DE21169C - Neuerungen an Waagen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAM

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42: Instrumente.

H. BOCKHACKER in BERLIN. Neuerungen an Waagen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 30. October 1881 ab.

Fig. ι bis 9 der beiliegenden Zeichnungen stellen zunächst eine neue Entlastungsvornchtung an Brückenwaagen dar, und mag zur Erläuterung des Princips, auf welchem dieselbe beruht, folgende Betrachtung dienen.

Als bekannt vorausgesetzt wird, dafs bei Brückenwaagen mit Entlastungsvorrichtung während des Wagens zwischen den Eckkegeln und den Brückenlagern über denselben, und im Ruhezustande der Waage zwischen den mittleren Schneiden der Triangel und den Pfannenlagern über denselben ein geringer, freier Spielraum sein soll. Die Entlastungsvorrichtung hat den Zweck, die Waage aus dem einen Zustand in den anderen überzufüftren. Mit allen bis jetzt bekannten derartigen Vorrichtungen für eine totale Entlastung der Waage ist die Nothwendigkeit verbunden, die Brücke mit darauf ruhender Last entweder zu heben oder zu senken. Hieraus resultirt natürlich bei grofsen Waagen ein bedeutender Kraftaufwand zur Handhabung der Entlastungsvorrichtung, sei es nun, dafs sich dieser in dem directen Anheben oder Senken der belasteten Brücke oder darin äufsert, dafs eine Anzahl schwerer Gewichtsstücke von der Gewichtsschale ab- und aufzuheben sind, wie bei der bekannten Keilentlastung. Ein Heben oder Senken der Brücke ist aber (allein schon wegen der damit verbundenen Niveaudifferenz gegen das äufsere Terrain) weder erwünscht, noch, wie das · Folgende zeigen wird, erforderlich. Der Stützwechsel läfst sich ermöglichen, ohne die Höhenlage der Brücke zu verändern, gewissermafsen durch Verschiebung der Stützen. Hierzu ist eine zwangläufige Verbindung der auf entsprechende Weise zu bewegenden beiden Lagern in den Ecken der Waage, der Kegellager sowohl als auch der Triangellager, erforderlich. Fände keine Durchbiegung der Brücke, Hebel etc. statt, so hätte man einfach eine Verbindung herzustellen, welche (aus dem Ruhezustand der Waage heraus) zuerst die Triangellager in den vier Ecken anhebt, bis die mittleren Schneiden der Triangel die darüber liegenden Pfannenlager der Brücke berühren, und dann die Kegel zu senken. Während der letzten Bewegung müfsten die Triangellager abgestützt und in Ruhe bleiben.. Beim Entlasten hätte das Umgekehrte stattzufinden. Mit einer solchen Vorrichtung wäre immerhin schon Wesentliches gewonnen gegen diejenigen Einrichtungen, welche die belastete Brücke auch diese freien Wege der Kegel oder Pfannen hindurch heben oder senken lassen. Die Durchbiegung der Constructionstheile aber verhindert, auf solche einfache Weise ohne gröfseren Kraftaufwand den Stützwechsel vorzunehmen. Es ist aber auch diese Durchbiegung noch vollständig zu äquilibriren und der Stützwechsel einfach auf die Reibung der bewegenden Theile zu reduciren, welche bei allen in der Praxis vorkommenden Waagen durch Umlegen eines Handhebels ohne wesentliche Druckäufserung noch bequem zu bewältigen ist,

In Fig. ι sei nun Ca₁O₁ ein starres System von Punkten, in verticaler Ebene um c als Mittelpunkt drehbar. An dem Punkt a_f sei mittelst Bolzens und Scharnieres eine Last T₁, am Punkt b, eine Last K₀ freischwebend aufgehängt. Die Hebelarme Ci₁Z und ^₁Z seien einander gleich. Nun denke man sich, die be.'

