DE3900401A1 - Schwingungs- und verriegelungsvorrichtung und verfahren fuer eine waage mit oszillierendem ablegetisch - Google Patents
Schwingungs- und verriegelungsvorrichtung und verfahren fuer eine waage mit oszillierendem ablegetischInfo
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Description
Mit fortschreitender Technologie tendieren die
ablaufenden Vorgänge zu immer höheren Geschwindigkeiten.
Die meisten Vorgänge machen die Koordinaten von einer
Vielzahl von Einzelkomponenten erforderlich, wobei der
Vorgang nur so schnell ablaufen kann, wie es die
langsamste Komponente zuläßt, wenn nicht mehrere ähnliche
Komponenten verwendet werden. Es gibt einige Prozesse, bei
denen das Gewicht eines Gegenstandes erforderlich ist, aber
bis heute ist keine Waage für einen genauen und schnellen
Wiegevorgang erhältlich. Genau bedeutet hier die
Fähigkeit, einen Gegenstand mit einem Gewicht bis zu
907,2 g (32 ounces) mit einer Genauigkeit von 0,86 g
(1/32 ounces) zu wiegen. Schnell bedeutet in diesem
Zusammenhang die Fähigkeit, eine Serie von transportierten
Artikeln innerhalb von weniger als 1 Sek./Artikel zu
wiegen. Ein Prozeß, bei dem ein Bedürfnis für schnelle
Wiegevorgänge besteht, ist die Verarbeitung von Post.
Hochgeschwindigkeitssysteme sind entwickelt worden, durch
die eine geeignete Anzahl von Einlagen, deren Zahl sich
von Umschlag zu Umschlag ändern kann, in einen Umschlag
eingelegt werden. Der Umschlag wird versiegelt und ein
Postwertstempel wird auf den Umschlag aufgedruckt. Bevor
der Postwertstempel aufgedruckt werden kann, ist es jedoch
erforderlich, daß das Gewicht des Poststücks festgestellt
wird. Zu diesem Zweck sind Wiegevorrichtungen für
derartige Postverarbeitungssysteme entwickelt worden;
jedoch waren diese üblicherweise recht langsam. Zahlreiche
bekannte Wiegevorrichtungen bestanden, genauer gesagt, aus
einer Kombination einer Standardwaage mit einer
Einrichtung, die die Poststücke abstoppte, um die
Durchführung des Wiegevorgangs zu ermöglichen. Um sich an
die Ausgangsleistung einer Einlegemaschine anzupassen,
wurden mehrere Waagen verwendet, wobei die Poststücke den
Waagen abwechselnd zugeführt wurden.
Große Anstrengungen wurden bei dem Versuch unternommen,
eine Waage zu entwickeln, die die zahlreichen, zuvor
erwähnten Ziele erreicht. Eine derartige Waage ist in der
parallelen US-Patentanmeldung mit dem Titel APPARATUS AND
METHOD OF DETERMINING THE MASS OF AN ARTICLE BY MEASURING
THE SHIFT IN THE PERIOD OF HARMONIC MOTION vom 13. Juli
1987 mit der Serial No. US 0 73 790 beschrieben. Diese
Waage, aber auch andere dieses Typs erfordern ein
schnelles und wirksames Verfahren des Zuführens und
Verriegelns der verschiedenen Komponenten, wenn
Gegenstände auf den Ablegetisch der Waage transportiert
werden, um den Ablegetisch während des Wiegevorgangs
freizugeben und zu einer Schwingung anzuregen.
Eine einzigartige Verriegelungs- und
Schwingungsvorrichtung für eine Waage ist entwickelt
worden, die die Prinzipien von harmonischen Schwingungen
einsetzt, um das Gewicht eines Gegenstandes festzustellen.
Ein flexibel befestigter Ablegetisch besitzt einen Finger,
der sich vom Ablegetisch herab erstreckt und der eine
angewinkelte Oberfläche berührt. In einem Zustand wird der
Ablegetisch angeregt zu schwingen. Aus der Frequenz der
Schwingung kann die Masse des Gegenstandes auf dem
Ablegetisch bestimmt werden. Nachdem die Masse
festgestellt wurde, gerät der Finger mit einem anderen
Teil der abgewinkelten Oberfläche in Eingriff, um den
Ablegetisch zu verriegeln.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung genauer anhand
der Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Waage, die die
vorliegende Erfindung enthält;
Fig. 2 eine perspektivisches Explosionsschaubild, in dem
ausgewählte Teile der Waage aus Fig. 1 dargestellt
sind;
Fig. 3 einen Längsschnitt der Waage aus Fig. 1;
Fig. 4 eine Draufsicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 eine Seitenansicht entlang der Linie 5 ä5 in Fig. 4;
Fig. 6 einen Querschnitt eines Biegeelements, das ein
Bestandteil der Waage aus Fig. 1 ist;
Fig. 7 einen seitlichen Vertikalschnitt entlang der Linie
7-7 in Fig. 4;
Fig. 8 einen seitlichen Vertikalschnitt entlang der Linie
8-8 in Fig. 4;
Fig. 9 einen seitlichen Vertikalschnitt entlang der Linie
9-9 in Fig. 4;
Fig. 10 einen seitlichen Vertikalschnitt entlang der Linie
10-10 in Fig. 4;
Fig. 11 ein Blockdiagramm des Schaltkreises, der in der
Waage aus Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 12 ein Blockdiagramm der Komponenten der
elektronischen Steuerung aus Fig. 11;
Fig. 13a bis 13b Diagramme, die einen der Wiegevorrichtung
zugeführten Einzelimpuls, einen Ausdruck des
Ausgangssignals, das von einem Meßwandler aufgrund
der Schwingung erzeugt wird und eine
Rechteckwellenform des Ausgangssignals zeigen; und
Fig. 14 ein Flußdiagramm, das die bei der Messung des
Gewichts eines Gegenstands auftretenden Schritte
beschreibt.
In Fig. 1 ist eine Waage 12 dargestellt, die die
vorliegende Erfindung enthält und die ein Gehäuse 13
aufweist, das zur Oberseite 14 hin offen ist. Die
Komponenten, die innerhalb des Gehäuses 13 angeordnet
sind, sind in den Fig. 2 bis 10 dargestellt und umfassen,
bezugnehmend auf Fig. 2, eine Grundplatte 18, die am Boden
des Gehäuses befestigt ist und die vier Stützen 16 trägt.
An jeder Stütze 16 ist eine Blattfeder 20 mit Hilfe einer
Kappe 22 befestigt, die mit der Stütze mit einem
dazwischenliegenden Teil der Blattfeder verschraubt ist.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Blattfedern
abgewinkelt geformt sind und einen unteren Abschnitt
aufweisen, der zu jeweils einer von zwei quer verlaufenden
Platten 24 benachbart ist. Der Winkel o der Blattfeder
beträgt vorzugsweise zwischen 5° und 15°, bezogen auf die
Vertikale. Die Federn 20 sind mit den Platten 24 über eine
Kappe 26 verschraubt, wobei der untere Abschnitt der
Federn zwischen den Kappen 26 und den Platten 24
angeordnet ist. Auf diese Weise sind die zwei Platten 24
an der Grundplatte 18 über die Federn 20 befestigt und
dadurch von der Grundplatte isoliert.
An jeder Platte 24 ist ein Paar flexibler Elemente 30 aus
einem elastischen Material, wie z. B. Aluminium oder Stahl,
befestigt, die einen im wesentlichen parallelogrammartigen
Aufbau aufweisen, dessen Einzelheiten in Fig. 6
dargestellt sind. Jedes flexible Element 30 besitzt ein
Paar gegenüberliegender paralleler flexibler Platten 32,
die über ein einteiliges Verbindungselement 35 miteinander
verbunden sind. Ein Meßwandler 33 ist zumindest an einer
der Seiten 32 eines flexiblen Elements 30 befestigt.
Dieser Meßwandler kann ein piezoelektrisches Element sein,
so daß eine Spannung in Abhängigkeit von der Durchbiegung
des Meßwandlers erzeugt wird. Die flexiblen Elemente 30
weisen an der Unterseite zwei Öffnungen 34 auf, die
Schrauben 36 aufnehmen, die durch die Platten 24 verlaufen
und so die flexiblen Elemente an den Platten befestigen.
Die flexiblen Elemente 30 besitzen darüber hinaus eine
Öffnung 38 auf der Oberseite, die mit Öffnungen 42 in
einem Ablegetisch 40 ausgerichtet sind. Der Ablegetisch 40
ist an den flexiblen Elementen mit Hilfe von Schrauben
befestigt, die in die Öffnungen 38 des flexiblen Elements
eingeschraubt sind. Der Ablegetisch 40 weist darüber
hinaus eine sich in Längsrichtung erstreckende Öffnung 44
auf. Der Ablegetisch 40 besitzt die Form einer Platte 45
mit einem herabhängenden abgesetzten Rand 47 und ist aus
Aluminium oder einem anderen steifen Material hergestellt.
