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Flüssigkeitsdruckwaage Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsdruckwaage
mit einer durch Pendelstützen auf mehrere Druckkapseln abgestützten Plattform für
die Lastaufnahme.
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Eine der Schwierigkeiten, die bei der Konstruktion derartiger Flüssigkeitsdruckwaagen
überwunden werden muß, ist die geringe Widerstandsfähigkeit der Kapseln gegen horizontal
angreifende Kräfte.
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Solche Kräfte können sich aus dem Anfahren oder Anhalten von Kraftfahrzeugen
oder anderen Fahrzeugen ergeben, die über den Lastaufnehmer gefahren werden. Die
zulässige seitliche Bewegung der Druckplatte einer hydraulischen Kapsel ist ein
kleiner Bruchteil der seitlichen Bewegung des Lastaufnehmers auf Grund seitlicher
Kräfte. Es ist daher erforderlich, um eine angemessene Lebensdauer der Kapsefn zu
gewährleisten, zwischen den Kapseln und dem Lastaufnehmer nachgiebige Übertragungsglieder
so einzuschalten, daß die Last auf jeder Kapsel zentral angreift, um die Kräfte,
die die Kapseldruckplatte in bezug auf die Basis kippen könnten, zu verringern.
Außerdem ist es ebenfalls notwendig, daß der Lastangriffspunkt an der Kapsel so
nahe wie möglich an der Druckflüssigkeitskammer der Kapsel liegt, um den Momentenarm
von auf die Kapsel ausgeübten horizontalen Kräften zu verringern, und daß die Übertragungsstellen
sich nicht vorzeitig abnutzen.
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Diese Forderungen können die bei den bekannten Flüssigkeitsdruckwaagen
verwendeten, als Gehänge ausgebildeten Pendelstützen nicht erfüllen, da die Last
einerseits mit größerem Hebelarm an einem
mit der Druckkapsel starr
verbundenen Glied angreift und andererseits das Pendelgehänge einen zentralen Angriff
der übertragenen Kraft an der Druckkapsel nicht gewährleistet. An sich bei der Brückenabs
tützung bekannte Streben sind nicht geführt und - nutzen sich an ihrem Schneiden-
oder Spitzenlager am einen Ende zu rasch ab.
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Gemäß der Erfindung wird das ihr zugrunde liegende Ziel dadurch erreicht,
daß bei an sich bekannter Verwendung von an ihrem oberen Ende sphärisch gestalteten
und allseitig beweglichen Streben zur Übertragung der Last von dem Lastaufnehmer
auf die Druckkapseln die Streben jeweils mit ihrem Unterende in einer mit der Druckkapsel
verbundenen Hülse und mit ihrem Oberende in - einer mit dem Lastaufnehmer verbundenen
Lagerplatbe geführt sind und daß mindestens ein Teil der zusammenarbeitenden Flächen
auch am unteren Strebenende sphärisch ausgestaltet ist.
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In den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgedankens
näher veranschnulicht, und zwar zeigt Fig. I eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer hydraulischen Kapsel, eines Teiles eines Lastaufnehmers und die verbesserte
Strebe zur Unterstützung des Lastaufnehmers mittels der Kapsel, Fig. II eine gebrochene
perspektivisehe Ansicht einer Strebe und eines Teiles einer an dem Lastaufnehmer
befestigten Stützplatte, Fig. III einen teilweisen Schnitt durch das Oberende der
Strebe und die damit zusammenhängenden Teile, aus der die Beziehung zwischen den
Teilen zu ersehen ist wenn keine Kraft wirkt, Fig. IV eine schematische Darstellung,
aus der die Beziehung zwischen der Länge der Strebe und den Krümmungsradien der
verschiedenen zusammenarbeitenden Fläche erkennbar ist, Fig. V einen teilweisen
senkrechten Schnitt durch eine abgewandelte Form der Strebenanordnung, Fig. VI eine
schematische Darstellung, die den Krümmungsradius jeder der verschiedenen Flächen
der in Fig. V dargestellten Konstruktion verdeutlicht, Fig. VII einen senkrechten
Schnitt durch eine weitere Anordnung nach der Erfindung, Fig. VIII eine schematische
Skizze, die den Krümmungsradius der zusammenarheitenden Flächen der in Fig. VII
dargestellten Elemente veranschaulicht, Fig. IX und X eine weitere Anordnung einer
selbststabilisierenden Strebe, Fig. XI einen horizontalen Schnitt nach der Linie
XI-XI, Fig. XII eine perspektivische Ansicht des elastischen Kragens, der zwischen
die Teile am Oberende der Strebe eingesetzt Last.
