NL7815062A - Massa- en krachtmeter. - Google Patents

Description

7815062 Ned.

-1-

Massa- en krachtmeter.

De uitvinding heeft betrekking op een massa- of krachtmeter, die via zijn meetsysteem is verbonden met een frame en verder een lastdrager omvat, alsmede een tenminste een schamierbaar aangebrach-^ te hefboom omvattende krachtoverbrengketen voor de last met de lastafhankelijke krachtoverbrengverhouding, bijv. een snaarweeg-schaal. Met gekluisterde of vastgehouden meters worden doorgaans apparaten aangeduid, waarbij het meetsysteem, dat als lastopnemer dient, slechts virtuele bewegingen van de elementen van de kracht-10 overbrengketen toelaat. Weegtoestellen, waarbij het meetsysteem bijv. uit twee trillende, door een referentiekracht en door een van de lastafhankelijke kracht belaste snaren bestaat, zijn typische voorbeelden van vastgehouden of gekluisterde massameters.

Massa- en krachtmeters van dit type zijn bijv. bekend uit 15 de Zwitserse octrooischriften 1*92.961 en 5^1.799· Hun krachtover-brengingsketens worden niet lineair genoemd, omdat de op het meetsysteem inwerkende uitgangskracht, d.w.z. de zogenaamde meetkracht geen lineaire fuhktie is van de ingaaande kracht, d.w.z. de te meten grootheid, hetzij massa of kracht. Deze eigenschap is gewenst 20 en dient ter compensatie van de niet-lineaire karakteristiek van het meetsysteem, bijv. van de twee dynamometers, waaruit het meetsysteem bestaat.

De bekende massa- en krachtmeters omvatten een hefboom, waarvan de lengte van de ene arm onder invloed van de inganskracht 25 verandert. Hoewel zij met de lineaire karakteristiek kunnen worden geconstrueerd, is voor dit type de linearisering nodig van een, ten opzichte van de lengteverandering van de hefboomarm lange weg van de lastdrager. De kleine verandering van de werkzame hefboomarm brengt een grote uitslag in de richting van de ingangskracht teweeg, 30 die doorgaans ongewenst is. De mogelijkheid tot linearisering van niet-lineaire karakteristieken van meetsystemen is derhalve praktisch beperkt tot het corrigeren van fouten van de derde orde, en gaat bovendien gepaard met slechte bijregelmogelijkheden.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een massa- en 35 krachtmeter, waarbij de gecombineerde niet-lineariteit van het meet systeem en eventuele verdere, dergelijke niet-lineariteiten teweeg 7815062 -2- brengende onderdelen kan worden opgeheven met een krachtoverbren-gingsketen, die een niet-lineaire karakteristiek bezit, waarbij deze krachtovertraigingsketen een kleinere soepelheid moet bezitten dan de bekende meetapparaten, alsmede grotere aanpassingsmogelijk-5 heden met betrekking tot de parameters van de op te heffen niet- lineariteit en een zeer gemakkelijke instel- resp. hijstelmogelijk-heid voor wat betreft de spreiding van deze parameters. Daartoe is de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de hefboom met tenminste een van de naburige elementen van de kraehtover-10 brengingsketen is verbonden door middel van een verbindingsonder-deel, dat tenminste gedeeltelijk niet in de werklijn van de kracht verloopt en tenminste van elastisch buigende delen is voorzien, welk verbindingsdeel in de hefboom is ingespannen.

Uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding 15 worden aan de hand van de tekening nader toegelicht. Hierin toont: figuur 1 een eerste uitvoeringsvoorbeeld, figuur 2 een schematische weergave van figuur 1, figuur 3 een krachtoverbrengingskarakteristiek, figuur b een tweede uitvoeringsvoorbeeld, 20 figuur 5 de. krachtoverdrachtskarakteristiek, behorende bij figuur U, figuur 6 een derde uitvoeringsvoorbeeld en figuur 7-8 een uitvoeringsvorm van het verbindingsonderdeel. In figuur 1 is een massameter schematisch weergegeven. Aan 25 een frame is een lastdrager 2 bevestigd, die door middel van twee scharnierende stangen 3 evenwijdig aan het frame in vertikale richting wordt geleid. Een weegplaat ^ is vast met de lastdrager 2 verbonden. De massameter bestaat verder uit een meetsysteem 5 en een waardebepalings- en indicatieinstrument 6. Het gewicht van het 30 te wegen voorwerp 7 wordt via een drukstaaf 8 overgebracht op de horizontale arm van een hoekvormige hefboom 9S die draaibaar in een scharnier 25 in het frame 1 is gemonteerd, waarbij de drukstaaf 8 aan beide zijden is voorzien van een bulgscharnier 10. De vertikale arm van de hoekvormige hefboom 9 draagt de daarop werkende kracht, 35 die soms kan zijn verkleind of vergroot via een verbindingsonderdeel 11 en over op een ingangselement 12 van het meetsysteem 5* Het in-gangselement 12 wordt ondersteund door twee evenwijdige, schar 7815062 -3- nierende staven 13, zodat het ingangselement slechts trekkrachten op het meetsysteem 5 kan overdragen en alle momenten overbrengt op het frame 1.

Het verbindingsonderdeel 11 bestaat uit een staaf met recht-5 hoekige doorsnede, die door drie delen l1*, 15, 16 met kleinere doorsnede in vier buigstijve delen 17, 18, 19 en 2Q is onderverdeeld.

In het gedeelte 17 is een boring aangebracht,' waarin het boveneinde van de vertikale arm van de hoekvormige hefboom 9 is geperst, waardoor een inspanplaat ontstaat, zodat zowel krachten alsook mo— 10 menten op het verbindingsonderdeel 11 worden overgebracht. Het gedeelte 20 is cylindervormig uitgevoerd en geperst in een korrespon-derende boring in het ingangselement 12, zodat ook aan dit einde krachten en momenten kunnen worden overgebracht, waarbij de momenten, zoals boven reeds aangegeven via het frame 1 worden af gevoerd 15 en niet op het meetsysteem 5 kunnen worden overgebracht. De delen 1 h— 16 met de kleinere doorsnede vormen buigs charnieren, die worden belast door de vanaf de hefboom 9 op het gedeelte 17 overgedragen kracht en momenten. Het verbindingsgedeelte 11 is zodanig uitgevoerd, dat de delen 1U-16 met kleinere doorsnede niet tot een gemeenschap-20 pelijke rechte lijn liggen. De dunnere gedeelten 15, 16 zijn aanzienlijk slanker uitgevoerd als de insnoering 1zodat de van de ingesnoerde delen 15, 16 uitgaande terugstelmomenten in een eerste benadering kunnen worden verwaarloosd.

Het funktioneren van het verbindingsgedeelte 11 is als 25 volgt: Bij lege weegplaat U valt de werklijn 21 van de op het ingangselement 12 werkzame kracht ongeveer samen met de as van het gedeelte 19 van het verbindingsonderdeel 11. Deze werklijn snijdt het verlengde van de as van de vertikale arm van de hefboom 9 in een punt 22. Op dit punt 22 wordt het op de hefboom 9 werkzame draai-30 moment omgezet in een het gedeelte 19 op trekbelastende kracht.

Aangezien bij het plaatsen van het te wegen voorwerp 7 op de weegplaat b het verbindingselement 11 op grond van de werkzame krachten en momenten in toenemende mate wordt gestrekt, wordt het punt 22 naar beneden verschoven. De op het ingangselement 12 werkzame kracht 35 neemt derhalve niet meer proportioneel toe met het gewicht van het te wegen voorwerp 7, maar wordt vergroot met een faktor, welke kor- 7815062 -u- respondeert met de verkorting van de vertikale, werkzame hefboom-arm.