Auf der Unterseite sind mehrere Aluminium-Versteifungen 46
angebracht, die zum geringen Gewicht und der Steifigkeit
des Ablegetisches 40 führen.
Vier Stützen 48 sind an den zwei Platten 24, und an den
Stützen ist ein Grundteil 50 befestigt, das im
wesentlichen aus T-förmigen Elementen 52 mit daran
befestigten herabhängenden Abschnitten 54 besteht. Zweck
der T-förmigen Elemente 52 und der herabhängenden
Abschnitte 54 ist es, das Gewicht des Grundteils 50 zu
erhöhen. In Fig. 3 ist dargestellt, daß zwei Paare
gegenüberliegender Stehlager 60 von der Grundplatte 18
getragen werden, und daß jedes Stehlagerpaar einen Stift
62 trägt. Eine Spannrolle 64 ist drehbar auf jedem der
Stifte 62 befestigt. Wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt, wird
ein Paar gegenüberliegender Stehlager 66 durch die
Grundplatte 18 getragen, und jedes Stehlager weist ein
Lager 68 auf, das eine Welle 70 aufnimmt, die so von den
gegenüberliegenden Stehlagern gehalten wird. Eine
Riemenscheibe 72 ist auf der Welle 70 angeordnet, wobei
sich zwischen der Riemenscheibe 72 und der Welle 70 ein
Einweglager 74 befindet, wodurch die Riemenscheibe,
bezogen auf die Welle, frei läuft, wenn die Riemenscheibe
in eine Richtung gedreht wird, d. h., es wird keine
Bewegung zwischen den beiden übertragen, wohingegen die
Welle durch die Riemenscheibe 72 angetrieben wird, wenn
die Riemenscheibe 72 in entgegengesetzter Richtung
angetrieben wird. Die Riemenscheibe 72 weist einen
Hülsenbereich 76 auf, auf den eine andere Riemenscheibe 78
mit einem Einweglager 80 dazwischen befestigt ist. Das
Einweglager 80 ist im Hinblick auf seine Wirkung
entgegengesetzt zum Einweglager 74, so daß, wenn die
Riemenscheibe in Uhrzeigerrichtung rotiert (s. Fig. 3),
das Einweglager 80 einen Antrieb zwischen der
Riemenscheibe 72 und der Riemenscheibe 78 bewirkt,
wohingegen die Riemenscheibe 78 leerläuft und kein Antrieb
übertragen wird, wenn die Riemenscheibe 72 in
Gegenuhrzeigerrichtung angetrieben wird.
An einem Trageelement 82 ist ein umsteuerbarer Motor 84
befestigt, an dessen Ausgangswelle 88 eine Riemenscheibe
86 befestigt ist. Ein Riemen 90 verläuft über die
Riemenscheiben 72 und 86, um die Riemenscheibe 72
anzutreiben.
Ein abgestufter Träger 94 ist an dem Ablegetisch 40
befestigt und trägt eine Lichtquelle 92. Ein Fotodetektor
95 ist unmittelbar unter dem Ablegetisch 40 angeordnet,
wobei eine Öffnung innerhalb des Ablegetisches ermöglicht,
daß das Licht durch den Ablegetisch hindurch verläuft. Der
Fotodetektor ist zur Lichtquelle 92 ausgerichtet, um so
das Vorhandensein eines Gegenstandes zwischen dem Detektor
und der Lichtquelle zu erfassen. Der Träger 94 trägt
mehrere Wellen 96, an den paarweise Arme 98 befestigt
sind, wobei sich Stifte 100 zwischen den paarweise
vorgesehenen Armen erstrecken und sie miteinander
verbinden, und wobei jeder Stift eine Führungsrolle 102
trägt. Eine Spannfeder 104 wird von jeder der Wellen 96
gehalten, wobei die Spannfeder ein erstes Federende 106,
das am Träger 94 anliegt und ein zweites Federende 108
aufweist, das mit dem oberen Teil von einem der paarweise
vorgesehenen Arme 98 in Eingriff steht. Mit diesem Aufbau
werden die Arme 98 in Richtung auf den Ablegetisch 40
vorgespannt. Zwei gebogene Kufen 110 sind an jedem der
paarweise vorgesehenen Arme 98 angeordnet. Ein Poststück
112 in Form eines Umschlags ist in Fig. 3 in einer
Stellung dargestellt, in der das Gewicht des Umschlags
durch die Waage 12 festgestellt wird.
Wie in den Fig. 4 und 8 gezeigt, sind zwei Ständerpaare
114 paarweise gegenüberliegend angeordnet und über eine
Achse 116 miteinander verbunden, die starr von jedem der
Ständerpaare 114 gehalten wird. Zwei im wesentlichen
L-förmigen Arme 118 sind auf jeder der Achsen 116 gelagert,
wobei die Arme über ein Verbindungstück 120 miteinander
verbunden sind. An jedem Verbindungsstück 120 ist ein
Mitnehmer 122 befestigt. Der obere Bereich der Arme 124
ist drehbar an Stiften 126 gelagert, die in einem
Trägerpaar 128 aufgenommen sind. Die Träger 128 sind
miteinander über Achsen 130 verbunden, die drehbar
Zwischenrollen 132 und Endrollen 134 aufnehmen, wobei die
letzteren ein wenig größer sind. Jeder der Träger 128
weist einen Längsschlitz 136 auf, der die Achse 116
aufnimmt, wodurch eine Bewegung der Träger relativ zur
Achse ermöglicht wird. Ein Kurvenscheibenpaar 138, 140 ist
auf der Welle 70 befestigt, wobei eine der Kurvenscheiben
140 mit dem Mitnehmer 122 in Eingriff steht. In einer
Stütze 141 mit einer längs verlaufenden Öffnung 142 ist
gleitend eine Stange 144 gelagert. Die Stange 144 steht
mit der Kurvenscheibe 138 an einem Ende und mit einem
Mitnehmer 122 eines Armes 118 auf der anderen Seite in
Eingriff. Eine Spannfeder 146 ist an den
gegenüberliegenden Armpaaren 118 befestigt, um die
Mitnehmer 122 gegen die Kurvenscheibe 140 bzw. die Stange
144 zu drücken.
Wie in Fig. 4 und 7 gezeigt, ist an der Grundplatte 18 ein
Anschlag 152 befestigt. Die Welle 70 trägt starr eine
Kurvenscheibe 154, die einen Abschnitt 156 mit großem
Durchmesser und einen Abschnitt 158 mit kleinem
Durchmesser aufweist. An der Welle 70 entlang ist eine
Feder 160 angeordnet, von der das eine Federende 162 in
einer Öffnung 164 der Kurvenscheibe, und von der das
andere Federende 166 in einer Öffnung 168 des Stehlagers
66 aufgenommen ist. Die Feder dreht die Kurvenscheibe 154
um die Welle 70 in Uhrzeigerrichtung (s. Fig. 7) und
zwingt dabei den Bereich 156 der Kurvenscheibe gegen den
Anschlag 152.
Wie in Fig. 5 und 9 gezeigt, besitzt die Waage 12 eine
Vorrichtung 169, die auf die Welle 70 zum Verriegeln und
Auslösen einer Schwingung anspricht, die eine
Kurvenscheibe 170 umfaßt, die eine Öffnung 171 mit einer
ersten gekrümmten Oberfläche 172 und einer zweiten
gekrümmten Oberfläche 174 aufweist, wobei die
Kurvenscheibe 170 an der Welle 70 befestigt ist, um mit
der Welle zu rotieren. Eine Stütze 176 ist am Grundteil 50
angeordnet und an dieser Stütze ist eine Achse 178
befestigt. Ein im wesentlicher V-förmiger Hebelbügel 180
ist an der Achse 178 mit einem dazwischen angeordneten
Gleitlager 179 befestigt. Die Aufgabe des Gleitlagers ist
es, einen Widerstand gegen die Bewegung des Hebelbügels
180 zu erzeugen, so daß eine Kraft erforderlich ist, um
den Hebelbügel um die Achse zu drehen. Der im wesentlichen
V-förmige Hebelbügel 180 besitzt einen ersten Arm 182 und
einen zweiten Arm 184, wobei der letztere einen Mitnehmer
186 an seinem Ende aufweist, der in der Öffnung 171
aufgenommen ist. Der erste Arm 182 weist einen
herausragenden Abschnitt 188 auf, der eine angewinkelte
Lageroberfläche 190 mit einer Schulter 192 an deren Ende
aufweist. Ein Finger 194 ragt vom Ablegetisch 40 nach
unten und besitzt ein rechteckiges Anschlagelement 196,
das mit dem Vorsprung 188 in Eingriff gebracht werden
kann, um den Ablegetisch 40 mit dem Grundteil 50 zu
verriegeln. Die Ruhestellung des Ablegetisches 40 ist
aufgrund der flexiblen Elemente 40 derart, daß der
Anschlagbereich an einer mittleren Stelle der
angewinkelten Lageroberfläche 190 angeordnet ist.
