DE3201551A1

DE3201551A1 - Balance of very flat design

Info

Publication number: DE3201551A1
Application number: DE19823201551
Authority: DE
Inventors: Paul Stefan Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 4660 Gelsenkirchen-Buer Pütter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-01-20
Filing date: 1982-01-20
Publication date: 1983-07-28

Abstract

In the construction of very flat balances, two difficulties above all have to be overcome: the measuring method must be adapted to the flat design, and a flat device for the parallel guidance of the movable plate serving for receiving the outer weight must be constructed. The invention relates to a parallel guide of very flat design. A horizontally arranged lever system is used, and in this the contact points of the levers are located in a common horizontal plane with one another and with the surrounding area. It could be demonstrated theoretically in this case that the prevailing conditions are ideal, since the frictional forces have no effect on the measurement. The parallel guide can be coupled with any measuring methods for force measurement. It can be used on balances of any load-bearing capacity and size. It can be employed for any balances in the domestic sector and the commercial sector.

Description

Die Erfindung betrifft eine Waage in sehr flacher Bauweise. Es wird heute allgemein angestrebt, Waagen flacher zu bauen. Im Bereich des Haushalts könnte man dadurch eine Personenwaage zur leicht transportablen Reisewaage weiterentwickeln oder eine Küchenwaage so flach gestalten, daß sie in eine Ausziehplatte eingebaut werden kann. Hier ergeben sich also für sehr flache Waagen interessante Marktmöglichkeiten.The invention relates to a scale with a very flat design. Today there is a general aim to build scales that are flatter. In the household sector, it would be possible to develop personal scales into easily transportable travel scales or to make kitchen scales so flat that they can be built into a pull-out plate. There are therefore interesting market opportunities for very flat scales.

Ähnliches Interesse an einer sehr flach gebauten Waage besteht im gewerblichen Bereich. Hier ist es vor allem die Forderung nach einer optimalen Gestaltung von Arbeitsplätzen und damit zusammenhängend nach wenig aufwendigen Einbaumöglichkeiten, die den Markt für flache Waagen interessant macht.There is a similar interest in very flat scales in the commercial sector. Here it is above all the demand for an optimal design of workstations and, in connection with this, for less complex installation options that make the market for flat scales interesting.

Der Entwicklung besonders flacher Waagen standen bisher vor allem zwei Schwierigkeiten entgegen: Es mußte ein geeignetes Meßprinzip entwickelt werden, das eine entsprechend flache Bauweise gestattet, und es mußte eine sehr flach gebaute Führung für die bewegliche Platte, auf die das Gewicht aufgebracht wird, entwickelt werden. Ein geeignetes Meßprinzip wird in der deutschen Patentanmeldung P 30 29 692.5 vorgeschlagen. Die Führung der beweglichen Platte blieb aber unbefriedigend, da Reibungskräfte zu einer untragbaren Verfälschung der Messungen führen können.The development of particularly flat scales has hitherto faced two main difficulties: a suitable measuring principle had to be developed that would allow a correspondingly flat design, and a very flat guide had to be developed for the movable plate on which the weight is applied . A suitable measuring principle is proposed in German patent application P 30 29 692.5. The guidance of the movable plate remained unsatisfactory, however, since frictional forces can lead to an intolerable falsification of the measurements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sehr flache Waage so zu bauen, daß die in der Führung der beweglichen Platte auftretenden Reibungskräfte keinen oder nur einen sehr geringen Einfluß auf die Messung haben.The invention is based on the object of building a very flat balance in such a way that the frictional forces occurring in the guide of the movable plate have no or only a very slight influence on the measurement.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bewegliche Platte relativ zu einer Bodenplatte oder Bodenkonstruktion durch wenigstens ein Paar von einander berührenden Hebeln geführt wird, wobei jeder Hebel sowohl die bewegliche Platte als auch die Bodenplatte oder Bodenkonstruktion berührt oder berühren kann und wobei bei einer bestimmten Position der beweglichen Platte die Berührungspunkte der Hebel eines Paares mit der beweglichen Platte und der Bodenplatte oder der Bodenkonstruktion in oder in der Umgebung derjenigen horizontalen Ebene liegen, die durch die Berührungspunkte der Hebel dieses Paares miteinander bestimmt ist.This object is achieved according to the invention in that the movable plate is guided relative to a base plate or floor structure by at least one pair of mutually contacting levers, each lever touching or being able to touch both the movable plate and the base plate or floor structure, and with a specific one Position of the movable plate the points of contact of the levers of a pair with the movable plate and the base plate or the floor structure lie in or in the vicinity of that horizontal plane which is determined by the points of contact of the levers of this pair with one another.