lastete Brücke einer Waage liege gleichmäfsig auf den vier Eckkegeln und den vier Triangelschneiden auf und die ganze Last sei auf diese acht Punkte gleichmäfsig vertheilt. Da sich an jeder der vier Ecken dasselbe wiederholt, betrachten wir nur eine Ecke bezw. ein Kegellager und das entsprechende Triangellager. Die Last T₁ repräsentire nun den Druck der Brücke auf eine Triangelschneide und die Last K₁ den Druck derselben auf einen Eckkegel. Da in der angenommenen Lage T₁ = K₁ ist, so herrscht in Bezug auf Drehung um c in dem System Gleichgewicht. Denkt man sich nun aber das System nach rechts gedreht, so wird der Hebelarm von T₁ kürzer, und zwar = β,,,ΐ; derjenige von K₁ wird länger, = ί,,,ΐ. Gleichzeitig ist aber auch eine Veränderung in der absoluten Höhenlage der Punkte a_t und b_f eingetreten; a, ist bis a_nl gehoben, b, bis b_nl gesenkt worden. Hieraus folgt nun, dafs in dieser Lage eine gleichmäfsige Druckverteilung der belasteten Brücke auf diese Punkte nicht mehr stattfindet, T₁₁₁ ist nicht mehr gleich K₁₁₁, und wie man leicht sieht, ist der Druck auf a_lu gröfser als auf a_t, indem a_in von der Durchbiegung mehr Last aufgenommen hat, während der Druck auf b_nl geringer ist als auf B₁, weil b_f in seiner tieferen Lage von der Durchbiegung theilweise entlastet worden ist. Welches die Gröfse der Drücke T_1n und K₁₁₁ (deren algebraische Summe natürlich = T₁ + K₁ geblieben ist) nunmehr ist, läfst sich leicht aus dem bekannten Festigkeitsgesetz finden, das innerhalb der Elasticitätsgrenze, die ja vor allem bei einer Waage in allen ihren Theilen bei weitem nicht erreicht, geschweige denn überschritten werden darf, die Drücke proportional den Durchbiegungen sind. Die Drücke in a_m und b_vl sind also proportional ihrer Höhendifferenz, welche aus der Figur zu entnehmen oder sonst leicht zu berechnen ist. Hieraus und aus der bekannten Summe beider läfst sich der Werth von T₁₁₁ und K₁₁₁ finden. Es sind nun die Verhältnisse so gewählt, dafs die Drehungsmomente auf beiden Seiten der Verticalen während der Verschiebung fast vollständig einander gleich bleiben, dafs links also dem zunehmenden Druck der abnehmende Hebelarm, rechts dem abnehmenden Druck der zunehmende Hebelarm entspricht. Die Pfeilhöhe f ο stelle die ganze Durchbiegung dar, so dafs, wenn der Punkt a_nl bis f gelangt ist, dieser den ganzen Druck T₁ -\- K₁ aufgenommen hat, während der Punkt b_in, jetzt in a_u stehend, vollständig entlastet ist. In diesem Augenblick also ruht die ganze Last der Brücke auf der Triangelpfanne und der Kegel ist eben entlastet. Letzterer berührt aber noch die Brücke, und zum freien Spielen der Waage ist noch ein ' gewisser Spielraum zwischen demselben und der Brücke erforderlich, welches durch die Pfeilhöhe op dargestellt werden möge. Dieses freie Spiel wird erreicht durch Weiterbewegung des Punktes b_in bis nach b_tl. Der starren Verbindung des Systemes wegen aber folgt der Punkt a_nl in gleichem Mafse der Drehung und gelangt nach a_ir Wenn hierbei nun die Hängestange a_nl T₁₁₁ ebenfalls dieser Bewegung frei folgen könnte, so dafs sie in die Lage a_u T₁₁ gelangte, so würde damit wiederum ein Senken der betreffenden Triangelschneide mit darauf ruhender vollen Brückenlast stattfinden und damit ein rechts drehendes Moment entstehen. Um dieses zu vermeiden, erhalten bei der praktischen Ausführung die Hängestangen a_t T₁ und b, K₁ bei g bezw. k eine Gelenkverbindung, und zwar in den Entfernungen a_t g = b_f k = dem Radius f c. In dem Augenblick nun, wo bei der Drehung nach rechts der Punkt a_t in f, also in seiner höchsten Lage angekommen ist, legt sich das Gelenk g derart gegen einen Knaggen an, dafs der Mittelpunkt desselben mit c zusammenfällt und, in dieser Lage, während a_t sich von f nach a_u weiterbewegt, verharrt. Die Last T₁ -\- K₁ bleibt also in ihrer Höhenlage, und es ist zur Weiterbewegung nur die Reibung in dem Gelenk zu überwinden.