Wie in den Fig. 5 und 10 dargestellt, ist eine
Verriegelungseinrichtung 198 vorgesehen, um den
Ablegetisch 10 während der Zeiträume zu verriegeln, in
denen zu wiegende Gegenstände auf den Ablegetisch
transportiert werden, und um den Ablegetisch 40 während
der Schwingung freizugeben. Ein lambda-förmiger Ständer
200 (Großbuchstabe) wird von der Grundplatte 18 getragen
und weist einen davon ausgehenden Stift 202 auf. Ein im
wesentlichen Z-förmiges Verriegelungsstück 204 wird
drehbar durch den Stift 202 gehalten und besitzt ein
erstes Teilstück 206 und ein zweites Teilstück 207, wobei
das letztere eine Öffnung 208 aufweist. Ein Pfosten 210
wird von der Grundplatte 18 getragen und eine Spannfeder
212 erstreckt sich von Öffnung 208 zum Pfosten 210, um
das Verbindungsstück 204 in Gegenuhrzeigerrichtung
vorzuspannen. Eine erste Blattfeder 214, die vorzugsweise
aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, wird von dem Ständer
200 gehalten und erstreckt sich vom Ständer 200 aus. Die
Blattfeder 214 ist vom zweiten Teilstück 206 beabstandet.
Ein Finger 216 erstreckt sich vom Grundteil 50 nach unten
und trägt eine zweite Blattfeder 218, die sich zwischen
die erste Blattfeder 214 und den Ständer 200 erstreckt, um
so daß Grundteil 50 als Ergebnis einer auf das Teilstück
206 wirkenden Kraft zu verriegeln, die sich durch die
vorspannende Wirkung der Feder 212 ergibt. Auf der Welle
70 ist eine Nockenscheibe 220 befestigt, die sich mit der
Welle dreht. Die Nockenscheibe 220 wirkt auf das
Verriegelungsstück 204 ein, wenn sich die Welle 70 dreht,
um so die Wirkung der Feder 212 aufzuheben und das
Verriegelungsstück in Uhrzeigerrichtung zu bewegen, und
das Teilstück 206 aus dem Eingriff mit der Blattfeder 214
zu lösen, wodurch das Grundteil 50 von der Grundplatte 18
entriegelt wird.
In Fig. 11 ist das elektrische System 219 dargestellt, das
in dem Gehäuse 13 enthalten ist. Eine Steuerung 221, deren
Einzelheiten in Fig. 12 dargestellt sind, steht mit einem
Computer 222 in Verbindung, der einen Schalter 224
aufweist, um die Waage mit Netzspannung zu verbinden und
eine Anzeige 226, über die das Gewicht eines durch die
Waage gewogenen Gegenstandes angezeigt wird. Die
elektronische Steuerung 221 ist elektrisch mit dem
Fotodetektor 95, dem Antriebsmotor 84 und dem
piezoelektrischen Element 33 verbunden.
Die Einzelteile der elektronischen Steuerung 130 sind in
Fig. 12 dargestellt und umfassen einen Bandpaßfilter 228,
der das Ausgangssignal des piezoelektrischen Wandlers 33
empfängt und der mit einem Null-Durchgangsdetektor 230
verbunden ist. Der Bandpaßfilter 228 unterdrückt
hochfrequentes elektrisches Rauschen und niederfrequentes
mechanisches Rauschen aus dem vom piezoelektrischen
Wandler 33 empfangenen Signal. Elektrisch mit dem
Bandpaßfilter 228 verbunden ist der
Null-Durchgangsdetektor 230, der das vom Bandpaßfilter
empfangene Signal in eine Rechteckwelle umwandelt. Der
Null-Durchgangsdetektor 230 ist elektrisch mit einem
Flankendetektor 232 verbunden, der die Flanken von jeder
vom Null-Durchgangsdetektor erzeugten Rechteckwelle
erfaßt. Der Flankendetektor 232 ist elektrisch mit einem
Flip-Flop 234 verbunden, das ein Eingangssignal von einem
UND-Gatter 236 empfängt. Das UND-Gatter 236 steht in
Verbindung mit dem Computer 222 und einem Zähler 238, der
ein Eingangssignal von einem Zeitgeber 240 und dem
Flankendetektor 232 empfängt. Ein monostabiler Vibrator
241 ist mit einem Flip-Flop 242 und dem Fotodetektor
95 verbunden. Das Flip-Flop 242 steht in Verbindung mit dem
Computer 222. Demzufolge sendet der monostabile Vibrator
241, wenn ein Poststück 112 durch den Fotodetektor 95
erfaßt wird, einen Impuls zum Flip-Flop 242, das wiederum
das Vorhandensein eines Poststücks an den Computer 222
weitermeldet. Andererseits gibt der monostabile
Multivibrator 241 wiederum einen Impuls an der Flip-Flop 242
ab, um ein Signal an den Computer 222 abzugeben,
nachdem das Poststück 112 von dem Ablegetisch 40
wegtransportiert wurde, und nicht weiter durch den
Fotodetektor 95 erfaßt wird.
Während des Wiegevorgangs ist das Grundteil 50 von der
Grundplatte 18 aufgrund der Blattfedern 20 isoliert. Unter
isoliert ist hier zu verstehen, daß die Übertragung von
Vibrationen von der Grundplatte zum Grundteil im
wesentlichen verhindert ist. Die Blattfedern 20 haben sich
als vorteilhaft herausgestellt, weil durch die Auswahl der
Winkel zwischen vorzugsweise 5° und 15° das Winkelmoment
der Vibration von der Grundplatte wesentlich reduziert
werden kann. Darüber hinaus reduzieren die Blattfedern 20
die Drehbelastung zwischen der Waage 12 und jedem
Gegenstand, auf dem sie plaziert ist, wie z. B. eine
Postverarbeitungsmaschine, und reduzieren so die
Sensitivität im Bezug auf die mechanischen Eigenschaften
des die Waage tragenden Gegenstandes. Zusätzlich wird
während des Wiegevorgangs des Grundteils 50 durch die
Blattfeder 20 dazu gezwungen, sich linear parallel zur
Grundplatte 18 zu bewegen. Die Masse des Ablegetisches 40
wird, wie im folgenden beschrieben, festgestellt, indem er
relativ zum Grundteil 50 in Schwingung versetzt wird und
die Periode der Schwingung gemessen wird. Falls der
Massenmittelpunkt des Grundteils 50 und des Ablegetisches
40 nicht zusammenfallen, besitzen diese Schwingungen ein
Winkelmoment, das nicht Null ist. Durch richtige Wahl des
Winkels o wird das Winkelmoment im wesentlichen auf nahezu
Null reduziert.
Während des Betriebs wird die Netzspannung der Waage 12
durch Einschalten des Schalters 224 zugeführt, der am
Computer 222 angeordnet ist. Obwohl der Schalter am
Computer 222 dargestellt ist, ist offensichtlich, daß
völlig unproblematisch andere geeignete Mittel verwendet
werden können, um die Netzspannung der Waage 12
zuzuführen. Wenn die Netzspannung dem System zugeführt
wird, wird der Motor 84 in Uhrzeigerrichtung angetrieben,
wodurch die Riemenscheibe 72 über den Riemen 90 gedreht
wird. Aufgrund der Drehung der Riemenscheibe 72 wird die
Riemenscheibe 78 gedreht, da das Einweglager 80 vorhanden
ist. Die Riemenscheibe 78 wird in Uhrzeigerrichtung, wie
in Fig. 3 dargestellt, angetrieben, wodurch das Band 148
angetrieben wird. Wenn das Band 148 angetrieben wird,
werden auch die Riemenscheiben 64 und die Antriebsrollen
134 angetrieben. Die kleineren Rollen 132 dienen als
Stütze für das Band 148, wenn es sich innerhalb der
Öffnung 44 des Ablegetisches 40 bewegt.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Welle 70 stillsteht,
wenn das Band 148 angetrieben wird. Dies wird bewirkt
durch das Vorhandensein des Einweglagers 74, das es
erlaubt, daß die Welle 70 innerhalb der rotierenden
Riemenscheibe 72 freilaufend stillsteht, wenn die
Riemenscheibe in Uhrzeigerrichtung angetrieben wird. Mit
der stillstehenden Welle 70 wird der Ablegetisch 40 mit
dem Grundteil 50 aufgrund der verriegelnden
Schwingungseinrichtung 169 verriegelt. Das Grundteil 50
wird über die Verriegelungseinrichtung 198 mit der
Grundplatte 18 verriegelt. Wenn ein Poststück 112 gewogen
werden soll, wird es auf dem Ablegetisch 40 an der Stelle
des Bandes 44 plaziert und zwischen dem Band und den
Andruckrollen 102 entlang transportiert. Aufgrund der
vorspannenden Wirkung der Federn 104 auf die Arme 98
stehen die Rollen 102 mit dem Poststück 112 im Eingriff
und drücken es gegen das Band bis zu dem Zeitpunkt, an
dem der Poststückumschlag 112 zwischen die Lichtquelle 92
und den Fotodetektor 95 gerät. In diesem Moment sendet der
Fotodetektor 95 ein Signal an den Computer 222 und zeigt
das Vorhandensein des Umschlages 112 an. Aufgrund dieser
Tatsache bewirkt der Computer 222, daß die elektronische
Steuerung die Drehung des Antriebsmotors 84 vom
Uhrzeigersinn in die entgegengesetzte Richtung umkehrt.
