ES2208679T3 - Dinamometro plano de multiples brazos producido en serie y balanza que lo incorpora. - Google Patents
Dinamometro plano de multiples brazos producido en serie y balanza que lo incorpora.Info
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Abstract
ESTA INVENCION SE RELACIONA CON UNA CELULA DE CARGA PLANA CON SOPORTES MULTIPLES FABRICADA EN SERIE QUE ESTA HECHA DE UNA PLACA METALICA E INCLUYE LOS ELEMENTOS SIGUIENTES: UN ELEMENTO DE RECEPCION DE LA CARGA CON UNA SECCION TRANSVERSAL (4) INTEGRAL CON UNA LENGUETA DE RECEPCION DE LA CARGA (5); UN ELEMENTO DE FIJACION (3) QUE TIENE UNA SECCION TRANSVERSAL (7) Y, POSIBLEMENTE, UN PAR DE LENGUETAS DE FIJACION (18); Y DOS APOYOS DE CURVATURA (2) QUE CONECTAN LAS DOS SECCIONES TRANSVERSALES DE LA PLACA METALICA. CUANDO SE APLICA UNA CARGA A LA LENGUETA DE RECEPCION DE LA CARGA, LOS SOPORTES DE CURVATURA SE TUERCEN EN FORMAS SIMETRICAS EN S EN VOLADIZO DOBLE (14), Y CADA PAR DE SENSORES (8 Y 10, 9 Y 11) MONTADOS SOBRE LOS SOPORTES DE CURVATURA PRODUCE UNAS SEÑALES ELECTRONICAS QUE SON IGUALES Y OPUESTAS ENTRE SI AL TIEMPO QUE RECHAZAN EL EFECTO DE LAS CARGAS LATERALES O EXCENTRICAS. TAMBIEN, SE PRESENTAN UNAS ESCALAS DE PESO DE PERFIL BAJO QUE INCORPORAN ESTAS CELULAS DE CARGA.
Description
Dinamómetro plano de múltiples brazos producido
en serie y balanza que lo incorpora.
La presente invención se refiere a un dinamómetro
plano, preciso, de múltiples brazos producido en serie y que se
utiliza en dispositivos de pesada para aplicaciones comerciales,
industriales, médicas, domésticas, en oficinas y en otras
aplicaciones - en las que resulte necesario o deseable el reducir de
modo considerable el perfil total del dispositivo de pesada a un
coste bajo. Se refiere a un dinamómetro de perfil bajo y a un
correspondiente conjunto de dinamómetro así como a dispositivos
electrónicos de pesada.
Las balanzas electrónicas de perfil bajo disponen
de diferentes ventajas con relación a las balanzas de un grosor
superior. En aplicaciones industriales o para almacenes, por
ejemplo, no es necesario disponer de cavidades especiales en el
suelo ni rampas largas para que puedan subir las carretillas
elevadoras o las plataformas rodantes a la plataforma de la
báscula. En las aplicaciones comerciales, ayudan a la creación de
diseños más ergonómicos en los puntos de venta. En aplicaciones
médicas, domésticas y en oficinas, hacen posible el diseño de
balanzas más ligeras y más portátiles con lo que ayudan a preservar
el espacio.
Los diseños de la mayoría de balanzas
electrónicas de perfil bajo producidas en serie incorporan
normalmente una plataforma rígida de soporte de carga que está
situada sobre una pluralidad de dinamómetros. Las señales eléctricas
procedentes de los dinamómetros se suman para obtener una medición
exacta de la carga total de la plataforma. El grosor total de las
balanzas de este tipo viene determinado en gran medida por el
grosor de los dinamómetros. Muy pocos de los dinamómetros que se
comercializan utilizan este principio con el cual se consigue un
verdadero perfil bajo - es decir de ¼ de pulgada (6,3 mm) de grosor
para una balanza con una capacidad de 1.000 libras (450 kg), o
bien un grosor de menos de 1/8 de pulgada (3,1 mm) para una balanza
de baño, para una balanza de un comercio, o para una balanza de una
incubadora para bebés - al tiempo que se mantiene un nivel alto de
precisión a un coste bajo.
