DE2531746A1

DE2531746A1 - Massen- und kraftmessgeraet

Info

Publication number: DE2531746A1
Application number: DE19752531746
Authority: DE
Inventors: Armin Wirth
Original assignee: Wirth Gallo and Co
Current assignee: Wirth Gallo and Co
Priority date: 1975-03-19
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1976-09-23
Also published as: FR2304909B3; NL7508842A; FR2304909A1; IT1063927B; CH590465A5; CA1060053A; AT349777B; US3993151A; BE839071A; ATA550775A

Description

Vertreter: Stuttgart, den 14. Juli I975

Patentanwalt P 24-52 /22

L>ipl. -Ing. Max Bunke _o r ο «ι η ι c

ϊ Stuttgart 1 Z 0 0 I / 4 0

Lessingstr. 9

Anmelder:

WIR't'H, GALLO & CO . ZUrich

Massen- und Kraftmessgerät

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Massen- und Kraftmescgerät mit einem Gestell, einem Lastträger, Lenkern zur Paralellführung des Lastträgers und einem Messystem.

Solche Massen- und Kraftmessgeräte sind bekannt. So z.B. das Gerät gemäss USA Patent Nr. 3.423.999, welches mittels schwingender Saiten den Messwert ermittelt. Das Messystem kann aber auch z.B. gemäss USA Patent Nr. 2.79 3.8 51 aus beispielsweise vier Kraftmesszellen bestehen, auf welche sich der Lastträger unmittelbar, oder gemäss USA Patent 2.652.241, auf hydraulische Kraftmesszellen, mittelbar abstützt. Der Lastträger kann sich aber auch auf ein Hebelsystem abstützen an welchem eine einzige Kraftmesszelle beliebiger Art oder eine handbetätigte Wägeeinrichtung angeschlossen ist. Die schweizerische Patentschrift 251.434 zeigt einen solchen Lastträger, welcher ausserdem durch horizontale Lenker geführt ist.

Werden solche Geräte z.B. als Massenmessgeräte, d.h. als Waagen verwendet, so ist es nicht nur wünschenswert, sondern öfters auch notwendig» z.B. bei fahrbaren oder zu häufigem Platzwechsel bestimmten Waagen, auch bei Schiefstellung richtig messen zu können, ohne dass jedesmal Einstellmittel zur horizontalen Aufstellung betätigt werden müssen. Eichgesetzlich ist, wenn besondere Kontroll- oder Einstellmittel bezüglich Schiefstellung fehlen, vorgeschrieben,

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dass solche Waagen auch bei Schiefstellung bis 5 % richtig anzeigen.

Bei Waagen stützt sich der Lastträger meistens auf Stützorgane ab, welche bei eben aufgestellter Waage nur senkrechte Kräfte
auf das Messystem übertragen. Bei Schiefstellung wird die zu
messende Kraft, z.B. das Gewicht der zu ermittelnden Masse, in zwei Komponenten zerlegt: eine auf das Messystem übertragene, im wesentlichen senkrechte Hauptkomponente und eine hierzu orthogonale, d.h. im wesentlichen horizontale Komponente. Ferner
können solche horizontale Kräfte bei Normalstellung auch aus
anderen Gründen auftreten. Wird z.B. ein Fahrzeug mit Gummibereifung auf den Lastträger gefahren, so entstehen beim Bremsen erhebliche horizontale Bremskräfte, z.B. bis zur Grössenordnung der zu messenden Kraft.

Diese horizontalen Kräfte oder Kraftkomponenten werden mittels besonderer Organe auf das Gestell übertragen. Diese Organe
dürfen bei Schiefstellung und natürlich auch im Normalfall die Messung nicht beeinflussen. Sie dürfen also z.B. auch keine
Reibung zwischen Gestell und Lastträger verursachen. Ferner
müssen sie auch in wirtschaftlicher Hinsicht mit dem Gesamtpreis der Anlage in einem vernünftigen Verhältnis stehen.

Es ist, wie oben erwähnt, bereits bekannt, zwischen dem Lastträger und dem Gestell horizontale, in verschiedenen Richtungen
angeordnete Lenker vorzusehen. Wegen thermischer Dehnungsunterschiede, Dimensionsänderungen de,s Lastträgers unter Belastung, Montageuhgenauigkeit etc. ist es notwendig, solche Lenker derart anzubringen, dass der Lastträger gegenüber dem Gestell etwas
Spiel aufweist.

