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Obers cha1igeWaage
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Die Erfindung betrifft eine oberschalige Waage mit Parallelführung
der Schalenaufnahme und elektrischer Meßwertverarbeitun Oberschalige Waagen mit
elektrischer Meßwertverarbeitung durch elektrische Meßwertaufnehmer, z.B. in Form
von mit Dehnungsmeßstreifen bestückten Biegebalken erden beispielsweise in dem Gebrauchsmuster
80 08 017, in der DT-OS 27 40 668, in der DT-0S 27 41 303 sowie in einem von der
Firma Hottinger, Darmstadt, vorgeschlagenen Waagenmodell beschrieben. Bei allen
genannten Ausführungsbeispielen werden ein oder zwei übereinander angeordnete Doppelbiegebalken
als Biegestab s-förmig verbogen, so daß ein Biegemomentverlauf entsteht, der bei
vertretbaren Abmessungen in Längsrichtung nur bei höheren Lasten mit elektrischen
Meßwertaufnehmern, z.B. Dehnungsmeßstreifen auswertbar ist.
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Mit Ausnahme der Hottinger-Lösung stellt der Biegebalken -- meist
in Form einer "Einblock-Wäaezelle - gleichzeitisdas Parallelogramm für die Schalenhalterung
dar; eine Justierung der Eckenlast bei exzentrisch aufgebrachter Last auf der Waagschale
ist nur bedingt möglich. Bei der Hottinger-Lösung ist dagegen einem Doppelbiegebalken
als Biegestab ein darüber angeordneter Dreieckslenker zugeordnet, der eine Justierung
der Eckenlast erlaubt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Meßwertaufnehmer
z.B. in Form von Dehnungsmeßstreifen in Verbindung mit einem Bierebalken so einzusetzen,
daß auch relativ kleine Gten mit minimalen Meßwegen und hoher Auflösung gemessen
werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die ParallelführunS
aus einem in Horizontalrichtung steifen Biégebalken 1 mit biegeelastischer tteßfeder
11 und biegesteifem Lasteinleitungsarm 12 als Meßglied,einem vorzugsweise biegeelastischen
Gelenk 2 zwische diesem Biegebalken 1 und der die Lastschale 1O tragenden Schalenaufnahme
7 sowie einem darüberliegenden Dreieckslenker 3 mit mindestens den Gelenken 4, 5
und 6 gebildet wird.
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In weiterer Ausgestaltung dieser Erfindung ist es möglich die Lastschale
10 mit ihrem Zentrum auf der beweglichen vertikalen Schalenaufnahme 7 zu lagern.
" Diese Schalenaufnahme 7 kann an ihrem oberen Ende flachig ausgebildet sein, so
daß sie die Lastschale 10 an mehreren Punkten unterstützen kann. - Dies ermöglicht,
daß die Lastschale 10 auch exzentrisch auf der Schalenaufnahme 7 angeordnet sein
kann.- In solch einer Waage kann das Gelenk 6 als Doppelgelenk ausgebildet sein,
so daß eine Drehachse entsteht, die der Drehachse durch die Gelenkpunkte 4 und 5
parallel liegt. - Es kann auch vorteilhaft sein das Krafteinleitungsgeienk 2 als
Doppelgelenk mit einer zur Verbindungslinie der Gelenke 4 und 5 parallelen Drehachse
auszubilden. Es kann auch der Biegebalken 1 an der Stelle des Dreiecksienkers 3
und der Dreieckslenker 3 an der Stelle des Biegebalkens 1 angeordnet sein. - Eine
weitere Variante sieht vor, daß die biegeelastische Meßfeder 11 als Klemmplättchen
ausgebildet ist. - Der Biegebalken 1 kann auch aus einem Blechteil 13 bestehen,
wobei der biegesteife Lasteinleitungsarm 12 durch die Aufbiegung 14 erzeugt wird.