Diese entgegengesetzte Rotation wird nur für eine volle
Umdrehung (180°) der Motorausgangswelle 86 durchgeführt.
Während sich der Motor 84 in die entgegengesetzte Richtung
um 180° dreht, wird der Antrieb des Bandes 148
unterbrochen und die Welle 70 um 180° gedreht. Dies wird
hervorgerufen durch die Riemenscheibe 72, die in
entgegengesetzter Richtung um 180° gedreht wird, wodurch
es ermöglicht wird, daß die Riemenscheibe 78 frei läuft
aufgrund des Vorhandenseins des Einweglagers 80.
Unterdessen überträgt das Einweglager 74 die Drehung von
der Riemenscheibe 72 auf die Welle 70. Während dieser
Drehung der Welle wird die Wirkung der Feder 160
überlagert und die Kurvenscheiben 138, 140, die
Kurvenscheibe 154 und die Kurvenscheibe 170 werden um eine
halbe Drehung gedreht.
Die Fig. 8A zeigt die Stellung der Träger 128 und der
Rollen 132 und 134, die davon getragen werden, wenn der
Motor 84 kontinuierlich in Uhrzeigerrichtung angetrieben
wird. Dies ist die Stellung, in der ein Poststück 112 über
den Ablegetisch 40 durch das Band 148 transportiert wird.
Wenn der Motor 84 im Gegenuhrzeigersinn eine halbe
Drehung umläuft, werden die Kurvenscheiben 138 und 140
durch die Welle 70 so gedreht, daß sie die Stellung
einnehmen, die in Fig. 8B dargestellt ist. In dieser
Stellung sind die Kurvenscheiben 138 und 140 so verdreht
worden, daß ihre Oberflächen aus dem Eingriff mit der
Stange 144 herausbewegt sind. Während dieses Vorgangs
zieht die Zugfeder 146 die gegenüberliegenden, paarweise
vorgesehenen Arme 118 zueinander, wodurch der eine
Mitnehmer 122 gegen die Nockenoberfläche 140 und der
andere Mitnehmer 122 gegen die Stange 144 gedrückt wird.
Wenn dies auftritt, bewegt sich die Stange 144 und bleibt
mit der Nockenscheibe 138 nach links im Eingriff, wie in
Fig. 8 dargestellt ist. Die Arme 118 werden gemeinsam mit
der Welle 116 in der Öffnung 136 gedreht, wodurch bewirkt
wird, daß der Träger 128 nach unten bewegt wird. Das
Vorhandensein der Längsstütze 136 im Träger 128 bietet den
Freiraum, der für eine derartige Bewegung erforderlich
ist. Wenn der Träger 128 aufgrund der Einwirkung der Arme
118 nach unten gezogen wird, nimmt er das Band 148 und die
dazugehörigen Rollen 132 und 134 aus der Öffnung 44 des
Ablegetisches mit. Wie in den Fig. 3 und 5 dargestellt,
zwingen die Federn 90 dann die Arme 98 nach unten, wodurch
die Rollen 102 gegen das Poststück 112 und die Kufen 110
gegen das Poststück an einer Stelle des Ablegetisches 40
gedrückt werden. Wenn im Antriebszustand das Band 148
innerhalb des Schlitzes 44 angeordnet ist, stehen die
Rollen 102 und das Poststück in Eingriff, um so mit dem
Antrieb zusammenzuwirken, und die Kufen 110 befinden sich
an einer Stelle ein wenig oberhalb des Umschlags. Wenn das
Band 148 aus der Öffnung 44 entfernt wird, stehen die
Rollen 102 mit dem Poststück an der Stelle der Öffnung in
Eingriff, so daß die Kufen 110 das Poststück gegen den
Ablegetisch 40 festhalten. Auf diese Weise wird das
Poststück 112 fest zwischen Kufen und Ablegetisch 40
während der Schwingung des Ablegetisches, die im folgenden
beschrieben wird, festgehalten, so daß eine genaue Wägung
vorgenommen werden kann. Falls der Umschlag während der
Oszillation eine Bewegung ausführt, wird offensichtlich
nur ein ungenauer Wiegevorgang erzielt.
Wie in Fig. 10 dargestellt, wird die Nockenscheibe 220
aufgrund der Drehung der Welle 70 in
Gegenuhrzeigerrichtung gedreht und wirkt auf das
Verriegelungsstück 204 ein. Dies bewirkt, daß das
Verriegelungsstück 204 um den Stift 202 in
Uhrzeigerrichtung gedreht wird, wodurch das erste
Teilstück 206 aus dem Eingriff mit den Springfedern 214
und 218 gelöst wird, und das Grundteil 50 von der
Grundplatte 18 entriegelt wird.
Wie in den Fig. 5 und 9 gezeigt, befindet sich die
Kurvenscheibe 170 in der Stellung, die in Fig. 9A
dargestellt ist, wenn der Ablegetisch 40 sich in der
Stellung befindet, wenn der Motor in Uhrzeigerrichtung
gedreht wird. In dieser Stellung ist der Ablegetisch 40
mit dem Grundteil 50 aufgrund des Vorhandenseins des Armes
182 verriegelt, der mit dem Finger 194 in Eingriff steht.
Genauer gesagt nimmt der Absatz 192 das Anschlagelement
196 auf und hält es fest. Wie bereits erwähnt, zwingt die
Feder 160 die Öffnung 171 gegen den Mitnehmer 186, um den
Hebelbügel 180 in Uhrzeigerrichtung zu drehen. Wenn die
Welle 70 eine halbe Umdrehung durch den Motor 84 gedreht
wird, fängt die Nockenscheibe 170 an, in
Gegenuhrzeigerrichtung zu rotieren, wie in Fig. 9A
dargestellt, und der Mitnehmer 186 folgt der ersten
Oberfläche 172 bis zu dem Zeitpunkt, in dem er an das Ende
der Öffnung gelangt, woraufhin der Arm 182 um die Achse
178 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird, woraufhin der
Finger 194 freigegeben wird. Das rechteckige
Anschlagselement 196 verliert den Eingriff mit dem Absatz
190, woraufhin bewirkt wird, daß der Ablegetisch 40
schwingt, so daß der Ablegetisch 40 seine Ruheposition
einnimmt. Genauer gesagt wird, wenn das Anschlagelement
mit dem Absatz 190 in Eingriff steht, kinetische Energie
in den flexiblen Elementen 30 gespeichert, die eine Kraft
in dem Ablegetisch auf den Arm 182 erzeugt, die die
Schwingung des Ablegetisches 40 nach der Freigabe des
Fingers 194 hervorruft. Nachdem der Wiegevorgang
durchgeführt wurde, wird die Welle 70 in ihre
Ausgangsstellung gedreht, da der Motor die Riemenscheibe
76 in Uhrzeigerrichtung dreht, um die Welle und die Feder
160 zu lösen, wobei die Welle 70 um eine halbe Umdrehung
in Uhrzeigerrichtung gedreht wird. Der Mitnehmer 186 folgt
nun der gekrümmten Oberfläche und treibt den Arm 182
in Uhrzeigerrichtung an. Wenn dies auftritt, gleitet der
rechtwinklige Teil 196 an dem abgewinkelten Teil 188
entlang, wodurch der Ablegetisch 40 nach rechts, wie in
Fig. 9 gezeigt ist, und aus seiner Ruheposition heraus
bewegt wird, bis das Anschlagelement 196 einmal mehr in
den Absatz 190 einrastet. In dieser Stellung des
Ablegetisches 40 sind die flexiblen Elemente 32 leicht
gebogen, um eine Kraft auf den Ablegetisch nach links, wie
in Fig. 9 gezeigt, aufzubringen, so daß der Ablegetisch
nach der Freigabe durch das Verriegelungs- und
Schwingungselement 169, wie zuvor beschrieben, oszilliert.
