DE2027119C3 - Kugelgelenkverbindung zwischen einer Lastaufnahmeplattform und Druckmeßzellen einer elektrischen Waage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kugelgelenkverbindung zwischen einer Lastaufnahmeplattform und Druckmeßzellen einer elektrischen Waage mit mehreren, mit elektrischen Dehnungsmeßstreifen ausgestatteten DruckmeßzeHen, die seitlich im Abstand voneinander unter der Lastaufnahmeplattform angeordnet sind und an ihrer Oberseite ein Lastaufnehmerteil und an ihrer Unterseite ein Trägertei! aufweisen.

Aus der AT-PS 2 26 984 ist eine elektrische Brückenwaage bekannt, die ortsfest eingebaut ist und mit der schwere Lasten, beispielsweise Lastkraftwagen oder Schienenfahrzeuge, gewogen werden können. Als Elemente zur Kraftübertrpgung zwischen der Lastplattform und den DruckmeßzeHen werden bei dieser Brückenwaage Kugeln verwendet. Bei dieser bekannten Brückenwaage treten gewöhnlich keinerlei Probleme auf, die auf nicht exakt vertikale Belastungen oder auch auf einen nicht genau ebenen Aufstellort zurückzuführen sind, da solche Brückenwaagen gewöhnlich nach dem Einbauen einmal justiert werden und später nur noch Belastungen ausgesetzt sind, die senkrecht auf die Lastplattform wirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kugelgelenkverbindung zwischen einer Lastaufnahmeplattform und DruckmeßzeHen einer elektrischen Waage der eingangs geschilderten Art derart auszugestalten, daß die Waage ohne weiteres von einem Ort zu einem anderen transportiert werden kann und auch unter ungünstigen Einsatzbedingungen, beispielsweise bei unebenen Auflageflächen oder auch bei schrägen Belastungen genaue Meßergebnisse liefert.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kugel der Kugelgelenkverbindung in einer Aussparung eines mit der Lastaufnahmeplattform verbundenen Adapters angeordnet ist und mit ihrer Unterseite in einer halbkugelförmigen Aussparung im

Lastaufnehmerteii ruht, daß der Trägerteil jeder Druckmeßzelle einen Außenringflansch aufweist, der an seiner Unterseite eine sphärische Oberfläche hat und lose von einem an der Lastaufnahmeplattform befestigten Ring mit entsprechender sphärischer innerer Oberfläche umschlossen ist, wobei die Krümmungsmittelpunkte der sphärischen Oberfläche im Mittelpunkt der Kugel zusammenfallen, daß an der Lastaufnahmeplattform und an den DruckmeßzeHen Anschlagvorrichtungen zur Begrenzung einer Relativverdrehung um eine vertikale Achse zwischen jeder Zelle und der Plattform angebracht sind, und daß an jedem Trägerteil eine großflächige Auflagevorrichtung zum nivellierten Halten dtr Lastaufnahmeplattform im Abstand über einer Auflagefläche vertikal verstellbar angebracht ist.

Auf Grund der speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kugelgelenkverbindung und insbesondere wegen der Verwendung der Kugel als Krafteinleitungselement und der damit zusammenwirkenden sphärischen Oberflächen auf Seiten der Meßzellen und auf Seiten der Lastplattform wird stets eine im wesentlichen vertikale Lasteinwirkung auf die DruckmeßzeHen erreicht. Auch eine Verbiegung der Lastaufnahmeplattform unter der Einwirkung schwerer Lasten hat keine nachteilige Auswirkung auf die Meßergebnisse. Dies hat wiederum die Folge, daß es nicht erforderlich ist, die Lastaufnahmeplattform so widerstandsfähig auszuführen, daß sie sich unter keinen Umständen durchbiegt. Eine mit der erfindungsgemäßen Kugelgelenkverbindung ausgestattete Waage kann daher leichter und handlicher ausgebildet werden, als dies bei einer biegesteifen Lastaufnahmeplattform möglich wäre.

Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Beschreibung beispielshalber erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine mit der erfindungsgemäßen Kugelgelenkverbindung ausgestattete elektrische Waage,

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Waage,

F i g. 3 eine vergrößerte Detailschnittansicht längs der Linie 3-3 von F i g. 1 und

Fig.4 eine Schnittansicht einer Druckmeßzelle, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist.
Die in F ι g. 1 und 2 dargestellte Waage 10 weist eine Lastplattform 11 auf. die an jeder ihrer vier Ecken mit einer Wandlervorrichtung 12 verbunden ist. Zwei an diagonal gegenüberliegenden Ecken der Lastplattform angeordnete Niveauanzeiger 13 ermöglichen eine Nivellierung, die für eine optimale Messung von Lasten auf der Lastplattform bevorzugt wird.

