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Waage mit einer Wägezelle
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Die Erfindung betrifft eine Waage mit einer Wägezelle, welche eine
Anzeige liefert, einem Hebelsystem, welches die Lastaufnahme überträgt, und einer
Zugstange, die zwischen einem belastbaren Teil der Wägezelle und einem unter Belastung
auslenkbaren Lasthebel des Hebelsystems angeordnet ist.
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Eine solche Wägezelle kann in verschiedener Weise ausgeführt sein.
In der bevorzugten Ausführung besteht sie aus einem sich unter Last verformenden
Federelement und darauf angebrachten Dehnungsmeßstreifen. Diese sind in einer Brücke
geschaltet, so daß in Abhängigkeit von der Verformung des tretenden Federelements
eine Brückenverstiminung erfolgt und in Abhängigkeit davon ein Signal vor in eine
Anzeigrichtung, insbesondere eine Sieben-Segment-Anzeigevorrichtung, d.h. in eine
digitale Anzeige, geliefert wird.
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Nicht ausgeschlossen wird, daß ein solches Signal, gegebenenfalls
nach Verstärkung, auch einen Antriebsmotor zur Bewegung einer analogen Anzeige speist.
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Die Kombination einer Waage mit einer Wägezelle und einem Hebelsystem
zur Lastaufnahme ist ein wesentliches Merkmal.
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Ein solches Hebelsystem ist einseitig angelenkt und verschwenkt unter
der Belastung, wobei eine Mehrzahl von Schneiden und Lagerungen beansprucht werden.
Wenn in diesem Falle die Auslenkung ein bestimmtes Maß erreicht, das in der Größenordnung
von mm, beispielsweise 2 mm, besteht, ergeben sich im Zusammenhang mit der Genauigkeit
Aufweichungen erheblichen Ausmaßes im Zusammenhang mit der Rückstellung bogenförmiger
Auslenkung etc.
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Im Zusammenhang mit der Wägezelle ergeben sich aber noch mehr Nachteile,
weil eine Auslenkung einer Wägezelle um ein Ausmaß der oben angegebenen Größenordnung
zu starken Verfälschungen bis zur Zerstörung der Wägezelle führen würde.
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Waagen mit einem Hebelsystem, einer Zugstange und einer mechanischen
Anzeigeeinrichtung sind beispielsweise als Federwaagen bekannt, beispielsweise aus
Systemen mit ausschwenkbarem Gewichthebel oder dergleichen. In solchen Waagen sind
Dämpfungsfedern bekannt, um im Falle einer stoßartigen Belastung oder Entlastung
die mechanischen Systeme durch Einführung einer Nachgiebigkeit nicht zu überlasten
oder zu zerstören. Hierbei handelt es sich aber um Dämpfungsfedern, die völlig unabhängig
vom Belastungsbereich bzw. der Nennlast der Waage eingebaut sind, um eben innerhalb
dieses Bereichs und nicht etwa nur in Grenzlagen stoßartige Belastungen aufzunehmen.
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Bei einer bekannten Ausführung einer ungeeichten Waage der eingangs
angegebenen Ausführungsform mit einer Wägezelle ist bekannt, an sich den Hub auf
eine bestimmte Auslenkung des Lasthebels durch ein einstellbares Widerlager zu beschränken.
In diesem Zusammenhang ist auch eine Dämpfungsfeder bekannt.
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An Waagen mit einer Wägezelle, welche Signale unter einer Auslenkung
im Bereich eines Bruchteils eines mm liefert, ergibt sich das Problem, daß auch
bei der geringen Auslenkungsmöglichkeit einer Wägezelle, insbesondere in Verbindung
mit der Ausführung von Dehnungsmeßstreifen, nur sehr kleine Signale geliefert werden,
wenn die Wägezelle nur in einem Bruchteil ihrer Belastbarkeit, beispielsweise bis
zu einem Drittel ihrer Belastbarkeit, eingesetzt wird.