Un dinamómetro de este tipo se describe en la
patente U.S. nº 4.993.506, concedida a Angel y que lleva por
título: "Mass-Produced Flat
One-Piece Load Cell and Scales Incorporating
It". Sin embargo, este tipo de dinamómetro no presenta un buen
comportamiento cuando se encuentra sujeto a fuerzas laterales u
horizontales o bien a fuerzas verticales excéntricas. Este tipo de
fuerzas puede flexionar horizontalmente el brazo de flexión o bien
hacerlo girar sobre su propio eje, creando de este modo
distorsiones que reducen la precisión del dinamómetro, en
particular para aplicaciones de capacidad reducida.
Además, este dinamómetro no resulta adecuado para
balanzas que requieren un perfil bajo muy rígido. Esto ocurre
porque la deflexión total del único brazo de flexión y la deflexión
y la rotación de los elementos en forma de U son considerables,
requiriéndose en este caso un espacio vertical considerable en el
interior de la plataforma de la balanza. Asimismo, en la mayoría de
aplicaciones, los elementos de recepción de carga en forma de U
requieren un puente (ver, por ejemplo la figura 7 de la patente de
Angel) que conecte sus dos extremos de manera que la carga se
concentre en el centro del brazo de flexión. Para este puente se
requiere un cierto grosor así como espacio libre desde el brazo de
flexión, lo cual incrementa el grosor total de la balanza.
Para mejorar el comportamiento de un dinamómetro
con un único brazo de flexión bajo la influencia de fuerzas
laterales, se pueden incrementar hasta llegar a dos el número de
brazos de flexión en el plano horizontal. Incrementando el número
de brazos de flexión en el plano horizontal, al tiempo que se
asegura que los brazos permanezcan paralelos y simétricos con
respecto al eje principal del dinamómetro, resulta posible superar
el efecto de las fuerzas laterales y de las fuerzas excéntricas. La
patente U.S. nº 4.128.001, concedida a E.A. Marks, y titulada
"Parallel Beam Load Insensitive to Point of Application of
Load", da a conocer unos brazos de flexión paralelos en el plano
vertical, los cuales, cuando se encuentran sometidos a una carga,
se flexionan hasta tomar la forma U en doble voladizo, asegurando
así que un lado quede bajo tensión y que el otro lado permanezca
bajo compresión igual y de signo opuesto. Cuando una disposición de
este tipo de brazo de flexión paralelo se aplica en el plano
horizontal, se anula en gran parte el efecto de las fuerzas
laterales, y también se evita que los brazos de flexión giren sobre
sus propios ejes.
En otros dispositivos anteriores, se utiliza una
disposición de brazo paralelo en el plano horizontal. Knothe et
al, en la patente U.S. nº 4.542.800 titulada "Spring Body
with Integrated Parallel Guide for a Balance with an Upper
Scale", da a conocer un elemento de dinamómetro con cuatro brazos
de flexión paralelos, dos en cada uno de los planos horizontales.
Esta disposición requiere, sin embargo, un grosor vertical
significativo para permitir una disposición de brazo paralelo en
dos planos horizontales y un espacio vertical entre cada plano
horizontal de los brazos. (ver la figura 2 de Knothe). Puesto que
se requiere dos planos horizontales y un espacio vertical entre los
mismos, este tipo de dinamómetro no resulta adecuado para fabricar
dinamómetros muy finos.
En la patente de Kästel U.S. nº 4.548.086,
titulada "Deflecting Spring", se da a conocer un resorte
deflector que resulta particularmente adecuado para su utilización
en presión o en galgas de fuerza. Esta disposición requiere una
sección de sujeción (6) de perímetro cerrado, que se inserta en una
galga (15), es decir una galga de presión (figura 3). Para poder
proporcionar una sección de sujeción de perímetro cerrado (6), se
requieren dos ranuras (en forma de U) (18) y (19). La utilización
de un perímetro cerrado y dos ranuras en forma de U da como
resultado una sección de sujeción más grande y más amplia que
permanece sujeta a las fuerzas de flexión y de torsión y que para su
instalación necesita un área horizontal mayor. El dispositivo de
Kästel se basa en la concentración de la carga en el centro del
resorte (ver, por ejemplo, figura 3), y los transductores para
medir la deformación se montan en los brazos de flexión (10), (11),
(12) y (13), muy cerca de los elementos transversales (7) y (20) que
los conectan, y a continuación solamente en un lado de los brazos
de flexión. Esta disposición no resulta adecuada para una
aplicación de dinamómetro, por ejemplo para una balanza, en la que
normalmente están presentes las fuerzas verticales laterales o
excéntricas, y en la que es posible que la carga no se encuentre
centrada. Las fuerzas de este tipo provocarán la flexión o la
torsión de los elementos transversales (7) y (20), lo cual podría
causar que las lecturas de las galgas extensiométricas varíen
asimétricamente debido a su proximidad con los elementos
transversales. De hecho, Kästel en su exposición no sugiere que su
resorte pueda actuar como un dinamómetro en un dispositivo de
pesada.