Wie F i g. 3 zeigt, enthält jede Wandlervorrichtung einen Adapter 14, eine der Kraftübertragung dienende Kugel 15, die teilweise in einer Aussparung 18 des

Adapters angeordnet ist und eine Druckmeßzelle 16, die von einer darunterliegenden Fläche 17' mittels eines Tragringes 35 getragen wird, der von einer Auflagevorrichtung 17 umschlossen wird. Der Adepter 14 ist im wesentlichen ein zylindrisches, massives Bauteil, das an der Unterseite die Aussparung 18 aufweist. Dieser Adapter ist mittels Schrauben an atr Unterseite der starren Lastplattform 11 befestigt; vorzugsweise sitzt er in einer großen Ausnehmung 19, in der Lastplattform, damit die Bauhöhe verringert wird. Die Aussparung 18 im Adapter weist im wesentlichen den gleichen Durchmesser auf wie die Kugel 15, hat jedoch eine Tiefe, die geringer ist als deren Durchmesser, so daß etwa die Hälfte der Kugel J5 aus der Adapteraussparung 18 herausragt.

Die Druckmeßzelle 16 ist vorzugsweise eine auf Scherung beanspruchbare Zelle und es werden elektrische Widerstandsdehnungsmeßstreifen dazu verwendet, eine elastische Scherungsverformung in einem Lastübertragungselement feststellen. Der Aufbau er· möglicht ein genaues Ansprechen auf Belastungen, die in Richtung der im wesentlichen senkrechten Meßachse 16'-16' (Fig. 3 und 4) verlaufen. An ihrem oberen Ende weist das vorspringende Lastaufnehmerteil 56 der Druckmeßzelle 16 eine halbkugelförmige Aussparung 20 auf, die nach Art eines Universalgelenks an die untere Fläche der Kugel 15 angepaßt ist. Ein Halterungsstopfen 21, der einen Fixierstift 22 aufweist, ist in einer Bohrung 23 in der Seitenwandung der Lastplattform 11 angeordnet; der Fixierstift 22 greift lose in eine radiale Bohrung 24 in der Seite des Lastaufnehmerteils 5b ein, so daß eine Winkelbewegung der Druckmeßzelle um die Meßachse 16'-16' begrenzt wird. Es sind elektrische Kabel 25 vorgesehen, die die elektrischen Verbindungen zwischen den Dehnungsmeßstreifen der Druckmeßzelle 16 und einer nicht dargestellten Anschlußbox herstellen. Dieses Kabel 25 verläuft vom Lastaufnehmerteil 56 durch eine Bohrung 26 in der Lastplattform und dient dazu, die Zelle zu speisen und die Ausgangswerte der Zelle entsprechenden Instrumenten zuzuführen.

Der Zusammenbau der Einzelteile erfolgt am besten bei umgedrehter Lastplattform, wobei in diesem Zustand auch weitere Teile eingebaut werden, die ein Herabfallen anderer Teile verhindern. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Druckmeßzelle 16 einen äußeren Ringflansch 27 aufweist, der eine sphärische, sich verjüngende untere Oberfläche 28 aufweist, die Ioie von einem entsprechend geformten Ring 32 aufgenommen wird. Ehe dieser eingesetzt wird, wird ein dünnes zylindrisches Ende 29 eines flexiblen Schutzbalgens 30 in eine Bohrung 31 eingesetzt, die koaxial zu einer Bohrung 19 verläuft. Der Ring 32, der eine sphärische innere Oberfläche 33 aufweist, die an die untere Oberfläche des Flansches 27 angepaßt ist und der einen äußeren Durchmesser aufweist, der an der der Bohrung 31 angepaßt ist, wird dann eingesetzt. Das Balgende 29 wird zwischen den Ring 32 und die Bohrung 31 eingespannt und der Ring 32 wird durch Schrauben oder dergleichen an einer Schulter 34 gehalten, die zwischen den Bohrungen 19 und 31 vorhanden ist. Die Druckmeßzelle 16 und die Kugel 15 werden auf diese Weise an der Plattform festgehalten. Der Tragring 35, der eine innere Gewindebohrung 36 aufweist, ist auf das äußere Gewinde 37 an der Basis der Druckmeßzelle 16 aufgeschraubt.