Mit dem, wie zuvor beschrieben, schwingenden Ablegetisch
40 werden die Biegeelemente 30 verbogen und durch den
piezoelektrischen Wandler 33 wird eine Spannung erzeugt.
Diese Spannung, aufgetragen gegenüber der Zeit, erzeugt
eine Sinuskurve, wie in Fig. 13A dargestellt. Es wird
darauf hingewiesen, daß die Biegeelemente 30 einen
parallelogrammartigen Aufbau mit zueinander parallel
verlaufenden Seiten 32 aufweisen. Dies ist gegenüber einem
einzelnen Biegeelement vorteilhaft, da die Biegebelastung,
die normalerweise am Fuß eines einzelnen Biegeelements
auftritt, in dem Parallelogramm verbleibt und nicht auf
den Ablegetisch 40 übertragen wird. Dies ermöglicht, daß
der Ablegetisch 40 einen leichteren Aufbau erhält und
verhindert mögliche Nicht-Linearitäten, die auftreten
können, falls zugelassen wird, daß die Belastungen auf den
Aufbau des Ablegetisches einwirken. Bei dem Biegeelement
30 mit parallelen Seiten 32, wie in Fig. 6 dargestellt,
bewegt sich die obere Seite des Biegeelements und ebenso
der Ablegetisch 40 im wesentlichen parallel, so daß keine
Drehbelastung auf den Ablegetisch einwirkt. Der
Ablegetisch 40 bewegt sich in eine etwas tieferliegende
Position, wenn das Biegeelement 30 durchgebogen wird,
jedoch stellt dies keine besondere Schwierigkeit dar. Bei
einem einzelnen Biegeelement tritt eine leichte
Durchbiegung des Ablegetisches auf. Diese leichte
Durchbiegung trägt zur Federkonstanten der Waage bei, was
zu einer amplitudenabhängigen Frequenz führt. Da der
Ablegetisch kein sehr gutes elastisches Material ist, wird
so die Fähigkeit beeinträchtigt, das Gewicht eines
Gegenstandes oder des Ablegetisches festzustellen. Der
Ablegetisch sollte leicht und starr sein und sich als eine
Einheit bewegen, während das Grundteil 50 schwer und starr
sein und sich ebenfalls als eine Einheit bewegen sollte.
Die Biegeelemente speichern potentielle Energie,
wohingegen der Ablegetisch kinetische Energie aufweist.
Aufgrund der Schwingung des Ablegetisches überträgt der
Wandler 33 ein Signal, das in Fig. 13 angedeutet ist. Das
Gewicht wird daraus, wie im folgenden beschrieben wird,
bestimmt.
Nachdem die Welle 70, wie zuvor beschrieben, eine halbe
Umdrehung durch den Motor gedreht wurde, ist der
Ablegetisch 40 mit dem Grundteil 50 nicht verriegelt, und
das Grundteil ist nicht mit der Grundplatte 18 verriegelt.
Die Platten 24 werden, aufgehängt durch die Blattfedern 20,
an der Grundplatte gehalten, um dadurch das Grundteil
von den Vibrationseinwirkungen des Grundteils zu
isolieren. Die abgewinkelten Blattfedern haben sich als
besonders vorteilhaft herausgestellt, da sie die laterale
Bewegung des Grundteils 50 verhindern, während sie dennoch
die erforderliche Isolierung bewerkstelligen.
Obwohl der Transport- und Antriebsmechanismus für den
Transport eines Poststücks über den Ablegetisch 40
einschließlich der Rollen 102 und 132 im Hinblick auf eine
Waage mit oszillierendem Ablegetisch dargestellt und
beschrieben wurde, sei hier angemerkt, daß die Transport-
und Antriebsvorrichtung ebenso mit Waagen anderen Typs
verwendet werden kann. Zum Beispiel können die flexiblen
Elemente 30 durch Spiral- und Blattfedern, ein System mit
Wiegezellen oder anderen Wägekomponenten ersetzt werden.
Die Art der Gewichtsbestimmung wird nun beschrieben. Mit
dem Ablegetisch 40 ohne Poststück 112 darauf wird der
Motor 84 eingeschaltet, um den Riemen 90 eine halbe
Drehung in Rückwärtsrichtung anzutreiben. Dies bewirkt,
daß der erste Arm 182 sich aus dem Eingriff mit dem Finger
194 löst, um die Oszillation des Ablegetisches 40, wie
zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 9 beschrieben,
auszulösen. Der Ablegetisch 40 schwingt dann in derselben
horizontalen Richtung, in der die Poststücke 112
transportiert werden, d. h. in der Ebene des Ablegetisches
nach links und rechts, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Es wird
vorzugsweise diese Bewegung durchgeführt, da andernfalls
das Poststück 112 dazu neigen könnte, hochzuschnellen. Da
das flexible Element 30 mit dem daran befestigten Wandler
33 durchgebogen wird und ebenfalls oszilliert, gibt der
Wandler eine Wechselspannung ab, die eine Frequenz
aufweist, die von der Masse des Ablegetisches 40 und
allem, was sich darauf befindet, abhängt. Hervorzuheben
ist, daß die Andruckrollen 102 und die dazugehörige
Stützvorrichtung an dem Ablegetisch 40 befestigt ist und
ein Teil der Masse ist, die die Frequenz beeinflußt. Wenn
der Ablegetisch 40 schwingt, wird dessen Schwingung durch
den Wandler 33 in Form einer Ausgangsspannung, die in Fig. 13
dargestellt ist, gemessen. Wenn der Ablegetisch 40 zum
ersten Mal oszilliert, ist die Sinuskurve nicht
symmetrisch, und zumindest eine Periode ist erforderlich,
bevor eine gleichförmige Kurve erzielt wird. Demzufolge
ist eine Verzögerung erforderlich, bevor Messungen
vorgenommen werden können, wobei diese Verzögerung in den
Computer 222 programmiert wird und ungefähr 0,024 Sek.
beträgt. Nach dieser Verzögerung wird die Frequenz oder
die Periode der Null-Durchgänge durch die elektronische
Steuerung 221 bestimmt. Nachdem die Frequenz der
Null-Durchgänge festgestellt wurde, wird ein Artikel, wie
z. B. ein Umschlag oder ein Poststück 112, auf dem
Ablegetisch 40 abgelegt. Dies wird bewerkstelligt, indem
zuerst Energie dem Motor 84 und den anderen Komponenten
zugeführt wird, indem der Schalter 222 geschlossen wird.
Daraufhin wird ein Poststück 112 aus den Ablegetischen 40
mit Hilfe einer bekannten Poststück-Transporteinrichtung
abgelegt, bis es zwischen dem Anfang des Bandes 148 und
der ersten Spannrolle 102 aufgenommen wird. Das Poststück
112 wird dann auf dem Ablegetisch 40 durch die Wirkung des
Bandes 148 und die Rollen 102 bewegt und durch den
Fotodetektor 95 erfaßt. Nach der Erfassung des Poststücks
112 wird der Antriebsmotor 84 eine halbe Umdrehung in
umgekehrte Richtung angetrieben und die Träger 128
abgesenkt, wie zuvor im Hinblick auf Fig. 8 beschrieben
wurde, wodurch das Band 148 unter die Ebene des
Ablegetisches 40 abgesenkt wird. Wenn die Träger 128 unter
den Ablegetisch 40 gezogen werden, verliert das Band 148
seinen Eingriff mit dem Poststück 112, das auf dem
Ablegetisch 40 angeordnet ist. In diesem Zustand hat der
Ablegetisch 40 eine neue Masse, die nun die Masse des
Poststücks 112 einschließt. Es wird besonders
hervorgehoben, daß das Poststück 112 auf dem Ablegetisch
40 sicher gehalten wird, da die Rollen 102 ein wenig in
die Öffnung 44 abgesenkt werden, und die Kufen 110 das
Poststück 112 gegen den Ablegetisch drücken, was auf die
vorspannende Wirkung der Federn 104 zurückgeht, so daß
sich das Poststück und der Ablegetisch 40 als eine Einheit
bewegen.
