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Federwaage
Die Erfindung bezieht sich auf Waagen und hetrifft insbesondere
Verbesserungen in der Aufhängung und Einstellung einer Feder, die als Lastausgleichselement
benutzt wird.
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Waagen, die Federn zum Ausgleich einer Last benutzen, verwenden im
allgemeinen schwenkbare Glieder zur Abstützung der Feder und zur Verbin-. dung der
Feder mit der Lastaufnahmeeinrichtung.
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Diese schwenkbaren Glieder führen, während sie die Ül>ertragung
der Spannungsmomente auf die Feder verringern oder ausgleichen, eine Anzahl von
Beziehungen ein, die geringe dimensionale Änderungen der Federn während der Benutzung
der Waage verursachen. Da die Lastanzeige von der Veränderung der Federlänge abgeleitet
ist, die durch die Bewegung eines Lastaufnehmers oder eines mit ihm verbundenen
Elementes gegenüber dem Waagengestell gemessen wird, führen diese geringen dimensionalen
Veränderungen, die sich zu der Verlängerung der Lastausgleichsfeder addieren oder
von dieser subtrahieren, Fehler in die Gewichtsanzeige ein. Diese schwenkbaren Verbindungsglieder
sind als notwendig zum Ausgleich heim Übertragen irgend eines Spannungsmomentes
auf die Wiegefeder erachtet worden, weil eine Feder, die einem Spannungsmoment ausgesetzt
wird, sich im allgemeinen nicht immer um gleiche Maße bei gleichen Lastzunahmen
ausdehnt.
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Vor allem bezweckt die Erfindung bei der Lastausgleichsfeder klemmbare
Verbindungsglieder an Stelle von schwenkbaren Verbindungsgliedern anzuwen,den.
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Weiterhin ist es das Ziel der Erfindung, die Lastausgleichsfeder
so einstellbar zu befestigen, daß ein Minimum von Spannungsmoment auf die Feder
übertragen werden kann.
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Ferner bezweckt die Erfindung eine Einstellung des wirksamen Teiles
der Wiegefeder, wenn ein Ende der Feder in bezug auf das andere Ende verdreht wird.
Weiterhin soll durch die Erfindung ein Ausdehnen oder Zusammenziehen der Feder bewirkt
werden, wenn diese gedreht wird, so daß die Lastanzeige bei einer bestimmten Last
durch die Verstellung der Feder verändert wird. Diese und andere Ziele und Vorteile
werden bei einer Waage nach der Erfindung erreicht.
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Die Erfindung besteht darin, die Enden der Lastausgleichsfeder fest
an einer druckausübenden Einrichtung und an einer Abstützeinrichtung mittels solcher
Verbindungen zu befestigen, die eine universelle Einstellung zwischen der Feder
und der mit ihr verbundenen Einrichtung zulassen und weiterhin die Abstützungseinrichtung
mit solchen Mitteln zu versehen, die es ermöglichen, das abgestützte Ende der Feder
zu drehen und entweder getrennt oder in Verbindung mit der drehbaren Einstellung
zu heben oder zu senken.
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Die Lastausgleichsfeder und ihre Abstützungen erübrigen alle schwenkbaren
Verbindungsglieder, die üblicherweise mit Wiegefedern zusammen verwendet werden
und stellen daher jedes der Elemente entsprechend der Lastanzeige genau ein, so
daß die Ungenauigkeit der Lastameige wesentlich vermindert wird.
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Die Spannungsmomente, die auf eine fest abgestützte Feder übertragen
werden, sind in ihrer Wirkung so konstant, wie die Ausdehnung der Feder, so daß
sie bei der Eichung der Waage mit der Gewißheit eingeschlossen werden können, daß
sich die Eichwerte nicht unregelmäßig ändern. Die feste Aufhängung der Feder gestattet
es, deren Spannung durch Drehen eines Federendes in bezug auf das andere Ende einzustellen.
Wenn das Ende der Feder in einer solchen Richtung gedreht wird, die die Federwindungen
verengt, wird die Wirkung der Feder vergrößert. Wenn andererseits das Federende
in einer Richtung gedreht wird, die die Windungen öffnet, nimmt die Wirkung der
Feder ab. Nach der Erfindung wird dieser Effekt dazu benutzt, die Waage der Belastung
anzupassen. Weiterhin wird das obere Federende ohne Drehung gehoben oder gesenkt,
um die genaue Nullastanzeige sicherzustellen. Bei Waagen, die eine Platte oder einen
anderen Lastaufnehmer besitzen., ist die Wiegefeder einer Belastung ausgesetzt,
auch wenn sich keine Last auf dem Lastaufnehmer befindet.