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Die Figuren der Zeichnung und die nachstehende Beschreibung sollen
lediglich zur Erläuterung der Erfindung dienen, ohne ihren Umfang einzuschränken.
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Bei einer Flüssigkeitsdruckwaage nach der Erfindung umfaßt der Lastaufnehmer
einen Träger oder BalkenI, der von einer Strebenanordnung 2 durch eine hydraulische
Kapsel 3 unterstützt ist.
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Die Kapsel 3 umfaßt einen Basisteil 4, der von einem Sockel 5 über
ein gewelltes Bleibiech 6 unterstützt ist, welches zwischen dem Basisteil 4 und
dem Sockel 5 eingelegt ist. Das gewellte Bleikissen oder Blech 6 gibt bei dem ersten
Aufbringen einer Last auf den Lastaufnehmer nach, und der Basisteil 4 der Kapsel
wird auf Grund dieses Nachgebens über die ganze Fläche hin unterstützt. Eine Kapselplatte
7, die einen Klemmring 8 umfaßt, wird hydraulisch von dem Basisteil 4 über Druckflüssigkeit
unterstützt, die in einem Gummifutter eingeschlossen ist, welches aus einer oberen
Membran g und einer unteren Membran 10 besteht. Die Gummimembranen g und 10 werden
miteinander um den Umfang der Kapsel herum durch eine Mehrzahl von Schrauben II
flüssigkeitsdicht verbunden, welche den Klemmring 8 fest gegen die obere Kapselplatte
ziehen. In dem Spalt zwischen dem Umfang des Basisteiles 4 und dem Klemm ring 8
wird die Membran 10 von einer Mehrzahl von schmalen Metallstreifen I2 gestützt,
die biegsam, aber nicht dehnbar sind und damit eine Dehnung der Membran in in dem
Spalt unterbinden. Eine Kupplung I3 ist zur hydraulischen Verbindung einer Druckleitung
14 über einen Hals 15 mit dem Druckflüssigkeitsraum in der Kapsel 3 vorgesehen.
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Eine Mehrzahl von Gewindebolzen I6, die auf der oberen Kapselplatte
7 vorgesehen sind, unterstützen verstellbar ein Paar von horizontalen Armen I7,
die ein Rohr I8 umfassen. Das Rohr I8 ist ein Teil eines Rahmenwerkes, welches die
Kapselplatte 7 mit den Kapseiplatten der übrigen Kapseln verbindet. Das Rahmenwerk
verhütet durch Verbindung der Platten das Kippen der Kapseldruckplatten in bezug
auf die Basisteile 4.
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Jede Ecke des Lastaufnehmers wird von einer Strebenanordnung unterstützt,
die einen Streben fuß 19 umfaßt, der zentrisch in bezug auf die Druckplatte 7 angeordnet
ist und einen senkrechten, im wesentlichen zylindrischen Teil aufweist, der ein
Innengewinde zur Aufnahme einer mit Außengewinden versehenen Fassung bzw. Hülse
20 trägt.
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Ein Strebenlager 2I ist in den Boden einer Bohrung in der Hülse 20
eingesetzt und unterstützt das untere Ende einer Strebe 22. Das obere Ende der Strebe
22 unterstützt wiederum eine obere Platte 23, die mit der Unterfläche des Trägers
I für den Lastaufnehmer verbunden ist. Ein Kragen 24, der fest an der Strebe 22
angeordnet ist, weist eine Fassung 25 in seiner oberen Fläche gegenüber einer Fassung
26 in der oberen Platte 23 auf. Ein Gummikragen 27 ist in die Fassungen und um die
Strebe 22 herum eingesetzt und dient dazu, die Strebe 22 in bezug auf die obere
Platte 23 einzustellen und gleichzeitig eine Rückholkraft aus zuüben, wenn der Lastaufnehmer
seitlich abgelenkt wird.