In der Lage c a_u b_n ist die Waage also zum Wägen eingestellt. Zur Entlastung wird das System in die Lage cab nach links gedreht, wobei die umgekehrten Verhältnisse stattfinden wie vorhin.

Von den vielen praktischen Beispielen, welche auf Grund des oben erläuterten Princips ausgeführt werden können, ist in den Fig. 2 bis 7 eines dargestellt.

Das drehbare System der Fig. 1 ist dabei nach der Mitte der Waage in die Nähe des Transmissionshebellagerbockes verlegt, und zwar aus dem Grunde, wSil man es hier nicht, wie in den Ecken, mit bedeutenden Drucken auf kurzen Wegen, sondern, wie es für die praktische Ausführung geeigneter ist, mit geringeren Drucken auf längeren AVegen zu thun hat.

In Fig. 2 und 3 sind, wie man sieht, je zwei und zwei Kegel auf einer horizontalen Welle a gelagert, deren Enden, auf welche sich die etwas abgeschrägten Kegel aufstützen, hebedaumenartig ausgearbeitet sind. Diese Wellen tragen in der Mitte die einarmigen Hebel b b_r Kegel und Welle sind durch kleine, eingelassene Schienen zwangläufig verbunden. Von den Endpunkten dieser Hebel gehen zwei horizontale Stangen c C₁ nach einer Muffe d, die fest auf der horizontalen Welle e gelagert ist. Diese kann durch den Handhebel f um einen entsprechenden Ausschlag gedreht werden. Das andere Ende der Welle trägt eine zweite Muffe g, in welcher mit Bolzen und Hängeschiene das Transmissionshebellager h aufgehängt ist. Letzteres hat eine Schlittenführung

in verticaler Richtung in dem Lagerbock i, welcher gleichzeitig der Welle e eine zweite Lagerstelle bietet.

Die Fig. 5 bis 7 . zeigen diese Muffen nebst Lagerbock in vergröfsertem Mafsstabe. Als Mitte des oben besprochenen drehbaren Systemes stellt sich hier der Mittelpunkt k der Welle e dar. Der Mittelpunkt des Scharnierbolzens / bedeutet in Fig. 1 den Aufhängepunkt α desselben, mit dem Unterschied, dafs hier nicht der volle Druck auf die Triangelschneide, sondern, da zehntheilige Hebel vorausgesetzt werden, der auf das Endprisma des Transmissionshebels entsprechend reducirte Druck wirkt. In gleichem Mafse ist der Druck auf die Eckkegel durch die Hebel b b_t reducirt. Auch treten jetzt an Stelle des einen Aufhängepunktes b, Fig. i, solcher zwei auf, nämlich m und n, welche diametral einander gegenüberliegen und von denen jeder die Hälfte des reducirten Brückendruckes aufnimmt. Da aufserdem die Druckrichtung in diesen Punkten nicht, wie dies bei dem Punkt / nahezu der Fall geblieben, eine verticale ist, sondern eine horizontale, entsprechend der Richtung der Stangen c C₁, so ist der Angriffspunkt b, Fig. 1, in den Fig. 2 bis 7 nicht nur in zwei diametral gegenüberliegende Angriffspunkte getheilt zu denken, sondern es mufs jeder dieser Punkte auch noch um 90° gedreht werden, wie gezeichnet.

An dem Bolzen /, Fig. 5 bis 7, hängt nun also das Transmissionshebellager, an m die Stange c, an η die Stange C₁, welche nach den Kegeln führen.

Fig. 5 entspricht der Lage c α b, Fig. 1. Die Kegel sind hoch, die Triangel tief gestellt, die Waage ist entlastet.

