Vorrichtung zum selbsttätigen Auswiegen von Lasten
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum selbsttätigen Auswiegen von Lasten durch Verschiebung eines Laufgewichtes, dessen Verstellkräfte durch ein Verstellgetriebe in Form eines Reibradgetriebes erzeugt werden, welches ein dauernd laufendes Antriebsteil besitzt und ein Abtriebsteil aufweist, das in Abhängigkeit von der Lage des Waagebalkens verstellbar ist, wobei im Gleichgewichtszustand der Waage die Verstellkraft zur Null wird.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer einfachen automatischen Abgleichsgewichtssteuemng, die trotz eines geringen Aufwandes genau arbeitet.
Im heutigen mechanischen Waagenbau findet zum überwiegenden Teil das sogenannte Neigungspendel als Wiegemechanismus Verwendung. Das Neigungspendel hat in den letzten Jahrzehnten in zunehmendem Masse den altbekannten Albgleichsgewichtsbalken verdrängt.
Der Hauptgrund hierfür liegt darin, dass das Wiegen mit Abgleichgewichtsbalken bislang von Hand durchzuführen ist, während das Neigungspendel keine Handbetätigung benötigt und den Wiegeablauf automatisch vollführt. Es ist verständlich, dass diesem automatischen Wiegevorgang seitens der Waagebenützer grosse Bedeutung beigemessen wurde. Dem Pendelsystem haften gegenüber dem Wiegebalken aber auch Nachteile an, von denen der wichtigste wohl der notwendige Wiegeweg in sämtlichen Waagenteilen ist. Dieser Wiegeweg bringt immer wieder Schwierigkeiten bei der Einhaltung der von den Eichämtern vorgeschriebenen Wiegegenauigkeit und zwingt oft zu erheblichem konstruktivem Aufwand.
Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass immer wieder versucht wurde, den Wiegeprozess bei Waagen mit Abgleichgewichtsbalken zu automatisieren. Trotz intensiver Bemühungen wurde Jahrzente hindurch keine voll brauchbare Lösung gefunden, weil wegen der ausserordentlich kleinen Kräfte am Wiegebalken nur elektromechanische oder elektronische Steuerungen zur meist motorischen Verschiebung des Abgleichgewichtes eingesetzt wurden. Derartige Steuerungen waren aber zu kompliziert und teuer, so dass der Abgleichgewichtsbalken trotz grosser Einfachheit und hoher Genauigkeit heute nur noch wenig Anwendung findet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, mit einfachen und absolut betriebssicheren Mitteln die Fremdenergie zur automatischen Verschiebung des Abgleichgewichtes nicht nur auf den Balken selbst zu bringen, sondern auch so präzis zu steuern, dass die hohe Wiegegenauigkeit dieses Wiegesystems erhalten bleibt und auch eine so kurze Wiegezeit wie mit Pendelwaagen erreicht wird.
Die Aufgabe nach der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Verstellgetriebe auf dem Waagebalken angeordnet ist und das Abtriebsteil ein Reibrad und dieses zusammen mit seinen Halterungen das Laufgewicht bildet.
Verstellgetriebe, die abhängig von der Lage des Abtriebs- und Antriebsteils zueinander verschieden grosse Kräfte in verschiedenen Richtungen übertragen, sind bekannt. Das Neue ist, dass man diese verschiedenen Lagen von Antriebs- und Abtriebsteil zueinander benutzt, um ein Abgleichgewicht in der einen oder anderen Richtung und mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zu verschieben. Um der Waage eine genaue Gleichgewichtslage bzw. Nullstellung zu geben, empfiehlt es sich, noch zusätzlich eine Verbindung vorzusehen, welche die Lage der Antriebs- bzw. Abtriebsteile des Reibradgetriebes so zueinander verstellt, dass im Gleichgewichtszustand keine Verstellkräfte übertragen werden bzw. diese Verstellkräfte sich auf Null verkleinern.