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Um eine seitliche Bewegung des Lastaufnehmers zu ermöglichen, ist
der größte Teil der Bohrung in der Hülse 20 konisch ausgebildet. Dieser Konus reicht
aus, um solche seitlichen Bewegungen zu-
zulassen, die von den Anschlägen
oder Stoßstangen erlaubt werden, welche in üblicher Weise in den Wandungen der Grube
vorgesehen sind, in die der I astaufnehmer eingebaut ist. Das Unterende der Bohrung
in der Hülse 20 ist zylindrisch und umschließt eng das Strebenlager 21. Der zylindrische
Teil der Bohrung erstreckt sich über das Strebenlager 21 hinweg und bis zur halben
Höhe einer Nut 28, die das untere Ende der Strebe umläuft.
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Die Strebe selbst ist ebenfalls eng in den zylindrischen Teil der
Bohrung der Hülse 20 eingesetzt.
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Um eine seitliche Bewegung zuzulassen, ist die obere Fläche des Strebenlagers
21 als Ausschnitt einer sphärischen Fläche ausgebildet. Die damit zusammenarbeitende
Endfläche der Strebe 22 ist flach. In gleicher Weise ist das obere Ende der Strebe
22 als Teil einer sphärischen Fläche ausgebildet, und die damit zusammenarbeitende
Fläche der oberen Platte 23 ist flach. Diese Teile sind aus einem ausreichend haltbaren
Material hergestellt, um ohne bleibende Verformung den großen Kräften zu widerstehen,
die über die verhältnismäßig kleine Berührungsfläche zwischen den Teilen übertragen
werden. Damit wird die Lastkraft auf dem Lastaufnehmer nach unten von der Unterfläche
der oberen Platte 23 auf das Oberende der Strebe 22 und von dem flachen Unterende
der Strebe 22 auf die sphärische Oberfläche des Strebenlagers 2I übertragen, welches
direkt von der Druckplatte 7 der Kapsel 3 unterstützt wird. Die relative Lage der
verschiedenen Teile der Strebe und der oberen Platte 23 ist in nicht belasteter
Stellung in Fig. II und III dargestellt. Der Gummiteil 27 oder ein ähnliches elastisches
Glied ist von solcher Stärke, daß das Oberende der Strebe 22 in einem geringen Abstand
von der oberen Platte 23 gehalten wird.
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Wenn die Last aufgebracht wird, beispielsweise das Gewicht des Lastaufnehmers,
wird das elastische Glied zusammengedrückt, bis die Strebe 22 die obere Platte 23
berührt. Dieses Aufbringen einer Vorlast auf den elastischen Teil 27 vergrößert
dessen Fähigkeit, seitlicher Bewegung der Strebe 22 in bezug auf die obere Platte
23 zu widerstehen.
