DE2112819A1 - Neigungswaage - Google Patents

Description

Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH 2.123

lo. März 1971

Neigungswaage.

Die Erfindung betrifft Neigungswaagen mit einem oder mehreren Pendeln und einer Anzeigevorrichtung.

Neigungswaagen sind, wie jede Meßeinrichtung, mit systematischen Fehlern behaftet. Die Fehlerquellen liegen beispielsweise in der begrenzten Steifigkeit der Hebel und der Brücken, insbesondere der Hebel des Unterbaues, den Änderungen der Hebelübersetzung durch Schiefzüge der Übertragungselemente bei der Bewegung durch die Belastung, der nicht idealen Anpassung der Lastkurve oder der Last- und der Stützkurve bei Waagen mit gleichmäßiger Tei- ™ lung der Anzeige und in unvermeidbaren Ungenauigkeiten bei der Anpassung der Skalenteilung an den Ausschlagswinkel bei Waagen mit ungleichem Teilstrichabstand.

Die begrenzte Steifigkeit der Hebel führt besonders bei großen Belastungen zu Übersetzungsänderungen, wodurch auf die Neigungsauswägeeinrichtung Kräfte übertragen werden, die nicht genau proportional der Belastung ansteigen. Ist die Neigungswaage mit einer Lastkurve oder mit Stütz- und Lastkurven ausgestattet, so ist man bestrebt, diese so zu gestalten, daß die Skala gleichmäßig geteilt werden kann. Die theoretisch richtige Form der Kurve zur Erzielung einer gleichmäßig geteilten Skala ist für die Serienherstellung außerordentlich kompliziert, so daß bei *| aller Sorgfalt immer noch Restfehler verbleiben. Es wurde deshalb der Weg eingeschlagen, der Lastkurve einen konstanten Krümmungsradius zu geben und die Stützschneide exzentrisch zum Krümmungsmittelpunkt der Lastkurve anzubringen. Durch Abstimmung des Krümmungsradius auf die Größe und Richtung der Exzentrizität kann eine Annäherung an die gewünschte gleichmäßige Anzeige erreicht werden. Zur möglichst guten Anpassung der Anzeige werden im allgemeinen am Pendel einstellbare Gewichte angebracht, mit

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deren Hilfe die Lage des Gesamtschwerpunktes des Pendels verändert werden kann, um die Ausschlagswerte des Pendels zu korrigieren. Trotz bester Abstimmung und größter Sorgfalt beim Justieren lassen sich aber auch bei dieser Anordnung Anzeigefehler nicht vermeiden. Ähnliches gilt für den Fall, daß Stütz- und Lastkurven verwendet werden.

Verzichtet man auf eine gleichmäßig geteilte Skala, so kann durch Berechnungen oder durch empirische Versuche theoretisch eine genaue Skala, bezogen auf die Auswägeeinrichtung ohne die vorge-W schalteten Hebel des Unterbaues, hergestellt werden. Anzeigefehler treten aber für die gesamte Waage trotzdem auf, wobei diese bei den Waagen mit einer Auswägeeinrichtung mit ungleichmäßig geteilter Skala nur schwer korrigierbar sind, weil bei dieser Bauart die Korrekturmöglichkeit durch eine Exzentrizitätsänderung nicht gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Neigungswaage zu schaffen, bei der die Anzeigefehler weitgehend kompensiert werden, wobei es gleichgültig ist, welche Maßnahmen zur Vermeidung von Anzeigefehlern ansonsten getroffen worden sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Pendel eine bewegliche Zu-φ satzmasse angebracht ist, die ihre Lage unter dem Einfluß der

Schwerkraft einstellt und durch feste oder elastische Anschläge .oder durch Federn oder durch Kombinationen dieser Mittel in mindestens einem Teil des Ausschlagbereiches des Pendels an ihrer freien Einstellung gehindert ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zusatzmasse als am Pendel angebrachtes Hilfspendel ausgestaltet, das in einem gewissen Bereich des Pendelausschlags frei schwin-

