Die Erfindung betrifft eine Querkraft-Hänge-Waage, d.h.
eine Waage. bei der der die Last tragende Teil an Pendellen kern aufgehängt. diese Lenker aus der Gleichgewichtslage ausgelenkt sind und die für die Auslenkung erforderliche Quer kraft gemessen und daraus das zu bestimmende Gewicht ermit telt wird. Die Horizontal- oder Querkraft ist sowohl dem zu bestimmenden Gewicht als auch der Auslenkung proportional.
Dies gilt sowohl für Aufhängungen nach Art physikalischer
Pendel als auch nach Art von Torsionspendeln.
Die bekannten Querkraft-Hänge-Waagen haben den Nachteil, dass die Messung der Querkraft mit einer Änderung der Auslenkung einhergeht und der Zusammenhang zwischen dem zu bestimmenden Gewicht und der gemessenen Querkraft dadurch mehr oder weniger nichtlinear wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nichtlinearität zu beseitigen und dadurch die Messgenauigkeit der Waage zu erhöhen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst. dass die Querkraft mittels wenigstens einer elektromechanischen Kraftmessdose gemessen wird.
Die elektromechanischen Kraftmessdosen können an der Druckseite in Form von Druckmessdosen oder an der Zugseite als Zugmessdosen angebracht werden. Zwei Druckmessdosen, die an einem Ende des z.B. als Plattform ausgebildeten lasttragenden Teiles angeordnet werden, genügen im allgemeinen, um eine gleichmässige Übertragung der Querkraft auf die Druckmessdosen zu sichern.
Da die elektromechanischen Druckmessdosen eine praktisch weglose Messung erlauben. besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem zu bestimmenden Gewicht und der gemessenen Querkraft.
Bei grossen Lasten kann es zweckmässig sein. gleichzeitig sowohl Zug- als auch Druckmessdosen, z.B. je zwei, zu verwenden.
Wird die Plattform so aufgehängt, dass sie nur einen Freiheitsgrad aufweist, so kommt man mit einer Druckmessdose aus, die zweckmässig in der Mitte der an der Druckseite liegenden Kante der Plattform angeordnet ,wird.
Die Einhaltung eines Freiheitsgrades kann man auf verschiedene Weise sicherstellen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Plattform in Bewegungsrichtung seitlich zu führen. Hierbei tritt zwar durch die Reibung der Seitenkanten eine geringe Verfälschung des Messergebnisses ein. Diese Verfälschung spielt indessen bei grossen Gewichten keine Rolle und kann überdies durch Einbau reibungsverminderter Rollen stark herabgesetzt werden.
Bei Waagen mit an der Decke aufgehängter Plattform lasst sich eine Bewegung mit einem Freiheitsgrad dadurch erzwingen, dass man die die Plattform tragenden Pendellenker paarweise starr miteinander verbindet. Die Plattform wird in diesem Fall von zwei um parallele, horizontale Achsen schwingenden, starren Konstruktionen getragen, welche mit je zwei seitlichen Armen die Plattform erfassen.
In den Figuren sind einige Ausführungsbeispiele und konstruktive Details dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Querkraft-Hänge-Waage mit einer Plattform in schematischer Darstellung,
Fig. 2 die Vorderansicht einer als Brückenwaage ausgebildeten Querkraft-Hänge-Waage mit einfacher Aufhängung der Plattform und seitlich angeordneten Druckmessdosen,
Fig. 3 die Vorderansicht einer Brückenwaage mit einfacher Aufhängung der Plattform und Aufnahme der Querkräfte durch eine Druckmessdose über Winkelhebel,
Fig. 4 die Draufsicht auf die Brückenwaage gem. Fig. 3,
Fig. 5 die Vorderansicht einer Brückenwaage mit nach aussen gedrückten Doppel-Gelenken,
Fig. 6 die Vorderansicht einer Brückenwaage mit nach in nen gezogenen Doppel-Gelenken und kastenförmiger Aus bildung der Plattform.
Fig. 7 eine Querkraft-Hänge-Waage mit einer trichterför migen, unter Verwendung von zwei Zugmessdosen seitlich aus gelenkten Waagschale,
Fig. 8 eine der in Fig. 7 dargestellten entsprechenden Quer kraft-Hänge-Waage mit nur einer Zugmessdose.
Fig. 9 eine Querkraft-Hänge-Waage mit aus ihrer Mittella ge gedrehten Waagschale.