En la presente invención se superan las
limitaciones de la técnica anterior expuestas anteriormente que
dificultan la construcción de un dinamómetro preciso para su
utilización en balanzas de perfil mínimo y en otros dispositivos de
pesada. Por consiguiente, un objetivo de la presente invención
consiste en incrementar la exactitud y en reducir el perfil total
de las balanzas y de los dispositivos de pesada que incorporan
dinamómetros. Incrementando el número de brazos de flexión en el
plano horizontal, al tiempo que se asegura que éstos permanezcan
simétricos con relación al eje principal del dinamómetro, es
posible superar el efecto de las fuerzas laterales y excéntricas. La
introducción de una fuerza lateral flexiona los brazos de flexión
de tal manera que su efecto queda anulado, y la presencia de
múltiples brazos paralelos asegura que la introducción de una
fuerza excéntrica provoque la flexión los brazos, en lugar de su
rotación sobre sus ejes.
La invención se expone en las reivindicaciones
independientes 1, 8, 10 y 11. El dinamómetro según la presente
invención consiste en un dinamómetro de perfil bajo diseñado para
la producción en serie. El dinamómetro incluye:
- 1.
- una placa metálica que comprende:
- a.
- un elemento de recepción de carga que dispone de una primera sección transversal integrada con una lengüeta de recepción de la carga. La lengüeta es simétrica en relación al eje norte -sur de la placa, se extiende cruzando el eje este- oeste de la placa, y recibe preferentemente la carga que debe pesarse en un área simétrica en relación a los dos ejes;
- b.
- un elemento de sujeción que comprende una segunda sección transversal opuesta desde la primera sección transversal cruzando el eje este-oeste; y
- c.
- dos brazos de flexión que se extienden cruzando el eje este-oeste y que conectan la primera y la segunda secciones transversales de la placa metálica, cada mitad de cada brazo de flexión de forma simétrica a la otra mitad en relación al eje este-oeste, y los brazos de flexión de forma simétrica entre sí en relación al eje norte-sur; y
- 2.
- al menos dos pares de transductores de alargamiento -uno montado en la parte superior o en la parte inferior de un brazo de flexión y el otro en la parte inferior o parte superior del otro brazo de flexión- con los sensores individuales equidistantes del eje este-oeste.
Cuando se aplica una carga a la lengüeta de
recepción de carga, cada brazo de flexión se flexiona en forma de S
simétrica en doble voladizo, y cada transductor de cada par de
transductores produce una señal electrónica igual y de signo
opuesto a la del otro transductor.
Cuando la aplicación de un dinamómetro en una
balanza requiere el uso de un peso menor y de elementos de
alojamiento más delgados, este dinamómetro puede modificarse
ligeramente de manera que la segunda sección transversal esté
integrada con un par de lengüetas de sujeción que alcanzan y cruzan
el eje este-oeste y que permanezca simétrica con
relación al eje norte-sur. Esta configuración evita
que se generen momentos de flexión en el elemento de
alojamiento.
A diferencia de los dinamómetros de la técnica
anterior que al someterse a una carga sólo creaban una forma en S
vertical en doble voladizo en un único brazo de flexión, la
presente invención crea una forma en S en doble voladizo en el
plano horizontal así como el uso de un par de brazos de flexión
paralelos. Una fuerza lateral que empuje lateralmente la parte de
la placa de recepción de la carga crea una forma en S horizontal en
doble voladizo en cada uno de los brazos de flexión. Estas formas
en S en doble voladizo generan deformaciones iguales y de signo
opuesto en las mitades izquierda y derecha de cada transductor de
alargamiento, que se anulan entre sí. Adicionalmente, la disposición
en brazos paralelos evita la torsión de los brazos de flexión bajo
una carga excéntrica vertical u horizontal. Una carga de este tipo
tiene el efecto de hacer girar las secciones transversales de los
dinamómetros uno respecto al otro, creando de esta forma en los
brazos de flexión efectos de flexión iguales y de signo opuesto que
se anulan entre sí.