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gen kann, oberhalb und/oder unterhalb dieses Bereiches jedoch durch am Pendel angebrachte Anschläge festgehalten wird. Dadurch findet in.dem Ausschlagbereich des Hauptpendels, in dem das Zusatzpendel frei schwingen kann, eine Verschiebung des Schwerpunktes des aus Pendel und Hilfspendel bestehenden Gesamtsystems statt, während in den Bereichen, in denen das Hilfspendel an den Anschlägen liegt, keine Schwerpunktsverlagerung des Gesamtsystems stattfindet. Durch die Schwerpunktsverschiebung des Gesamtsystems verändert sich das Drehmoment des Pendels und damit die Anzeige der Waage. Es gelingt durch eine geschickte Wahl des Bereiches, in dem das Hilfspendel frei schwingen kann, die auftretenden Anzeigefehler weitgehend zu kompensieren.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Hilfspendel durch eine Feder mit dem Pendel verbunden. Durch geeignete Wahl der Länge des Hilfspendeis, der Federkonstante und der Befestigungspunkte der Feder kann die Schwerpunktsverlagerung des Gesamtsystems so abgestimmt werden, daß auch hier eine weitgehende Kompensation der Anzeigefehler erreicht wird. Zusätzlich zu der Feder kann auch in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Wirkung des Hilfspendeis durch Anschläge begrenzt werden.

In einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist das Hilfspendel als eine Biege- oder Torsionsfeder ausgestaltet, die unter einem bestimmten Winkel fest mit dem Pendel verbunden ist und an deren freiem Ende eine Masse angebracht ist. Bei einem durch den Anbringungswinkel der Biege- oder Torsionsfeder bestimmten Ausschlag des Pendels hängt die Masse senkrecht unter dem Pendel; bei einem anderen Ausschlag wird die Masse über die Biege- oder Torsionsfeder vom Pendel mitgenommen. Da sich die Biege- oder Torsionsfeder durch die Schwerkraft des Gewichtes verbiegt,

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findet eine Schwerpunktsverlagerung des aus Pendel und Masse bestehenden Gesamtsystems statt. Diese Schwerpunktsverlagerung kann wieder zur Kompensation von Anzeigefehlern herangezogen werden. Auch bei dieser AusfUhrungsform der Erfindung kann die Bewegung der Masse durch Anschläge begrenzt werden.

Eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung besteht darin, daß am Pendel ein am Pendelschaft gleitendes Gewicht angebracht ist, das durch Federn gehalten wird. Das Gewicht nimmt am Pendelschaft eine Stellung ein, bei der die Komponente der Schwerkraft längs des Pendelschaftes und die von den Federn aufgebrachten Kräfte gleich groß sind. Da sich die Schwerkraftkomponente längs des Pendelschaftes mit dem Ausschlag des Pendels ändert, verschiebt sich das Gewicht bei sich änderndem Pendelausschlag. Auch hier findet eine Schwerpunktsverlagerung des Gesamtsystems statt, die zur Kompensation von Anzeigefehlern herangezogen werden kann. Ebenso wie bei den vorherigen, kann auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Bewegungsmöglichkeit des Gewichtes durch Anschläge begrenzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Anschläge, die die bewegliche Masse in ihrer freien Einstellung hindern, elastisch ausgestaltet werden. Dies kann z.B. geschehen, indem die Anschläge als Federn oder Gummipuffer ausgebildet werden.

Die eventuell auftretenden Schwingungen der beweglichen Zusatzmasse können durch Dämpfungseinrichtungen, z.B. Reibungsdämpfung oder Wirbelstrombremsen abgedämpft werden.

Anhand der schematischen Figuren 1-4 wird die erste Ausführungsform der Erfindung als Beispiel erläutert.

