DE2114204A1 - Kraftmess- insbesondere Wiegeeinrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DiPL-ING. LUDIWIG · DiPL-PHYS. BUSE · DiPL-PHYS. MENtZEL

33 ICtBpvortt ^MSohwingungeuneapiin«31iohe Anastig·¹*

Firma Maatschapij van Berkel'e Fattnt N.V._tRotterde*/Hall«nd

Kraftmeß- insbesondere Wiegeeinriohtung

Die Erfindung betrifft Kraftmeß- insbesondere Wiegeeinriohtungen mit U-fÖrmigem, ein Gegengewicht, zwei duroh Einklemmen gelagerte Blattfedern und ein starre» Verbindungsstück aufweisendem Element, auf dem der Zeiger montiert ist. Bekannt« Kraftmesee^nriohtungen dieser Art haben den Nachteil, dall der Federzälgentechanismus bei Belastung in eine» Wiegegerät allgemein kein» lineare Skalenteilung ermöglioht«

Ein anderer Nachteil bekannter Konstruktionen dee genannten FederzeigermeohanisBius ist seine Empfindlichkeit für Einflüsse von horizontalen Störsohwingungen auf die Waage, wodurch der Zeiger schwingt und keine deutliohe Skalenablesung mb'glioh ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Konstruktionen ist die Empfindlichkeit für Sohrägsteilung.

Die Erfindung beabsichtigt die obenerwähnten Nachteile zu vermeiden und will

a) eine zur Laatfchalenbelastung proportionale gegenwirkende Kraft erzeug«», so daß in einem gewissen Wiegebereich Gleichgewicht zu realisieren ist,

b) einen auf de* steif gedachten Verbindungsstück montierten Zeiger zwischen zwei Federn lagern.

2Ό 9 8 4 Q / OA 3 4

Die Erfindung erreicht dies im wesentlichen dadurch, daO durch Wahl der Länge des Armes und der flosse dee Gegengewichtes Schwerpunkt und geometrischer Drehpunkt des Federmechanismus de* Zeigers zusammenfallen« Daduroh wird die Skalenteilung linear? dieser steht kein Moment im belasteten Zustand entgegen. Ferner 1st der Einfluß von Störschwin gungen behoben» so daß eine Skalenablesung möglioh ist, und : die Anordnung sohrHgstellungeuneapfindlloh gemacht. Gemäß tine» weiteren Merkmal der Erfindung sind die Enden der Federn soweit auseinandergezogen, daß gerade Linien durch die Einklemmungen sich in der Zeigerspitze sohneiden.

Weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnung für eine Wiegeeinriohtung beschrieben,, dasgleiche gilt für k eine Kraftmeßeinriohtung und zwar zeigen;

Fig. ij 2 und % einen Federmechanismus bekannter Konstruktion,

Fig. 4a, b zwei Ausführungen nach der Erfindung und Fig. 5 - 8 die theoretische Darstellung der Erfindung.

In Figur 1 ist ein Zeiger 1 eines Wiegegerätes auf einem starren Verbindungsstück 2 fest montiert, an dem die Enden der Blattfedern 3 und 4 gegenseitig befestigt sind. Die anderen Enden der Federn sind einerseits mit dem Waagengestell 4 verklemmt und andererseits an einem Arm 6 des Lastschalenträgers 7 befestigt.

Ein Gewichtsunterschied g (m₂ - b.), siehe Fig. 2, infolge ungleicher Massen m. und m₂ wird eine gewisse Kraft K am Arm 6 erzeugen, welche die Deformierung der Federn 3 und verursacht und zu der Verstellung χ des Armes 6 führt.

Es gibt Gleichgewicht, wenn die für die Deformierung benötigte Kraft sioh ausgleioht mit der Kraft K. Die bei dem

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Gleichgewicht auftretende Winkelverdrehung v⁵ des Zeigers wird von der Federdeformierung bestimmt und ist also ein Maß für K, d.h. für die Gewichtsdifferenz g (m - m. ).

Ein Nachteil von bekannten Konstruktionen ist, daß der Schwerpunkt Z und der Drehpunkt H des Federzeigermechanismus nicht zusammenfallen, woduroh bei Winkelverdrehung des Systems ein Moment G.ρ entsteht, welches eine Lineare Skalenteilung negativ beeinflußt. (G ist das Gewioht des Systems und ρ der Arm des Moments).