In figuur 2 is schematisch de hoekvormig uitgevoerde hefboom 9 weergegeven, alsmede het verbindingselement 11 en het ingangs-5 element 12 volgens figuur 1, ter toelichting van het funktioneren van het verbindingsonderdeel 11. Een in het draaischarnier 25 draaibaar gemonteerde stang 26 met lengte L funktioneert op dezelfde wijze als de hoekvormig uitgevoerde hefboom 9S weergegeven in figuur 1. Aan het boveneinde van de stang 26 is een tweede draai-10 scharnier 27 aanwezig, waarin een trekstang 65, vrij van momenten draaibaar is gemonteerd, via welke trekstang op het verbindingselement 11 een trekkracht Fe wordt uitgeoefend. Deze trekkracht Fe komt overeen met de in figuur 1 door de hefboom 9 op het gedeelte 17 uitgeoefende kracht. In het scharnier 27 is verder een stang 28 15 aangebracht, die overeenkomt met het gedeelte 18' van figuur 1. De insnoering 1¼ als weergegeven in figuur 1 is vervangen door de zwenkbare stang 28 en door een veer 29, die de staag 28 bij Fe is 0 in de met stippelijnen aangegeven positie houdt. De werkzame lengte van de stang 28 is met a aangegeven, de hoogte van een aan 20 het einde van de stang 28 aanwezig draaischarnier 30 boven het draaischarnier 27 is met de c aangegeven. Een stang 31 ver-vangt het gedeelte 19 als weergegeven in figuur 1. Deze stang 31 is zonder momenten over te brengen in het scharnier 30 met de stang 28 en in een draaischarnier 32 met het ingangselement 12 van het meet-25 systeem 5 verbonden, de stang 31 brengt op het meetsysteem 5 een trekkracht Fa over.

De lengte b van de stang 31 is aanzienlijk groter dan de lengte a, zodat voor een beschouwing bij eerste benadering· de stang 31 kan worden beschouwd als steeds te liggen in horizontale stand.

30 Daardoor werkt in het scharnier 30 eveneens de kracht Fa, waarvan de werklijn kan worden gedacht als te verlopen door het punt 22 gelegen in het verlengde van de staaf 26. De vergelijking van de op de stang 26 werkende draaimomenten luidt:

Fe . L = Fa (L + cl 01 35 Op voorwaarde, dat de hoek, welke de stang 28 met het hori zontale vlak, op zichzelf klein is en in slechts geringe mate verandert, is de verandering van deze hoek op grond van de invloed van 7815062 -5- de kracht Fe: ^ = Co ~C (21 a

Wanneer verder de rotatiestij fheid (draaimoment per eenheid van hoekverdraaiing) van de veer 29 met k wordt aangeduid, dan geldt voor het draaischarnier 2J: k ° - C = Fa . c (3) a

Wanneer verder a = e dan volgt: k 10 c=!o_ (H) 1 + eFa

Uit de vergelijkingen (1) en (H) volgt:

Fe = Fa (1 + --) ^ Fa (1 + v9" --!, 1 + eFa 1 + eFe * ^ en daaruit volgt:

Fa Co/li .

Fe 1 + eFe K:>L

Uit (H) en (5) volgt: £ ·-' -g Fa - Fe ,^\ ~ c = 1 + eFe c /L.Fe l0;· o o 20

De relatieve verandering van de hoogte, waarover het draaischarnier 30 uitsteekt hoven het scharnier 27 is derhalve een direkte maat voor de relatieve afwijking van de kracht werkzaam op het ingangselement 12.

