DE3042086A1

DE3042086A1 - Link support weighing cell - ensures low tilt and eccentricity errors by appropriate radius to height selection

Info

Publication number: DE3042086A1
Application number: DE19803042086
Authority: DE
Inventors: Harald Ing.(Grad.) 7517 Waldbronn Fritz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-11-07
Filing date: 1980-11-07
Publication date: 1982-06-24

Abstract

The weighing cell, with spherical segment rolling surfaces and plane parallel bearings, eliminates tilt errors as far as possible as well as small eccentricity errors. Tilt error is reduced by selection of the relationship between the radius of curvature and the structure height. The cell can be used in supports for fixed weighing platforms. The ratio between the spherical radius (r) of the rolling surface and the height (a) of the weighing cell is chosen to lie between 1/4 and 1/2. The cell is applicable in large platform weighing equipment and for container weighing. It entails a smaller degree of eccentricity of horizontal displacement between a platform and base than with more lens-shaped cells of conventional design.

Description

Wägezelle vom PendelstützentypPendulum support type load cell

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wägezelle vom Pendelstützentyp mit kugelkalottenförmigen Abrollflächen und ebenen parallelen Auflagern. Eine derartige Wägezelle ist in der deutschen Offenlegungsschrift 18 06 668 beschrieben.The invention relates to a pendulum support type load cell with spherical cap-shaped rolling surfaces and flat, parallel supports. Such a one Weighing cell is described in German Offenlegungsschrift 18 06 668.

Häufig finden als Pendelstützen ausgeführte Wägezellen Verwendung bei Plattformwaagen oder beim Abwiegen von anderen räumlich ausgedehnten Gebilden, beispielsweise großen Behältern. Die Plattformen bzw. Behälter sind durch Lenker oder dergleichen in statisch bestimmter Weise derart festgehalten, daß sie in einer Ebene, die parallel zu einer die Lasteinleitungspunkte der Wägezelle verbindenden Ebene liegt, festgehalten sind. Ausdehnungsänderungen der Plattformen oder dergleichen werden durch diese Anlenkung jedoch nicht verhindert. Sie würden an den Wägezellen schädliche Seitenkräfte hervorrufen, gegen die diese auf verschiedene Weise geschützt werden können.Load cells designed as pendulum supports are often used with platform scales or when weighing other spatially extended structures, for example large containers. The platforms or containers are through handlebars or the like held in a statically determined manner in such a way that they are in a Plane parallel to one connecting the load application points of the load cell Level, are held. Changes in the expansion of the platforms or the like are not prevented by this linkage. You would be at the load cells cause harmful side forces, against which these are protected in various ways can be.

Eine Möglichkeit besteht darin, die Wägezellen als Pendelstützen auszubilden, die sich unter dem Einfluß von Verschiebungen der Plattform schrägstellen können. Diese Schrägstellung ruft allerdings einen Schrägstellungsfehler im Meßwert der Wägezelle hervor.One possibility is to design the load cells as pendulum supports, which can tilt under the influence of displacement of the platform. However, this inclination causes an inclination error in the measured value of the Load cell.

In der oben genannten Offenlegungsschrift wird zur Kompensation dieses Schrägstellungsfehlers vorgeschlagen, den bei der Schrägstellung ebenfalls eintretenden, jedoch gegenläufigen Exzentrizitätsfehler heranzuziehen.In the above-mentioned laid-open specification, this is used to compensate Suggested inclination error, the also occurring with the inclination, however, to use opposite eccentricity errors.