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Dann müssen die kleinen Signale mit erheblichem Aufwand zur Lieferung
der Anzeige aufbereitet, d.h. zumindest verstärkt oder umgesetzt werden. Hierzu
sind elektrische und/ oder mechanische Mittel erforderlich.
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Eine so geringe Belastung der Waage in bezug zur Nennbelastung der
Wägezelle kann vorgesehen sein, um unter Umständen unbeabsichtigte Überlastungen
ohne Zerstörung der Wägezelle aufnehmen zu können. Weiterhin ist zu berücksichtigen,
daß Sicherheitsvorschriften erforderlich machen, an einer Waage, welche mit besonderem
Vorteil eine Personenwaage, aber auch eine Industriewaage sein kann, eine Überlastung,
insbesondere in dreifacher Höhe der Nennlast von vornherein einzuplanen. Wenn das
von der Wägezelle aufgenommen werden müßte, würden sich erhebliche Mehrkosten ergeben,
abgesehen davon, daß das
Problem auftreten würde, daß eine zusätzliche
Auslenkungsfähigkeit der Wägezelle zur Anzeigelieferung eine entsprechende Auslenkung
des Hebelsystems voraussetzt, dessen erhöhte Aus lenkung aber wiederum Ungenauigkeiten
einführen würde.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Waage der eingangs
angegebenen Ausführung unter Berücksichtigung vorstehend angesprochener Probleme
so auszuführen, daß mit geringstmöglichem Aufwand eine erhöhte Genauigkeit unter
Einhaltung der Überlastbestimmungen erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Übertragungszug
zwischen Hebelsystem und Wägezelle eine im Sinne ihrer Belastungsfähigkeit vorgespannte
Feder angeordnet ist, welche im Bereich ihrer Vorspannung der Nennlast der Wägezelle
entspricht.
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In diesem Falle handelt es sich um eine Feder, die im Nennbereich
der Belastung der Waage keine Dämpfung herbeiführt, aber außerhalb dieses Belastungsnennbereichs
und immer noch im Sicherheitsbereich zugleich eine Dämpfungswirkung hat.
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Die Vorspannung der Feder nimmt dabei den Wert der Nennlast auf, so
daß die Zugstange in diesem Bereich als starr bzw. als quasi starr anzusehen ist.
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Das Hebelsystem im Sinne der Erfindung ist eine bekannte Ausführung
mit durch Schneiden und Schneidenlagerungen sowie Verbindungslaschen aneinandergehaltenen
Lasthebeln, insbesondere einem längeren und einem kürzeren Lasthebel, auf denen
jeweils ein Teil der Brücke der Waage abgestützt ist.
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Solche Ausführungen sind bekannt und können in mancher Weise
variiert
werden. Die Zugstange ist zwischen seinen Enden an sich ein starr ausgeführtes Element,
das einerseits das Ende des längeren Lasthebels trägt und andererseits an der Wägezelle
ausgreift.
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Bekannt ist auch, in der Zugstange als Dämpfungsfeder eine Zugfeder
einzuschalten. Diese hat aber in Verbindung mit der eingangs angegebenen Kombination
keine Bedeutung, weil sie im Bereich der Nennlast ausfedert und bei der angestrebten
minimalen Aus lenkung an der Wägezelle eine als Zugfeder zwischengeschaltete Dämpfungsfeder
zu verhältnismäßig großen Auslenkungen des Hebelsystems führt. Diese verhältnismäßig
großen Auslenkungen verursachen die Ungenauigkeiten infolge der Aus lenkung und
Rückstellung des Hebelsystems um einen Drehpunkt, abgesehen davon, daß solche Dämpfungsfedern
auch Schwingungen einführen.
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Wesentlich für die Erfindung ist daher die Einschaltung einer vorgespannten
Feder, die im Bereich der Nennlast überhaupt nicht nachgibt. Der Ausdruck Feder
bezieht Federanordnungen mit mehreren Federn, insbesondere Parallelfedern, ein.