In figuur 3 is c/c als Srnktie van eFe weergegeven. Door 25 . 0 een geschikte keuze van de torsiestijfheid e van het draaischarnier 27 kan de in figuur 3 weergegeven foutkarakteristiek worden veranderd en op die wijze worden aangepast aan het beoogde correctie-doel. De bij de waarde — behorende waarde van eFe wordt weergegeven door het been 33 van een hyperbol, die slechts binnen het 30 vierde kwadrant is gelegen. Het zal duidelijk zijn, dat de rela- tieve fout in de krachtsmeting G /ï,~'j?e— kleine waarden van Fe het grootst is en vervolgens bij toenemende Fe steeds meer aan belang verliest. Het verschil Fe - Fa wordt in het draaischarnier 25 als een evenwijdig aan Fe verlopende reaktiekracht opgenomen. Het gestippel-35 de deëLvan de curve ligt in het derde kwadrant en toont het gedrag 7815062 -6- van het verbindingselement 11 hij negatieve Fe, een bedrijfstoe-stand, die zich hij de in figuur 1 weergegeven massameter niet kan voordoen.

In figuur 1+ is een tweede uitvoeringsvoorbeeld weergegeven.

5 Aan het frame 1 is een arm 1+5 bevestigd, waaraan een hefboom 1+6 elastisch draaibaar is aangebracht. De lastdrager 2 is voorzien van een arm 1+7, zodat het gewicht van het te wegen voorwerp 7 via een trekstang 1+8 aangrijpt op de kortste arm van de hefboom h6. Deze trekkracht wordt via een als drukelement uitgevoerd verbindings-10 onderdeel 1+9 verkleind overgedragen. Het verbindingsonderdeel 1+9 bestaat uit een cylindervormige staaf, die drie, bijv. door wegfrezen aangebrachte insnoeringen 50 bezit, welke insnoeringen als elastische scharnieren werken. Zowel in de hefboom 1+6 alsook in de hoekvormig uitgevoerde hefboom 9 is het verbindingsonderdeel 1+9 15 door inpersen ingeklemd. Dit verbindingsdeel 1+9 kan derhalve niet slechts het verkleinde gewicht, maar ook momenten overbrengen. Het onderdeel 1+9 is op zodanige wijze uit de verbindingslijn tussen de inspanplaatsen gebogen, dat de ingesnoerde delen 50 niet op een gemeenschappelijke rechte zijn gelegen. Bij toenemend gewicht knikt 20 derhalve het verbindingselement 1+9 ook in toenemende mate naar links, waardoor de werklijn van de overgebrachte kracht eveneens naar links wordt verschoven. Daardoor wordt de overbrengingsverhouding van de hoekvormig uitgevoerde hefboom 9 als funktie van de last in grotere mate veranderd als het geval is voor de hefboom 25 1+6, die een langere hefboomarm bezit.

Een bijzondere uitvoering van het verbindingselement bestaat daarin, dat het ingesnoerde deel 50, dat dicht bij de hoekvormige hefboom 9 is gelegen dikker is uitgevoerd en daardoor een grotere buigweerstand bezit dan de twee andere ingesnoerde delen. In dit 30 geval wordt ook de richting van de werklijn van de over te brengen kracht veranderd. Het verbindingselement 11 is in de hefboom 9 ingeklemd. Het onderdeel 11 is hier als een continu, licht gebogen onderdeel uitgevoerd, zonder de in figuur 1 weergegeven huigschar-nieren. De correctiefunktie van het verbindingselement 11 volgens 35 figuur 1+ komt in hoofdzaak overeen met die funkties, welke in de figuren 1, 2, 3 en 5a zijn weergegeven. Daarop wordt de correctie- 7815062 -7- funktie van het verbindingsonderdeel k$ gesuperponeerd, waarvan de correct!efunktie in figuur 5¾ is weergegeven, zodat in totaal een overdrachtskarakteristiek ontstaat, overeenkomende met een karakteristiek van een dominerend, tweede orde-onderdeel, zoals 5 in figuur 5c is weergegeven, onder aftrek van een constante grootheid. Het verbindingsonderdeel 11 werkt in op het meetsysteem 5S dat zoals het geval is in figuur 1 slechts trekkrachten kan opnemen en momenten resp. schuin werkende krachtcomponenten aan het frame 1 doorgeeft.

