DE21169C - Neuerungen an Waagen - Google Patents
Neuerungen an WaagenInfo
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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 af 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 at und bf eingetreten;
a, ist bis anl gehoben, b, bis bnl 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 alu
gröfser als auf at, indem ain von der Durchbiegung
mehr Last aufgenommen hat, während der Druck auf bnl geringer ist als auf B1, weil
bf in seiner tieferen Lage von der Durchbiegung
theilweise entlastet worden ist. Welches die Gröfse der Drücke T1n 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 am und bvl 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 anl bis f gelangt ist,
dieser den ganzen Druck T1 -\- K1 aufgenommen
hat, während der Punkt bin, jetzt in au
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 bin bis nach btl.
Der starren Verbindung des Systemes wegen aber folgt der Punkt anl in gleichem Mafse
der Drehung und gelangt nach air Wenn
hierbei nun die Hängestange anl T111 ebenfalls
dieser Bewegung frei folgen könnte, so dafs sie in die Lage au 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 at T1 und b, K1 bei g bezw. k
eine Gelenkverbindung, und zwar in den Entfernungen at g = bf k = dem Radius f c. In
dem Augenblick nun, wo bei der Drehung nach rechts der Punkt at 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 at sich von f nach au
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 au bn 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 br
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 bt 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 an bu, 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 qlt
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 rf 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 bt 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 ht 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)
- Patent-An Sprüche:i. Eine Entlastungsvorrichtung an Brückenwaagen, bei welcher durch Wellen a, Fig. 2 bis 7, Hebel b bf, 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. 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 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
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DENDAT21169D Active DE21169C (de) | Neuerungen an Waagen |
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