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Wenn zunächst die vorgespannte Feder im Übertragungszug angesprochen
ist, dann liegt die besondere Ausführungsform darin, daß die vorgespannte Feder
in der Zugstange angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich zugleich eine einfache Ausführung
der Waage, wobei die Zugstange aus zwei Abschnitten besteht, zwischen denen die
vorgespannte Feder vorgesehen ist. Die beiden Abschnitte können unmittelbar aneinandergeführt
sein, sie müssen aber in der Belastungsrichtung zueinander beweglich sein.
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Mit besonderem Vorteil ist in einer Ausführung mit einer Wägezelle
aus einem Federelement und den erwähnten Dehnungsmeßstreifen in der Auslegung für
im wesentlichen die
Nennlast der Waage vorgesehen, daß die auf
den Nennlast-Wert vorgespannte Feder eine Belastung um das Mehrfache, insbesondere
Dreifache, aufnimmt. Insofern schafft die Erfindung auch gemäß obigen Darlegungen
eine Waage in der angegebenen Kombination mit einer Wägezelle einer an sich beliebigen
Ausführung, aber in der bevorzugten Ausführung mit dem Federelement und dem Dehnungsmeßstreifen
in der Auslegung für die Nennlast, so daß das Signal in diesem Bereich völlig über
den gesamten Auslenkungsbereich der Wägezelle geliefert wird, wobei aber eine Überlastung
durch Stoßbelastung oder andere Einflüsse um das Mehrfache, insbesondere Dreifache
der Nennlast aufgenommen werden kann, ohne daß einerseits die direkte Anzeige durch
die Wägezelle in ihrem Auslegungsbereich beeinträchtigt wird und andererseits die
Wägezelle bei Üb erlastung überbeansprucht wird. Hierin liegt ein wesentliches Merkmal,
das zu einer Waage höchster Genauigkeit unter wirtschaftlichen Bedingungen führt.
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Dabei ist vorteilhaft eine Anzeigevorrichtung mit einer Anzeige vorgesehen,
deren Anzeigebereich der Belastbarkeit der Wägezelle unter Einbeziehung der Übersetzung
entspricht, wobei in der Zugstange die vorgespannte Feder Überlastungen aufnimmt.
Dadurch wird die Wägezelle nur in ihrem Bereich belastet, während Überbelastungen
durch die Feder und insbesondere durch ein Widerlager aufgenommen werden, das in
der Waage angeordnet ist. Eine höhere Belastung des Federelementes und der Wägezelle
über Nennlast ist damit ausgeschlossen.
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In diesem Zusammenhang wird ein Widerlager für das Hebelsystem, insbesondere
den Lasthebel bei Bewegung außerhalb des Bereiches der Nennlast, insbesondere auch
eines Mehrfachen der Nennlast, einbezogen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die vorgespannte
Feder eine Druckfeder, und an sich überlappenden Enden von Abschnitten der Zugstange
sind insbesondere einstellbare Federwiderlager angeordnet.
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Bei dieser Ausführung als Druckfeder wird eine Zylinderfeder bevorzugt,
weil sie radial-smetrisch ausgestaltet und im wesentlichen ohne seitliche Auslenkung
belastbar ist. Einbezogen wird dabei zweckmäßig, daß die Druckfeder eine Gummifeder
ist. In einer besonderen Ausführung der Feder als Druckfeder ist diese eine Blattfeder,
insbesondere gebogene Blattfeder, deren jeweils von dem zugeordneten Zugstangenabschnitt
entfernte Enden unter einem einstellbaren Widerlager dieser Zugstangenenden angeordnet
sind.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführung ist die Feder eine Zugfeder,
deren Federwiderlager durch eine Streckungsanordnung aneinander abgestützt sind
und deren Federwiderlager insbesondere einstellbar an Zugstangenabschnitten festgelegt
sind. Die Unterscheidung zwischen Druck- und Zugfeder ermöglicht den Einsatz verschiedener
Federmaterialien, wie beispielsweise im Falle der Druckfeder auch eine sogenannte
Gummifeder in Form eines Puffers. In Verbindung mit der Zugfeder wird jedoch zweckmäßig
einbezogen, daß in einem Zugstangenabschnitt ein längenveränderlicher Längenausgleichsabschnitt
vorgesehen ist. Hierdurch läßt sich die Widerlageranordnung verhältnismäßig einfach
ausführen.