Da bei Spiel des Lastträgers und bei horizontal aufgestellten
Waagen die Lenker beim Wägevorgang unbelastet sind, werden an die Qualität der Gelenke und die Ausrichtung der Lenker in die

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Horizontalebene keine grossen Anforderungen gestellt. Ohne Spiel hingegen könnten auch bei präziser Montage und reibungsannen Gelenken, infolge unbestimmbar grosser Kräfte, störende Messfehler auftreten.

Spiel hat andererseits unangenehme Folgen. Der Lastträger braucht Zeit um innerhalb des Spieles zur für die Messung notwendigen Ruhe zu kommen, was rasches Wägen stören kann. Bei plötzlich auftretenden Bremskräften kann ausserdem der ganze Lastträger beschleunigt und mit grosser Kraft gegen das Gestell gestossen werden. Dabei können in den Lenkern Kräfte auftreten, welche grosser sind als die Bremskräfte selbst.

Aufgabe der Erfindung war die Schaffung eines wirtschaftlich herstellbaren Massen- und Kraftmessgerätes der genannten Gattung, welches auch bei Schiefstellung richtig anzeigt, bei welchem der Lastträger in Wägestellung gegenüber dem Gestell spielarm oder spielfrei senkrecht geführt ist, auf welchen Lastträger ausserdem, ohne Beschädigung, grosse horizontale Kräfte oder Stösse einwirken dürfen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass bei Vorhandensein von äusseren auf den Lastträger in zur Führungsrichtung orthogonaler Richtung wirkenden Kräften die elastische Nachgiebigkeit mindestens eines der Lenker bei einem vorbestimmten Wert dieser Kräfte sprunghaft zunimmt und dass die entsprechende Bewegung des Lastträgers in dieser zur Führungsrichtung orthogonalen Richtung durch mindestens einen Anschlag zwischen Gestell und Lastträger begrenzt ist.

Zweckmässig wird dieser vorbestimmte Wert gleich einem gegebenen Bruchteil, z.B. 1/20 bis 1/10 der Maximallast gewählt. Dies hat zur Folge, dass die auf die Lenker wirkenden Kräfte nie grosser sein können als die vorgenannten Werte. Dementsprechend können die Gelenke leicht, damit auch reibungsarm gebaut und

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somit wirtschaftlich hergestellt werden.

Ausserdem kann, wie früher üblich, der Lastträger gegenüber dem Gestell Spiel aufweisen. Er kann aber auch spielfrei, beziehungsweise mit Vorspannung eingebaut werden, wobei die verhältnismässig geringen horizontalen Kräfte das Messergebnis nicht beeinträchtigen.

In beiden Fällen, mit Spiel oder spielfrei, kann auch bei Schiefstellung der Waage richtig gewogen werden.

In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

Es	zeigen :
Fig	. 1
Fig	. 2
Fi-g	. 3,4
Fig	. 5
Fig	. 6
Fig	. 7
Fig	. 8-10
Fig	. 11
Fig	. 12
Fig	. 13-16

in vertikalem Schnitt ein Messgerät mit einer einzigen Kraftmesszelle, in vertikalem Schnitt ein Messgerät mit vier Kraftmesszellen, in vereinfachtem Grundriss und vertikalem Schnitt ein Gerät mit drei Lenkerpaaren, ein Kraft-Weg-Diagram, eine Variante zu Fig. 3, eine Variante zu Fig. 4,

je eine Variante der Ausführung eines Lenkers, eine weitere Ausführung eines Lenkers, die Befestigung dieses Lenkers am Lastträger, verschiedene vom Lenker nach Fig. 11 eingenommene Lagen, und Fig. 17 ein am Gestell angebrachtes, nachgiebiges Organ.