Ein anderer erheblicher Nachteil von bekannten Konstruktionen ist die Empfindlichkeit für horizontale Störschwingungen, die auf das System einwirken, wodurch Zeiger i derart anfängt zu schwingen, daß die Ablesung des riohtigen Zeigerstandes unmöglich ist (Fig. 3)· Die Einklemmung der Feder 5 am Arm 6 ist hierbei fest gedacht.

/bekannter Konstruktionen Ein dritter Nachteil/ist die Sohrägstellungsempfindlichkeit, die daduroh verursacht wird, daß der Schwerpunkt Z

nicht an der Stelle bleibt oder sioh/vertikal bewegt bei

nicht Drehung des Zeigers um H.

Die beabsichtigte und praktisch realisierte Konstruktion, siehe Fig. 4a oder 4b, schaltet den Einfluß von StÖrsohwingungen ganz aus, macht die Skalenteilung linear und verursacht Schrägstellungsunempfindlichkeit, ohne die Konstruktion komplizierter zu machen.

Der Federzeigermeohanismus wird dazu erweitert mit einem Arm 8, der steif am Verbindungsstück 2 befestigt ist. Am anderen Ende des Armes 8 ist ein Gegengewicht 9 befestigt. Diese Erweiterung der Federzeigerkonstruktion ist bekannt*, jedoch in diesem Falle/ein ganz anderes Resultat beabsichtigt. (US-Patentschrift 2 584 949)

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Der Federzeigermechanismus nach der Erfindung kennzeichnet sich durch die nachstehenden Einzelheiten:

a, Durch eine geeignete Wahl der Länge des Arnes 8 und der Masse des Gegengewichtes 9 wird der Schwerpunkt Z der gesamten. Konstruktion halhwegs der Federhöhe ötifl symmetrisch in Beziehung zu den Federn 3,5 gelagert, d.h. im geometrischen Drehpunkt H der Konstruktion*

b. Die Enden 13 und 15 der Federn 3 und 5 werden soweit auseinander gezogen, daß fiktive gerade Linien duroh die Einklemmungen 13-14 und 15-16 sich in der Zeigerspitze 17 schneiden.

Eine Konsequenz dee Erflndungskennzeiohens a let, daß eine lineare Skalenteilung erzielt wird. Der momentane Drehpunkt H und der Schwerpunkt Z in Figur Q des Federzeigermechanieatus fallen zusammen, so daß in belastetem Zustand kein Moment entsteht, welches einem linearen Zeigerausschlag im Wege stehen würde.

Das Moment ö 3t ρ ».Ο», weil ρ « O.

Das Verhalten der Schwingungen des Federzeigermeohanlsmus naoh der Erfindung infeige der Störschwingungen let vergleichbar alt einest Vlerstangenmechanismus ABCD, siehe Figur 5» ™ wobei die Zeigerspitze 17 der "Pol" der Bewegung von Ana CD ist. Auch die Polkurve der Bewegungen der Beigerspitze 17 ist gezeichnet und hat einen Wendepunkt in E. Bei kleinen Aueschlägen von CD kann der Wendepunkt E als Drehpunkt von Zeiger 1 betrachtet werden.

Eine Konsequenz der Erfindungskennzeichen a und b ist, daß die Konstruktion unempfindlich 1st für Sohrägstellung

. -5t

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siehe Fig. 8.

Eine Schrägstellung von z. B. <*" verdreht die Richtung von G(G» Gewicht der Federzeigerkonstruktion), welches im Schwerpunkt Z angreift über **.

Die horizontale Komponente G_H verdreht den Arm,CD, doch die Zeigerspitze 17. bleibt an der Stelle stehen, Ausserdem verlegt sich der Schwerpunkt der Konstruktion genau vertikal in Beziehung auf die Waage bei nicht zu großen Zeigerausschlägen, was ebenfalls eine erforderliche Bedingung ist.