Die Umfangsoberfläche des Flansches 27 und des Ringes 32 sind normalerweise im Abstand voneinander angeordnet, wie es in Fig.3 dargestellt ist, wenn die Kugel 15 vollständig im Adapter 14 und im Lastzellenaufnehmerteil 56 sitzt, so daß die gesamte Belastung der Plattform durch die Zelle hindurchgehen muß, wenn sich die Plattform in ihrer aufrechten Lage befindet Wegen der sphärischen Oberflächen 28 und 33, die einen Krümmungsmittelpunkt 15' haben, der im wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Kugel 15 zusammenfällt, ist die Druckmeßzelle immer gegen unerwünschte Seitenkräfte geschützt und zwar auch dann, wenn die Oberflächen aneinander anliegen. Diese Konzentrizität stellt sicher, daß die Kugelgelenkverbindung immer genau zentriert ist, wenn die Plattform auf einer Oberfläche aufliegt, um Messungen durchzuführen.

Der Schutzbalgen 30 besteht aus üblichem dünnen Metall, Neopren, Gummi oder dergleichen und er hat dw Form eines in senkrechter Richtung ausdehnbaren und zusammenziehbaren Balgens. Während das untere Ende des Schutzbalgens 30 noch nicht befestigt ist, kann der gesamte Balgen ausreichend zusammengedrückt werden, um das Einsetzen eines Anschlags 39 oberhalb der oberen Wandung des Tragringes 35 zu erlauben, wo dieser Anschlag durch einen. Schraubenbolzen 40 in einer Stellung gehalten wird, in der das keilförmige Ende dieses Anschlags radial nach innen ragt und als Begrenzung zwischen den Ansätzen 38 wirkt, die von der Außenseite der Druckmeßzelle 16 abstehen. Die Auflagevorrichtung 17 weist ein kegelstumpfförmiges Glied mit breiter Oberfläche auf, das mit einer zentrischen Bohrung 43 versehen ist, die im wesentlichen einer. Durchmesser hat, der dem Außendurchmesser des Tragringes 35 entspricht. Diese Bohrung wird über den Tragring 35 geschoben, so daß der Fuß am Flansch 44 anliegt. Eine Abschlußplatte 45 bedeckt das untere Ende des der Höheneinstellung dienenden Tragringes 35 und ist unter Überlappung der Auflagevorrichtung 17, mittels Schrauben befestigt. Ein elastischer Ring 47 aus Gummi oder dergleichen ist am Boden der Auflagevorrichtung 17 befestigt. Am unteren Ende des Balgens 30 ist ein Winkelring 48 befestigt und zwar mittels einer Verschweißung oder einer Verklebung und dieser Ring mit Winkelprofil ist an der Auflagevorrichtung 17 mittels einer Anzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Klammern 49 gehalten, die an der Auflagevorrichtung 17 festgeschraubt sind.

Bei der Nivellierung der Lastplattform 11 wird die Schutzplatte 45 von einer oder mehreren der Wandlervorrichtungen 12 entfernt und die Tragringe 35 werden gegenüber den Druckmeßzellen 16 eingestellt, indem diese um die Meßachse 16'-16' verdreht werden. Eine Verdrehung der Druckmeßzelle zusammen mit dem Tragring 35 wird durch den Fixierstift 22 in der Bohrung 24 verhindert. Das Anlegen des Anschlages 39 gegen die Ansätze 38 begrenzt die Höhenverstellung der Zelle. Der untere Ansatz verhindert außerdem eine vollständige Trennung des Tragringes 35 und der Auflagevorrichtung 17 von der Druckmeßzelle 16.

In Fig.4 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer auf Scherung ansprechenden Druckmeßzelle 16 dargestellt. Diese Zelle weist ein irr. wesentlichen zylindrisches, massives Trägerteil 50 auf, das mit mehreren Bohrungen 51 versehen ist. Die Bohrungen sind längs einer Kreislinie um die Meßachse 16'-16' angeordnet, wc^ei längs dieser Achse die Last wirksam wird. Elektrische Dehnungsmeßstreifen 52 sind an der Bohrungswandung 51 befestigt. Diese Bohrungen 51 reichen bis in eine vorbestimmte Tiefe, so daß die blinden Enden 53 eine dünne Trennwand bilden. Radiale

Abschnitte, die zwischen den Bohrungen 51 verbleiben, bilden die auf Scherung ansprechenden Teile der Zelle. Eine axiale Bohrung 54 steht einerseits mit der Basis der Zelle und mit den Bohrungen 51 und andererseits mit einer radialen Bohrung 55 im Lastaufnehmerteil 56 in Verbindung. Der untere Abschnitt der Zelle ist durch eine Deckelplatte 57 abgeschlossen.