Der Exzentrizitätsfehler entsteht durch eine Auswanderung des Lasteinleitungspunktes aus der Symmetrieachse der Wägezelle. Dieses Kompensationsprinzip führt, wie in der erwähnten Offenlegungsschrift angegeben ist, zu Wäge- zellen, bei denen das Verhältnis des Krümmungsradius der Abrollflächen zu der Bauhöhe der Wägezelle immer größer ist als 1/2. Das bedeutet, daß die Wägezelle eine ausgesprochene Linsenform annimmt mit gegenüber den Krümmungsradien kurzer Bauhöhe. Außerdem ist das Prinzip nur auf rotationssymmetrische Wägezellen anwendbar.The eccentricity error is caused by a migration of the load application point from the symmetry axis of the load cell. As in of the aforementioned Offenlegungsschrift is indicated, to weighing cells, where the ratio of the radius of curvature of the rolling surfaces to the height of the Load cell is always greater than 1/2. This means that the load cell is a definite Assumes lens shape with a short overall height compared to the radii of curvature. Also is the principle can only be applied to rotationally symmetrical load cells.

Bei der Erfindung wird demgegenüber davon ausgegangen, den Schrägstellungsfehler möglichst zu beseitigen und den Exzentrizitätsfehler kleinzuhalten.In contrast, the invention assumes the skew error to eliminate if possible and to keep the eccentricity error small.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Bemes"ngsregel für das Verhältnis von Krümmungsradien zur Bauhöhe zu finden, die eine starke Verringerung des Schrägstellungsfehlers erbringt.The object of the invention was to provide a rule of measurement for the To find the ratio of radii of curvature to the overall height, which is a strong reduction of the misalignment.

Bei einer Wägezelle vom eingangs beschriebenen Typ wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Wie in der eingebenden Beschreibung weiter unten nachgewiesen werden wird, kann der Schrägstellungsfehler bei der angegebenen Bemessung der Wägezelle drastisch verkleinert bzw. ganz beseitigt werden. Der Exzentrizitätsfehler wird auch kleiner, weil die Pendelstütze höher wird als der doppelte Radius ihrer Abrollflächen. Sie ist nicht mehr ausgesprochen linsenförmig, und deshalb ruft eine gegebene relative Horizontalverschiebung zwischen einer aufliegenden Plattform und dem abstützenden Fundament eine kleinere Exzentrizität des Lastauflagepunktes hervor als bei einer mehr linsenförmigen Zelle hervorgerufen würde, bei der die Bauhöhe kleiner ist als der doppelte Radius der Abrollflächen.In the case of a load cell of the type described at the outset, this task becomes solved according to the invention by the characterizing feature of claim 1. As can be demonstrated in the description below, the Skew errors in the specified dimensioning of the load cell are drastically reduced or be eliminated entirely. The eccentricity error also becomes smaller because the Pendulum support is higher than twice the radius of its rolling surfaces. she is not more decidedly lenticular, and therefore calls for a given relative horizontal displacement a smaller one between an overlying platform and the supporting foundation Eccentricity of the load bearing point than with a more lenticular cell would be caused in which the overall height is less than twice the radius of the Rolling surfaces.

Mit Vorteil können die neuen Wägezellen zur Abstützung von in statisch bestimmter Weise gefesselten Wägeplattformen verwendet werden.The new load cells can advantageously be used to support static Weighing platforms tied up in a certain way can be used.

Die Erfindung wird anhand einer Figur erläutert.The invention is explained with the aid of a figure.

In der Figur ist eine durch eine Relativverschiebung einer Plattform P und eines Fundamentes F gekippte Wägezelle W vom Pendelstützentyp dargestellt. Die Wägezelle ist mit der Last G belastet, die senkrecht zur Plattform P angreift. Die Last G kann in eine Kraft M, die parallel zur Symmetrieachse der Wägezelle verläuft, und in eine Kraft S, die durch den Mittelpunkt C der Wägezelle geht, zerlegt werden.In the figure is one by a relative displacement of a platform P and a foundation F tilted load cell W of the pendulum support type is shown. The load cell is loaded with the load G, which acts perpendicular to the platform P. The load G can be converted into a force M, which runs parallel to the axis of symmetry of the load cell, and broken down into a force S that passes through the center point C of the load cell.