Fig. 10 eine der Fig. 9 entsprechende Querkraft-Hänge Waage mit nur einer Zugmessdose.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Querkraft Hänge-Waage mit an der Decke aufgehängter Plattform im Schrägriss. Die Plattform ist mit 1 bezeichnet. Sie ist mit Hilfe von vier Lenkern 2 bis 5 in vier an der Decke 6 befestigten Lagern 12 bis 15 aufgehängt. An der Druckseite der Plattform ist eine Druckmessdose 7 angeordnet. Die Dose ist durch einen Lenker 9 mit der Plattform und durch einen Lenker 10 mit einem an der Wand 3 angebrachten Stützlager 11 verbunden.
Vorteilhaft lassen sich Brückenwaagen als Querkraft-Hänge-Waagen ausbilden. Derartige Brückenwaagen zeichnen sich durch hohe Genauigkeit der Wägung bei einfachem, robustem Aufbau und mässiger Beanspruchung der Kraftmessdosen aus.
Bei einer Ausführungsform ist die Plattform der Brückenwaage mit nach unten ragenden. seitlichen Rippen oder Beinen versehen, mit denen sie unter Zwischenschaltung von Lenkern an auf dem Fundament aufgebauten Rippen oder Tragpfeilern aufgehängt ist. Durch zusätzliche, horizontale Kräfte ist die Plattform mittels entsprechender Gestänge aus ihrer Gleichgewichtslage ausgelenkt, wobei die Grösse der horizontalen Kräfte durch Messgeräte angezeigt wird. die mit den die Auslenkung bewirkenden Gestängen verbunden sind.
Es ist nicht unbedingt erforderlich. dass die Auslenkungskräfte genau horizontal gerichtet sind. Die Kraftrichtung kann vielmehr etwas von der Horizontalen abweichen. ohne dass sich an der Funktionsweise insgesamt etwas ändert. Es ist auch grundsätzlich einerlei. mit welchen Mitteln die Auslenkungskräfte hervorgerufen werden. Besonders geeignet dazu sind Gewichte oder Federn.
Sehr einfach wird der Aufbau. wenn an beiden Enden einer Seite je eine elektromechanische Druckmessdose angeordnet wird und die Messergebnisse elektronisch zusammengefasst und als Gesamtergebnis angezeigt werden. Die Druckmessdosen können dabei auf Druck oder auf Zug beansprucht werden. Sie werden gelenkig an der Grubenwand befestigt und sind auch durch Lenker mit der Plattform verbunden.
Die durch die Druckmessdosen aufzunehmenden horizontalen oder annähernd horizontalen Kräfte können innerhalb gewisser Grenzen geändert und sehr genau eingestellt werden, wenn man in die die Druckmessdosen mit der Plattform verbindenden Lenker Verstellschrauben einbaut. mit denen die Länge der Lenker geändert werden kann. Durch Ändern der Gestängelänge ändert sich auch der Winkel, den die Aufhängelenker der Plattform mit der Lotrechten bilden. und damit die Grösse der Horizontalkraft. Eine stufenlose Änderung der Gestängelänge, wie sie mit einem Schraubgewinde ohne weiteres verwirklicht werden kann, ermöglicht daher eine sehr genaue Feineinstellung der Horizontalkräfte.
Bei geringeren Ansprüchen an die Genauigkeit der Wägung kann man die die Plattform aus ihrer Gleichgewichtslage auslenkenden Lenker mit an Festpunkten horizontal gelagerten Winkelhebeln verbinden, deren freie Arme durch ein gemeinsames Gestänge an eine Druckmessdose angeschlossen sind.
Als Lagerung könnten vertikal in Stützpfeiler oder Mauervorsprünge eingelassene Zapfen dienen, auf die die Winkelhebel von oben aufgeschoben werden. Sowohl die Montage als auch die Wartung wären in diesem Fall denkbar einfach.
Statt eines einfachen Lenkers kann man an jedem Aufhängepunkt ein aus zwei Lenkern bestehendes Doppel-Gelenk anordnen. Die Gelenkpunkte eines Paares zusammengehörender Doppel-Gelenke weisen hierbei entweder beide nach aussen oder beide nach innen. Im ersten Fall werden sie durch ein Gestänge verbunden, das länger ist als der Abstand der Gelenkpunkte bei frei durchhängender Plattform, im zweiten Fall durch ein Gestänge, das kürzer ist als der Abstand der Gelenke bei frei durchhängender Plattform. Baut man in das Verbindungsgestänge je eine Druckmessdose ein. so wird sie im ersten Fall auf Druck, im zweiten Fall auf Zug beansprucht. In beiden Fällen werden zwei Druckmessdosen benötigt, deren Messergebnisse in der oben beschriebenen Weise zusammen ausgewertet werden.