Una balanza de perfil bajo típica que incluye
varios dinamómetros según la presente invención (ver figuras 5 y 6)
comprende:
- a.
- una plataforma rígida de soporte de carga de perfil bajo, con varias cavidades para alojar los dinamómetros, presentando las cavidades unos techos con los dinamómetros según la presente invención sujetos a los techos y separados de los mismos;
- b.
- varios pies de soporte de carga sujetos desde la parte inferior a las lengüetas de recepción de carga de los dinamómetros; y
- c.
- medios electrónicos para convertir una salida de los transductores de alargamiento del dinamómetro en una salida digital representativa de la carga en la plataforma de soporte de carga.
Una balanza de perfil bajo con esta configuración
puede presentar una altura total (incluyendo los pies) de una
pulgada (25,4 mm) sobre el suelo para una capacidad de la balanza
de 1.000 libras (450 kg).
Otra balanza de perfil bajo típica que incluye
varios dinamómetros según la presente invención (ver figuras 5 y
5A) comprende:
- a.
- una plataforma rígida de soporte de carga, de perfil bajo, que comprende varias cavidades en la parte inferior de la plataforma, presentado dichas cavidades unos techos, estando fijados los dinamómetros según la presente invención a los techos de las cavidades y separados de ellas;
- b.
- una plataforma rígida inferior de la balanza que presenta una abertura que se extiende a través de la misma;
- c.
- un pie de soporte del peso bajo la plataforma inferior de la balanza y elemento de transferencia de carga, estando dicho el elemento de transferencia de carga fijado entre la lengüeta de recepción de carga del dinamómetro y el pie de soporte del peso; y
- d.
- medios electrónicos para convertir una salida desde los transductores de alargamiento del dinamómetro hasta una salida digital representativa de la carga en la plataforma de soporte de la carga.
Una balanza de perfil bajo según esta segunda
configuración puede alcanzar una altura total (incluyendo los pies)
de un cuarto de pulgada (6,25 mm) para una capacidad de la balanza
de 30 libras (13,5 kg). Ambas configuraciones de balanza presentan
un perfil considerablemente más bajo del que se consigue según la
técnica anterior.
Los dinamómetros según la presente invención
flexionan suficientemente cuando la balanza se encuentra en plena
carga, para lo cual pueden disponerse topes de sobrecarga en el
techo de la cavidad en la parte de superior del dinamómetro. Los
fondos flexibles de los pies pueden resistir impactos así como
reducir los efectos de cargas transversales creadas por la
deflexión de la plataforma de la balanza. Ambas disposiciones
protegen los dinamómetros contra daños.
La figura 1 es una vista en perspectiva de una
forma de realización genérica de un dinamómetro.
Las figuras 2A y 2B muestran la deformación de
una forma de realización genérica del dinamómetro bajo una carga
vertical y una carga lateral respectivamente.
La figura 3 es una vista en perspectiva de una
forma de realización preferida de un dinamómetro según la presente
invención.
Las figuras 3A-3C son una vista
en planta superior y dos vistas laterales de una forma de
realización de la presente invención mostrada en la Figura 3.
La figura 4 muestra una vista en planta superior
de una forma de realización alternativa del dinamómetro según la
presente invención.
La figura 5 es una vista en planta superior de
una forma de realización preferida de una balanza de baja capacidad
y perfil bajo que utiliza varios dinamómetros según la presente
invención, con la plataforma de soporte de carga de la balanza
parcialmente seccionada y con tres de las cuatro esquinas
ilustradas en diversos grados de finalización para revelar detalles
adicionales estructurales.
La figura 5A es una vista en sección transversal
a través de la sección A-A de la Figura 5.
La figura 6 es una vista en sección transversal
de una balanza de capacidad media y perfil bajo que utiliza varios
dinamómetros según la presente invención.
En referencia a la Figura 1 se muestra, a título
informativo, una vista en perspectiva de un dinamómetro plano de
múltiples brazos. En aplicaciones de pesada generalmente se supone
que el dinamómetro descansa en el plano horizontal para recibir
cargas verticales, con los ejes norte-sur
N-S y este-oeste
E-O pasando a través de su punto central, tal como se ilustra.
E-O pasando a través de su punto central, tal como se ilustra.