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Um die Einstellung der Federwirkung ohne Beeinflussung der Nullastanzeige
zu ermöglichen, wird die obere Federaufhängung so angeordnet, daß sich die Feder
gleichzeitig mit der Drehung ausdehnt oder zusammenzieht.
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Eine beispielsweise Ausführungsform nach der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt.
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Waage mit einem Lastausgleichselement
gemäß der Erfindung; Fig. II ist eine rückwärtige Ansicht der Waage mit teilweise
abgel,rochenall und teilweise geschnittenen Teilen; Fig. III ist ein senkrechter
Schnitt in vergrößertem Maßstab nach der Linie III-III der Fig. II; Fig. IV ist
eine Seitenansicht mit teilweise al>-gebrochenen und teilweise geschnittenen
Teilen der oberen Aufhängung der Lastausgleichsfeder nach Linie IV-IV der Fig. III;
'Fig. V ist eine teilweise geschnittene Draufsicht der Aufhängung und der Einriclltung
nach Linie V-V der Fig. IV.
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Bei denn Ausführungsl>eispiel nach den Zeichnungen werden die
zu wiegenden Lasten auf einem Lastaufnehmer I aufgebracht, der mittels eines nicht
dargestellten Dreifußes auf Zapfen eines Hebels 2 ruht, der innerhall> der Basis
3 einer Waage gelagert ist. Eine Säule 4, die sich voll einem Ende der Basis 3 erhel)t,
wird von einem zylindrischen Anzeigegehäuse 5 gekrönt, welches mit einem Fenster
6, durch welche die BeXdienungsperson die Gewichtswerte ablesen kann, und einem
Fenster 7 versehen ist, durch die der Kunde die Lastanzeige beobachten kann. Die
Lastanzeigen von bestimmtem Wert werden auf einer zylindrischen Trommel 8 angezeigt,
die in dem Gehäuse 5 untergebracht ist und die um Winkel verdreht wird, welche der
auf dem Lastaufnehmer I aufgebrachten Last proportional sind. Die Schwenkbewegung
des Hebels 2 als Folge eines Gewichtes, welches auf dem. Lastaufnehmer I aufgebracht
wurde, wird auf eine Lastausgleichsfeder übertragen, die zweckmäßigerweise in zwei
Teile g und IO unterteilt ist, von denen einer fest mit dem Hebel 2 verbunden und
der andere im Innern der Säule 4 ahgestützt ist.
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Gemäß Fig. II beginnt die Einrichtung zum Antrieb der Anzeigetrommel
8 an dem Ende des Hebels 2, welches mittels einer gelenkig an ihm hefestigten Strebe
II mit einem Querhebel I2 gelenkig verbunden ist, dessen eines Ende drehbar in einem
Lager 13 liegt, welches an einem aufrechten Teil 14 des Gehäuses 4 ruht. Der Hebel
I2, auf den auf diese Weise die Bewegung des Hehels 2 übertragen wird, ist mit seinem
freien Ende über eine Kardanverbindung 15 mit einer Stange i6 verbunden, deren oheres
Ende eine Zahnstange 17 trägt, welche mit einem Ritzel 18 auf einer Welle 19 zusammenarbeitet,
welche die Anzeigetrommel 8 trägt. Die Welle 19 ist drehbar in Kugellagern 20, 21
in Rahmen 22 und 23 des zylindrischen Anzeigegehäuses 5 gelagert. Ein Faden 24 erstreckt
sich zwischen den Klammern 25, 26 in dem Rahmein 22 und 23 und dient als Al,leselinie,
hinter der die Gewichtswerte der Anzeigetrommel 8 al>-gelesen werden kennen.
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Die Schwingungen der Hebel und Ausschläge der Anzeigetrommel, die
einem Aufbringen oder Al>-nehmen der Last folgen, werden von einem Stoßdämpfer
27 gedämpft, der einen Stößel 28 besitzt, dessen Schaft gelenkig mit einem Arm 29
verliunden ist, der sich seitwärts von einem aufwärtsgerichteten Ansatz 30 des 1
Iel)els 12 erstreckt.