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Auch im Falle der Zugfeder wird einbezogen, daß die Feder als Zylinderfeder
ausgeführt ist und die Streckungsanordnung rohrförmig ausgebildet ist, die vorzugsweise
aus zwei ineinander geschraubten Abschnitten besteht. Die Strekkungsanordnung ist
in diesem Zusammenhang eine besondere Einrichtung für die Einstell-fähigkeit der
Waage.
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Auch als Zugfeder sieht eine zweckmäßige Ausführung eine bogenförmige
Blattfeder vor, deren an den Zugstangenabschnitten angelenkte Enden spreizbar sind.
Dabei wird vorteilhaft eine Spreizeinrichtung zwischen den Blattfederenden in Form
einer längenveränderbaren Abstützung für die Federschenkel einbezogen.
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In allen Ausführungen liegt eine zweckmäßige Ausgestaltung darin,
daß die Zugstange im Bereich der Feder einander überlappende und aneinander geführte
Abschnitte aufweist, die zwischen den Federwiderlagern vorgesehen sind und zwischen
denen eine Zapfen-Schlitz-Verbindung angeordnet ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben
und erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen: Fig.
1 eine schematische Ansicht einer Waage in der speziellen, schematischen Zuordnung
der Teile als Personenwaage; Fig. 2 eine Stirnansicht einer Waage nach Fig. 1 in
einer mehr detaillierten Ausführung; Fig. 3 eine schematische Teilansicht für eine
Druck-Gummifeder innerhalb der Zugstange; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines
Ausschnitts aus der Zugstange mit einer Blattfeder in der Ausbildung als Druckfeder;
Fig. 5 ein Schaubild für eine Federkennlinie zur Verwirklichung der Erfindung;
Fig.
6 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts aus der unterteilten Zugstange mit
einer Zugfeder als vorgespannte Feder; Fig. 7 eine entsprechende Darstellung eines
Zugstangenausschnitts mit einer Blattfeder als Zugstange und einer Vorspanneinrichtung,
auch in Verbindung mit einer in diesem Falle bevorzugten Ausgleichseinrichtung.
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In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Wenn von einer Waage die Rede ist, dann handelt es sich um Personenwaagen
oder Gegenstandswaagen, d.h. auch Industriewaagen, wobei die Erfindung besonders
vorteilhaft ist im Zusammenhang mit gewerblichen Waagen, bei denen Schüttgüter in
einen Aufnahmebehälter gebracht, insbesondere geschüttet werden bzw. im Zusammenhang
mit Flüssigkeiten gegossen werden. Dabei entsteht, wie beim Beschreiten einer Personenwaage
durch eine Person, ein Anfangsbelastungsimpuls, der viel stärker als im Falle einer
Personenwaage das Wiegesystem durch die kinetische Kraft des fallenden Materials
beansprucht. Eine solche Beanspruchung ist aber immer nur kurzzeitig und soll gerade
von der Anzeige ausgeschlossen werden. Die Anzeige selbst soll aber von der möglichst
direkten Verbindung zwischen Belastung und Anzeige abhängen.
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Nach Fig. l ist eine Lastaufnahme 1 als Plattform vorgesehen, die
auf einem Hebelsystem 2 angeordnet ist, dessen längerer Lasthebel 3 mit einer Zugstange
4 inAJerbindung steht, die mit dem belastbaren Teil 5 einer Wägezelle 6
verbunden
ist. Die Wägezelle 6 ist im ganzen als Federelement 7 ausgeführt, auf welchem eine
Brückenanordnung 8 als Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist, von welcher eine Signalverbindung
9 zu einer Anzeige bzw. Anzeigevorrichtung 10 geht, in der das Gewicht gezeigt wird.