El dinamómetro es una fina placa metálica
estampada o cortada de tal forma que se produzcan tres elementos:
un elemento receptor de la carga 1; brazos de flexión 2; y un
elemento de sujeción 3. El elemento receptor de la carga 1 contiene
una sección transversal 4 y una lengüeta 5 que alcanza y cruza el
eje este-oeste E-O. La lengüeta 5
es una imagen especular de sí misma por el eje
norte-sur N-S, alcanzando y cruzando
el eje E-O y que contiene un orificio 6 para fijar
un elemento receptor de la carga, por ejemplo un pie resistente a
los impactos, situado directamente en la intersección de los ejes
N-S y E-O.
Los brazos de flexión 2 son simétricos con
relación al eje E-O, y presentan imágenes
especulares entre sí en el eje N-S. Los brazos
conectan la sección transversal 4 del elemento receptor de carga 1
a la sección transversal 7 del elemento de sujeción 3. Los pares de
transductores de alargamiento, por ejemplo las galgas de
alargamiento 8 y 9, están montados en la parte superior o en la
parte inferior (o en ambas partes) de la superficie horizontal de
uno de los brazos de flexión 2, las galgas se encuentran situadas a
una distancia igual del eje E-O. Otro par de
transductores, por ejemplo galgas de alargamiento 10 y 11, se
encuentran montadas de modo similar en la parte inferior o en la
parte superior (o en ambas partes) del otro brazo de flexión. La
alinealidad creada por las cargas excéntricas queda mejor atenuada
cuando un par de galgas se encuentra situado en el lado superior
del brazo de flexión, y el otro par de galgas se encuentra situado
en el lado inferior del otro brazo de flexión. Si se requiere, uno
de los transductores de cada par de transductores puede montarse en
la parte superior de los brazos de flexión y el otro transductor de
cada par podría montarse en la parte inferior de los brazos de
flexión, es decir los transductores 8 y 10 en la parte inferior y
los transductores 9 y 11 en la parte superior. Con disposiciones de
este tipo se tiende a anular los efectos de las cargas laterales o
excéntricas o los de las fuerzas de torsión o de flexión presentes
en el dinamómetro. Los pares de galgas pueden conectarse en una o
más disposiciones de puentes de Wheatstone. El elemento de sujeción
3 puede comprender varios orificios 12 para fijar el dinamómetro a
una plataforma de balanza o a cualquier otra forma de alojamiento
en un dispositivo de pesada. Cada transductor de alargamiento está
separado a lo largo de los brazos de flexión desde las secciones
transversales 4 y 7 para que las torsiones o flexiones de las
secciones transversales tengan como resultado un cambio menor o
inexistente de las salidas eléctricas de los transductores de
alargamiento.
En esta forma de realización, los medios para
transferir la carga al dinamómetro se encuentran sujetos en el
orificio 6. Cuando se aplica una carga vertical 13 en el centro del
orificio 6 o cerca del mismo, los brazos de flexión 2 se flexionan
simétricamente en forma de S en doble voladizo 14, con fuerzas
semejantes o de signo opuesto creadas en las galgas de alargamiento,
tal como de muestra con una magnitud mayor a la real en la figura
2A. En esta figura, el dinamómetro se muestra en sección vertical,
con la sección transversal 7 del elemento de sujeción 3 fijado a
una base 15 mediante tornillos 16 que pasan a través de los
orificios 12. Gracias a su simetría con respecto al eje
N-S, las galgas de alargamiento 8 y 10, cuando
están unidas en la parte superior del brazo de flexión, estarán
sometidas a compresión de igual magnitud; y las galgas de
alargamiento 9 y 11, cuando están unidas a la parte superior del
otro brazo de flexión, entonces quedarán bajo tensión de igual
magnitud. Además, debido a su simetría con respecto al eje
E-O, la compresión en las galgas de alargamiento 8
y 10 será igual y de signo opuesto a la tensión existente en las
galgas 9 y 11. La compresión y la tensión en cada galga individual
se invertirán cuando la galga se encuentre unida en la misma
posición con respecto al eje E-O en la parte
inferior del brazo de flexión.
El dinamómetro que se da a conocer aquí es capaz
de rechazar las cargas laterales principalmente debido a que
cualquier fuerza horizontal 17 que empuje el elemento receptor de
carga 1 hacia una lado, tal como se muestra con una magnitud mayor
a la real en la figura 2B, provoca que los brazos de flexión 2 se
flexionen en forma de S en doble voladizo 14 en el plano horizontal.