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Es zeigen:

Pig. 1 die als Hilfspendel ausgestaltete bewegliche Zusatzmasse, bei der ein Anschlag so angebracht ist, daß das Hilfspendel erst bei großer Belastung vom Anschlag frei kommt;

Pig. 2 das Hilfspendel mit einem Anschlag, das so angebracht ist, daß das Hilfspendel nur bei kleiner Last wirksam werden kannj

Pig. 5 das Hilfspendel, das bei großer und bei kleiner Last in seiner freien Einstellung durch Anschläge behindert ist; und

Pig. 4 eine Dämpfungseinrichtung zur Abdämpfung der Schwingungen des Zusatzpendels.

Pig. 1 zeigt die Auswägeeinrichtung einer- Neigungswaage mit einem Hilfspendel bei unbelasteter (ausgezogen) und belasteter Waage (gestrichelt). Die Neigungswaage besteht aus einer Lastkurve 1, die exzentrisch zu einer Stützschneide 9 angeordnet ist und an deren unterem Ende ein Pendel 2 mit Pendelschäft J, Pendelgewicht 4 und Justiergewichten 10 und 11 angebracht ist. An der Lastkurve 1 ist außerdem ein Stahlband 7 befestigt, an welchem die Lastkraft, dargestellt durch ein Gewicht 8, angreift. An der dem Stahlband gegenüberliegenden Seite der Lastkurve ist ein Zeiger 5 angebracht, der eine Skala 6 überstreicht. Dieser Zeiger 5 steht für eine beliebige Anzeigevorrichtung.

Am Pendelschaft 3 ist ein Hilfspendel 12 angebracht, das durch einen -Anschlag 1J> in ausgelenkter Stellung festgehalten wird. In Ruhe oder bei kleiner Last stützt sich das Hilfspendel 12 auf einen Anschlag 1J5 abj es findet damit keine Verlagerung des Schwerpunktes des gesamten Pendels 2 statt. Erst ab einem gewissen Ausschlag des Pendels 2 kommt das Hilfspendel 12 vom An-

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schlag 13 frei und bleibt in senkrechter Lage hängen. Dadurch wird der Schwerpunkt des gesamten Pendels 2 verlagert und zwar in der Weise, daß das Drehmoment des gesamten Pendels 2 verringert wird. Der Ausschlag des gesamten Pendels 2 und damit des Zeigers 5 wird dadurch größer; diese Anordnung ist also geeignet, einen bei großer Belastung auftretenden negativen Restfehler zu kompensieren.

Fig. 2 stellt den umgekehrten Pail dar. Von der Neigungswaage ist hier nur noch der Schaft 3 des Pendels 2 mit dem Hilfspendel 12 und einem Anschlag 14 dargestellt. Das Hilfspendel 12 kann am Anfang des Ausschlages des Pendels 2 sich frei bewegen, und verlagert bei einem kleinen Ausschlag den Schwerpunkt des gesamten Pendels 2 so, daß das resultierende Drehmoment verringert wird. Ab einem gewissen Ausschlag des Pendels 2 wird das Hilfspendel 12 von Anschlag 14 mitgenommen, so daß keine weitere Schwerpunktsverlagerung des Pendels 2 mehr stattfindet. Diese Anordnung ist geeignet, einen positiven, bei kleinen Ausschlägen auftretenden Restfehler zu kompensieren.

In Fig. 3 wird eine Kombination der Anordnungen aus Fig. 1 und 2 dargestellt. Das Hilfspendel 12 wird bei kleinen Ausschlägen durch den Anschlag 15 und bei großen Ausschlägen durch den Anschlag 16 festgehalten. Es kann seine Wirkung nur in einem begrenzten Ausschlagbereich entfalten.