Fig. 7 entspricht der Lage c a_n b_u, Fig. 1. Die Kegel sind tief, die Triangel hoch gestellt, die Waage ist im Wägezustand.

Die Gelenke ο und p, Fig. 7, der Stangen C₁ und c (welche dem Gelenk k, Fig. 1, entsprechen), fallen in Fig. 5 mit dem Mittelpunkt k der Welle e zusammen, da die Knaggen q q_lt welche den Innenflächen der Muffe d angegossen sind, den beweglichen Theilen ο η und / m, Fig. 7, in der Lage Fig. 5 eine Anlage zur Verhinderung der Rückwärtsbewegung bieten, wie oben bei Fig. 1 ausgeführt. Die in Fig. 5 bis 7 schraffirten Flächen r r_f sind die durchschnitten gedachten Verbindungstheile der beiden Muffenhälften.

In der Muffe g ist ein ebensolcher Knaggen eingegossen, welcher dem beweglichen Theil si, Fig. 5, der Hängeschiene des Transmissionshebellagers eine Anlage bietet, derart, dafs der Mittelpunkt ί des betreffenden Gelenkes in der Lage Fig. 7 ebenfalls mit k zusammenfällt. Der Deutlichkeit wegen ist dieser Knaggen nicht gezeichnet.

⁴ Bei der praktischen Ausführung ist noch zu beobachten, dafs das Gelenk ο einen oberen Anschlag zur Vermeidung der Durchbiegung der Stange C₁ in demselben haben mufs. Bei dem Gelenk / ist dies nicht erforderlich, da demselben durch die Querverbindung r, eine Anlage geboten ist.

Der Gang der Entlastung aus dem Wägezustand der Waage ist also folgender: Durch Umlegen des Handhebels f werden zunächst die Kegel den leeren Weg gehoben, bis sie die Brücke berühren; dann findet der eigentliche Stützwechsel statt, und zuletzt wird das Hebelsystem auf dem leeren Wege gesenkt, welcher zur Erreichung eines gewissen Spielraumes zwischen Triangelschneiden und Brücke erforderlich ist.

Die Bewegungstheile der Kegel bieten hierbei keinen grofsen Widerstand, wohl aber hat das leere Hebelsystem bei grofsen Waagen an und für sich noch ein ziemliches Eigengewicht. Dieses könnte allerdings durch ein Gegengewicht leicht abbalancirt werden. Einfacher wird dies auf folgende Weise erreicht.

Es ist oben gesagt worden, dafs in der Lage cab, Fig. 1, das Zwischengelenk k der Hängestange b_t K₁ mit c zusammenfiele. Bei der praktischen Ausführung ist dies genau nicht der Fall. Die betreffenden Knaggen in der Muffe d, Fig. 5 bis 7, sind so angeordnet, dafs der Anschlag der beweglichen Theile ο η und p m der Stangen C₁ und c, Fig. 7, schon etwas früher erfolgt, als der Mittelpunkt k erreicht wird. In Fig. 1 würde sich dies so darstellen, dafs der Gelenkpunkt k auf dem letzten. Drehungswege von f nach b nicht mit c zusammenfällt, sondern in einem Punkt C₁ stehen bleibt. Dadurch bleibt die Last K während der Senkung des leeren Hebelsystemes an einem kleinen Hebelarm C₁ c, Fig. 1, wirkend, welcher so bemessen wird, dafs dadurch das Eigengewicht des Hebelsystemes im wesentlichen ausgeglichen wird.