- In dieser Ausführung1 wie in allen anderen beschriebenen Ausführungen, kann die
biegeelastische Meßfeder 11 Bohrungen aufweisen. In allen Fällen kann im Bereich
der elektrischen Meßwert aufnehmer ein Temperaturfühler angeordnet sein.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung geht also von einer einfachen
biegeelastischen Meßfeder 11 aus, die in einen starren Abschnitt 12 des Biegebalkens
1 vergeht, der an seinem freien Ende ein Gelenk 2 - vorzusgsweise in Form eines
elastischen Biegegelenkes - trägt, das mit der Schalenaufnahme 7 verbunden ist,
und über das die Gewichtskraft in die Meßfeder eingeleitet wird. Die elektrischen
Meßwertaufnehmer, z.B. Dehnungsmeßstreifer
9 a und 9 b, sind auf
der Ober- und Unterseite der Meßfeder in unmittelbarer Nähe der Einspannstelle appliziert,
also in dem Bereich, in dem das Biegemoment, das durch die Gewichtskraft verursacht
wird, seinen größten Werft erreicht. Die auf diese Weise gebildete Meßfederanordnung
- vorzugsweise aus einem monolytischen Metallstück herausgearbeitet - stellt somit
einen einfachen Biegebalken dar. Durch den relativ langen biegesteifen Lasteinleitungsarm
12 ist es bei vorgegebenen Längsabmessungen möglich, selbst bei kleinen Lasten und
Meßkräften in der eigentlichen biegeelastischen Meßfeder 11 ein für die Anwendung
von elektrischen Meßwertaufnehmern, z.B.
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Dehnungsmeßstreifen ausreichendes Biegemoment bei gleichzeitig minimalen
Meßwegen des Lastangriffspunktes zu erreichen.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist über oder unter
dem Biegebalken 1 eine vorzugsweise dreiecksförmige Lenkeranordnung 3 vorgesehen,
die zusammen mit dem Biegebalken 1 eine Parallelführung der beweglichen vertikalen
Schalenaufnahme 7 der Lastschale 10 bewirkt. Durch vertikale Verschiebung der Lenkerenden
der Lenker 3 kann das dadurch gebildete Parallelogramm so justiert werden, daß beispielsweise
Einflüsse durch exzentrisch auf die Lastschale 10 aufgebrachte Lasten ausgeschaltet
werden.
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Neben der Ausgestaltung des Biegebalkens 1 als Massivteil, das integral
aus der Biegefeder 11 und dem biegesteifen Lasteinleitungsarm 12 besteht, kann es
auch vorteilhaft sein, andere Formen vorzusehen. Dies gilt insbesondere dann, wenn
die elektrischen Meßwertaufnehmer, z.B. die Dehnungsmeßstreifen 9a und 9b in Dünnfilmtechnik
aufgebracht werden sollen. In solchen Fällen ist es vorteilhafter den gesamten Biegebalken
1 aus mehreren Teilen zusammenzusetzen, wie in Fig. 4 angedeutet. Hier ist die eigentliche
biegeelastische Meßfeder 11 als Klemmplättchen ausgebildet, das sowohl links wie
rechts von biegesteifen Klemmplatten umfaßt wird. Die rechten Klemmplättchen sind
so ausgeführt, daß sie gleichzeitig das elastische Biegegelenk 2 tragen. Die Meßfeder
11 ist als relativ kleines Plättchen ausgebildet, das sich sehr gut in einer Bedampfungsapparatur
unterbringen läßt.
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Eine weitere Aus führungs form des Biegebalkens 1 ist in der Fig.
5 dargestellt. Hier wird eine Form vorgesehen, die aus einem Blech 13 gefertigt
werden kann. DiesesBlech kann z.B.
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aus speziellen Bronzelegierungen bestehen. Dabei sind die biegee].astische
Meßfeder 11, das biegeelastische Gelenk 2 und der biegesteife Lasteinleitungsarm
12 in einem Teil zusammengefaßt, wobei der Lasteinleitungsarm 12 durch die Aufbiegungen
14 realisiert ist.- Die als elektrische Meßwertaufnehmer vorgesehenen Dehnungsmeßstreifen
9a und 9b sitzen paarweise in der Mitte des biegeelastisch bleibenden Meßfederteiles
11.