Durch diese Massnahme ist ein aperiodisches Einlaufen auf die Gleichgewichtslage des Abgleichgewichtes möglich. Bei bekannten Ausführungen, wo z.B. durch schwarz-weiss Steuerung motorisch das Abgleichgewicht verschoben wird, müssen zusätzliche Dämpfungsmittel noch vorgesehen werden, um diese Lagenänderung dann aufzuheben. Im weiteren haben diese Ausführungen den Nachteil, dass Kontakte erforderlich sind, ein verhältnismässig grosser Aufwand notwendig ist, um die bewegten Massen zur Ruhe zu bringen und die Ausführungen auch viel zu teuer sind, raumaufwendig sind und einen erheblichen Gewichtszuwachs erfordern.
Wenn das Reibungsradgetriebe selbst ein Teil des Abgleichgewichtes bildet, wird eine Anzahl sonst unentbehrlicher zusätzlicher Teile eingespart. Zudem ist ein schnelles Ansprechen gesichert, da die Verschiebung des Reibradgetriebes unmittelbar dem Gewichtsausgleich dient.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 a zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Waage.
Fig. lb zeigt eine schematische Draufsicht auf diese Waage.
Fig. in einen Schnitt längs der Linie A-B in Fig. lb.
Fig. 2 zeigt ein Reibradgetriebe mit Stabilisierungsfeder und Ausschlagbegrenzungen.
In Fig. 3 ist ein Reibradgetriebe mit Pendelstück dargestellt.
Fig. 4a zeigt eine Draufsicht eines Rechengetriebes,
Fig. 4b zeigt eine Schnittansicht dieses Rechengetriebes.
In Fig. 5 ist eine geeignete Führung für das Reibradgetriebe eines solchen Rechengetriebes dargestellt.
Nach Fig. la bis lc ist in einem Rahmen 1 ein Zylinder 2 frei drehbar gelagert. Dieser Zylinder wird von einem Motor 3 entweder direkt oder über Zahnradoder Kettentrieb Kettentrieb 4 mindestens während des Wiegevorgangs ständig in Drehung versetzt. Mit dem Zylinder 2 steht ein Reibrad 5 ständig in Berührung.
Gelagert ist dieses Reibrad auf der Welle 6, die ihrerseits auf dem Lagerzapfen schwenkbar angeordnet ist. In fester Verbindung mit der Welle 6 steht der Arm 8, welcher an seinem freien Ende den Zapfen 9 trägt, auf dem ein Kugellager oder eine Führungsrolle 10 drehbar montiert ist. 11 stellt eine Führungsschiene dar, welche unabhängig von sämtlichen anderen Teilen ortsfest auf anderen hier nicht näher dargestellten Auflagen befestigt ist. Auf dieser Führungsschiene rollt im praktischen Betrieb Teil 10 je nach Wiegelast hin und her. Der Lagerzapfen drückt das Reibrad gegen den Zylinder 2 und führt es gleichzeitig möglichst parallel zur Zylinderachse an diesem entlang. Hierzu ist der Zapfen am einen Ende eines Stützwinkels 12 befestigt, dessen anderes Ende ein Gegengewicht 13 trägt.
Am Stützwinkel 12 sind ausserdem zwei Lagerarme 14 und 15 befestigt, die je 2 Kugellager oder Führungsrollen 16 tragen. Die Führung dieser Rollen besorgt die Führungsstange 17, die ein Teil des Rahmens 1 ist. Der Rahmen 1 ist gemäss Fig. la und lb zweckmässig nach links erweitert und trägt die Stützschneide 18 sowie die Lastschneide 19.
Schneide 18 ist im Lager 20 ortsfest abgestützt, während über Lastbügel 21 die Wiegelast 22 auf die Lastschneide 19 übertragen wird. 23 und 24 stellen Begrenzungen für den Anschlag des Wiegebalkens, Pfeil 25 den Drehsinn des Zylinders dar.