Es läßt sich theoretisch zeigen, daß bei einer derartigen Konstruktion trotz sehr flacher Bauweise die Reibungskräfte der Führung ohne oder von sehr geringem Einfluß auf die Messung bleiben.It can be shown theoretically that with such a construction, in spite of the very flat construction, the frictional forces of the guide remain with little or no influence on the measurement.

Um sicherzustellen, daß das von außen aufgebrachte Gewicht und die von der Meßvorrichtung ausgeübte Kraft an beliebigen Punkten der beweglichen Platte angreifen dürfen, wird in einer Ausführungsform die Waage so gebaut, daß bei den einander berührenden Hebeln eines Paares das Verhältnis zwischen dem Abstand des Berührungspunktes mit der Bodenplatte oder Bodenkonstruktion vom gemeinsamen Berührungspunkt und dem Abstand des Berührungspunktes mit der beweglichen Platte vom gemeinsamen Berührungspunkt auf dem einen Hebel gleich dem entsprechenden Verhältnis auf dem anderen Hebel ist.In order to ensure that the externally applied weight and the force exerted by the measuring device are allowed to act at any point on the movable plate, in one embodiment the balance is built in such a way that the relationship between the distance of the contact point with the mutually contacting levers of a pair of the base plate or base structure from the common point of contact and the distance of the point of contact with the movable plate from the common point of contact on one lever is equal to the corresponding ratio on the other lever.

In einer weiteren Ausführungsform liegt bei wenigstens einem Paar der miteinander verbundenen Hebel der Berührungspunkt der Hebel miteinander auf jedem Hebel zwischen den Berührungspunkten mit Bodenplatte oder Bodenkonstruktion und beweglicher Platte.In a further embodiment, in at least one pair of the interconnected levers, the point of contact of the levers with one another lies on each lever between the points of contact with the base plate or base structure and the movable plate.

Dadurch wird erreicht, daß sich der Berührungspunkt der Hebel miteinander bei einer Vertikalbewegung der beweglichen Platte nur um eine kleinere Strecke vertikal verschiebt. Die verfälschende Wirkung der auftretenden Reibungskräfte bleibt dadurch geringer.It is thereby achieved that the point of contact of the levers with one another only shifts vertically by a smaller distance when the movable plate is moved vertically. The falsifying effect of the frictional forces that occur remains lower as a result.

Die Führung läßt sich konstruktiv besonders einfach gestalten, wenn ein Paar von Hebeln nur Momente in einer bestimmten Richtung kompensieren kann, während dasselbe Paar von Hebeln wirkungslos bleibt, wenn das Moment eine umgekehrte Richtung hat. Es läßt sich zeigen, daß bei einem Paar von Hebeln dieser Art ein Hebel in dem gemeinsamen Berührungspunkt vertikale Kräfte nur in einer Richtung auf den anderen ausüben kann. Eine spezielle Ausführungsform ist daher so gestaltet.The guide can be designed to be particularly simple in terms of construction if a pair of levers can only compensate for moments in a certain direction, while the same pair of levers remains ineffective if the moment is in the opposite direction. It can be shown that in a pair of levers of this type, one lever at the common point of contact can exert vertical forces on the other in only one direction. A special embodiment is therefore designed in this way.

Besonders einfach wird die Konstruktion der Hebel, wenn ein Paar von Hebeln aus einem einarmigen und einem zweiarmigen Ende besteht und diese Enden durch ein in einer versetzten Ebene verlaufendes Verbindungsteil miteinander verbunden sind. Derartige Hebel sind einfach zu fertigen und zu montieren.The construction of the levers is particularly simple if a pair of levers consists of a one-armed and a two-armed end and these ends are connected to one another by a connecting part extending in an offset plane. Such levers are easy to manufacture and assemble.

In einer noch einfacheren Ausführungsform besteht ein Paar von Hebeln aus zwei einarmigen Enden, die durch ein in einer versetzten Ebene verlaufendes Verbindungsteil miteinander verbunden sind. Der Vorzug dieser Ausführungsform liegt in der einfacheren Form der Hebel und darin, daß die Berührungspunkte eines Hebels auf einer Geraden liegen oder liegen können.In an even simpler embodiment, a pair of levers consists of two one-armed ends which are connected to one another by a connecting part extending in an offset plane. The advantage of this embodiment lies in the simpler shape of the levers and in the fact that the contact points of a lever lie or can lie on a straight line.