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Das obere Ende des Ansatzes 30 trägt außerdem einen Isolierstift
31. der ein Schaltfederblatt 32 in angehobener Lage hält. wenn die Waage in Nullstellung
ist, (1. h. sich in unbelastetem Zustand befindet. I)ie Blattfeder 32 trägt einen
elektrischen Kontakt 33, der an einem Kontakt 34 an dem Ende eines Armes 35 beim
Aussclllagen der Waage zur Anlage gelangt und dadurch einen elektrischen Stromkreis
ftir Glühlampen schliel3t, die in dem Anzeigegehäuse 5 liegen und die Teile der
Anzeigetrommel 8 beleuchten, welche durch die Fenster 6 und 7 erkennbar sind.
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Gemäß I:ig. 111 ist das untere Ende des unteren Teiles 9 der Lastausgleichsfeder
bis zur Federachse eingerollt und dort mit einem vergrößerten Teil 36 versehen,
welcher ein Stiick mit dem Federdraht bilden oder die Form einer besonderen durchlehrten
Kugel haben kann. die ihrer den Federdraht geschoben 011<1 dort verlötet oder
verschweißt ist.
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Ein unteres Federaufhängeglied 37, das an dem Heliel 2 verankert ist.
trägt nahe seinem oberen Ende eine seitliche Bohrung 38, um den vergrößerten runden
Endteil 36 der Feder 9 aufzunehmen.
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Das Befestigungsglied 37 ist durchbohrt und vom Boden her mit Gewinde
versehen, so daß ein Stopfen 39 in diese Bohrung geschraubt werden kann, um den
runden Teil 36 gegen eine gewölbte Vertiefuiig 40 zu drücken die in der oberen Innenfläche
des Gliedes 37 seitwärts und oberhalb des gebohrten Loches 38 ausgel>ildet ist.
Diese Festklemmeinrichtung erlaubt. wenn sie lose ist, eine universelle Einstellung
des unteren Endes der Wiegefeder in bezug auf den Hebel 2 und verhütet, wenn sie
angezogen ist, jede relative Bewegung zwischen dem unteren Ende der Feder g und
dem Hebel 2. Die Federteile 9 und 10 werden durch ein Verbindungsglied 41 von Stabform
verbunden, welches an jedem Ende Querlöcher zur Aufnahme der einwärts gerollten
Enden der Federteile g und 10 trägt. Die Federteile 9 und oo sind mit dem Verbindungsglied
41 verschwei ßt oder verlötet, und das Glied 41 liegt nach dieser Art des Zusammensetzens
im wesentlichen koaxial mit den Achsen der Federteile 9 u0 10 sell>st. Das oliere
Ende des oberen Federteiles 10 ist mit einem kugelförmig vergrößerten Teil oder
einer Kugel 42 versehen, welche in eiioer polieren Klemmvorrichtung 43 eingespannt
ist. die im Aufbau dem unteren Aufhängeteil 37 ällnelt. Die obere Klemmvorrichtung
43, siehe auch Fig. IV, ist ein Teil einer Einstelleinrichtung 45, die an einer
Brücke 46 aufgehängt ist, welche sich zwischen dem aufrechten Teil 14 und einem
ihnlichen aufrechten Teil 14 a auf der gegenüberliegenden Seite der Waage erstreckt
und nur wenig unterhalb der zylindrischen Anzeigetrommel 8 liegt. I)ie Stütz- und
Einstelleinrichtung 45 weist eillell Rahmen 47 von L-förmigem Querschnitt auf. dessen
unterer waagerechter Teil das unterc l'li(le einer an der Brücke 46 angenieteten
Strebe 48 aufnimmt. Der senkrechte Teil des L-förmigen Rahmens 47 ist über den größten
Teil seiner Länge gegabelt und wird am polieren Ende von einem Zapfen 49 getragen,
der sich von der Brücke 46 nach unten erstreckt. Der Rahmen 47 besitzt außerdem
einen oberen waagerechten Arm 50, der über dem unteren waagerechten Teil des L-förmigen
Rahmens und parallel zu diesem liegt.