Mit dem Poststück 112 auf dem Ablegetisch 40 in der
Wiegestellung des Poststücks, d. h. unter den Rollen 102,
wird die Verriegelungs- und Schwingungseinrichtung 169
erneut ausgelöst, um zu bewirken, daß der Ablegetisch 40,
wie zuvor beschrieben, in derselben horizontalen Ebene und
Richtung, in der das Poststück 112 transportiert wurde,
oszilliert. Diese Schwingung wird durch den Wandler 33
erfaßt, und die Schwingungsperiode wird, wie zuvor
beschrieben, gemessen. Aus dem Meßergebnis kann die Masse
des Poststücks 112, das sich auf dem Ablegetisch 40
befindet, bestimmt werden gemäß folgender Gleichung:
M E = C₁ (T² - T₀2) + C₂ (T²-T₀2)², (1)
wobei M E die Masse des Poststücks 112, T₀ die
Schwingungsperiode ohne Poststück und T die
Schwingungsperiode mit Poststück auf dem Ablegetisch 40
ist. T₀, C₁ und C₂ sind Konstanten, die von der Masse
des Grundteils 50 und der Masse des Ablegetisches 40 und
ebenfalls von der Federkonstanten der Isolationsfedern 20
und den flexiblen Trägern 30 abhängen. Diese Konstanten
werden während einer Kalibrierung empirisch bestimmt,
wobei die Perioden für zumindest zwei verschiedene Massen
und auch für die leere Waage ermittelt werden. Unter der
Voraussetzung, daß das Grundteil 50 wesentlich schwerer
ist als die Masse des Ablegetisches 40 mit der Masse des
Poststücks 112 zusammen, die Konstante C₁ gegeben
durch die Gleichung:
C₁ ≃ K/ (4Π²), (2)
wobei K die Federkonstante der flexiblen Elemente 30 ist.
Unter derselben Voraussetzung ist T₀ gegeben durch die
Gleichung:
T₀² ≃ (4Π²) M p/K′ (3)
wobei M p die Masse des Ablegetisches 40 ist.
Wenn die Feder zwischen zwei isolierten Massen m und M
angebracht ist, ist die Schwingungsperiode
T₂ = 4Π² µ / K, (4)
wobei µ die reduzierte Masse ist:
µ = m M / (m + M). (5)
Unter der Voraussetzung, daß M sehr viel größer als m ist,
ist die reduzierte Masse kleiner als und in
der Größenordnung von m. Gleichung (4) kann für m in
Abhängigkeit von T gelöst werden. Bei der Waage 12 ist die
Masse M des Grundteils 50 sehr viel größer als die Masse m
des Ablegetisches 40 und des Poststücks 112 zusammen.
Jedoch ist wegen der erforderlichen Genauigkeit der
Unterschied zwischen µ und m mit zu berücksichtigen. Dies
wird erzielt durch eine Kombination der Gleichungen (4)
und (5).
Andere Korrekturen der Periode sind durchzuführen, da das
System leicht gedämpft ist und da das Grundteil 50 an der
Grundplatte 18 über Isolationsfedern 20 befestigt ist. Das
System wird weiter kompliziert durch die Tatsache, daß
versucht wird, die Schwingungsperiode zu messen durch
Messung von einigen der ersten Schwingungen der
Oszillation. Während dieses Zeitintervalls treten einige
anfängliche Transienten aufgrund des Initialimpulses auf.
Dies hat zur Folge, daß man feststellen kann, daß die
Masse eine nichtlineare Funktion der Periode, quadriert
mit der führenden Nichtlinearen, ist, gegeben durch die
Gleichungen (4) und (5). Empirisch wurde festgestellt, daß
die Harmonische angenährt werden kann durch eine Parabel,
die durch Gleichung (1) wiedergegeben wird.
Die Masse wird bestimmt durch den Schaltkreis, dargestellt
in den Fig. 11 und 12. Der Computer 222, der ein
kommerziell erhältlicher Standardcomputer wie z. B. ein
Compaq Modell 286 PC sein kann, steht in Verbindung mit
der elektronischen Steuerung 221. Der Wandler 33 gibt eine
Spannung ab, die durch den Bandpaßfilter 228 gefiltert und
die dem Null-Durchgangsdetektor 230 zugeführt wird, der im
Grunde ein Operationsverstärker ist, der bei 5 Volt in die
Sättigung geht, um eine Rechteckwelle abzugeben, wie in
Fig. 13B dargestellt. Die Dauer der Rechteckwelle ergibt
die Zeit zwischen zwei Null-Durchgängen, die durch den
Flankendetektor 232 festgestellt wird. Der Flankendetektor
232 gibt einen Impuls ab, wenn jeweils eine Flanke der
Rechteckwellen erfaßt wird, die Nulldurchgängen
entspricht. Diese Ausgangssignale werden zum Zähler 238
übertragen, der die Zeitgeberzyklen zwischen den
Null-Durchgängen zählt und der Zählsignale zum UND-Gatter
236 weiterleitet. Das Flip-Flop sendet dann
Null-Durchgangssignale zum Computer 222. Zurückgehend auf
das Zählergebnis berechnet der Computer 222 dann die Masse
des Poststücks 112 durch einen Algorithmus, der die
Berechnung aufgrund der oben erwähnten Gleichungen
ermöglicht. Die berechnete Masse wird dann auf der Anzeige
226 angezeigt oder zu einer Postwerteinstellvorrichtung
eines Portodruckers, wie z. B. dem Modell 6500 von Pitney
Bowes Inc., übertragen.
Nach Abschluß des Wiegevorgangs schaltet der Computer den
Motor 84 ab, wodurch keine Antriebsleitung an den Riemen
90 weitergeleitet wird. Wenn dies auftritt, wirkt, wie in
den Fig. 4, 5 und 7 gezeigt, die Feder 160, die während
der halben Umdrehung des Motors 84 überwunden wurde, auf
die Nockenscheibe 154, um die Welle in
Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen, wie in Fig. 7 gezeigt
ist. Durch die Drehung der Welle in Gegenuhrzeigerrichtung
drehen sich die Nockenscheiben 138 und 140 so, daß sie auf
ein Armpaar 118 einwirken. Die Stange 144 drückt gegen die
Arme 114 und 115, um sie um die Achse 116 zu drehen,
wodurch die Träger 128 angehoben werden und bewirkt wird,
daß das Band 148 wieder in die Öffnung 44 des
Ablegetisches 40 eingeführt wird.
Mit derselben Drehung der Welle 70, die durch die Feder
160 bewirkt wird, dreht sich die Nockenscheibe 170 und
bewirkt, daß der Hebelbügel 180 in Uhrzeigerrichtung
gedreht wird, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Wenn dies
geschieht, gleitet das rechteckige Anschlagelement 96 des
Fingers 194 an dem geneigten Abschnitt des Vorsprungs 188
entlang, wodurch der Ablegetisch 40 nach rechts bewegt
wird, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Dies wird solange
fortgesetzt, bis der rechteckige Anschlagbereich 196 in
den Absatz 190 einrastet und dadurch gesichert wird. In
dieser Stellung ist der Ablegetisch 40 leicht nach
rechts, bezogen auf seine neutrale Stellung, verschoben,
so daß die flexiblen Elemente 30 unter Spannung stehen. Auf
diese Weise tritt die zuvor beschriebene Oszillation auf,
wenn der Hebelbügel 180 angehoben wird.
Ein anderer Vorgang, der während dieser Zeit abläuft, geht
zurück auf die Wirkung der Nockenscheibe 220 auf das
Verriegelungsstück 204. Wenn die Welle 70 in
Gegenuhrzeigerrichtung rotiert wird, dreht sich die
Nockenscheibe so, daß sie nicht mehr auf das
Verriegelungsstück 204 einwirkt. Wenn dies geschieht,
bewirkt die Spannfeder 222, daß das Verriegelungsstück 204
um den Stift 202 in Gegenuhrzeigersinn schwenkt, und
das erste Teilstück klemmt die Blattfedern 214, 218
zwischen sich und dem sich vertikal erstreckenden Teil des
Ständers 200 ein. Wenn dies geschieht, wird das Grundteil
50 wieder mit der Grundplatte verriegelt.
Alle zuvor beschriebenen Bewegungen gehen zurück auf das
Vorhandensein des Einweglagers 74, das es zuläßt, daß die
Welle vom Antrieb der Riemenscheibe 72 nicht beeinflußt
wird, wenn der Motor in einer ersten Richtung dreht, das
aber den Antrieb der Welle 70 zuläßt, wenn die
Riemenscheibe in der entgegengesetzten Richtung
angetrieben wird, so daß die Nockenscheiben 138, 140, 170
und 220 dadurch angetrieben werden. Zusätzlich erlaubt das
Einweglager 80, daß die Riemenscheibe 78 durch die
Riemenscheibe 72 gedreht wird, wenn die letztere in einer
ersten Richtung angetrieben wird, läßt aber den Leerlauf
der Riemenscheibe 78 zu, wenn die Riemenscheibe 72 in der
zweiten Drehrichtung angetrieben wird. Das entscheidende
Element dieses Entwurfs ist das Vorhandensein der Feder
160, die die Welle 70 und alle ihre Komponenten in die
Ausgangsstellung zurückdreht, nachdem der Motor
abgeschaltet wurde.