10 In figuur 6 is een variant van de uitvoeringsvorm vol gens figuur h weergegeven. In plaats van het verbindingsorgaan kg is een aan beide zijden scharnierend gemonteerde stijve stang 51 toegepast, die het verkleinde gewicht van het te wegen object 7 vanaf de hefboom k6 overdraagt op de hoekvormig uitgevoerde hef-15 boom 9«Het verbindingsorgaan 11 is door inspanning met de hefboom 9 verbonden. Bij kleine krachten strekt zich eerst het naar beneden uitgebogen gedeelte van het orgaan 11, waardoor de werklijn van de kracht Fa, die op het meetsysteem 5 inwerkt, dichter bij het draaipunt 25 van de hoekvormige hefboom 9 komt te liggen. Wanneer 20 het gewicht nog verder toeneemt, dan begint het in de hoekvormige hefboom 9 ingespannen deel van het verbindingsonderdeel 11 op te richten, waardoor de werklijn wederom van het draaipunt wordt weggeschoven.

Omwille van de eenvoud is in alle figuren de mate van uit-25 buigen van het verbindingselement 11 ten opzichte van een rechte lijn, die het einde van de vertikale arm van de hoekvormige hefboom 9 verbindt met het ingangselement 12 sterk overdreven getekend.

In werkelijkheid bedraagt deze afwijking ten hoogste enige procenten van de totale lengte van het verbindingsorgaan 11. Derhalve is ook 30 de verdraaiing van de hoekvormige hefboom 9 op grond van het strek ken van het verbindingsorgaan 11 zeer klein en ligt in de orde van grootte van beperkte meegevendheid van het meetsysteem 5-

In figuur 7 is een uitvoeringsvorm van een verbindingsorgaan 11 soortgelijk aan dat volgens figuur 1 weergegeven, waarbij 35 figuur 7a een langsdoorsnede en figuur Tb een bovenaanzicht voorstelt. Het verbindingsorgaan 11 volgens figuur 7 bestaat uit een 7815062 -8- inspanplaats 53, een gebogen middengedeelte 59 en een lange, nagenoeg rechtlijnige band 60. De inspanplaats 53 bestaat uit een vlakke schijf 5U en een buisvormig omgebogen deel 55. In een boorgat van de hier vertikaal weergegeven arm van de hoekvormige hefboom 9 5 is een aan beide zijden zwak conisch geslepen doorn 57 ingeperst, welke bijv. uit een isolerend materiaal van hoge sterkte, zoals bijv. saffier bestaat. Het buisvormig omgebogen deel 55 is eveneens door persen op de doorn 57 vastgezet. Via de verbinding, bestaande uit de boring 56, de doorn 57 en het buisvormige omgebo-10 gen deel 55 kunnen door de hoekvormige hefboom 9 zowel krachten alsook momenten op het verbindingsgedeelte 11 worden overgebracht. Het middengedeelte 59 is naar verhouding breed uitgevoerd, de band 60 is smaller en lang in vergelijking met het middengedeelte 59» bijv. acht keer zo lang. Het eindonderdeel 61 wordt ingespannen 15 in het hier niet weergegeven ingangselement 12 van het meetsysteem 5. Het middengedeelte 59 zou dezelfde breedte kunnen hebben als de band 60 en op de plaats waar het middengedeelte 59 overgaat in de band 60 zou een insnoering kunnen worden aangebracht, die als relatief zwakke buigscharnier zou kunnen funktioneren.