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In der Zugstange 4 ist eine Federanordnung 11 vorgesehen, die in besonderer
Weise ausgestaltet ist. Die Zugstange 4 besteht aus zwei Zugstangenabschnitten 12,
13, die in noch zu beschreibender Weise miteinander, insbesondere aber durch die
vorgespannte Feder 11 miteinander verbunden sind.
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Die Figur l zeigt mit ihren Umrißlinien 14 den schematischen Aufbau
einer Personenwaage. Die entsprechende Anordnung in einer Industriewaage bleibt
vorbehalten.
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Die Wägezelle 6 hat ein außerordentlich geringes Auslenkungsvermögen,
so daß also auch das Hebelsystem 2 praktisch in seiner Lage verbleibt, d.h. die
Aus lenkung ist in ihrer mechanischen Bewegung vernachlässigbar, so daß in dieser
Kombination keine Ungenauigkeiten aufgrund einer schwenkbaren Aus lenkung des Lasthebels
3 berücksichtigt werden müssen.
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Dem Lasthebel 3 ist ein Widerlager 56 im Gehäuse zugeordnet, welches
das System entlastet, so daß jegliche höhere Belastung der Wägezelle ausgeschlossen
wird, weil die Differenz von der Federanordnung 11 aufgenommen wird.
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Ausgehend von der Ausführung nach Fig. 1 zeigt Fig. 2 eine direkte
Ausgestaltung, in der die beiden Abschnitte 12, 13 der Zugstange 4 besonders deutlich
in einer Säule 15 der Waage gezeigt sind. Die beiden Zugstangenabschnitte überlappen
sich. Das Ende 16 des Zugstangenabschnitts 13 trägt mittels eines Querzapfens 17
ein Federwiderlager 18 für eine Druckfeder 19, deren anderes Federwiderlager 20
mittels eines Querzapfens 21 am Ende 22 des Zugstangenabschnitts 12 festgelegt ist.
Die Federwiderlager 18 und 20
sind insbesondere zueinander einstellbar,
gegebenenfalls dadurch, daß die Federwiderlager 18 und 20 durch Einfügung der Querzapfen
17 und 21 in verschiedene Löcher einer Lochreihe verstellbar sind.
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Die gegenseitige Bewegung der Zugstangenabschnitte 12 und 13 ist gewährleistet,
da in ihnen wechselseitig Langlöcher 23, 24 angeordnet sind, in denen bei einer
Ausdehnung der Zugstange die Zapfen in dem jeweiligen anderen Zugstangenabschnitt
beweglich sind.
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Wichtig ist, daß nicht nur eine Feder zwischen den Zugstangen angeordnet
ist, sondern daß diese Feder vorgespannt ist.
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Entsprechend ist unter Zugrundelegung der Zugstangenabschnitte 12,
13 auch eine Druck-Gummifeder 25 zwischen den Federwiderlagern 18 und 20 einsetzbar,
wobei diese Druck-Gummifeder einen mittleren Durchgang hat, durch welchen die die
Federwiderlager 18 und 20 tragenden Enden 26, 27 der Zugstangenabschnitte 12, 13
hindurchgehen.
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Bei einer Ausführung der Druckfeder als Blattfeder 28 nach Fig. 4,
die seitlich gewölbt neben den Zugstangenabschnitten 12, 13 hinaustritt, ist vorgesehen,
daß an den jeweiligen Enden 29, 30 der Zugstangenabschnitte 12, 13 einstellbare
Federwiderlager 35, 36 angeordnet sind. Diese tragen an den einander zugekehrten
Enden Haltevorrichtungen 33, 34 für die Federenden 31, 32. Die Haltevorrichtungen
sind durch die eingezeichneten Stellschrauben zur Herstellung einer Vorspannung
bewegbar. Es ist erkennbar, daß die Federwiderlager 35, 36 jeweils an der Außenseite
eines Endes 29, 30 der Zugstangenabschnitte 13, 14 vorgesehen sind,
so
daß für ein Federende 32 Durchtrittsöffnungen in Form von Schlitzen in den Enden
29, 30 der Zugstangenabschnitte angeordnet sind.
