des Randabschnitts 108 der Oberabdeckung 16.
Es ist offensichtlich, daß aufgrund
der Tatsache, daß die Oberfläche des
Randabschnitts 108 der Oberabdeckung auch relativ zu der
Waage befestigt ist, diese eine festgelegte Grenze bestimmt, unterhalb
die die Unterflächen
der Ecken des Flansches 106 nicht abgesenkt werden können, wodurch
eine Torsionsbeschädigung
der Lastzelle in derselben Weise vermieden wird, wie sie oben im
Hinblick auf den erhobenen Vorsprung 104 zum Vermeiden
einer vertikalen Überlast
betont wurde, und auch zum Vermeiden einer Beschädigung der Gewichtsverteilplatte 14 durch Vermeiden
einer übermäßigen Dehnung
der Gewichtsverteilplatte 14.
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Die
dritte der Überlastschutzanschlagvorrichtungen
enthält
mehrere sich nach oben erstreckende Rippen 112, die ungefähr an den
vier Ecken des Gehäuses 10 angeordnet
sind, wie in 3 gezeigt ist. Die oberen Ränder der
Rippen 112 sind normalerweise in beabstandeter Beziehung
zu der Unterseite der Gewichtsverteilplatte 14 angeordnet,
benachbart zu deren Abschnitten, die die Engstellen 96 an
den vier Ecken der Gewichtsverteilplatte 14 definieren.
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Wiederum
ist zu erkennen, daß aufgrund
der Tatsache, daß die
Rippen 112 auch relativ zu der Waage befestigt sind, diese
eine festgelegte Grenze darstellen, unterhalb die die Ecken der
Gewichtsverteilplatte 14 nicht abgesenkt werden können, wodurch
eine Beschädigung
dieser aufgrund einer übermäßigen Drehdehnung
bei der Gewichtsverteilplatte 14 und eines übermäßigen Drehmoments
bei der Lastzelle vermieden werden kann.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt ist, ist eine Schutzvorrichtung
vorgesehen, zum Vermeiden des Aufbringens einer übermäßigen Dehnung auf die Gewichtsverteilplatte 14 und
die Lastzelle 12, während die
Schale 18 von der Waage entfernt wird. Wie zuvor beschrieben,
ist die Schale 18 an der Waage durch den Abschnitt des
Schenkels 82 mit reduziertem Durchmesser 98 befestigt,
der durch die Öffnungen 100 der Durchführungsdichtung 90 hindurchtritt, wenn
die Halteflächen 86 der
Wangen 84 an den oberen Flächen 88 der Durchführungsdichtungen 90 anliegen.
Mit dieser Anordnung wird dann, wenn eine der Durchführungsdichtungen 90 einen
Schenkel 82 der Schale 18 zu eng umfaßt und die
Schale 18 von der Waage entfernt wird, die Ecke der Gewichtsverteilplatte 14,
an der die Durchführungsdichtung
angeordnet ist, nach oben gedreht, wodurch eine übermäßige Drehdehnung auf die Gewichtsverteilplatte 14 ausgeübt wird.
Um ein Auftreten dieses Effekts zu vermeiden, ist ein Paar sich
nach unten erstreckender Rippen 114 an der Unterseite der
Oberabdeckung 16 benachbart zu deren Seitenränder angeordnet,
und die unteren Ränder 116 sind
in eng benachbarter Beziehung zu der oberen Fläche der Ecken der Gewichtsverteilplatte 14 angeordnet.
Es ist erneut zu erkennen, daß aufgrund
der Tatsache, daß die
Rippen 114 an der Oberabdeckung 16 befestigt sind
und demnach relativ zu der Waage fixiert sind, diese eine festgelegte
Grenze darstellen, unter die die Ecken der Gewichtsverteilplatte 14 nicht
nach unten bewegt werden kann, wodurch eine Beschädigung der
Gewichtsverteilplatte 14 und der Lastzelle 12 aufgrund
einer übermäßigen Drehdehnung
der Gewichtsverteilplatte während
der Entfernung der Schale 18 von der Waage vermieden werden
kann.