20 In figuur 8 is een uitvoeringsvorm van het verbindingsor- gaan 11 weergegeven, wederom in figuur 8a als doorsnede en in figuur 8b als bovenaanzicht. Het verbindingsorgaan is als stansonder-deel vervaardigd, waaraan door een daaropvolgende persbehandeling evenals bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 7 de uiteindelijke 25 vorm wordt gegeven. Het verbindingsorgaan bestaat uit dezelfde onderdelen als in figuur 7 aangegeven en wel een inspanplaats 53 een middengedeelte 59 en een band 60. Het nabij de inspanplaats gelegen deel strekt zich derhalve uit in een richting, tegengesteld aan de richting waarin de krachten worden overgebracht. Aangezien 30 het verbindingsorgaan 11 over ongeveer 180° is gebogen, verloopt het aansluitende deel 59 nagenoeg in de richting van de krachtover-brenging. Door deze vorm ontstaat zowel op de inspanplaats 53 alsook in de links daarvan gelegen, met 62 aangegeven zone, een relatief stijf buigscharnier. De overige delen, in het bijzonder de 35 band 60 vertonen daartegen een kleinere buigweerstand, zodat de in figuur 5c weergegeven krachtoverbrengingskarakteristiek ontstaat.

7815062

Claims (11)

1. Massa- of krachtmeter van het via het meetsysteem getekende type, voorzien van een frame, een lastdrager, een meetsysteem en een tenminste een hefboom omvattende krachtoverbrengings- 5 keten voor de last met lastafhankelijke krachtoverbrengingsverhou- ding, met het kenmerk, dat de hefboom (9 resp. U6) met tenminste een van de naburige elementen van de krachtoverbrengingsketen is verbonden door middel van een, tenminste gedeeltelijk niet in de verklijn van de kracht gelegen, tenminste op een aantal plaatsen 10 buigelastisch onderdeel (11 resp. 1*9 )s welk onderdeel in de hef boom (9 resp. k6) is ingespannen.

2. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het verbindingsorgaan (11). een trekband is.

3. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 1, met het ken- 15 merk, dat het verbindingsorgaan (1*9). een drukstaaf is-, 1*. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het als trekband uitgevoerde verbindingsorgaan (11). bestaat uit een staaf, die door middel van drie insnoeringen (1U, 15, 16) in vier buigstijve en drie buigelastische delen is onderver-20 deeld, waarbij de stijfheid van de in de richting van de door de last uitgeoefende kracht eerste insnoering (ll*) groter is dan dia der volgende insnoeringen-(15, 16).

5. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het als trekband uitgevoerde verbindingsorgaan (11I 25 bestaat uit een vlakke band, die op de inspanplaats (53). schotel vormig is verbreed, verder een daarop aansluitende middengedeelte (59). bezit, dat in een langgerekte band (6o) overgaat.

6. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de trekband tussen het middengedeelte (59Ï en de band 30 (6θ) een insnoering van een geringere breedte bezit.

7. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het als drukstaaf uit gevoerde verbindingsorgaan (1*9) bestaat uit twee buigstijve staven, die zowel met elkaar alsook met de inspanplaats door een zwak elastische band zijn verbonden.

8. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 3, met het ken merk, dat het als drukstaaf uitgevoerde verbindingsorgaan (l*9l bestaat uit twee buigstijve staven, die zowel met elkaar alsook 7815062 -10- met de inspanplaatsen zijn verbonden door middel van hardelastische banden.

9. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het als drukstaaf uitgevoerde verbindingsorgaan (U9) ^ uit twee buigstijve staven bestaat, die met elkaar en met een in- spanplaats zijn verbonden door een zwak elastische, met de andere inspanplaats door een hardelastische band zijn verbonden.

10. Massa- en .krachtmeter volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het nabij de inspanplaats (53) voor de hefboom (9) gelegen deel van het verbindingsorgaan (11) zich uitstrekt in een richting, die nagenoeg tegengesteld is aan de richting waarin de kracht wordt overgebracht en dat de daarop aansluitende delen nagenoeg in de kracht overdracht srichting verlopen.

11. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 10, met het ^ kenmerk, dat de band aan een uiteinde over ongeveer 180° is omgebogen.

12. Massa- en krachtmeter volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het als trekband uitgevoerde verbindingsonderdeel (11) bestaat uit een band met constante dikte. 20 7815062