Die Anordnung hat gegenüber den zuerst beschriebenen den Vorteil, dass alle durch die Belastung auftretenden Kräfte innerhalb der Waage selbst aufgenommen werden, und dass keinerlei Druck- oder Zugkräfte auf die Grubenwände einwirken.
Wird die Plattform an Rippen aufgehängt, so kann man sie kastenförmig ausbilden und so anordnen, dass die Stützpfeiler sich im Innern des Kastens befinden. Die Stützpfeiler werden in diesem Fall oben mit einem Querbalken ausgestattet, der galgenartig über den Pfeiler vorragt. Insbesondere bei Verwendung von Doppelgelenk-Aufhängern hat man die Möglichkeit, alle beweglichen Teile der Waage staubgeschützt unterzubringen und dadurch eine hohe Genauigkeit zu sichern.
Die Brückenwaage nach der Figur 2 hat eine Plattform 16 mit vier an den Ecken angeordneten Beinen 17, von denen die beiden vorderen in Figur 2 sichtbar sind. Die Plattform ist mit Lenkern 18 und 19, die an den unteren Enden der Beine angreifen, an Stützpfeilern 20 und 21 aufgehängt. Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind die auf der rechten Seite angeordneten Beine 17 durch Lenker 22 mit je einer Druckmessdose 23 verbunden, die ihrerseits an der Grubenwand verankert ist. Durch die Druckmessdosen ist die Plattform etwas aus ihrer Gleichgewichtslage ausgelenkt.
Bei Belastung sucht sie diese Gleichgewichtslage wieder einzunehmen und übt dabei auf die Druckmessdose einen Zug aus, welcher dem Gewicht der Last proportional ist und deshalb zur Gewichtsbestimmung benutzt werden kann.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind die Beine 17 nicht direkt mit Druckmessdosen verbunden, sondern mit Winkelhebeln 24. Sie sind auf Stützpfeilern 25 so gelagert, dass sie um eine vertikale Achse schwingen können. Ihre freien Arme sind über eine Stange 26 miteinander und mit einer Druckmessdose 27 verbunden, die die gesamten Horizontalkräfte aufnimmt.
In Fig. 5 ist die Plattform 16 an zwei Doppel-Gelenken 28 und 29 aufgehängt. Die Tragpfeiler 30 und 31 haben in diesem Fall Querbalken 32 und 33. Die Gelenkpunkte der Doppel Gelenke 28 und 29 sind durch das Gestänge 34 und 35 miteinander verbunden, wobei die Länge des Gestänges so gewählt ist, dass die Gelenkpunkte nach aussen gedrückt werden. In das Gestänge 34, 35 ist eine Druckmessdose 36 eingeschaltet.
Die Ausführung nach Fig. 6 hat eine ähnliche Bauform wie die nach Fig. 5. Auch in diesem Fall ist die Plattform 16' mit Doppel-Gelenken 28' und 29' an Tragpfeilern 30' und 31' aufgehängt. Zum Unterschied von Fig. 5 sind jedoch bei Fig. 6 die Gelenkpunkte durch das Gestänge 34', 35' nach innen gezogen. Daher wird die Kraftmessdose 36' nicht auf Druck sondern auf Zug beansprucht. Die unteren Lenker der Doppel Gelenke 28' und 29' sind nicht an Beinen, sondern an den unteren Rändern 37 und 38 von durchgehenden Seitenwänden 39 und 40 angelenkt. Durch die geschlossenen Seitenwände sind alle Gelenke nach oben abgedeckt und gegen Verschmutzung geschützt.
Insbesondere bei behälterförmigen, beispielsweise trichterförmigen Waagschalen treten beim Einfüllen des Wiegegutes stossartige Kräfte auf, die sich den Querkräften überlagern und so das Messergebnis verfälschen.
Bei Querkraft-Waagen. bei denen derartige Verfiilschungen zu befürchten sind, kann die Waagschale mit dem Gehänge durch Zwischenglieder verbunden werden, die eine Querbewegung der Waagschale gegenüber dem Gehänge innerhalb vorgegebener Grenzen gestatten.
Diese Konstruktion ermöglicht es der Waagschale. den seitlichen Komponenten der beim Einfiillen des Wiegegutes auftretenden Stosskräften auszuweichen und ihre Einwirkung auf das Gehänge auf einen vernachlässigbaren Teil herabzusetzen. Da sich die Waagschale beim Ausweichen etwas anhebt, wird auch der lotrechte Teil des Stosses praktisch eliminiert.