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Die olire Einspanneinrichtung 43 bildet das untere Ende eines mit
Gewinde versehenen Schaftes 51, der sich durch Durchgangslöcher in den waagerechten
Teilen des Rahmens 47 erstreckt. Der mit Gewinde versehene Schaft 5I greift in das
Gewinde der Achse eines Schneckenrades 52 ein, welches auf dem unteren waagerechten
Teil des L-förmigen Rahmens 47 ruht. Das Schneckenrad 52 kämmt mit einer Schnecke
53, die zwischen dem senkrechten gegal>elten Teil des L-förmigen Rahmens 47 liegt
und auf einer Querwelle 54 befestigt ist, deren Ende mit einem Schlitz 55 für einen
Schraubenzieher versehen ist. Die axiale Bewegung der Welle 54 wird in einer Richtung
durch den Eingriff der Achse der Schnecke 53 in die benachl>arte Seite der Offnung
in dem gegabelten senkrechten Teil des Rahmens 47 begrenzt und in der anderen Richtung
durch einen Bund 56, der auf der Welle 55 befestigt ist, festgelegt. Der Bund 56
ist mit einer konischen Ausnehmung versehen, die zur Einführung eines Schraubenziehers
in den Schlitz 55 dient. Bei der Drehung der Schnecke welle 54 und der Schnecke
53 dreht sich das Schneckenrad 52, wobei auf Grund seiner Gewindeverbindung mit
dem Schaft 51 der oberen Einklemmvorrichtung 43 das Oberende der Feder 10 gehoben
oder gesenkt und hierdurch die Nullanzeige der Waage korrigiert wird.
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Oberhalb des Schneckenrades 52 trägt der mit Gewinde versehene Schaft
51 eine Keilnut 57 zur Aufnahme einer nach innen gerichteten Nase 58 einer Scheibe
59. Die Scheibe 59 trägt ferner eine nach unten gebogene Kupplungsnase 60, die in
eine Bohrung in der Oberfläche eines Schneckenrades 6I eingreift, welches auf dem
mit Gewinde versehenen Schaft 51 sich drehen kann und auf der oheren Fläche der
Achse des ersten Schneckenrades 52 ruht. Das Schneckenrad 61 trägt kein Gewinde,
sondern ist nur über den mit Gewinde versehenen Schaft 51 aufgeschoben. Das Schneckenrad
6I kämmt mit einer Schnecke 62, welche unmittelhar über der Schnecke 53 in dem gegabelten
Teil des L-förmigen Rahmens ruht. Die Schnecke 62 ist auf einer Welle 63 gelagert
und mit einem Bund 64 versehen, welcher Längsbewegungen der Welle 63 verhindert
und mit einer konischen Aussparung zur Einführung eines Schraubenziehers in einen
Schlitz 65 der Welle 63 dient.
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Bei einer Drehung der Schnecke 62 dreht sich das Schneckenrad 61,
welches auf Grund seiner Verbindung mit der Kupplungsscheibe 59 den mit Gewinde
versehenen Schaft 5I dreht und auf diese Weise eine Drehung des oberen Teiles 10
der Wiegefeder hervorruft.
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Eine kurze Schraubenfeder 66 wirkt zwischen einer Schulter an der
oberen Seite der Einspannvorrichtung 43 und dem mit Gewinde versehenen Schaft 5
i nach unten, so daß jedes mögliche Spiel
in der Aufhängung für
die Einspann:vorrichtung und die Wiegefeder aufgenommen wird.
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Der runde Teil 42 am Oberende des Teiles 10 der Wiegefeder ist in
der Einspannvorrichtunlg 43 vermittels eines Stiftes 67 festgelegt, welcher sich
durch eine axiale Bohrung in dem mit Gewinde versehenen Schaft 51 erstreckt und
in fester Anlage an dem runden Teil 42 durch einen Stopfen 68 gehalten wird, der
in das Oberende des Schaftes 51 eingeschraubt ist. Wie bei der unteren Federaufhängung
geht auch hier die Querbohrung ganz durch und besitzt eine konische Vertiefung,
in die die runde Verstärkung der Feder hineinpaßt.
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Bei der Wiegefeder, die in der Zeichnung dargestellt ist, sind die
Federteile getrennt, so daß der untere Teil direkt mit einem Wiegehebel verbunden
und der Oberteil mit einer fest angeordneten Lagerung verbunden werden kann. Dies
ist deshalb wichtig, weil dadurch ein biegsamer Teil der Wiegefeder an dem Hebel
selbst angeordnet und auf diese Weise die seitliche Abweichung der Feder auf ein
Minimum verringert werden kann. Es ist außerdem wünschenswert, daß die feste Verbindung
zwischen dem unteren Federende und dem Wiegehebel in der Längsachse des Hebels oder
etwas unterhalb desselben angeordnet ist. Die Gesamtlänge der Feder soll so groß
wie möglich sein, um die Verschwenkung der Feder um ihren Aufhängepunkt so klein
wie möglich zu halten.