Die Wirkungsweise dieses automatischen Abgleichgewichtsbalkens ist folgende: Im abgeglichenen Wiegezustand möge die Zylinderachse horizontal liegen. Das Reibrad 5 steht dabei senkrecht und die Welle 6 parallel zur Zylinderachse. Die Führungsrolle 10 liegt auf der Führungsschiene 11 durch das Eigengewicht sowie einen Teil des Gewichtes des Armes 8 auf. Sämtliche Teile befinden sich mit Ausnahme der Drehung von Zylinder 2 und Reibrad 5 in Ruhe. Wird nun dieser abgeglichene Wiegezustand gestört, z.B. durch Vergrösserung der Wiegelast 22, so führt der Wiegebalken um die Stützschneide 18 eine Linksschwenkung maximal bis an die Ausschlagbegrenzung 23 aus. Die gleiche Linksschwenkung wird natürlich auch auf den im Rahmen 1 gelagerten Zylinder 2 übertragen.
Da die Führungsrolle 10 ihre Hochlage nicht verändert, erfährt Arm 8 mit Welle 6 und Reibrad 5 eine Rechtsschwenkung um den Lagerzapfen 7. Aus beiden Schwenkbewegungen ergibt sich eine Rechtsdrehung des Reibrades 5 gegenüber dem Zylinder 2, was wegen des Drehsinns 25 eine Verschiebung des Reibrades nach rechts bewirkt. Selbstverständlich werden sämtliche Teile mitbewegt, die mit dem Reibrad zusammen hängen, also auch Arm 8 und Führungsrolle 10 sowie die gesamte Stützvorrichtung mit Stützwinkel 12, Gegengewicht 13, Lagerarme 14 und 15 und Führungsrollen 16. Die Wirkung all dieser Teile kann man der eines kompakten Abgleichgewichtes gleichsetzen. Die Rechtsverschiebung erfolgt durch den Antrieb des ständig umlaufenden Zylinders 2 solange, bis die vergrösserte Wiegelast neu abgeglichen, also der Rahmen 1 in seine horizontale Ausgangslage zurückgekehrt ist.
In diesem Augenblick steht das Rad 5 wieder senkrecht zur Zylinderachse. Bei einer Verringerung der Wiegelast 22 treten entgegengesetzte Verhältnisse auf, so dass die die Abgleichgewichtswirkung ergebenden Bauteile nach links verschoben werden. Da nun solche Reibradgetriebe mit kleinsten Kräften zu steuern sind, z.B. vertikal an der Führungsrolle 50 bis 100 mp, und da weiterhin das Laufverhalten des Reibrades 5 an dem Zylinder 2 äusserst präzis und reproduzierbar ist, so bleibt durch den vorbeschriebenen rein mechanisch wirkenden Gewichtsabgleich die hohe Wiegegenauigkeit von Abgleichgewichtsbalken erhalten. Gleichzeitig lassen Fig. la bis lc erkennen, dass dieser grosse Vorteil mit wenigen einfachen Mitteln erreicht wurde, die sich ausserdem noch durch hohe Betriebssicherheit auszeichnen. Überdies ist die Wiegezeit sehr kurz.
Selbst bei Drehzahlen von nur etwa 300 U/min. für den Zylinder 2 und einem Rahmenausschlagwinkel von 3 bis 4 Grad werden durch das Reibrad 5 Stellgeschwindigkeiten erreicht, die Laufwege von 300 mm in weniger als 1 s ergeben. Selbst wenn noch ein Zeitverlust für einen Einschwingvorgang in den endgültigen Abgleichzustand berücksichtigt wird, liegen die Wiegezeiten bei denen üblicher Pendelmechanismen. Man kann zur Dämpfung beispielsweise gemäss Fig. la am Rahmen ein im wesentlichen senkrecht einstellbares kleines Zusatzgewicht 26 vorsehen. Neben diesem im Waagenbau allgemein bekannten Zusatzgewicht bieten die neuartigen Konstruktionsteile, die den Schiebeprozess bewerkstelligen, besonders gute Möglichkeiten zur Dämpfung des Einschwingvorganges.