Als Verbindungsglieder zwischen Waagschale und Gehänge können alle Bauteile henutzt werden, die ein seitliches Ausweichen gestatten, wie Seile, Ketten oder dergleichen. Besonders günstig gestaltet sich die Aufhängung bei Verwendung von Federbändern. Federbänder haben überdies den Vorteil, dass sie beim Auslenken unter einer Spannung stehen, welche den Einfluss der Schwerkraft auf die Rückkehr der Waagschale in ihre normale Lage zum Gehänge unterstützt.
Eine weitere günstige Aufhängung der Waagschale am Gehänge ist die mittels eines Gelenk-Gehänges. Ein solches Gelenk-Gehänge besteht aus einzelnen kurzen Stangen. die an beiden Enden gelenkig an die zu verbindenden Teile angeschlossen sind. Die Gelenke werden hierbei zweckmässigerweise als Kugel-Gelenke ausgebildet, um Querbewegungen nach allen Richtungen zu ermöglichen.
Im allgemeinen genügt die Ausbildung der Gelenke als Kugelgelenke, um Beeinträchtigungen des Messergebnisses durch plötzlich auftretende Stösse in den vorgeschriebenen Grenzen zu halten. Wird jedoch Wert auf grosse Genauigkeit gelegt, so kann die Empfindlichkeit der Waage dadurch erhöht werden, dass bei einem Teil der Kugel-Gelenke die Kugelschale mit den anschliessenden Teilen des Gehänges oder der Waagschale über eine Schneide mit Pfanne verbunden ist.
Die zur Gewichtsbestimmung dienenden Querkräfte greifen am Gehänge an. Wird das Gehänge in einer Richtung ausgelenkt, so genügen zum Messen Zugstangen, die mit einfachen Gelenken einerseits am Gehänge. andererseits am Messgerät befestigt sind, wobei das Messgerät selbst zweckmässigerweise ebenfalls durch ein Gelenk mit der Wand oder mit einem Gerüstteil verbunden ist.
Werden die Querkräfte durch mehrere Zugstangen aufgenommen, so kann man in jede Zugstange eine Zugmessdose einbauen und die von den Messdosen gemessenen Werte in einem Addier-Gerät addieren lassen, bevor sie dem Anzeige Gerät zugleitet werden. Bei seitlicher Auslenkung des Gehänges und parallelen Zugstangen kann man auch mehrere Zugstangen durch eine entsprechende Gelenkführung zusammenfassen und an einer gemeinsamen Zug-Messdose angreifen lassen.
Bei Querkraft-Hänge-Waagen mit Auslenkung durch Drehen der Schale kann von der Erfindung ebenfalls mit Vorteil Gebrauch gemacht werden. In diesem Fall wird das Gehänge, das die Waagschale trägt, am unteren Ende als Ring ausgebildet. An dem Ring greifen an mehreren Stellen des Umfanges tangential in gleicher Umfangsrichtung Zugstangen oder Zugseile an, die den Ring aus seiner normalen Stellung drehen. In diese tangentialen Zug-Stangen oder -Seile werden die Zug
Messdosen geschaltet, welche die darin auftretenden Zugkräfte messen und die Messergebnisse einer Auswerte-Vorrichtung zuführen. Die Waagschale, die in diesem Fall kreisförmig ausgebildet ist, ist an dem das Gehänge bildenden Ring in derbe- reits beschriebenen Weise gelenkig oder mittels Federbändern aufgehängt.
Sie kann sich also dem Ring gegenüber sowohl seitlich verschieben als auch drehen und nimmt dadurch alle auftretenden, seitlich wirkenden Stosskräfte auf. Die Rück wirkung der Stösse auf das Gehänge kann weiter vermindert werden. wenn die Waagschale seitlich elastisch geführt wird.
Alle in den Figuren 7 bis lt) dargestellten Ausführungsbeispiele enthalten eine trichterförmige Waagschale 41, die von einem aus vier an der Decke oder einem Gerüst gelenkig aufge hiingtcn Tragstangen 42, 43. 44. 45 bestehenden Gehänge getragen wird. An die Tragstangen sind bei den Ausführungen nach den Figuren 7 und 8 Zwischenglieder 46, 47, 48, 49 angelenkt. die ihrerseits mit der Waagschale 41 verbunden sind.