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Ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in dem Entwurf der Gewichtsverteilplatte 14,
die das gesamte Gewicht eines Artikels auf der Schale zu dem Punkt überträgt, an dem
die Gewichtsverteilplatte 14 fest an dem freien Ende 54 der
Lastzelle 12 befestigt ist, unabhängig davon, wo der Artikel
auf der Schale angeordnet ist. Die Gewichtsverteilplatte 14 enthält eine
Vorrichtung zum Verändern
des Widerstands gegenüber
einer Dehnung eines ihrer Enden im Hinblick auf das andere ihrer
Enden, damit der Unterschied im Hinblick auf den Widerstand gegenüber einer
Dehnung entgegengesetzter Enden der Gewichtsverteilplatte kompensiert
wird, was dazu führt,
daß die
Gewichtsverteilplatte mit dem freien Ende 54 der Lastzelle 12 in
einer unzentrierten Weise verbunden ist, wie klar in der 1 und 3 gezeigt
ist. Dies führt
dazu, daß der
Flansch 106 der Schale 18 an den Randabschnitt 108 der
oberen Fläche
der Oberabdeckung 16 anstößt, wenn die maximale Last,
für die
die Waage entworfen ist, irgendwo in der Gegend des Rands der Schale 18 aufgebracht wird,
wie oben für
das zweite Überlastmerkmal
beschrieben ist.
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Demnach
ist, wie am besten anhand von 2 zu erkennen
ist, die Gewichtsverteilplatte 14 mit einem Paar von Schlitzen
versehen, die allgemein anhand des Bezugszeichens 118 gekennzeichnet
sind und benachbart zu den Ecken der Platte angeordnet sind, die
in der Nähe
des freien Endes 54 der Lastzelle 12, mit der
die Gewichtsverteilplatte 14 verbunden ist, liegen. Die
Schlitze 118 weisen einen ersten geraden Abschnitt 120 auf,
der in die abgerundeten Abschnitte 122 mündet, die
sich dann über
ein Viertel der Distanz um die Durchführungsdichtungen 90 erstrecken,
und dann in zweite gerade Abschnitte 124 münden, die
sich über
ungefähr
dieselbe Länge wie
die ersten geraden Abschnitte 120 erstrecken. Die spezielle
Anordnung der Schlitze 118 bewirkt ein schnelleres Erzeugen
der Ablenkkraft durch die Gewichtsverteilplatte 14 bei
einem Gewicht im Randbereich des Gehäuses 18 benachbart
zum Verbindungspunkt der Gewichtsverteilplatte 14 mit der
Lastzelle 12, im Vergleich zu dem Fall, bei dem das derart angeordnete
Gewicht benachbart zu dem entgegengesetzten Ende der Gewichtsverteilplatte
vorliegt. Der Grund hierfür
besteht darin, daß der
Verbindungspunkt der Gewichtsverteilplatte mit der Lastzelle 12 unzentriert
im Hinblick auf die Gewichtsverteilplatte ist, mit dem Ergebnis,
daß ein
Gewicht auf der Schale 18 benachbart zu dem Ende der Gewichtsverteilplatte 14 eine
geringere Dehnkraft auf die Gewichtsverteilplatte 14 an
dem Verbindungspunkt zu der Lastzelle 12 aufgrund des kürzeren Hebelarms ausübt. Andererseits übt ein Gewicht
auf der Schale 18, benachbart zu dem anderen Ende der Gewichtsverteilplatte 14,
eine größere Dehnkraft
auf die Gewichtsverteiplatte 14 bei dem Verbindungspunkt
aufgrund des viel längeren
Hebelarms aus.
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Die
Schlitze 118 kompensieren die Unterschiede in den Hebelarmen
der Gewichtsverteilplatte 14 unabhängig davon, wo das Gewicht
auf der Schale 18 angeordnet ist, was im Endeffekt zu einer "Abschwächung" der Gewichtsverteilplatte 14 auf
der Seite in der Nähe
des Verbindungspunkts zu der Lastzelle 12 derart führt, daß sie weniger
Widerstand gegenüber
der Dehnung aufbringt.