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Zweck der Erfindung ist es, den Lastaufnehmer in einer stabilen Lage
zu unterstützen und ihm gleichzeitig seitliche Bewegung zu erlauben, ohne daß grode.seitliche
Kräfte auf die unterstützenden Kapseln übertragen werden. Um diese Bedingung zu
erfüllen, müssen das obere Ende der Strebe und die mit deren unterem flachem Ende
zusammenarbeitende Fläche des Strebenlagers 21 besondere Krümmungen aufweisen. Durch
Veränderung der Krümmung ist es möglich, dem System stabiles Gleichgewicht, indifferentes
Gleichgewicht oder labiles Gleichgewicht zu geben. Die bestehende Be dingung hängt
von den Krümmungsradien der Fläche und der Länge der Strebe ab. Fig. IV veranschaulicht
in schematischer Form die für das indifferente Gleichgewicht in der bevorzugten
Ausführungsform erforderliche Bedingung. In dieser Figur sind das Unterende der
Strebe 22 und die untere Fläche der oberen Platte 23 flach, d. h. jede hat den Krümmungsradius
Unendlich. Das Strebenlager,i weist einen Krümmungsradius auf, der so klein wie
möglich ist, ohne die Last auf einem solchen kleinen Querschnitt zu konzentrieren,
daß eine bleibende Verformung der Strebe oder des Lagermaterials eintritt. Bei einer
Fahrzeugwaage mittlerer Größe ist der Durchmesser des Strebenlagers 2I und der Krümmungsradius
seiner oberen Fläche gleich und beträgt jeweils 25 mm. Das Oberende der Strebe 22
ist gleichfalls gewölbt, und zwar mit einem solchen Krümmungsradius R, daß die Summe
der Krümmungsradien des Strebenlagers 21 plus dem Krümmungsradius der Strebe gleich
der LängeL der Strebe ist. Es ist zu erkennen, daß sich unter dieser Bedingung der
Lastaufnehmer mindestens für kleine seitliche Bewegungen in horizontaler Richtung
bewegt und infolgedessen im indifferenten Gleichgewicht ist.
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Wenn die Krümmungsradien geringer werden, so daß die Summe kleiner
als die Länge der Strebe ist, so ist das System labil und jede seitliche Ablenkung
ruft eine Kraft hervor, die danach trachtet, die Ablenkung zu vergrößern. Umgekehrt
ist das System, wenn die Summe der Krümmungsradien größer als die Länge der Strebe
ist, im Zustand stabilen Gleichgewichtes und wird durch eine Kraft in seine Mittellage
gezwungen, die proportional der seitlichen Verlagerung des Lastaufnehmers und der
Last auf dem Lastaufnehmer der Waage ist. In der bevorzugten Ausführungsform nach
der Erfindung sind die Krümmungsradien für im wesentlichen indifferentes Gleichgewicht
ausgewählt, und der elastische Kragen 27 liefert die Rückholkraft.
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Fig. V zeigt eine ähnliche Strebenkonstruktion mit einem Fuß Iga,
einem Kragen 24a, einem Gummiteil 27a und einer oberen Platte 23a. Ein Strebenlager
2Ia ist in eine Hülse 20a des Fußes 19a eingesetzt und unterstützt eine Strebe 22a.
Bei diesem Beispiel ist jedes Ende der Strebe22a ebenso wie die zusammenarbeitenden
Flächen des Strebenlagers 2Ia und der oberen Platte23a gerundet. Diese Bedingung
ist in Fig.VI veranschaulicht, in der die Länge der Strebe mit L1, der Krümmungsradius
des Oberendes der Strebe mit Rt und der Krümmungsradius am Unterende der Strebe
mit R2 bezeichnet ist. Der Krümmungsradius der oberen Platte 23a ist R3, und der
Krümmungsradius des Strebenlagers 21a ist R4. Bei dieser Anordnung, bei der alle
sich berührenden Flächen gewölbt sind, müssen die Krümmungsradien vergrößert werden,
um einen ausreichenden Berührungsquerschnitt zur Unterstützung der Lasten zu erhalten
und um die Bedingung des indifferenten oder stabilen Gleich gewichtes zu erfüllen.
Es ist zu erkennen, daß -abgesehen von starken Verschiebungen - die Länge der Strebe
22a gleich der Summe von zwei Funktionen sein müßte, von denen eine den Krümmungsradius
der beiden sich berührenden Flächen an dem Unterende der Strebe und die andere den
Krümmungsradius der beiden sich berührenden Flächen am Oberende der Strebe erfaßt.