Die Genauigkeit der Messung steigt, wenn geringere Reibungskräfte auftreten. In einer weiteren Ausführungsform werden daher einzelne oder alle Berührungspunkte technisch so ausgestaltet, daß nur geringe Reibungskräfte übertragen werden. Dazu könnten diese Berührungspunkte etwa mit einem Überzug versehen werden oder eine entsprechende Oberflächenbehandlung erfahren.The accuracy of the measurement increases when lower frictional forces occur. In a further embodiment, therefore, individual or all contact points are technically designed in such a way that only low frictional forces are transmitted. For this purpose, these points of contact could be provided with a coating, for example, or given a corresponding surface treatment.

In einer anderen Ausführungsform dienen eine Schneide, eine bewegliche Kugel, mehrere bewegliche Kugeln oder ein beweglicher Zylinder an der Berührungsstelle der Reduzierung der Reibungskraft und der genauen Festlegung des Ortes der Berührung.In another embodiment, a cutter, a movable ball, several movable balls or a movable cylinder at the point of contact are used to reduce the frictional force and to precisely determine the location of the contact.

In einer speziellen Ausführungsform wird die Kraft der Meßvorrichtung nicht über die Hebel der Führung auf die bewegliche Platte übertragen. Die Kraft der Meßvorrichtung wirkt in dieser Ausführungsform möglicherweise direkt auf die bewegliche Platte ein, oder sie kann zum Beispiel auch über Hebel, die von der Führung verschieden sind, auf die bewegliche Platte übertragen werden. Der große Vorzug dieser Ausführung liegt in einer Entlastung der Führung, wodurch die Reibungskräfte verringert werden.In a special embodiment, the force of the measuring device is not transmitted to the movable plate via the levers of the guide. In this embodiment, the force of the measuring device may act directly on the movable plate, or it can, for example, also be transmitted to the movable plate via levers that are different from the guide. The great advantage of this design is that it relieves the load on the guide, which reduces the frictional forces.

In einer anderen Ausführungsform wird die Kraft der Meßvorrichtung an einer Seite oder in einer Ecke oder jenseits einer Seite oder einer Ecke auf die bewegliche Platte übertragen. Bei Übertragung der Kraft jenseits einer Ecke der beweglichen Platte ist es möglich, nur zwei zueinander senkrecht angeordnete Paare von Hebeln einzusetzen und damit die Momente zu kompensieren, die entstehen, wenn das Gewicht in einem beliebigen Punkt der beweglichen Platte angreift. Auch bei den anderen genannten Alternativen der Kraftübertragung von der Meßvorrichtung ist die Zahl der erforderlichen Paare von Hebeln reduziert, während ein möglichst großer Bereich der beweglichen Platte für die Aufnahme des Gewichts zugelassen bleibt.In another embodiment, the force of the measuring device is transmitted to the movable plate on one side or in a corner or on the other side of a side or a corner. When the force is transmitted beyond a corner of the movable plate, it is possible to use only two pairs of levers arranged perpendicular to one another and thus to compensate for the moments that arise when the weight acts on any point of the movable plate. The number of pairs of levers required is also reduced in the other mentioned alternatives for the transmission of force from the measuring device, while the largest possible area of the movable plate is allowed to accommodate the weight.

In einer besonderen Ausführungsform liegen die Berührungspunkte der Hebel miteinander aller verwendeten Paare von Hebeln in einer horizontalen Ebene.In a particular embodiment, the points of contact of the levers with one another of all pairs of levers used lie in a horizontal plane.

Damit werden diejenigen aus Reibungskräften stammenden Momente möglichst klein gehalten, die in einem Paar von Hebeln entstehen und erst in einem anderen Paar von Hebeln, das im allgemeinen senkrecht zu dem ersten Paar steht, kompensiert werden können.In this way, those moments resulting from frictional forces are kept as small as possible, which arise in one pair of levers and can only be compensated for in another pair of levers, which is generally perpendicular to the first pair.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Die Figuren 1 bis 4 zeigen die Funktion der Hebel.Embodiments of the invention are shown in the drawings. Figures 1 to 4 show the function of the levers.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Seitenansichten einer aufgeschnittenen Waage. Schraffiert ist jeweils die bewegliche Platte und gepunktet die Bodenplatte. Die Figuren 3 u. 4 zeigen jeweils einen Hebel von oben gesehen.Figures 1 and 2 show side views of a cut-open scale. The movable plate is hatched and the base plate is dotted. Figures 3 and 4 each show a lever viewed from above.