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Die Feder besitzt vorzugsweise verhältnismäßig eng aneinanderliegende
Windungen. Eine solche Feder ist besser als eine durchlaufende Feder mit der gleichen
Gesamtanzahl von Windungen, die aber weit auseinanderliegen, weil die Längsausx
dehnung einer enggewickelten Feder nahezu proportional den Zunahmen der Last durch
den ganzen Wiegebereich hindurch ist. Bei Anwendung einer Lastausgleichsfeder gemäß
der Erfindung ist es wünscbenswert, daß das Spannungsmoment, welches auf die Feder
ausgeübt wird, so klein wie möglich gehalten wird.
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Damit die Feder nur kleine Schwenkbewegungen ausführt, wird sie so
angeordnet, daß ihre Achse senkrecht zu der Längsachse des Wiegehebels steht, wenn
sich der Hebel in seiner halbbelasteten Stellung befindet. Die Verbindung durch
Kugeln und Gegenlager an jedem Ende der Feder ermöglicht Verstellungen der Feder.
Die Verstellung wird so lange rorgenommen, daß, wenn die Waage Halblast trägt, in
dieser Stellung die Feder nur ZUF-spannungen ausgesetzt ist und keine Kraft vorhanden
ist, welche die Federachse aus einer Linie herausbewegen könnte, welche durch die
Federachse und durch ihre Verbindungen verläuft. Da der Anlenkpunkt der Feder an
dem Wiegehebel diese Linie bei Überschreiten der halben Last verläßt, überträgt
er eine Spannung auf das Unterende der Feder zusätzlich zu der Ausdehnung oder Zusammenziehung
der Feder. Dieses Spannungsmoment übt zwei Wirkungen auf die Lastanzeige aus, von
dellen die erste ein direkter Widerstand gegen ein Ausschlagen des Wiegehebels aus
seiner Mittellaststellung ist. Dies l>ewirkt im wesentlichen das gleiche wie
ein Anwachsen der Wirksamkeit der Feder als Widerstand gegen Längsausdehnung oder
Zusammenziehung. Es ist jedoch nicht ganz das gleiche, weil der Winkel, um den die
Feder an ihren Verbindungsstellen mit dem Hebel verschwenkt wird, sich nicht linear
mit dem Winkel ändert, um den sich der Hebel bewegt. Dies hat in einer Waage Fehler
in der Anzeige im ersten und dritten Viertel des Anzeigeweges zur Folge, und zwar
auch dann, wenn die Null-, Halblast- und Vollastanzeigen linear in Beziehung stehen.
Bei der in den Zeichnungen dargestellten Waage ist dieser Fehler im ersten Viertel
dadurch ausgeglichen, daß die Anzeigetrommel eine solche Unwucht besitzt, daß die
von ihr übertragene Kraft sich zu der Kraft der Lastausgleichsfeder addiert oder
subtrahiert und so das auf die Feder ausgeübte Biegemoment kompensiert.
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Eine zweite Wirkung des Biegemomentes, die allerdings in bezug auf
die Wiegegenauigkeit verhältnismäßig gering ist, ist die seitliche Kraft, welche
auf dem Hebel ausgeübt wird, wenn er seine MitteLstellung verläßt. Diese seitliche
Kraft neigt dazu, Fehler im ersten und dritten Viertel des Anzeigeweges einzuführen,
die durch die Unwucht der Anzeigetrommel ebenfalls ausgeglichen werden.
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Das sichere Festlegen der Federenden, so daß keine Möglichkeit für
die Feder besteht, sich in ihren Befestigungsstellen während des Wiegevorganges
zu bewegen, schaltet praktisch alle Wiegefehler aus und hebt gleichfalls den Unterschied
zwischen der Lastanzeige, wenn die Last zunimmt, gegenüber der gleichen Lastanzeige,
wenn die Last abnimmt, auf.
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Verschiedene Änderungen in der Anbringung der Feder an ihrem Aufhängepunkt
und in der Einrichtung zur Abstützung der Feder können getroffen werden, ohne von
dem Erfindungsgedanken abzuweichen oder den Umfang der Erfindung zu überschreiten.