Das Flußdiagramm in Fig. 14 beschreibt die Gesamtvorgänge
in der Waage 12. Poststücke werden (250) über den
Ablegetisch 40 transportiert und das elektronische System
wird initialisiert (252). Die Anzeige wird
grundeingestellt (254), und es wird abgefragt, ob das
erste Poststück durchgelaufen ist (260). Falls das erste
Poststück durchgelaufen ist, wartet das System darauf, daß
der Umschlag eine geeignete Stellung erreicht (252).
Nachdem der Umschlag seine geeignete Stellung erreicht
hat, wird ein Umkehr-Kommandosignal an die Motorsteuerung
übertragen (264). Das System wartet darauf, daß der Motor
eine halbe Umdrehung antreibt, und der Motor wird
abgeschaltet (268). In diesem Moment wird die Anfangszeit
abgespeichert (270), auf die eine Zeitverzögerung folgt
(272). Die Zähler werden zurückgesetzt (274) und es folgt
erneut eine Zeitverzögerung (274). Die Null-Durchgänge
werden auf Null gestellt (278) und eine Abfrage
durchgeführt, ob die Durchgänge fertig sind (280). Falls
ja, wird das Durchgang-Fertig-Bit zurückgesetzt (282)
und der Null-Durchgang freigegeben (284). Eine Abfrage wird
durchgeführt, um festzustellen, ob dies der letzte
Null-Durchgang ist (286), falls nicht, wird die Sequenz
Durchgang-fertig wiederholt, falls ja, wird das Gewicht
des Umschlags bestimmt. Nachdem das Gewicht des Umschlags
festgestellt wurde, wird der Motor gestartet, um den
Umschlag anzutreiben, und das Ergebnis wird angezeigt
(298). Der Poststückdetektor wird zurückgesetzt (300) und
eine Abfrage durchgeführt, ob es sich um das letzte
Poststück handelt. Falls es nicht das letzte Poststück
ist, wird der Wiegevorgang einmal mehr wiederholt.
Durch die Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens ist
man in der Lage, eine recht genaue Bestimmung der Masse
der auf dem Ablegetisch 40 angeordneten Gegenstände
durchzuführen. Die Genauigkeit ist besser als ca. 1 g
(1/32 einer ounce) für Poststücke bis zu 1000 g (32
ounces). Man kann so die Masse nicht nur sehr genau
bestimmen, sondern dies auch in sehr rascher Folge
durchführen. Man hat festgestellt, daß einzelne Poststücke
112 in einer Folge von Poststücken in ungefähr 325 msec.
auf den Ablegetisch 40 transportiert, angehalten, gewogen
und ausgeworfen werden können. Wenn sich der Eintritt des
folgenden Poststücks 112 gleichzeitig mit dem Auswurf des
vorhergehenden Poststücks überlappt, kann eine
Wiegegeschwindigkeit von 184 Poststücken pro Sekunde
erzielt werden. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil beim
Wiegen von Gegenständen im Hinblick auf Kosten,
Durchführung und Einfachheit der elektronischen
Komponenten im Vergleich mit bekannten Wiegevorrichtungen
dar.
Claims (22)
1. Waage mit
- - einem Grundteil (50), einem Ablegetisch (40), der Gegenstände trägt und der einen Finger (194) aufweist, der vom Ablegetisch hervorsteht,
- - zumindest einem flexiblen Element (30), das den Ablegetisch mit dem Grundteil verbindet,
- - einem Meßwandler (33), der wirksam mit dem flexiblen Element verbunden ist,
- - einem Arm (180), der drehbar mit dem Grundteil verbunden ist und mit dem Finger in Eingriff zu bringen ist,
- - wobei der Arm wirksam den Finger bewegt, wodurch die Schwingung des Ablegetisches bewirkt wird und kinetische Energie in dem flexiblen Element erzeugt wird.
2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Finger (194) einen Anschlagbereich (196) aufweist und
daß der Arm (182) eine Schulter (192) aufweist, die
miteinander in Eingriff zu bringen sind, wodurch der
Ablegetisch (40) verriegelt ist, wenn sich der Arm in
einer ersten Stellung befindet.
3. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
flexible Element (30) potentielle Energie aufweist,
wenn der Ablegetisch (40) verriegelt ist.
4. Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß,
wenn der Arm (182) in einer ersten Richtung gedreht
wird, der Finger (194) und der Arm (182) voneinander
gelöst werden, daß der Finger in eine zweite Stellung
bewegt wird und daß die potentielle Energie aus dem
flexiblen Element (30) in kinetische Energie
umgewandelt wird, wodurch die Schwingung des
Ablegetisches (40) bewirkt wird.
5. Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Arm (182) eine angewinkelte Gleitoberfläche (188) in
der Nähe der Schulter (192) aufweist, um den Finger
(194) zu berühren und zur Schulter zu führen, um den
Finger aus der zweiten Position in die erste Position
zu bewegen, wenn der Arm (182) in die zweite
Drehstellung gedreht wird.
6. Waage mit
- - einer Grundplatte (18),
- - einem Grundteil (50),
- - zumindest einer Feder (20), die das Grundteil mit der Grundplatte verbindet,
- - einer Welle (70), die drehbar von der Grundplatte getragen wird,
- - einem Ablegetisch (40), der Gegenstände trägt,
- - zumindest einem flexiblen Element (30), das den Ablegetisch mit dem Grundteil verbindet,
- - einem Meßwandler (33), der an zumindest einem flexiblen Element befestigt ist,
- - einem Motor (84), der von der Grundplatte getragen wird,
- - einer Riemenscheibe (72), die auf der Welle angeordnet ist,
- - einem Riemen (90), der den Antrieb zwischen dem Motor und der Riemenscheibe bewerkstelligt,
- - einer Kurvenscheibe (170), die auf der Welle befestigt ist,
- - einem drehbaren Hebelbügel (180), der von dem Grundteil getragen wird und der einen Mitnehmer (186) in Eingriff mit der Kurvenscheibe aufweist und
- - einem Finger (194), der sich vom Ablegetisch nach unten erstreckt und mit dem Hebelbügel in Eingriff zu bringen ist, wodurch durch Rotation der Welle der Hebelbügel auf die Kurvenscheibe anspricht und mit dem Finger zusammenzuwirken, um die Schwingung des Ablegetisches auszulösen.
7. Waage mit
- - einer Grundplatte (18),
- - einem Grundteil (50),
- - einer Vielzahl von Federn (20), die das Grundteil mit einer Grundplatte verbindet,
- - einer Welle (70), die von der Grundplatte drehbar getragen wird,
- - einem Ablegetisch (40), der Gegenstände trägt,
- - einer Gegenstands-Transporteinrichtung, die von dem Ablegetisch getragen wird,
- - zumindest einem flexiblen Element (30) mit parallelogrammartigem Aufbau, das den Ablegetisch mit dem Grundteil verbindet,
- - einem Meßwandler (33), der an zumindest einem flexiblen Element angebracht ist,
- - einem umkehrbaren Motor (84),
- - einer ersten Riemenscheibe (72), die auf der Welle angeordnet ist,
- - einem Riemen (90), der den Antrieb zwischen dem Motor und der Riemenscheibe bewerkstelligt,
- - einem Einweglager (74), das zwischen der ersten Riemenscheibe und der Welle befestigt ist, wodurch die Welle angetrieben wird, wenn der Motor die erste Riemenscheibe in einer ersten Richtung antreibt,
- - einer Kurvenscheibe (170), die auf der Welle befestigt ist,
- - einem Hebelbügel (180), der von dem Grundteil getragen wird und der einen Mitnehmer (186) aufweist, der mit der Kurvenscheibe in Eingriff steht,
- - einem Finger (194), der sich von dem Ablegetisch nach unten erstreckt und der mit dem Hebelbügel in Eingriff zu bringen ist, wodurch durch Drehung der Welle der Hebelbügel mit dem Finger zusammenwirkt, um die Schwingung des Ablegetisches zu bewirken,
- - einer zweiten Riemenscheibe (78), die auf der ersten Riemenscheibe angeordnet ist, und
- - einem zweiten Einweglager (80), das zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe befestigt ist, wodurch durch Drehung der ersten Riemenscheibe durch den Motor in einer zweiten Richtung die zweite Riemenscheibe durch die erste Riemenscheibe angetrieben wird und die Gegenstandszuführeinrichtung antreibt mit der zweiten Riemenscheibe verbunden ist, wodurch Gegenstände über den Ablegetisch durch die Drehung der ersten Riemenscheibe in der zweiten Richtung transportiert werden können.
8. Waage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Hebelbügel im wesentlichen L-förmig ist und einen
ersten Arm (184) mit einem Mitnehmer (186) und einen
zweiten Arm (182) aufweist, der mit dem Finger (194)
in Eingriff steht.