Fig. 2 zeigt nochmals die Teile, die bei Änderung der Wiegelast 22 verschoben werden, die insgesamt also das Abgleichgewicht des Wiegebalkens darstellen. Befestigt man am Stützwinkel 12 eine Feder 27 mit den zweckmässigerweise im Abstand einstellbaren Backen 28 und 29, so wird damit nicht nur der freie Auscü!ag dcs Armes 8 gegenüber dem Stützwinkel 12 begrenzt, sondern bei Lastvergrösserung und Überschreitung des Backenspieles ein Teil des Eigengewichtes der Führung rolle 10 über die Feder 27 ins Wiegespiel gebracht. Bei Lastvergrösserung ist der Grenzzustand erreicht, wenn der Ausschlagwinkel des Armes 8 gegenüber dem Stützwinkel 12 so gross wird, dass die Feder 27 die Führungsrolle 10 gänzlich von ihrer Führungsschiene 11 abhebt.
In analoger Weise wird bei Lastminderung eine Verkleinerung des Abgleichgewichtes erzielt, indem nach Linksschwenkung des Armes 8 gegenüber dem Stützwinkel 12 der Anschlag am Backen 29 erfolgt und sich somit ein Teil des Abgleichgewichtes über Führungsrolle 10 auf der Schiene 11 absetzt. Es ist von besonderem Vorteil, dass sich die stabilisierenden Teile, nämlich die Feder 27 mit ihren Backen 28 und 29 im Bereich von Arm 8 und Stützwinkel 12 befinden. Durch Wahl der Federsteifigkeit sowie des Backenabstandes kann Anpassung an die unterschiedlichsten Verhältnisse erreicht werden.
In Fig. 3 ist eine weitere einfache Lösung für eine Dämpfungsmöglichkeit im Bereich der Konstruktionsteile 8 und 12 angegeben. Es sind wieder die Teile 5 bis 8, 10, 12 und 14 bis 16 dargestellt. Hinzu kommt als Stabilisierungsmittel lediglich ein kleines Pendelstück 30, welches über Stange 31 am Arm 8 starr befestigt ist. Im abgeglichenen Wiegezustand wird das ganze Gewicht des Pendelstücks 30, das dann z.B. genau unter der Führungsrolle 10 liegt, durch diese Rolle auf die Führungsschiene übertragen, kommt also nicht ins Wiegespiel. Erfolgt aber beispielsweise eine Lastvergrösserung, d.h. eine Rechtsschwenkung des Armes 8, so wird das Pendelstück 30 gegenüber der Führungsrolle 10 nach links geschoben. Es drückt nun mit einem Teil seines Gewichtes belastend auf Zapfen 7 und vergrössert so das Abgleichgewicht.
Bei Lastverminderung liegen entgegengesetzte Verhältnisse vor, so dass auch dann das Pendelstück 30 wieder stabilisierend wirkt.
Erwähnt sei noch, dass die Lage des Pendelstücks 30 aus konstruktiven Gründen festgelegt auch anders festgelegt werden kann, ohne dass an der stabilisierenden Wirkung dadurch etwas geändert würde. Liegt das Pendelstück 30 genau unter dem Lagerzapfen 7, so kann die Führungsrolle 10 mit Führungsschiene 11 gänzlich fortfallen, weil das Reibrad 5 durch Pendelstück 30 genau senkrecht gehalten wird. In diesem Fall wird die Funktion des Getriebes durch den Anschlag des Wiegebalkens allein gegeben. Nachteilig wirkt sich die erforderliche Dämpfung des Pendelstücks 30 für diesen Sonderfall aus.
In Fig. 4a und 4b ist eine beispielsweise Ausbildung von den Steuerteilen bei einem Doppelwalzengetriebe in Ansicht und Schnitt dargestellt. Weitere den eigentlichen Wiegebalken betreffende Teile wurden dabei weggelassen, weil sie mit denen nach Fig. la bis lc übereinstimmen. Dass in Fig. 4a und 4b die Walze 33 kegelig und die Walze 34 zylindrisch ist, hat nach den obigen Ausführungen keine besondere erfinderische Bedeutung.