Wenn eine Last auf die Plattform 11 aufgebracht wird, so wird sie von allen Druckmeßzellen aufgenommen und in jeder Zelle wird ein gewisser Anteil der Last über die Kugel 15 auf die Druckmeßzelle 16 übertragen. Der äußere Abschnitt der Druckmeßzelle 16 der außerhalb des durch die Bohrungen 51 festgelegten Scherbereiches liegt, ist starr, und er wird über den mit im verschraubten Tragring 35 von der Fläche 17' getragen. Der innere Lastaufnahmeabschniu der Zeiie, der innerhalb der längs eines Kreises angeordneten Bohrungen 51 liegt, überträgt Kräfte von der Kugel 15 auf die scherempfindlichen Abschnitte der Druckmeßzelle. Die sphärische Oberfläche 28 der Zelle ist normalerweise in geringem Abstand von der sphärischen inneren Oberfläche 33 des Ringes 32 angeordnet, während sich die Auflagevorrichtung 17 sich auf der Fläche 17' abstützt. Dadurch ist eine begrenzte, freie Kippbewegung zwischen der Lastplattform 11, der Zelle 16 und dem Balgen 30 möglich. Diese Anbringung der Druckmeßzelle mittels der Kugeln 15 und der Sockeln an den Lastübertragungsstellen verhindert Fehler, die sonst durch unerwünschte Seitenkräfte erzeugt werden, die während der Belastung auftreten. Diese wie ein Universalgelenk wirkende Kugelgelenkverbindung nimmtauch Kippbewegungen auf, die durch Unebenheiten der Fläche 17' erzeugt werden. Im wesentlichen sind

ίο alle vertikalen Belastungskräfte längs der Meßachse der Druckmeßzelle ausgerichtet, wie es für eine genaue Messung sein sollte; dies ist auch dann der Fall, wenn die Lastplattform selbst durch eine schwere Belastung durchgebogen wird. Aus diesem Grund muß die Lastplattform nicht so massiv gebaut sein. Die Dehnungsmeßstreifen 52 sind zu einer Wheatstone'-schen Brückenschaltung an sich bekannter Art zusammengeschlossen; sie sprechen lediglich auf die senkrechten Lastkomponenten an, die längs der Meßachse 16'-16' auftreten. Jede der Wandlervorrichtungen 12 führt eine im wesentlichen unabhängige Gewichtsmessung an einer anderen Stelle der Plattform durch und die Messungsergebnisse werden kombiniert, um eine präzise Messung der Gesamtlast zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kugelgelenkverbindung zwischen einer Lastaufnahmeplattform mit DruckmeßzeHen einer elektrischen Waage mit mehreren, mit elektrischen Dehnungsmeßstreifen ausgestatteten Druckmeßzellen, die seitlich im Abstand voneinander unter der Lastaufnahmeplattform angeordnet sind und an ihrer Oberseite ein Lastaufnehmerteil und an ihrer Unterseite ein Trägerteil aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (15) der Kugelgelenkverbindung in einer Aussparung (18) eines mit der Lastaufnahmeplattform verbundenen Adapters (14) angeordnet ist und mit ihrer Unterseite in einer halbkugelförmigen Aussparung (20) im Lastaufnehmerteil (56) ruht, daß der Trägerteil (50) jeder Druckmeßzelle (16) einen Außenringflansch (27) aufweist, der an seiner Unterseite eine sphärische Oberfläche (28) hat und lose von einem an der Lastaufnahmeplattform (11) befestigten Ring (32) mit entsprechender sphärischer innerer Oberfläche (33) umschlossen ist, wobei die Krümmungsmittelpunkte der sphärischen Oberfläche (28, 30) im Mittelpunkt der Kugel (15) zusammenfallen, daß an der Lastaufnahmeplattform (11) und an den DruckmeßzeHen (16) Anschlagvorrichtungen (22, 24) zur Begrenzung einer Relativverdrehung um die vertikale Meßachse (16'-16') zwischen jeder Zelle und der Plattform angebracht sind, und daß an jedem Trägerteil (50) eine großflächige Auflagevorrichtung (17) zum nivellierten Halten der Lastaufnahmeplattform (11) im Abstand über einer Auflagefläche (17') vertikal verstellbar angebracht ist.

2. Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anschlagvorrichtung aus einem an der Lastaufnahmeplattform (11) angebrachten Fixierstift (22) und eine Bohrung (24) im Lastaufnehmerteil (56) enthält und daß die Bohrung (24) etwas größer als der Fixierstift (22) ist und den seitlich in sie ragenden Fixierstift (22) aufnimmt.