Es sei nun die Kraft zu berechnen, welche nach Aequilibrirung aller während der Verschiebung des Systemes wirksamen Drücke zur Bewältigung der noch bleibenden Reibung der Constructionstheile in sich aufzuwenden ist, und zwar beispielsweise bei einer Waage in der Tragfähigkeit von 42 000 kg. Das Eigengewicht der Brücke stellt sich auf ca. 3 000 kg. Da sowohl die Triangel als die Hebel b b,, wie vorausgesetzt, im Verhältnifs von 1:10 getheilt sind, so kommt in beiden Zugstangen c C₁ oder in der Hängeschiene des Transmissionshebellagers ein Druck von annähernd

42 000 -f- 3 000

4500 kg

zur Wirkung. Dieser wird vermehrt um das Eigengewicht der Hebel, welches sich auf circa

kg stellt, so dafs sich im Ganzen ein Druck von 4 500 -f- 300 = 4 800 kg ergiebt. Diesen Druck hat die Welle e auszuhalten, und ist bei Drehung derselben die demselben entsprechende Reibung zu überwinden. Nehmen wir den Reibungscoefficienten für Zapfenreibung auf 0,1 und den Zapfendurchmesser der Welle e auf 50 mm an, so ist bei dem gezeichneten Ausschlag des Hebels f der Weg der Reibung im Zapfen der Welle = 30 mm, die Arbeit

j ., , , . , 4800 X 30

derselben also gleich =14400.

10

Der Bogen, welchen die bewegende Hand am Hebel / zurücklegt, ist = 1 440 mm, so dafs der zur Entlastung erforderliche Druck auf die

14 400

Hand sich auf = 10 kg stellt.

1440

Diejenige Curve, welcher (s. Fig. 1) eine vollständige Gleichheit der Drehungsmomente auf beiden Seiten der Verticalen entspricht, ist keine Kreislinie. Da jedoch in der Praxis die Durchbiegung nicht über 2 mm zu sein pflegt, so resultiren daraus derart kurze Wege, auf denen das System innerhalb der Entlastungszone zu verschieben ist, dafs ein Kreisbogen vollkommen genügt. Die Ausführung einer solchen, absolut genauen Entlastungsvorrichtung auf Grund obigen Princips, sowie die Anwendung dieses Stützwechselsystemes auf andere mechanische Constructionen als Brückenwaagen bleibt vorbehalten.

Bei kleineren Brückenwaagen, wo zur leichten Entlastung eine theilweise Druckausgleichung genügt, kann die zwangläufige Verbindung auch auf praktische Weise direct an die Ecken der Waage verlegt werden. Hiervon geben Fig. 11 bis 13 ein Beispiel, auf welchem der Deutlichkeit wegen nur eine Ecklagerstelle gezeichnet ist. α ist der Eckkegel, Die Hauptlager der Triangel sind hier in die Verbindungslinie A-JB je zweier der Kegel gelegt, wodurch die oberen Pfannenlager unter den Querwänden der Brücke anzubringen sind, anstatt, wie in der Regel, unter den Hauptträgern derselben. Die Kegel a und Triangellager b sind zu je zweien auf zwei Wellen /, eine an jedem Ende der Waage, gelagert, und zwar auf excentrischen, der Welle eingedrehten Lagerstellen c und e. Eine dritte excentrische Lagerstelle d an jedem Ende der Welle dient der letzteren als Auflager, Fig. 11 und 13. In Fig. 14 ist c der Hauptmittelpunkt der Welle, 1 der Mittelpunkt der Wellenlagerstelle, 2 der Mittelpunkt des Kegelexcenters, 3 derjenige des Pfannenexcenters der Triangel. Die Wellen tragen Hebel g, welche durch Zugstangen h h_t mit einem Doppelhebel k, Fig. 12, in Verbindung stehen, welcher wiederum auf einer horizontalen Welle / gelagert ist, die an ihrem anderen Ende den Handhebel zur Drehung derselben trägt. In der gezeichneten Lage ist die Waage also entlastet. Durch Umlegen des Handhebels hebt nun zunächst das Excenter 3, Fig. 14, das Triangellager hoch, ohne dafs sich zunächst der Kegel wesentlich senkt; dann findet der Stützwechsel statt und am Ende der Drehung ist die Waage zum Wägen eingestellt