Das in Fig. 1 schematisch in vertikalem Schnitt dargestellte Messgerät wird als Massenmessgerät, also als Waage, verwendet. Es weist ein Gestell 1 und einen Lastträger 2 auf. Letzterer stützt sich unter Zwischenschaltung von Stützorganen 3 auf ein

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S"

schematisch dargestelltes Hebelwerk U bekannter Bauart. Der Lasthebel 5 dieses Hebelwerkes Ί wirkt über ein Stützorgan 6 auf eine einzige Kraftmesszelle 7 ein. Die Stützorgane 3 und 6 sind in bekannter Weise derart ausgebildet, dass sie nur im wesentlichen senkrechte Kräfte übertragen. Nicht dargestellt ist die Anzeigevorrichtung. Die Stützorgane 3 und das Hebelwerk 4 bilden die Organe zur horizontalen Paralellführung des Lastträgers 2. Die Lenker 8 sind Führungsorgane, welche eine horizontale Bewegung des Lastträgers 2 verhindern, beziehungsweise diesen senkrecht führen. Diese Lenker 8 sind zwischen dem Lastträger 2 und dem Gestell 1 angeordnet. Schliesslich sind am Gestell 1 und am Lastträger 2 paarweise zusammenwirkende Anschläge 9 bzw. 10 vorgesehen.

In Fig. 2 ist ebenfalls eine Waage in vereinfachter Darstellung gezeigt. Anstelle des Hebelwerkes 4 und der einzigen Kraftmesszelle 7 weist sie vier Kraftmesszellen 7 auf, auf welche sich der Lastträger 2 unter Zwischenschaltung von Stützorganen 3 stützt.

In Fig. 3 und 4 ist eine Waage gezeigt, bei welcher, der Einfachheit halber, nur das Gestell 1 und der Lastträger 2 dargestellt sind. Stützorgane, Hebelwerk und Kraftmesszelle sind weggelassen worden. Das Gestell 1 weist drei Nocken 11 und der Lastträger 2, auf seiner unteren Seite, vier Nocken 12 auf. Diese Nocken 11, sind mit Vertiefungen zur Aufnahme von sechs Stäben 13 versehen. Diese sechs Stäbe 13 sind derart angeordnet (Fig. 3), dass sie die Lage des Lastträgers 2 in seiner horizontalen Ebene bestimmen. Sie sind mit geringem Spiel in den Vertiefungen der Nocken 11, eingesetzt.

Wirddie beschriebene Waage z.B. zum Wägen von Fahrzeugen verwendet, so entstehen beim Bremsen des aufgefahrenen Fahrzeuges horizontale Kräfte. Bleiben diese Kräfte unterhalb eines gegebenen Wertes, so werden diese über den Lenkern 8 auf das Gestell 1 übertragen.

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Uebersteigen diese Kräfte einen von der . wählten Bauart angepassten, vorbestimmten Wert, so nimmt di< elastische Nachgiebigkeit der Lenker 8 sprunghaft zu und der Lastträger bewegt sich in horizontaler Richtung, bis diese Bewegung von den Anschlagspaaren 9, 10 begrenzt wird. Die besondere, diese Wirkung erlaubende Ausbildung der Lenker 8 oder deren Widerlager wird nachstehend näher beschrieben. Falls die in Betracht gezogene Anwendung derart ist, dass solche horizontale Kräfte nur in einer einzigen Richtung auftreten können, so genügt es, nur einen einzigen Lenker 8 oder eines seiner Widerlager mit der sprunghaft ansteigenden Nachgiebigkeit auszustatten.

Die Stäbe 13 haben bei den bisher dargestellten Beispielen einen kreisförmigen Querschnitt und sind so bemessen, dass sie bei einem vorbestimmten Wert von den in horizontaler Richtung auftretenden Kräften, z.B. 1/10 bis 1/20 der höchst zulässigbaren Belastung der Waage, ausknicken. Das Verhalten dieser Stäbe ist in Fig. 5 schematisiert. Man bezeichnet mit P die zunehmende aus Schiefstellung oder Bremsen resultierende horizontale Kraft, mit Ρχ den vorbestimmten Wert und mit dl die negative Dehnung der Stäbe 13. Aus diesem Kraft-Weg-Diagram sieht man, dass so lange die Kraft P den Wert Pi nicht erreicht, die Länge der Stäbe 13 sich nur vernachlässigbar ändert. Wird aber der Wert Pi erreicht, so nimmt die elastische Nachgiebigkeit der Stäbe 13 sprunghaft zu (Zweig a der Kurve), d.h. dass sie ohne weiteren Kraft Zuwachs ausknicken. Der■Lastträger 2 bewegt sich dann in horizontaler Richtung und diese Bewegung wird von den Anschlägen 9, 10 begrenzt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass bei grossen Kräften die Lenker 8 kurzgeschlossen werden und dass der eigentliche Stoss von den entsprechend ausgebildeten Anschlägen aufgenommen wird. Dabei werden die Lenker 8 nicht beschädigt. Sie können ihre Führungsaufgäbe wieder übernehmen, sobald die horizontalen Kräfte den Wert P^ nicht mehr erreichen. Auch flache Stäbe mit entsprechend ausgebildeten Enden können verwendet werden.