In den beiden Figuren 1 und 2 wird bevorzugt jeweils einer der beiden Hebel in seiner Funktion dargestellt. Es handelt sich daher bei diesen Zeichnungen nicht um reine Schnittbilder der Waage. Figur 1 soll die Funktion des Hebels aus Figur 3 und Figur 2 diejenige des Hebels aus Figur 4 erläutern.In the two Figures 1 and 2, one of the two levers is preferably shown in its function. These drawings are therefore not pure cross-sectional images of the scales. FIG. 1 is intended to explain the function of the lever from FIG. 3 and FIG. 2 that of the lever from FIG.

Das Paar der Hebel in den Figuren 1 bis 4 verhindert eine Drehung der beweglichen Platte im Uhrzeigersinn, nimmt entsprechende Momente auf und leitet sie an die Bodenplatte weiter. Bezüglich Drehungen der beweglichen Platte gegen den Uhrzeigersinn ist die gezeichnete Konstruktion unwirksam. Es müßte dazu die spiegelbildliche Konstruktion eingesetzt werden.The pair of levers in FIGS. 1 to 4 prevents the movable plate from rotating clockwise, absorbs corresponding moments and transmits them to the base plate. With regard to counterclockwise rotations of the movable plate, the construction shown is ineffective. The mirror-image construction would have to be used for this.

Eine vertikale Bewegung der beweglichen Platte wird nicht behindert, wenn man von der Reibung in den Berührungspunkten A bis E absieht. Diese Reibung führt zu keinen die Messung verfälschenden Momenten in dem Paar der Hebel, solange sich die Berührungspunkte der Hebel miteinander und mit der beweglichen Platte und der Bodenplatte in einer gemeinsamen horizontalen Ebene befinden. Die Punkte A bis E der Figuren 1 und 2 sind daher in einer gemeinsamen horizontalen Ebene.A vertical movement of the movable plate is not hindered if one disregards the friction in the contact points A to E. This friction does not lead to any moments in the pair of levers which falsify the measurement, as long as the points of contact of the levers with one another and with the movable plate and the base plate are in a common horizontal plane. The points A to E of Figures 1 and 2 are therefore in a common horizontal plane.

Unter dem Einfluß eines Gewichtes, das auf die bewegliche Platte aufgebracht wird, können sich die bewegliche Platte und damit auch die Punkte B, C und D verschieben. Wichtig ist dann, daß die Theorie zeigt, daß die Reibungskräfte bei sehr kleinen Abweichungen von der gemeinsamen horizontalen Ebene nur eine sehr geringe Verfälschung der Messung bewirken.Under the influence of a weight which is applied to the movable plate, the movable plate and thus points B, C and D can shift. It is then important that the theory shows that the frictional forces cause very little falsification of the measurement in the case of very small deviations from the common horizontal plane.

Das Hebelsystem bleibt funktionsfähig, wenn man bei den zweiarmigen Enden jeweils einen Arm entfernt.The lever system remains functional if you remove one arm from each of the two-armed ends.

Figur 5 zeigt eine rechteckige bewegliche Platte mit den Eckpunkten F, G, H, J. An allen vier Seiten sind Paare von Hebeln entsprechend den Figuren 1 bis 4 vorgesehen. Das System der Hebel ist hier in der Lage, ein Abkippen in jeder Richtung um jede horizontale Achse zu verhindern, das heißt, beliebige horizontale Momente aufzunehmen. Die vertikale Bewegung der beweglichen Platte bleibt unbehindert.FIG. 5 shows a rectangular movable plate with the corner points F, G, H, J. Pairs of levers corresponding to FIGS. 1 to 4 are provided on all four sides. The lever system is able to prevent tilting in any direction around any horizontal axis, that is, to absorb any horizontal moments. The vertical movement of the movable plate remains unhindered.

Zur eigentlichen Gewichtsmessung darf jedes Meßverfahren eingesetzt werden. Dabei wird durch eine geeignete Meßvorrichtung eine vertikal nach oben gerichtete Kraft auf die bewegliche Platte übertragen. Der Ort des Schwerpunktes der Angriffsfläche dieser Kraft in der beweglichen Platte ist beliebig. Beliebig ist auch der Angriffspunkt des äußeren Gewichtes.Any measuring method may be used for the actual weight measurement. A vertically upwardly directed force is transmitted to the movable plate by a suitable measuring device. The location of the center of gravity of the surface of application of this force in the movable plate is arbitrary. The point of application of the external weight is also arbitrary.