Ein Winkel α kennzeichnet die Schrägstellung der Verbindungslinie des Krafteinleitungspunktes der Kraft G und des Einleitungspunktes der entsprechenden Gegenkraft gegenüber der Senkrechten auf die von der Plattform P und dem Fundament F gebildeten parallelen Ebenen.An angle α indicates the inclination of the connecting line the force introduction point of the force G and the introduction point of the corresponding Counterforce against the vertical on the platform P and the foundation F formed parallel planes.

Ein Winkel ß gibt die Schrägneigung der Wägezelle gegenüber einer Senkrechten an. Zwischen der Kraft G und der Kraft S besteht die Beziehung G = S # cos α Die Kraft M läßt sich in M = 5 cos + (3) ausdrücken.An angle ß gives the inclination of the load cell compared to a Perpendicular to. The relationship G = S exists between the force G and the force S. # cos α The force M can be expressed in M = 5 cos + (3).

Der Schrägstellungsfehler läßt sich darstellen als M - G ~ 5 # cos (s + 5) - S coss G S 5 cos α Daraus wird M - G cos (α + ß) = - 1 (1) G cos α Aus der Gleichung (1) geht hervor, daß der rela-tive M - G Schrägstellungsfehler zu Null wird, wenn G ß = - 2 α (2) ist.The skew error can be represented as M - G ~ 5 # cos (s + 5) - S coss G S 5 cos α This results in M - G cos (α + ß) = - 1 (1) G cos α From equation (1) it can be seen that the relative M - G skew error becomes zero if G ß = - 2 α (2) is.

Wenn die beiden Winkel α und p in Abmessungen der Wägezelle ausgedrückt werden können, lassen sich aus der Gleichung (2) Angaben über eine Form der Wägezelle machen, bei der der relative Schrägstellungsfehler verschwindet. Die folgenden Betrachtungen gelten dem Aufsuchen von Beziehungen zwischen den Winkeln und Abmessungen der Wägezelle. Aus dem Dreieck A, C, D ergibt sich für den Winkels tans a2e , (3) wobei e die Verschiebung der beiden Berührungspunkte gegenüber der Senkrechten zu den Ebenen der Plattform P und des Fundamentes F durch die Syrnmetrieachse der Wägezelle ist. a bedeutet die Länge der Wägezelle.If the two angles α and p in the dimensions of the load cell can be expressed, information about a shape can be obtained from equation (2) the load cell where the relative skew error disappears. the The following considerations apply to finding relationships between the angles and dimensions of the load cell. The triangle A, C, D results in the angle tans a2e, (3) where e is the displacement of the two points of contact with respect to the Perpendicular to the levels of the platform P and the foundation F through the axis of symmetry the load cell is. a means the length of the load cell.