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Während es
nicht erforderlich ist, eine theoretische Analyse der Formeln zum
Bestimmen der speziellen Form der Schlitze durchzugehen, die bei der
Ausführungsform
der Erfindung dargestellt und hierin beschrieben wurden, um die
Erfindung vollständig
zu verstehen, ist dennoch zu erkennen, daß die Form der Schlitze derart
berechnet ist, daß Variationen
in dem Umfang der Biegung der Schale an deren vier Ecken aufgrund
von Biegeeinwirkungen, die nicht auf die Gewichtsverteilplatte 14 zurückgehen, ausgeglichen
werden. Beispielsweise hat sich gezeigt, daß das Gehäuse 10 einen gewissen
Umfang an Biegung der Schale 18 an deren vier Enden aufgrund
der inhärenten
Biegung der Lastzelle 12 an der mit dem Gehäuse 10 verbunden
Stelle ermöglicht. Die
Lastzelle 12 ermöglicht
auch einen gewissen Umfang an Biegung der Schale 18 an
deren vier Ecken aufgrund der inhärenten Biegung der Lastzelle 12 entlang
ihrer Länge
zwischen dem Punkt, an dem sie mit dem Gehäuse 10 verbunden ist,
und dem Punkt an dem die Gewichtsverteilplatte 14 mit der Lastzelle 12 verbunden
ist, die selbst einen gewissen Umfang an Eigenbiegung aufweist.
Damit das zweite Überlastschutzmerkmal
wirkt, sollte die Unterseite des Flansches 106 sich nach
unten zu der Oberfläche
der Oberabdeckung erstrecken, wenn die Maximallast, für die die
Waage entworfen ist (beispielsweise 5 Pfund) irgendwo am Rand der
Schale 18 angeordnet wird. Da die bekannten Verbiegungsgrade an
den Ecken der Schale aufgrund des Gehäuses und der Lastzelle 12 aus
sorgfältigen
Messungen bekannt sind und sich an entgegengesetzten Enden der Gewichtsverteilplatte
unterscheiden, kann durch geeignete Formeln die Form der Schlitze 118 so
berechnet werden, daß die
Gesamtbiegung der Schale 18 an deren vier Enden gleich
wird.
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Als
ein Beispiel des Vorangegangenen beträgt im Fall der hierin offenbarten
5 Pfund Waage der normale Abstand zwischen der Unterseite des Flansches 106 und
dem Randabschnitt 108 der Oberabdeckung 16 ungefähr 0,125''. Für
die Gehäusebiegung
an den beiden Ecken der Schale 18, die benachbart zum Verbindungspunkt
der Gewichtsverteilplatte 14 mit der Lastzelle 12 liegen,
wurde festgestellt, daß diese
an jeder Ecke ungefähr
0,020 Inches beträgt,
und die Lastzellbiegung an denselben Ecken wurde zu 0,014'' festgestellt. Demnach muß die Biegung
der Gewichtsverteilplatte 14 an diesen Ecken 0,091'' sein, damit eine Gesamtbiegung der
Schale 18 an diesen Ecken 0,125'' beträgt. An den
entgegengesetzten Ecken wurde jedoch für die Gehäusebiegung ein Wert von 0,005'' und die Last der Biegung von 0,010'' festgestellt. Demnach muß die Biegung
der Gewichtsverteilplatte an diesen Ecken 0,110'' betragen,
damit dieselbe Gesamtbiegung der Schale 18 entsteht. Demnach
sollte nun klar sein, daß die
spezielle Form der Schlitze 118 den erforderlichen Umfang
an "Aufweichung" der Gewichtsverteilplatte 14 gewährleisten,
so daß diese
einen geringeren Umfang der Biegung an den Ecken benachbart zu dem
Verbindungspunkt der Gewichtsverteilplatte 14 mit der Lastzelle
bewirkt als an den entgegengesetzten Enden.