In Fig. 6 ist eine Variante der Anordnung der Stäbe 13 dargestellt. Sie bedingt lediglich, dass sowohl das Gestell als auch der Last-

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träger in diagonaler I tung genügend steif sind. Sie können z.B. mit einer entspre«. . _rnden Strebe versehen werden.

Die Stäbe 13 können wie erwähnt mit geringem Spiel, d.h. mit einem Spiel von einigen Zehntel Millimetern eingesetzt werden. Dies hat zur Folge, dass der Lastträger in seiner horizontalen Ebene ebenfalls eine gewisse Bewegungsfreiheit hat. Dies kann aber unter Umständen einem raschen Wägen abträglich sein. Um dies zu vermeiden, können die Stäbe 13 ohne Spiel eingesetzt werden, ohne dass dabei ein statisch unbestimmtes System entsteht. So kann z.B. die Knickkraft innerhalb jedes Stabpaares verschieden bemessen sein. So wird z.B. der eine Stab bei 1/10, der andere bei 1/11 der Höchstbelastung knicken. Das kann dadurch verwirklicht werden, dass ein Stab jedes Paares bei gleichem Durchmesser 1/20 langer oder bei gleicher Länge 1/40 dünner als der andere ausgeführt wird.

Die Ausführung nach Fig. 7 ist eine Variante derjenigen nach Fig. 4, bei welcher Mittel zum Ein- und Feststellen der Stäbe 13 in horizontaler und in vertikaler Richtung vorgesehen sind. Die Nocken 11 sind hierzu mit einem Lagerstück 17, einer Einstellschraube 18 und einer Feststellschraube 19 versehen. Die eine Vertiefung 14 zur Aufnahme des einen Stabendes ist in einem Lagerstück 15 vorgesehen, das in den Nocken 12 mittels Drehung einstellbar und mit Muttern 16 feststellbar ist. Dank den verschiebbaren Lagerstücken 15 kann ausserdem das Spiel gegenüber den Anschlägen 9, 10 eingestellt werden. Ferner kann das Stabpaar 13, 13a unter Vorspannung gesetzt werden, bis der längere, bzw. dünnere Stab 13a leicht ausknickt. Die verschiebbaren Lagerstücke 17 dienen zur Einstellung der Stäbe 13 in eine horizontale Ebene.

In Fig. 8-10 sind weitere Ausführungen der Lenker 8 dargestellt. Der Lenker nach Fig. 8 besteht aus einem Rohr 20, in welchem sich eine Druckfeder. 21 befindet, die zwei Endstücke 22 nach auξsen drückt. Diese I> "stücke 22 tragen die Gelenkenden 23 in der

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Form von Stiften. Die Vorspannung der Druckfeder kann derart gewählt werden, dass beim Erreichen des kritischen Wertes Pj (Fig. 5) die Nachgiebigkeit des Lenkers sprunghaft zunimmt (Zweig b in Fig. 5). Während beim knickenden Stab diese Nachgiebigkeit praktisch unendlich steigt, steigt sie bei einem Lenker nach Fig. 8 etwas langsamer, jedoch um Grössenordnungen schneller als vor dem Erreichen des Wertes P^. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 wird anstelle einer Druckfeder eine Zugfeder 24 im Rohr 20 vorgesehen, deren Enden an Oesen 2 5 befestigt sind, die ihrerseits an den Nocken 11 bzw. 12 angelenkt werden. Diese Zugfeder 24 ist ebenfalls auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Beim Ueberschreiten dieses Wertes ändert die elastische Nachgiebigkeit sprunghaft. (Verhalten nach Zweig b in Fig. 5). Der Lenker nach Fig. 10 reagiert sowohl auf Zug wie auf Druck. Er besteht aus einem ausknickbaren Druckstab 26, der zwischen den Nocken 11, 12 befestigt ist und aus einer vorgespannten Zugfeder 27, die an diesen Nocken 11, 12 gelenkartig befestigt ist. Zweckmässig wird die Spannung der Zugfeder 27 gleich der halben Knickkraft des Druckstabes 26 gewählt. Die sprunghafte Nachgiebigkeit des Lenkers auf Zug oder Druck ändert somit beim entgegengesetzt gleichen kritischen Wert Pj. Zur Führung des Lastträgers in der horizontalen Ebene sind, passend angeordnet, nur drei solche Lenker notwendig.