Die Richtungspfeile 35 und 36 zeigen den Drehsinn der Walzen. Zwecks besonders präziser Aussteuerung des gesamten Getriebes befinden sich zwischen den beiden Walzen zwei Reibräder 37 und 38, deren Lagerung, Steuerung und Bewegung ähnlich wie für das Reibrad 5 nach Fig. la bis lc sind. Konstruktiv ist auf die Anordnung der Führungsschiene 39 zu achten, auf der die Führungsrolle 40 entlang gleitet. Wegen des Bewegungsraumes der Reibräder kann die Schiene nämlich nicht in Höhe der Walzen- und Reibradachsen angebracht werden, so dass eine Unsymmetrie in der Aussteuerung der Reibräder zwischen Lastvergrösserung und -verkleinerung entsteht.
Eine geeignete Führung für den eigentlichen Steuerpunkt 41, durch die wieder Steuersymmetrie zu erreichen ist, ist beispielsweise in Fig. 5 erläutert. Dabei können sowohl zwei als auch eine Walze bzw. zwei oder ein Reibrad Verwendung finden. Neben den von den Reibrädern verschobenen Abgleichgewichtsteilen wird hier eine Steuerstange 42 eingesetzt, deren eines Ende mit dem Reibrädersteuerpunkt 43 drehbar verbunden ist, während das andere Ende sich in einer senkrechten Führung 44 bewegen kann. Ausserdem ist eine Tragstange 45 bei 47 ortsfest drehbar gelagert und bei 46 mit der Steuerstange 42 gelenkig verbunden. Eine solche Führung ergibt für den Fall, dass die Steuerstange 42 die doppelte Länge der Tragstange 45 aufweist und der Gelenkpunkt 46 in der Mitte der Stange 42 liegt, für den Steuerpunkt 43 eine gradlinige Bewegung.
Wird der Festpunkt 47 seitlich der Walzen angeordnet, was ja ohne Schwierigkeiten möglich ist, so kann bei dieser Bauart der Steuerpunkt 43 wieder symmetrisch und zwar in der Ebene der Walzenmitten geführt werden.
Wenngleich die vorstehenden Ausführungen im wesentlichen an einem Reibradgetriebe mit einer Walze und einem Reibrad erläutert wurden, ist man selbstverständlich nicht nur auf solche Getriebe beschränkt. In gleicher Weise können die verschiedensten Walzengetriebe verwendet werden. Dabei kann sowohl die Form der Walzen als auch ihre Anzahl unterschiedlich sein. Die zylindrische Form kann durch eine ballige oder kegelige ersetzt werden, statt einer Walze können auch meherere zur Anwendung kommen.
Es können auch Rechengetriebe verwendet werden, die auf Walzengetrieben aufgebaut sind und bei Verwendung in einem automatischen Wiegebalken die Umwandlung des Analoggewichtswertes in Digitalform ebenso leicht und schnell vorzunehmen gestatten, wie die Zuführung des Gewichtswertes aus dem Wiegebalken in andere, den Getrieben eigene Rechenoperationen. Besondere Erwähnung verdienen die mechanischen Integrationsgetriebe, die im Förderbandwaagenbau vielfach Verwendung finden. Demzufolge wäre beispielsweise vorgesehen, dass ein Rechengetriebe eingesetzt ist, das ein Doppeiwalzengetriebe mit zwei Reibrädern und Führungen aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine solche Führung dadurch gebildet sein, dass mit dem Reibrädersteuerpunkt ein Ende einer Steuerstange drehbar verbunden ist, deren anderes Ende gerade geführt und an die eine schwenkbar gelagerte Tragstange angelenkt ist, wobei sich der ortsfeste Lagerpunkt seitlich neben den Walzen befindet.