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Jede dieser Funktionen ist das Produkt der Krümmungsradien dividiert
durch die Summe der Krümmungsradien. Die Funktion, die die äquivalenten
Krümmungsradien
am -Unterende der Strebe 22a ergibt, ist folgende: Raeq. = R2 R4 R2 f R4 Aus diesem
Beispiel ergibt sich, daß; wenn der Krümmungsradius einer der Flächen über das Maß
hinaus vergrößert wird, welches indifferentes Gleichgewicht ergibt, das System stabil
wird, während es labil wird, wenn der Radius verringert wird. In der bevorzugten
Ausführungsform tritt der besondere Fall ein, daß R2 und R3 der Fig. VI von unendlicher
Länge sind, d. h., die unteren Flächen der Strebe 22a und der oberen Platte 23a
sind flach. In diesem Falle werden die spezifischen Funktionen (deren Summe für
das indifferente Gleichgewicht gleich der Länge der Strebe ist) auf die Krümmungsradien,
wie in Fig. IV dargestellt, reduziert.
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Es können noch weitere Kombinationen von ebenen und sphärischen Flächen
in der Anordnung nach der Erfindung bei Waagen angewendet werden. Fig. VII veranschaulicht
eine Anordnung, in der eine Strebe 22b mit einem Kragen 24b versehen ist und zwischen
die Oberplatte 23b und ein Strebenlager 2Ib eingesetzt ist. Das Strebenlager 21b
ist in den Boden einer Bohrung einer Hülse 20b eingesetzt, die ihrerseits in einen
Fuß Igb eingesetzt ist. Bei diesem Beispiel weist, wie in Fig. VIII dargestellt
ist jedes Ende der Strebe einen Teil einer sphärischen Fläche auf, während die zusammenarbeitenden
Flächen der Oberplatte 239 und des Strebenlagers 21b flach sind. Die Bedingung für
indifferentes Gleichgewicht tritt bei diesem Beispiel dann ein, wenn die Summe aus
dem Krümmungsradius 5 des Oberendes der Strebe 22o plus dem Krümmungsradius R6 des
Unterendes der Strebe gleich der Länge L2 der Strebe 22b ist. Dieses Beispiel kann
von dem zweiten Beispiel abgeleitet werden, in dem R3 und R4 jeweils ihrer Länge
nach unendlich werden. Dieses Beispiel zeigt deutlich die Bedingung für indifferentes
Gleichgewicht, daß - solange die ebene Fläche des Strebenlagers 2Ib und der oberen
Platte 239 horizontal sind - eme Linie, die durch die Berührungspunkte zwischen
der Strebe und die zusammenarbeitenden Flächen verläuft, senkrecht zu den Flächen
steht und durch den Krümmungsmittelpunkt eines jeden Endes der Strebe verläuft.
Daher stellt die Strebe in der Tat ein Paar von Hemisphären dar, die eine gemeinsame
polare Achse haben und sich daher wie eine Kugel verhalten und dem Lastaufuehmer
seitliche Bewegung gestatten, ohne ihn zu heben oder zu senken. Dies ist die Bedingung
für indifferentes Gleichgewicht.
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Fig. IX und X veranschaulichen eine weitere Abwandlung der Anordnung
nach der Erfindung, in der die Enden der Streben eben sind und die zusammenarbeitenden
Flächen eines Strebenlagers 21C und einer oberen Platte 23C gewölbt sind. Bei diesem
Beispiel wird das indifferente Gleichgewicht dann erreicht, wenn die Summe der Krümmungsradien
R7 plus R5 gleich der Länge L3 der Strebe 22c ist In allen Beispielen sind die Radien
der zusammenarbeitenden Flächen am Unterende der Strebe so klein wie möglich gehalten,
ohne jedoch die Lebensdauer des Materials zu beeinträchtigen und ohne daß bleibende
Verformungen bei den maximalen zu erwartenden Belastungen auftreten. Wenn der Krümmungsradius
zu klein gewählt wird, überschreitet die Beanspruchung des Materials in der Berührungsfläche
die Elastizitätsgrenze, und es findet eine bleibende Verformung statt. Dies hat
die Wirkung einer Vergrößerung des Krümmungsradius der sich berührenden Teile, macht
das System stabiler und vergrößert als direktes Ergebnis die Übertragung der seitlichen
Kraft auf die hydraulische Kapsel. Dies ist unerwünscht, weil es schwierig ist,
eine Kapsel zu konstruieren, die sowohl genau und ausreichend widerstandsfähig gegen
die vergrößerten seitlichen Kräfte ist.