Die Erfindung hat also die nachstehenden Vorteile erbracht:

a. Das Zusammenfallen des Schwerpunktes mit dem Drehpunkt des Federzeigermechanismus ergibt eine lineare Skalenteilung.

b. Ungeachtet der auf die Konstruktion einwirkenden Störschwingungen wird der Zeigerstand dadurch nicht beeinflußt, und kann der Skalenwert unbehindertcbgelesen werden,

c. Das System ist unempfindlich fttr Schrägstellung, infolge des Zusammenfallens des Schwerpunktes mit dem Drehpunkt der Konstruktion,

Nachstehend folgt der Beweis, weshalb der Federmechanismus als einen Vierstangenmechanismus zu betrachten ist.

Gegebent Eine Konstruktion nach Fig, 6 besteht aus 2 parallel in A und B eingeklemmten Federn, die am anderen Ende durch eine Stange steif miteinander verbunden sind.

Gefragt; Auf welchen Abstand b »uß P angreifen, damit die Stange CD

keine Winkelverdrehung erleidet und die Konstruktion dadurch . als ein VierStangenmechanismus ABCD zu betrachten ist.

Die Störschwindungen haben einen Einfluß, der vergleichbar ist mit einer periodisch angreifenden Kraft im Schwer, punkt.

Vergleiche P in Figur 6.

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Betrachte die Feder in Figur 7a.

Die Belastung der Feder ist gezeichnet in Fig. 7b und besteht aus Moment M = 1/2 P.b und Querkraft 1/2 in D.

Die Deformierung 1st wegen des Überlagerungsprinzips zu teilen la:

2
eine Winkelverdrehung Ip₄ ^1/2 PI> infolge der

2 EI

Querkraft 1/2 P und

eine Winkelverdrehun *f₂ = - ML ^β - 1/2 P.b.L _{infolge des}

EI EI Momentes l/2P.b.

Das Ende der Feder empfindet keine Winkelverdrehung wenn:

* SS - - V₂ oder " ¹Z^{2 pl2} = j/^{2 p}'^b'^L-

2 EI EI

hieraus ergibt sich :

E = Elastizitätsmodulus
I = Trägheitsmoment

Für die gesamte Konstruktion (Fig_t6) gilt dies auch, weil diese' aus zwei identischen Teilen (Fig. 7a) besteht, welche wir aneinander kuppeln können.

Hieraus ergibt sich, dass die Stange CD keine Winkelverdrehung P erleidet.

Die Feder AD und BC sind als Stangen zu betrachten, weil durch die Mitte E und die Enden A und D, und die Mitte F und die Enden B und C, gerade Linien gezogen werden können, was aus der Symmetrie der Konstruktion abzuleiten ist.

Hieraus geht hervor, daß der Federmechanismus als Stangenmechanismus mit Scharniergelenken A, B, C'iunktioniert.

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Zn Flg. 4a 1st das das Gegengewicht 9 und den Arm tragende Verbindungsstück 2 oberhalb des Schwerpunktes Z, das heißt Drehpunktes angeordnet, In Flg. 4b unterhalb dieser zusanaaenf allenden Punkte.

Wie bereits erwähnt zeigen die Figuren lediglich beispielsweise Ausführungen der Erfindung und diese sind darauf nicht beschränkt, vielmehr sind noch andere Ausführungen und Anwendungen bei Kraftraeß-od.dgl. Anzeigevorrichtungen möglich.

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Claims (3)

1. PATENTANWÄLTE

   DiPL-ING. LUDEWIG · DiPL-PHYS. BUSE · DiPL-PHYS. MENTZEL

   - 8 -Ansprüche:

   /Iy Kraftmeß- insbesondere Wiegeeinrichtung mit U-förmigem, ein Gegengewicht, zwei durch Einklemmen gelagerte Blattfedern und ein starres Verbindungsstück aufweisendem Element, auf dem der Zeiger montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl der Länge des Armes (8) und der Masse des Gegengewichtes (9) Drehpunkt (H) und Schwerpunkt (Z) des Federmechanismus des Zeigers (1) zusammenfallen.
2. 2. Kraftmeß - insbesondere Wiegeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Federn (3,5) soweit auseinandergezogen sind, daß gerade Linien durch die Einklemmungen (13,14)15,16) sich in der Spitze (17) des Zeigers schneiden.
3. 3. Kraftmeß- insbesondere Wiegeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Arm (8) des Gegengewichtes (9) tragende Verbindungsstück (2) ober-oder

   unterhalb des Schwerpunktes (Z) angeordnet ist.

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