Um ein großes Meßintervall abdecken zu können, ist es allerdings sinnvoll, ein Meßverfahren zu wählen, bei dem innerhalb dieses Meßintervalls nur eine geringe Vertikalbewegung des Angriffspunktes der von der Meßvorrichtung auf die bewegliche Platte übertragenen Kraft erfolgt. Dann bleibt auch die Vertikalbewegung der beweglichen Platte gering, die Punkte A bis E der Figuren 1 und 2 bleiben ungefähr in einer gemeinsamen horizontalen Ebene, und der Einfluß der Reibungskräfte auf die Messung bleibt sehr gering.In order to be able to cover a large measuring interval, however, it makes sense to choose a measuring method in which, within this measuring interval, there is only a slight vertical movement of the point of application of the force transmitted from the measuring device to the movable plate. Then the vertical movement of the movable plate also remains small, points A to E in FIGS. 1 and 2 remain approximately in a common horizontal plane, and the influence of the frictional forces on the measurement remains very small.

Falls nur ein Teil der beweglichen Platte zur Aufnahme des äußeren Gewichts vorgesehen ist, kann auf ein oder zwei der Paare von Hebeln verzichtet werden. Figur 6 zeigt eine Konstruktion mit nur zwei Paaren von Hebeln: Innerhalb der beweglichen Platte FGHJ ist nur das Rechteck K L H P zur Aufnahme des äußeren Gewichts vorgesehen, während die Gegenkraft M der Meßvorrichtung außerhalb von K L H P nahe der Ecke G angreift. Es ist sofort einsehbar, daß hier Momente, die zu Drehungen um eine Achse parallel zu G J oder G F führen würden, jeweils nur mit dem Drehsinn auftreten können, der F oder J nach unten bewegt. Der jeweils umgekehrte Drehsinn scheidet wegen der relativen Lage von M zum Angriffspunkt des äußeren Gewichts aus. Zur Kompensation der möglichen Momente genügen hier zwei Paare von Hebeln.If only part of the movable plate is provided for receiving the external weight, one or two of the pairs of levers can be dispensed with. FIG. 6 shows a construction with only two pairs of levers: inside the movable plate FGHJ only the rectangle K L H P is provided for receiving the external weight, while the counterforce M of the measuring device acts outside of K L H P near the corner G. It is immediately apparent that here moments parallel to rotations about an axis would lead to G J or G F, can only occur in the direction of rotation that moves F or J downwards. The opposite direction of rotation is ruled out because of the relative position of M to the point of application of the external weight. Two pairs of levers are sufficient here to compensate for the possible moments.

Entsprechend gilt allgemein, daß man Paare von Hebeln dadurch überflüssig machen kann, daß man Einschränkungen der relativen Lage des Angriffspunktes des Gewichtes und des Angriffspunktes der Kraft der Meßvorrichtung realisiert.Correspondingly, it generally applies that pairs of levers can be made superfluous by restricting the relative position of the point of application of the weight and the point of application of the force of the measuring device.

Claims

1. Scales in a very flat design, characterized in that a movable plate is guided relative to a base plate or floor structure by at least one pair of mutually contacting levers, each lever touching or can touch both the movable plate and the base plate or floor structure and wherein, at a certain position of the movable plate, the points of contact of both levers of a pair with the movable plate and the base plate or the floor structure lie in or in the vicinity of that horizontal plane which is determined by the points of contact of the levers of this pair with one another.

2. Scales according to claim 1, characterized in that in the mutually contacting levers of a pair, the ratio between the distance of the point of contact with the base plate or floor construction from the common point of contact and the distance of the point of contact with the movable plate from the common point of contact on the one lever is the same the corresponding ratio is on the other lever.

3. A balance according to claim 1 or 2, characterized in that in at least one pair of the interconnected levers, the contact point of the levers with one another is on each lever between the contact points with the base plate or floor structure and movable plate.

4. Scales according to one of claims 1 to 3, characterized in that one lever of a pair of levers in the common point of contact can exert vertical forces only in one direction on the other.

5. Scales according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one pair of levers consists of a one-armed and a two-armed end and these ends are connected to one another by a connecting part extending in an offset plane.

6. Scales according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one pair of levers consists of two one-armed ends and these ends are connected to one another by a connecting part extending in an offset plane.

7. Scales according to one of claims 1 to 6, characterized in that only small frictional forces are transmitted in individual or all contact points by means of a suitable technical design.

8. Scales according to one of claims 1 to 7, characterized in that the force is transmitted at a point of contact via a cutting edge or via a movable ball or via a plurality of movable balls or a movable cylinder.

9. Scales according to one of claims 1 to 8, characterized in that the force of the measuring device is not transmitted to the movable plate via the lever.

10. Weighing device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the force of the measuring device is transmitted to the movable plate on one side or in a corner or on the other side of a side or a corner.

11. Scales according to one of claims 1 to 10, characterized in that the points of contact of the levers with each other of all pairs of levers used lie in a horizontal plane.