Die in Fig. 15 und 16 dargestellte Entlastungsvorrichtung an Waagen ist eine Vervollkommnung der in Fig. 11 bis 13 dargestellten Vorrichtung. Die dort in festen Lagern drehbare Welle c, Fig. 15 und 16, ruht auf Stahlprismen d von quadratischem Querschnitt, welche ihrerseits in Stahlpfannen gelagert sind, α ist der Stützkegel der Brücke, b das Pfannenlager der Triangelhebel. Die Welle c trägt ebenso wie die correspondirende auf der anderen Seite der Waage in der Mitte einen einarmigen Hebel e mit Stange /. Die Bewegung erfolgt in gleicher Weise, wie in Fig. 11 bis 13 dargestellt. Anders jedoch ist es bezüglich der relativen Bewegung des Stützkegels α und des Pfannenlagers b, während der Hebel e aus der Lage c g in die Lage c h umgelegt wird. Die unteren Flächen von α und b sind nämlich in einer solchen Weise abgeschrägt, dafs während der genannten Bewegung zunächst nur ein Anheben des Triangellagers bis zur Berührung der Brücke stattfindet. Während dieser Zeit wälzt sich die Welle c an der Unterfläche von α einfach ab, ohne eine Aenderung der absoluten Höhenlage von α im Gefolge zu haben. In der nächsten Bewegungsperiode findet der Stützwechsel statt, indem sich der Druck der belasteten Brücke allmälig und ohne wesentliche rechts- oder linksdrehende Momente hervorzurufen, von dem Kegel α auf das Pfannenlager b übersetzt. In der letzten Bewegungsperiode wälzt sich dann die Welle c an der Unterfläche von b ab, ohne Höhenänderung dieses Lagers, während sich α senkt.

Das Umgekehrte findet statt, wenn die Welle aus der Lage c h in die Lage c g- zurückgedreht wird.

Diese Construction ist für alle in der Praxis vorkommenden Waagen anwendbar, da, wie bemerkt, während des Stützwechsels nur die Reibung der Bewegungstheile zu überwinden ist.

Claims (3)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Eine Entlastungsvorrichtung an Brückenwaagen, bei welcher durch Wellen a, Fig. 2 bis 7, Hebel b b_f, Zugstangen c und C₁, Muffen d und g, Hängeschiene / h, Welle e und Handhebel f beim Entlasten in stetiger Aufeinanderfolge zunächst ein Anheben der Lastlagertheile (Eckkegelstützen), dann eine allmälige Druckübertragung von dem Hebellager auf die Lastlagertheile, und endlich ein Senken des Hebellagers (Transmissions-

   hebellagers) erreicht wird, wobei die erwähnte Druckübertragung in der Weise stattfindet, dafs während derselben nicht der directe Druck selbst, sondern nur die demselben entsprechende Reibung zu überwinden ist, im wesentlichen wie gezeichnet und beschrieben.
2. 2. Eine Entlastungsvorrichtung an Brückenwaagen, Fig. ii, bei welcher durch Wellen /, Hebel g, Stangen h und Zt₁, Doppelhebel k, Transmissionswelle / beim Entlasten in stetiger Aufeinanderfolge zunächst ein Anheben der Lastlagertheile (Eckkegelstützen «,), dann eine allmälige Drückübertragung von dem Hebellager auf die Lastlagertheile, und endlich ein Senken des Hebellagers (Triangellagers It₁) erreicht wird, wobei die erwähnte Druckübertragung in der Weise stattfindet, dafs während derselben eine theilweise Aufhebung der auf die Wellen / rechts- und linksdrehenden Momente stattfindet, im wesentlichen wie gezeichnet und beschrieben.
   3. Eine Entlastungsvorrichtung an Brückenwaagen, bei welcher durch Wellen c, Fig. 15 und 16, Prismen d, Hebel e, Zugstangen f beim Entlasten in stetiger Aufeinanderfolge zunächst ein Anheben der Lastlagertheile (Eckkegelstützen «,), dann eine allmälige Druckübertragung von den Hebellagern auf die Lastlagertheile, und endlich ein Senken der Hebellager (Triangellager #,) erreicht wird, wobei die erwähnte Druckübertragung in der Weise stattfindet, dafs während derselben nicht der directe Druck selbst, sondern nur die demselben entsprechende Reibung zu überwinden ist, im wesentlichen wie gezeichnet und beschrieben.

   Hierzu
3. 3 Blatt Zeichnungen.