In Fig. 11-16 ist eine weitere Ausführung des Lenkers 8 dargestellt. Der Lenker besteht aus einem einzigen, dünnen, flachen, C-förmigen Stab 27. Sein Ende 28 ist am Lastträger 2 und sein Ende 29 am Gestell 1 befestigt. In Fig. Ί2 ist die Befestigung am Lastträger ? näher beschrieben. Das Ende 2 8 des Stabes 27 ist mittels Schrauben 30 an einer kleinen Platte 31 befestigt. Diese Platte 31 ist mittels zweier Druckschrauben 32 und zweier Zugschrauben 3 am Lastträger 2 befestigt. Durch wahlweises Lösen und Anziehen dieser Schrauben kann der Lenker 27 derart eingestellt werden, dass auf ihn keine vertikalen Kräfte wirken und dass zwischen ihm und dem Lastträger auch keine Anschlussmomente wirksam sind.

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Man beachte, dass nur ein einziger Lenker dieser Gattung genügt, um die Lage des Lastträgers in seiner horizontalen Ebene zu bestimmen. Fig. 13-16 zeigen bei verschiedenen eingeleiteten Kräften die nach Ueberschreiten des kritischen Wertes auftretenden Verformungen dieses Lenkers, welche stets im elastischen Bereich bleiben sollen. Der gewünschte kritische Wert wird durch passende Wahl der Dicke, der Länge der Schenkel und der Stege des flachen Stabes 2 7 erreicht. Auch andere Formen von dünnen, beim kritischen Wert aus der ursprünglich flachen Form ausweichenden Stäben sind möglich. Diese Art des Ausweichens wird meistens als Kippen bezeichnet. Der Anstieg der elastischen Weichheit solcher Stäbe erfolgt im allgemeinen gemäss Zweig a von Fig. 5.

Fig. 17 zeigt eine Ausführung, bei welcher ein Organ mit sprunghaft zunehmender elastischer Nachgiebigkeit am Gestell angebracht ist.

Ein nicht ausknickender Lenker 2 8 ist am einen Ende in einer Vertiefung 29 einer Blattfeder 30 gelagert, welche vorgespannt am Gestell 1 befestigt, gegen den Anschlag 31 gepresst wird. Bei Ueberschreitung des kritischen Wertes der Kraft am Lenker 2 gibt sie sprunghaft nach, bis die nicht gezeichneten Anschläge in Wirksamkeit treten. Selbstverständlich ist es möglich, Feder 30 und Anschlag 31 statt am Gestell 1 am Lastträger 2 anzubringen,

Unter Lenker mit sprunghaft ansteigender Nachgiebigkeit ist das eigentliche lenkende Organ einschliesslich der Gelenke, z.B. Spitz-Zapfen- oder elastische Gelenke, und deren Lagerung am Gestell und/oder Lastträger zu verstehen, was insbesondere aus Fig. 12 und 17 ersichtlich ist.

Gemäß Auftrag des ausländischen Vertreters unverändert weitergelebt. Patentanwalt Bunke

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Massen- und Kraftmessgerät mit einem Gestell, einem Lastträger, Lenkern zur Parallelführung des Lastträgers und einem Messystem, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein von äusseren auf den Lastträger in zur Führungsrichtung orthogonaler Richtung wirkenden Kräften die elastische Nachgiebigkeit mindestens eines der Lenker bei einem vorbestimmten Wert dieser Kräfte sprunghaft zunimmt und dass die entsprechende Bewegung des Lastträgers in dieser zur Führungsrichtung orthogonalen Richtung durch mindestens einen Anschlag zwischen Gestell und Lastträger begrenzt ist.
2. Massen- und Kraftmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker aus einer vorgespannten Feder, oder einer vorgespannten Torsionsfeder, oder einer vorgespannten Biegefeder besteht.
3· Massen- und Kraftmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker aus einer durch Knicken oder Kippen ausweichenden Feder besteht.
4. Massen- und Kraftmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von Knickfedern und vorgespannten Zugfedern verwendet wird.

Vertreters unverändert

Patentanwalt Bunke

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