Sowohl die oberen Gelenke 50, 51, 52, 53 der Zwischenglieder als auch ihre unteren Gelenke 54, 55, 56, 57 sind als Kugel Gelenke ausgebildet. Auch die Gelenke 58,59, 60, 61, mit denen die Tragstangen 42, 43, 44, 45 an der Decke befestigt sind. werden zweckmässig als Kugel-Gelenk ausgeführt. Die unteren Enden der Tragstangen 42 und 45 sind durch eine Kuppelstange 62. die der Tragstangen 43 und 44 durch eine Kuppelstange 63 miteinander verbunden. An den Gelenken 52 und 53 greifen Zugstangen 64 bzw. 65 an.
Diese Zugstangen sind mit elektromechanischen Zug-Messdosen 66 und 67 verbunden. die ihrerseits unter Zwischenschaltung von Gelenken 68, 69 an der Wand oder einem Geriistteil verankert sind. Die Angaben der beiden Messdosen werden addiert und ergeben zusammen ein Masts für das festzustellende Gewicht. Da der Umrechnungs-Faktor abhängig ist von dem Winkel, den die Tragstangen in ausgelenkter Stellung mit der Lotrechten bilden, ist es von grossem Vorteil, dass die elektromechanischen Zug-Nfessdosen praktisch weglos arbeiten, weil man dadurch mit konstantem Auslenkungswinkel rechnen kann.
Statt für jede Zugstange eine Messdose vorzusehen, kann man auch beide Zugstangen 64 und 65. wie Figur 8 zeigt, durch eine Querstange 70 miteinander verbinden und eine einzelne Messdose 71 mit einer Zugstange 72 an dieser angreifen lassen.
Die Verbindung der Querstange 70 mit den Zugstangen 64, 65 werden zseckmässigerweise als Gelenke 75, 76 ausgebildet, um jede Einwirkung unkontrollierbarer Kräfte auf das Messergebnis auszuschalten. Die Zugstange 72 wird in diesem Fall ebenfalls über ein Gelenk 73 an die Querstange 70 angeschlossen und die AMessdose 71 mittels eines Gelenks 74 an der Wand verankert.
Soll das Gewicht, wie bei den Ausführungen nach den Figuren 9 und 10 aus dem Rückdrehmoment einer aus ihrer Normallage herausgedrehten Waagschale bestimmt werden, so genügt die einfache Ausbildung des Gelenk-Gehänges nach den Figuren 7 und 8 nicht mehr. Hier ist zwischen das Haupt Gehänge, bestehend aus den Tragstangen 42, 43, 44 und 45 und das aus den Zwischengliedern 46, 47, 48 und 49 bestehende Gelenk-Gehänge ein fester Körper in Form eines Ringes 72 geschaltet. Der Ringkörper hat an seinem oberen Rand Kugel Gelenke 78, 79, 80, 81, an denen die Tragstangen angreifen, und an seinem unteren Rand Gelenke 82, 83, 84, 85, an denen die Zwischenstücke 46, 47, 48, 49 befestigt sind. Auch die zuletzt genannten Gelenke sind als Kugelgelenke ausgebildet.
An dem Ring 72 greifen bei der Ausführung nach Fig. 9 an zwei einander gegenüber liegenden Punkten die Zugstangen 86 und 87 in parallelen, jedoch einander entgegengesetzten Richtungen an. Sie übertragen das durch den Inhalt der Waagschale hervorgerufene Rückdrehmoment in Form zweier Umfangskräfte auf die Zug-Messdosen 88 und 89, wobei die Summe der gemessenen Umfangskräfte wiederum ein Mass für das Gewicht des Inhalts der Waagschale ergibt.
Bei der Bauart nach Fig. 10 entspricht der Gesamt-Aufbau dem des Beispiels nach Fig. 9. An die Stelle der zwei Zug-Messdosen 88 und 89. die in entgegengesetzter Richtung wirken, ist eine einzige Zugmessdose 90 getreten. Die Zugstange 91 dieser Zug-Messdose greift an einem fest mit dem Ring 72 verbundenen Arm 92 in Umfangsrichtung an. Durch die Wahl des Abstandes des Angriffspunktes von der Drehachse hat man es in der Hand, die von der Messdose aufzunehmende Kraft in bestimmten Grenzen festzuhalten.
Die Tragmittel, die sogenannten Lenker, an denen der die Last tragende Teil bei den Querkraft-Hänge-Waagen aufgehängt werden, müssen derart beschaffen sein, dass Änderungen der Auslenkung keine zusätzlichen, die Querkräfte verfälschende Einflüsse, wie Reibungskräfte oder elastische Kräfte, hervorrufen. Diese Beschaffenheit ist auch bei den erfindungsmässigen Hängewaagen bedeutungsvoll. weil bei Justierung und Eichung die Auslenkung verändert wird.