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Da der Krümmungsradius oder die Krümmungsradien der Flächen am Unterende
der Strebe auf Grund der Härte des Werkstoffes festliegen, folgt aus- dem Bestreben,
diese Radien möglichst klein zu halten, daß der Radius oder die Krümmungsradien
der Fläche oder der Flächen am Oberende der Strebe verändert werden, um ein indifferentes
oder nahezu stabiles Gleichgewicht zu gewährleisten.
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Man erkennt in der Fig. XI, daß das Oberende der Hülse 20C ein Paar
von Flächen 28 aufweist, so daß die Hülse 20C zum Ein- und Ausschrauben in den Fuß
IgC verdreht werden kann, damit die Höhe des Lastaufnehmers in bezug auf den Boden
der Grube oder in bezug auf die Kapseln selbst verändert werden kann. Diese Verstellung
ermöglicht es außerdem, das Gewicht des Lastaufnehmers genau auf die verschiedenen
Kapseln zu verteilen und damit den Lastaufnehmer von Verdrehungskräften zu befreien,
die ein Verwerfen zur Folge haben könnten.
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Fig. XII veranschaulicht den elastischen oder nachgiebigen Teil 27,
der auf der Anordnung nach der Erfindung zwei Funktionen übernimmt. Er liefert zunächst
eine konstant bleibende Rückholkraft, um einer seitlichen Bewegung des Lastaufnehmers
zu widerstehen, und hält zweitens Feuchtigkeit, Staub oder körniges Material von
den zusammenarbeitenden Flächen am Ober ende der Strebe fern. Die Flächen am Unterende
der Strebe werden dadurch gegen Schmutz und Wasser geschützt, daß die untere Hülse
um das Unterende der Strebe herum mit Fett gefüllt wird. Dieses Fett beeinträchtigt
die-rollende Bewegung der Strebe auf dem Lager nicht, verhütet jedoch, daß Staub
oder Schmutz, der unter dem überhängenden Teil des Kragens 24 eintritt, sich absetzt
und in den kleinen Hohlraum zwischen dem Unterende der Strebe und der zylindrischen
Bohrung in der Hülse 20 eintritt.
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Diese Konstruktion einer Strebe und der zusammenarbeitenderi Flächen,
von denen mindestens zwei gewölbt sind, ermöglioht es, ein im wesentlichen im- indifferenten
Gleichgewichtszustand befindliches Unterstützungssystem zu schaffen, und
hält
gleichzeitig den Angriffspunkt der Last auf die Kapsel in unmittelbarer Nähe des
Mittelpunktes des wirksamen Querschnitts der Kapsel, so daß die Kippkräfte auf ein
Minimum reduziert werden.
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Aus diesem Grunde kann das Stabilisierungsrahmenwerk, welches die
Arme I7 und das Rohr I8 umfaßt, von verhältnismäßig leichtem Material hergestellt
werden, wobei trotzdem die notwendige Festigkeit vorhanden ist, um die Kapselplatte
7 parallel zu der Kapselbasis 4 zu halten.
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Es ist zu erkennen, daß bei den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen
verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können; ohne den Erfindungsumfang zu
verlassen.
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PATENTANSPRSCHE: I. Flüssigkeitsdruckwaage mit einer durch Pendelstützen
auf mehrere Druckkapseln abgestützten Plattform für die Lastaufnahme, dadurch gekennzeichnet,
daß bei an sich bekannter Verwendung von an ihrem oberen Ende sphärisch gestalteten
und allseitig beweglichen Streben zur Ubertragung der Last von dem Lastaufnehmer
auf die Druckkapseln die Streben jeweils mit ihrem Unterende in einer mit der Druckkapsel
verbundenen Hülse und mit ihrem Oberende in einer mit dem Lastaufnehmer verbundenen
Lagerplatte geführt sind und mindestens ein Teil der zusammenarbeitenden Flächen
auch am unteren Strebenende sphärisch ausgestaltet ist.