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Daneben sind Entlastungsbohrungen 15 angeordnet, mit denen der Grad
der Durchbiegung eingestellt werden kann. Zudem dienen sie dazu, die elektrischen
Verbindungen zwischen den einzelnen Meßwertaufnehmern mit kürzestem Weg herzustellen.
Diese Ausgestaltung der biegeelastischen Meßfeder 11 kann allgemein angewendet werden
und muß nicht auf den Fall der Ausführung im Blech beschränkt bleiben.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene oberschalige Waage ist im nachfolgenden
anhand der in den Zeichnungen darestellten Ausführungsbeispiele näher verdeutlicht.
Dabei ist gezeigt in Figur 1 eine seitliche Darstellung der Waage Figur 2 eine Draufsicht
Figur 3 der Biegemomentverlauf im biegeelastischen Meßelement (Meßfeder) Figur 4
eine seitliche Darstellung der Ausführung des Biegebalkens 1 in einer zusammengesetzten
Bauweise, Figur 5 eine Ausführungsform des Biegebalkens 1 als Blechteil mit: a als
Schnitt in der Ebene der biegeelastischen Meßfeder 11, b als Seitenansicht und c
in der Aufsicht.
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In Figur 1 erkennt man den Biegebalken 1 mit der biegeelastisch Meßfeder
11, der links einseitig in der Waagentraverse 8 eingespannt ist und in unmittelbarer
Nähe der Einspannstelle die beiden Dehnungsmeßstreifenpaare 9 a und 9b trägt. Er
ist über ein elastisches und weitgehend rückwirkungsfreies Biegegelenk 2 mit der
Schalenaufnahme 7 verbunden. Darüber angeordenet ist
der Dreieckslenker
3, der ebenfalls mit zwei elastischen und weitgehend rückwirkungsfreien Biegegelenken
4, 5 und 6 sowohl mit der Waagentraverse 8 als auch der Schalenaufnahme 7 verbunden
ist.
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Figur 2 zeigt die Ausbildung des Dreieckslenkers 3 mit dem bereits
beschriebenen Biegegelenk 6 und den beiden Biegegelenken 4 und 5 an der Waagentraverse
8. Das Widerlager der Biegegelenke 4 und 5 ist durch geeignete Mittel in der Höhe
verstellbar und erlaubt, das aus dem Dreieckslenker 3 und dem Biegebalken 1 im Seitenriss
(Fig.l) gebildete Parallelogramm zu justieren. Insbesondere muß bei exzentrisch
aufgebrachter Last auf die Lastschale 10 die exakte geometrische Form des Parallelogramms
gegeben sein, anderenfalls treten das Meßergebnis verfälschende Kraftwirkungen in
vertikaler Richtung auf.
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In Figur 3 ist das Biegemoment in willkürlichen Einheiten über der
Länge der Meßfeder schematisch aufgetragen.
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In Figur 4 ist der Biegebalken 1 in der besonderen Ausführung mit
der biegeelastischen Meßfeder als Klemmplättchen 11 und der Biegefeder 2 ebenfalls
als Klemmplättchen, gehalten und eingespannt in die den biegesteifen Lasteinleitungsarm
bildenden Klemmplatten 12, dargestellt.
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Die Figur 5 zeigt im Teil 5a einen Schnitt durch die Blechausführung
des Biegebalkens in Höhe der Meßfeder 11, wobei das Blech 13 die Aufbiegungen 14
und die Entlastungsbohrungen 15 aufweist. Außerdem sind die Dehnungsmeßstreifen
9a und 9b zu erkennen. - Das Teil 5b der Figur 5 zeigt diesen Biegebalken 1 in der
Seitensicht, der wieder aus dem Gesamtblech 13, den Aufbiegungen 14, dem Meßfederteil
11 und dem Biegegelenk 2 besteht und die Dehnungsmeßstreifen 9a und 9b trägt. -
Die Teilfigur 5c zeigt alle genannten Sestsndteile in der Draufsicht.