Mit r als Krümmungsradius der die Wägezelle abschließenden Kugelkalotten und b dem Bogen, den die Wägezelle bei ihrer Schrägstellung abrollt, ergibt sich aus der Ähnlichkeit der Dreiecke A, B, E und C, E, F r - a/2 e/b # Daraus wird r ra/2 b b (4) Für g als relative Horizontalverschiebung der von der Plattform P und dem Fundament F festgelegten parallelen Ebenen beim Abrollvorgang gilt g = 2 (b - e) Nach b aufgelöst wird daraus b = g/2 + e (5) Diese Beziehung für b, in die Gleichung@(4) eingesetzt, ergibt r #### . ( + e) Nach e aufgelöst wird daraus r - a/2 e # g # Mit dieser Beziehung für e wird aus Gleichung (3) r = a/2 tan α = 2g a2 Mit Einführung von n = ar wird daraus (2n - 1) # g tan α = (6) Der Winkel (3, ausgedrückt durch den bei der Schrägstellung abgerollten Bogen b, ist ß = # 360 ° 2 # r # # Wird in die weiter oben gefundene Beziehung g = 2 (b - e) für e der rechte Term der Gleichung (4) eingesetzt und nach b aufgelöst, so wird daraus b = (7) a Der rechte Term dieser Gleichung, anstelle von b in die obenstehende Beziehung für ß eingesetzt, ergibt ß = ### # 180 ° Daraus läßt sich für g im Bogenmaß ableiten ß = g/a (8) Wird gleichung (8) mit Gleichung (6) verglichen, so läßt sich für den Winkel ß im Bogenmaß schreiben = tannd; 1 (9) Aus der Gleichung (9) läßt sich nun zusammen mit der Gleichung (2) eine-Konstruktionsvorschrift für eine Wägezelle herleiten, die keinen Schrägstellungsfehler aufweist. Es muß dann nämlich sein tan α - 2 α = 2n-1 Die vorhergehenden Betrachtungen finden unter der stillschweigenden Voraussetzung statt, daß der Winkel s so klein ist, daß für tans der Winkel im Bogenmaß gesetzt werden kann. Dann ergibt sich aus der obenstehenden Bedingung für das Verschwinden des Schrägstellungsfehlers für das Verhältnis zwischen Kugelkalottenradius r und Höhe a der Wägezelle n = 1/4 Das bedeutet, eine Wägezelle, deren Kalottenradien gleich einem Viertel ihrer Länge sind, weist keinen Schrägstellungsfehler mehr auf.With r as the radius of curvature of the spherical caps closing the load cell and b the arc that the load cell rolls when it is tilted from the similarity of the triangles A, B, E and C, E, F r - a / 2 e / b # This becomes r ra / 2 b b (4) For g as the relative horizontal displacement of the platform P and The parallel planes defined on the foundation F during the rolling process apply g = 2 (b - e) Solved for b we get b = g / 2 + e (5) This relationship for b, inserted into the equation @ (4), results in r ####. (+ e) Solved for e this becomes r - a / 2 e # g # With this relation for e equation (3) becomes r = a / 2 tan α = 2g a2 With the introduction of n = ar it becomes (2n - 1) # g tan α = (6) The angle (3, expressed by the unrolled during the inclined position Arc b, is ß = # 360 ° 2 # r # # Is included in the relationship g found above = 2 (b - e) for e the right term of equation (4) is inserted and solved for b, so it becomes b = (7) a The right term of this equation, instead of b in the If the above relation is substituted for ß, this results in ß = ### # 180 ° for g in radians derive ß = g / a (8) Becomes equation (8) with equation (6) compared, the angle ß can be written in radians = tannd; 1 (9) A construction specification can now be derived from equation (9) together with equation (2) for a load cell that has no skew error. It must then namely its tan α - 2 α = 2n-1 The previous considerations take place under the tacit assumption that the angle s is so small is that for tans the angle can be set in radians. Then it results from the above condition for the skew error to disappear for the ratio between spherical cap radius r and height a of the load cell n = 1/4 Das means a load cell with a calotte radius equal to a quarter of its length has no more skew errors.

Eine weitere Betrachtung würde ergeben, daß eine derartige Wägezelle keine Rückstellkraft bei ihrer Schrägstellung erzeugt. Sie befindet sich also in einem labilen Gleichgewicht. Dieser Umstand ist jedoch bei allen Verwendungen bedeutungslos, bei denen ein von derartigen Wägezellen abgestütztes Gebilde ohnehin durch Lenker an einem Punkt festgehalten wird und Schrägstellungen der Wägezellen nur durch Dehnungen des Gebildes in sich, die leicht durch Sonneneinstrahlung oder entsprechende Wägegüter hervorgerufen werden können, erfolgen.A further consideration would show that such a load cell no restoring force generated when they are inclined. So it is in an unstable equilibrium. However, this fact is meaningless for all uses, in which a structure supported by such load cells is anyway handled by links is held at one point and inclinations of the load cells only by stretching of the structure in itself, which can easily be caused by exposure to sunlight or appropriate weighing items can be caused.

2 Patentansprüche 1 Figur2 claims 1 figure

Claims

Claims cell of the pendulum support type with spherical cap-shaped Rolling surfaces and flat, parallel supports h n e t that the ratio of the spherical radii (r) of the rolling surfaces to the height (a) the load cell is between 1/4 and 1/2.

2. Load cell according to claim 1, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h their use to support tied up weighing platforms or the like.