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Zur Erläuterung einer Ausführung mit der verschiedensten Art von Federn
wird auf Fig. 5 Bezug genommen. In dem Koordinatensystem mit der Ordinate 37 für
die Last an der Zugstange und der Abszisse 38 für den Hub ist eine Federkennlinie
39 möglichst flach zur Abszisse dargestellt.
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Eine solche Anordnung einer Feder könnte als Dämpfungsfeder dienen,
die das Wiegeergebnis beeinträchtigt. Durch eine Vorspannung entsprechend dem Lastbereich
40 wird die Kennlinie 39 auf die Strecke 39' gehoben, so daß erst nach Überwindung
der Vorspannung die verhältnismäßig weiche Federwirkung zur Geltung kommt. Die Weichheit
der Fedarwirkung ergibt sich aus dem Winkels( Die Fig. 5 läßt erkennen, daß die
vorgespannte erfindungsgemäße Feder eine verhältnismäßig lange Feder ist, die auf
einen Bruchteil ihrer Länge durch die Vorspannung im Falle der Druckfeder zusammengedrückt
wird bzw. im Falle einer Zugfeder ausgedehnt wird. Die erhebliche Länge ist vorgesehen,
um den Winkelgrklein zu halten.
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Die Fig. 6 zeigt die beiden Zugstangenabschnitte 12, 13 im Zusammenschluß
mit einer zylindrischen Zugfeder 41.
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Diese Zugfeder 41 ist mit ihren Enden an Widerlagern, insbesondere
Aufnahmelagern 42, 43, verankert, wobei im Gegensatz
zur Ausführung
der Widerlager 18, 20 für Druckfedern die Aufnahmelager 42, 43 jeweils an den benachbarten
Zugstangenabschnitten 12, 13, gegebenenfalls einstellbar, angeordnet sind, wie bei
44 gezeigt ist. Insofern sind die beiden Zugstangenabschnitte 12, 13 durch die Zugfeder
41 verbunden. Deren Vorspannung wird dadurch bestimmt, daß zwischen den Aufnahmelagern
42, 43 eine insbesondere einstellbare Streckungsanordnung 45 als Vorspanneinrichtung
angeordnet ist, die gegebenenfalls aus zwei aneinanderverschraubten Abschnitten
besteht.
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Enden 46, 47 der Zugstangenabschnitte 12, 13 können sich innerhalb
der Feder oder des Vorspannungsrohres überlappen und mit Zapfen-Schlitz-Verbindungen
48 verbunden sein, um eine vollständige Trennung zu vermeiden.
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Wenn die Feder 49 als Blattfeder zwischen den Zugstangenabschnitten
12, 13 ausgeführt und mit ihren Enden 50, 51 gelenkig, aber fest mit diesen verbunden
ist, dann ergibt sich bei der Ausführung der Feder als Zugfeder die Anordnung einer
einstellbaren Spreizeinrichtung 52 zwischen den Federenden 51, 50. Die Widerlager
53, 54 der Spreizeinrichtung sind mit den Zugstangenabschnitten 12, 13 verbunden.
Die Spreizeinrichtung 52 läßt aber eine Vorspannung der Feder 49 zu. Dabei ist beispielsweise
im Zugstangenabschnitt 12 eine Ausgleichseinrichtung als Längenausgleich 55 vorgesehen,
um in Abhängigkeit von der Spreizung auch eine entsprechende Verkürzung des Zugstangenabschnitts
12 vorzusehen, damit eine passende Anordnung bis zur Wägezelle erfolgen kann. Der
Längen-Ausgleichsabschnitt besteht beispielsweise aus mittels eines Spannschlosses
mit gegengesetztem Gewinde zusammengeschraubten Teilen, so daß eingeschraubte Enden
bei der Drehung in einer Richtung auseinandergeschoben und bei Drehung in der anderen
Richtung zusammengezogen werden.
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