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Die praktisch rückwirkungsfreien Biegegelenke 2, 4, 5 und 6 ermöglichen
es, daß sich das durch Aufbringen einer Last auf die Lastschale 10 entstehende Biegemoment
voll im Querschnitt der biegeselastischen Meßfeder 11 im Bereich der elektrischen
Meßwertaufnehmer, z.B. den Dehnungsmeßstreifen 9a und 9b auswirkt. Der Biegemomentverlauf
gemäß Figur 3 ist somit an der Stelle der Dehnungsmeßstreifen konzentriert und daher
ein Maximum. Würde man den Biegestab anstatt wie den Biegebalken 1 mit einem elastischen
Biegegelenk 2 als Doppelbiegebalken ausbilden und anstelle des Biegegelenkes 2 ebenfalls
eine zu der Meßfeder 11 äquivalent dimensionierte Biegefeder einsetzen, über die
in ähnlicher Weise wie bei der Meßfeder 11 eine starre Verbindung mit der Waagschalenaufnahme
7 erfolgte, so würde durch die Gewichtskraft eine s-förmige - also eine doppelte
- Verbiegung des Biegestabes 1 entstehen. Dadurch würde aber das Biegemoment im
Bereich der Meßfeder 11 auf weniger als die Hälfte der in Figur 3 dargestellten
Höhe zurückgehen. Damit aber wäre - gleiche Länge des Biegestabes vorausgesetzt
- ein günstiger Einsatz von Dehnungsmeßstreifen oder anderen elektrischen Meßwertaufnehmern
bei kleinen Waagschalenbelastungen nicht möglich. Wollte man dennoch bei einem solchen
s-förmig verbogenen Doppelbiegebalken ein annähernd gleich großes Biegemoment in
der Biegefeder 11 wie in Figur 3 erreichen, müßte man diesen Doppelbiegebalken mindestens
auf die doppelte Länge des erfindungsgemäßen Biegebalkens ausdehnen. Oder es müßte
die Materialstärke der Meßfeder 11 im Bereich der Anordnung der Dehnungsmeßstreifen
9a und 9b verkleinert werden, was sowohl den Nachteil eines vergrößerten Schalenhubes
als auch eine Erhöhung des Materialkriechens zur Folge hätte. Insbesondere durch
diese Erscheinung wird aber eine Dimensionierungsbegrenzung von Biegebalkenmeßfedern
in Richtung einer Verkleinerung der Höchstlast vorgegebben. Dünnere Querschnitte
an den Biegestellen sind im übrigen wesentlich stärker der Gefahr ausgesetzt, bei
exzentrischer Lasteinleitung oder der Einwirkung von Querkräften auf die Waagschale
durch Knickbeanspruchung überlastet zu werden.
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Die auch vorgeschlagene exzentrische Anordnung der Lastschale 10 in
Bezug auf die Schalenaufnahme 7 ermöglicht bei Verlagern der Lastschale 10 in Richtung
auf die Waagentraverse 8 eine Verkleinerung der Gesamtabmessungen der Waage.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß
alle 4 elektrischen Meßwertaufnehmer in engster Nachbarschaft in ein und demselben
Bereich der Meßfeder sitzen. Damit ist die Gewahr gegeben, daß alle vier praktisch
gleichen Temperaturen ausgesetzt sind.
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Bei Dehnungsmeßstreifen ist es besonders vorteilhaft, daß sich jeweils
ein Paar gedehnter und gestauchter Streifen auf der Ober- und Unterseite der Meßfeder
in engstem Wärmekontakt breitflächig Rücken an Rücken gegenüberliegen, wodurch selbst
schroffe Temperatursprünge fast ohne Einfluß auf das Brückengleichgewicht (Nullpunkt)
bleiben. Für den Fall, daß es zum Betrieb der Waage zweckmässig ist einen Temperaturfühler
vorzusehen, kann dieser an derselben Stelle wie die Dehnungsmeßstreifen angeordnet
werden, so daß keine Temperaturdifferenz zwischen ihm und den Dehnungsmeßstreifen
entsteht.