9. Waage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Kurvenscheibe (170) eine Öffnung (171) mit
Konturoberflächen (172, 174) aufweist, und daß der
Mitnehmer (186) in der Öffnung aufgenommen ist.
10. Waage nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Feder
(164), die von der Grundplatte getragen wird und die
mit der Welle (70) in Eingriff steht, um die Welle in
einer der Antriebsdrehrichtung der ersten
Riemenscheibe entgegengesetzten Drehrichtung
anzutreiben.
11. Waage mit
- - einer Grundplatte (18),
- - einem Grundteil (15),
- - einer Vielzahl von Federn (20), die das Grundteil mit der Grundplatte verbinden,
- - einer Welle (70), die drehbar von der Grundplatte getragen wird,
- - einem Ablegetisch (40), der Gegenstände trägt,
- - mehreren flexiblen Elementen (30), die den Ablegetisch mit dem Grundteil verbinden,
- - einem Meßwandler (33), der an zumindest einem flexiblen Element angebracht ist,
- - einem Motor (84), der von der Grundplatte getragen wird und der mit der Welle in antreibenden Eingriff steht,
- - einer Kurvenscheibe (220), die an der Welle befestigt ist,
- - einem Verriegelungsstück (204), das drehbar von der Grundplatte getragen wird, wobei das Verriegelungsstück mit der Kurvenscheibe in Eingriff steht,
- - einem Finger (216), der sich von der Grundplatte herab erstreckt,
- - einer Blattfeder (218), die von dem Finger getragen wird und die sich zwischen das Grundteil und die Grundplatte erstreckt und
- - einer zweiten Blattfeder (214), die von der Grundplatte getragen wird und sich zwischen der ersten Blattfeder und dem Verriegelungsstück erstreckt,
wodurch durch den Antrieb der Welle durch den Motor
das Verriegelungsstück in einen Eingriff mit der
zweiten Blattfeder gebracht wird, um die erste
Blattfeder in Eingriff mit dem Finger zu bringen.
12. Waage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten und zweiten Federn Blattfedern sind.
13. Waage mit oszillierendem Ablegetisch mit einer
Grundplatte (18), einem Grundteil (50), das über
Isolierfedern (20) an der Grundplatte befestigt ist,
einem Ablegetisch (40), der über flexible Elemente
(20) mit dem Grundteil verbunden ist, einem Meßwandler
(33), der mit einem flexiblen Element wirksam
verbunden ist, um eine Spannung zu erzeugen, der dem
Maß der Verbiegung des flexiblen Elements entspricht,
einer Transportvorrichtung für den Transport eines zu
wiegenden Gegenstandes auf den Ablegetisch und vom
Ablegetisch, einer Vorrichtung zum Auslösen der
Schwingung des Ablegetisches und einer
Recheneinrichtung (222) zur Bestimmung des Gewichts
des Gegenstandes auf dem Ablegetisch in Abhängigkeit
von der Spannung, die von dem Meßwandler erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwingungseinrichtung einen Finger (194)
aufweist, der sich von dem Ablegetisch herab erstreckt
und einen Hebelbügel (180) aufweist, der drehbar an
dem Grundteil befestigt ist und mit dem Finger in
Eingriff zu bringen ist.
14. Waage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
der Finger (194) einen Anschlagbereich (196) aufweist
und daß der Arm (182) eine Schulter (192) aufweist,
die miteinander in Eingriff zu bringen sind, wodurch,
wenn der Arm sich in einer Stellung befindet,
der Ablegetisch (40) in einer ersten Stellung
verriegelt ist, in der die flexiblen Elemente (30)
potentielle Energie gespeichert haben.
15. Waage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß,
wenn der Arm (182) in eine erste Richtung gedreht
wird, der Finger (194) und der Arm (182) voneinander
getrennt werden, daß der Finger in eine zweite
Stellung bewegt wird und daß die potentielle Energie
in den flexiblen Elementen (30) in kinetische Energie
des Ablegetisches (40) umgewandelt wird.
16. Waage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Arm (182) eine abgewinkelte Gleitoberfläche (190)
aufweist, die den Finger (194) berührt und zur
Schulter (192) führt, um den Finger aus der zweiten
Stellung in die erste Stellung zu bewegen, wenn der
Arm in eine zweite Drehstellung gedreht wird.
17. Waage mit oszillierendem Ablegetisch mit einer
Grundplatte (18), einem Grundteil (50), das über
Isolierfedern (20) an der Grundplatte befestigt ist,
einem Ablegetisch (40), der über flexible Elemente
(30) mit dem Grundteil verbunden ist, einem Meßwandler
(33), der mit einem flexiblen Element wirksam
verbunden ist, um eine Spannung zu erzeugen, der dem
Maß der Verbiegung des flexiblen Elements entspricht,
einer Transportvorrichtung für den Transport eines zu
wiegenden Gegenstandes auf den Ablegetisch und vom
Ablegetisch, einer Vorrichtung zum Auslösen der
Schwingung des Ablegetisches und einer
Recheneinrichtung (222) zur Bestimmung des Gewichts
des Gegenstandes auf dem Ablegetisch in Abhängigkeit
von der Spannung, die von dem Meßwandler erzeugt wird,
gekennzeichnet durch
einen Finger (216), der sich von dem Grundteil nach
unten erstreckt, einer Feder (218), die von dem Finger
gehalten wird und sich zwischen dem Grundteil und der
Grundplatte erstreckt, einer zweiten Feder (218), die
von der Grundplatte getragen wird und eine Einrichtung
(204), um die erste und zweite Feder miteinander in
Eingriff zu bringen, wenn der Ablegetisch nicht in
Schwingung versetzt ist und um die erste und zweite
Feder voneinander zu lösen, wenn der Ablegetisch
schwingt.
18. Waage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die Federn (214, 218) Blattfedern sind.
19. Waage mit oszillierendem Ablegetisch mit einer
Grundplatte (18), einem Grundteil (50), das über
Isolierfedern (20) an der Grundplatte befestigt ist,
einem Ablegetisch (40), der über flexible Elemente
(30) mit dem Grundteil verbunden ist, einem Meßwandler
(33), der mit einem flexiblen Element wirksam
verbunden ist, um eine Spannung zu erzeugen, der dem
Maß der Verbiegung des flexiblen Elements entspricht,
einer Transportvorrichtung für den Transport eines zu
wiegenden Gegenstandes auf den Ablegetisch und vom
Ablegetisch, einer Vorrichtung zum Auslösen der
Schwingung des Ablegetisches und einer
Recheneinrichtung (222) zur Bestimmung des Gewichts
des Gegenstandes auf dem Ablegetisch in Abhängigkeit
von der Spannung, die von dem Meßwandler erzeugt wird,
gekennzeichnet durch
eine Welle (70), die drehbar von der Grundplatte
getragen wird, einer Transporteinrichtung mit einem
umkehrbaren Motor (84), einer Kurvenscheibe (170), die
auf der Welle befestigt ist, einer ersten
Riemenscheibe (72), die koaxial auf der Welle
angeordnet ist, einer Antriebseinrichtung (90), die
den Motor mit der ersten Riemenscheibe verbindet,
einem Einweglager (78), das zwischen der ersten
Riemenscheibe und der Welle angebracht ist, wodurch,
wenn der Motor die Riemenscheibe in einer ersten
Richtung dreht, die Welle dadurch angetrieben wird,
einer Kurvenscheibe (170), die auf der Welle befestigt
ist, einem Hebelbügel (180), der von dem Grundteil
getragen wird und der einen Mitnehmer (186) in
Eingriff mit der Kurvenscheibe aufweist, einem Finger
(194), der sich von dem Ablegetisch nach unten
erstreckt und mit dem Hebelbügel in Eingriff zu
bringen ist, wodurch die Drehung der Welle in der
ersten Richtung der Hebelbügel mit dem Finger
zusammenwirkt, um die Schwingung des Ablegetisches
auszulösen, eine zweite Riemenscheibe (78), die auf
der Welle angeordnet ist und mit der
Gegenstandstransporteinrichtung verbunden ist, einer
Antriebseinrichtung, die die zweite Riemenscheibe mit
dem umkehrbaren Motor verbindet und ein zweites
Einweglager (80), das zwischen der zweiten
Riemenscheibe und der Welle befestigt ist, wodurch
durch Drehung der zweiten Riemenscheibe durch den
Motor die Transporteinrichtung angetrieben wird.
20. Waage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hebelbügel im wesentlichen L-förmig mit einem ersten
Arm (184) mit einem Mitnehmer (186) und einem zweiten
Arm (182) ist, der mit dem Finger (194) in Eingriff
steht.
21. Waage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kurvenscheibe (170) eine Öffnung (171) mit
Konturoberflächen (172, 174) aufweist und daß der
Mitnehmer (186) in der Öffnung aufgenommen ist.
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