Fig. 4 zeigt eine der möglichen Dämpfungseinrichtungen zur Abdämpfung der an der beweglichen Zusatzmasse, die hier als Hilfspendel ausgestaltet ist, auftretenden Schwingungen. Am Zusatzpendel 12 ist ein Kupfer- oder Aluminiumblech 17 angebracht, das sich in den Polschuhen eines Dauermagneten 18 bewegt, der

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mit einer Stütze 19 am Schaft J5 des Hauptpendels angebracht ist. Bei einer eventuellen Schwingung des Zusatzpendels 12 bewirkt der in dem Blech 17 induzierte Wirbelstrom eine Dämpfung dieser Schwingung.

Das oben beschriebene Hilfspendel ist nur eine der möglichen Ausgestaltungen der Erfindung. Die anderen Ausgestaltungen der Erfindung sind in gleicher Weise möglich, es ist auch möglich, verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung miteinander zu kombinieren. Z.B. ist es möglich, am Pendel 2 mehrere Zusatzpendel 12 anzubringen, die durch Anschläge in ihrer Wirkung so begrenzt sind, daß eine abschnittsweise Korrektur der Anzeige in Richtung auf eine größere Fehlerfreiheit erfolgt.

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Claims (1)

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   - 8 Patentansprüche

   / 1.J Neigungswaage mit einem oder mehreren Pendeln und einer Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß am Pendel (2) eine bewegliche Zusatzmasse (12) angebracht ist, die ihre Lage unter dem Einfluß der Schwerkraft einstellt und durch feste oder elastische Anschläge

   φ oder durch Federn oder durch Kombinationen

   dieser Mittel in mindestens einem Teil des Ausschlagbereiches des Pendels (2) an ihrer freien Einstellung gehindert ist.

   2. Neigungswaage nach Anspruch 1, dadurch

   gekennzeichnet, daß die bewegliche Zusatzmasse als am Schaft (3) des Pendels (2) angebrachtes Hilfspendel ausgestaltet ist, das durch Anschläge (13> 1^* 15 oder 16) unterhalb einer gewissen Grenze, oberhalb einer gewissen Grenze oder außerhalb eines gewissen Bereiches an seiner freien Einw stellung gehindert ist.

   3· Neigungswaage nach Anspruch 1, dadurch

   gekennzeichnet, daß die bewegliche Zusatzmasse als am Schaft (3) des Pendels (2) angebrachtes Hilfspendel ausgestaltet ist und das freie Ende des Hilfspendeis über eine Feder mit dem Schaft (3) des Hauptpendels verbunden ist.

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   4. Neigungswaage nach Anspruch 2 und ~5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfspendel (12) sowohl durch Anschläge (15 - 16) als auch durch eine Feder an seiner freien Einstellung gehindert ist.

   5· Neigungswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Schaft (3) des Pendels (2) eine Biege- oder Torsionsfeder angebracht ist, an deren freiem. \ Ende eine Masse befestigt ist.

   6. Neigungswaage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Biegeoder Torsionsfeder befestigte Masse zusätzlich durch Anschläge an ihrer freien Einstellung gehindert ist.

   7. Neigungswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Zusatzmasse als Gewicht ausgestaltet ist, das am Schaft (3) des Pendels (2) gleiten kann

   und durch Federn gehalten ist. |

   8. Neigungswaage nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das am Schaft (3) gleitende Gewicht zusätzlich durch Anschläge an seiner freien Einstellung gehindert ist.

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   - 10 -

   9· Neigungswaage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere bewegliche Zusatzmassen so am Pendel (2) angebracht sind, daß sie in ihrer freien Einstellung in jeweils verschiedenen Teilen des Anschlagbereiches des Pendels gehindert sind, wobei die beweglichen Zusatzmassen ^ nach der gleichen oder verschiedenen

   Ausführungsformen der Erfindung ausgestaltet sein können.

   10. Neigungswaage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Zusatzmasse mit einer Dämpfungseinrichtung versehen ist,

   11. Neigungswaage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung als Wirbelstrombremse oder als Reibungsdämpfung ausgestaltet ist.

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   L e e r s e i t e