En esta figura, la forma de realización genérica del dinamómetro se
muestra en vista en planta, con la sección transversal 7 del
elemento de sujeción 3 unido a una base 15 por tornillos 16 que
pasan a través de los orificios 12. Gracias a su simetría con
respecto a los ejes N-S y E-O, todas
las cuatro galgas de alargamiento 8, 9, 10 y 11 permanecerán
entonces bajo tensión y compresión similares, un lado de cada galga
comprimiendo y el otro lado alargando simétricamente, anulando de
este modo el efecto de las cargas horizontales.
En el caso que se requieran plataformas de
balanza delgadas, de peso ligero o bien alojamientos de dinamómetro
más delgados, esta forma de realización puede modificarse
ligeramente dando como resultado la forma de realización preferida
mostrada en una vista en perspectiva en la figura 3 y en planta y en
secciones en las figuras 3A-3C. En esta forma de
realización, el elemento de sujeción contiene una sección
transversal 7 y un par de lengüetas 18 que alcanzan y cruzan el eje
E-O, cada lengüeta es una imagen especular de la
otra en relación al eje N-S. Las lengüetas están
sujetas a la parte transversal 7 del elemento de sujeción 3, y
presentan unos orificios 19 para sujetar el dinamómetro a la
plataforma de la balanza o a cualquier otra forma de alojamiento en
un dispositivo de pesada. Puesto que los centros de los orificios
19 se encuentran situados en el eje E-O, y son
equidistantes desde el eje N-S, una fuerza vertical
aplicada en el centro o cerca del centro del orificio 6 en el
elemento de recepción de carga 1 no crea momentos de fuerza de
flexión en la plataforma de la balanza o en el alojamiento del
dinamómetro. Adicionalmente, debido a que el área de sujeción
permanece lo suficientemente alejada de los brazos de flexión 2, el
dinamómetro es insensible a las fuerzas de sujeción diferenciales
existentes en las lengüetas 18. Una ventaja importante de esta forma
de realización preferida sobre la técnica anterior reside en la
posibilidad de conectar una disposición de pie receptor de carga
directamente en la lengüeta de recepción de la carga 5,
conectándola directamente en el orificio 6, para centrar la carga
en la intersección de los ejes N-S y
E-O, sin la necesidad de una pieza intermedia, como
por ejemplo un puente.
Otra forma de realización según la invención se
representa en la figura 4. En esta figura, el elemento de sujeción
dispone de una sección transversal 7 y de un par de lengüetas 18
que alcanzan y cruzan el eje E-O, cada lengüeta
constituye una imagen especular de la otra sobre el eje
N-S. Las lengüetas se encuentran sujetas a la parte
transversal 7 del elemento de sujeción 3, y presentan unos
orificios 19 para poder sujetar el dinamómetro a la plataforma de
la balanza o a cualquier otra forma de alojamiento en un
dispositivo de pesada. Esta forma de realización es similar a la
forma de realización preferida que representada en la figura 3,
pero en esta forma de realización las lengüetas 18 están conectadas
a la sección transversal 7 desde la parte exterior de los brazos de
flexión, y no desde el interior de los brazos de flexión tal como
se ilustra en las figuras 3, 3A y 3B.
La figura 5 es una vista en planta superior de
una forma de realización preferida para una balanza de perfil bajo
y de baja capacidad para la que se utilizan cuatro dinamómetros
según la presente invención, con una plataforma de soporte de carga
parcialmente seccionada y con tres de sus cuatro esquinas
ilustradas en diversos grados de finalización para revelar detalles
estructurales adicionales. La esquina inferior izquierda muestra una
vista en planta de un pie plano 20 realizado en un material
flexible, por ejemplo de goma o de poliuretano, que actúa como un
elemento receptor de carga, resistente a los impactos. La esquina
superior izquierda muestra la parte superior 21 de este pie, a
través de un orificio 31 en la placa inferior 22 de la plataforma de
la balanza. La esquina superior derecha ilustra la forma de
realización preferida del dinamómetro según la presente invención
23, tal como se describe anteriormente en las figuras 3 y
3A-3C. El dinamómetro se encuentra situado en una
cavidad 24 en el interior de la capa intermedia 25 de la plataforma
de soporte de carga, la cual puede disponer de más de una capa o
contar con una disposición con costillas que le imparte la rigidez
requerida. Esta capa intermedia está sujeta de modo rígido a la
placa superior 26 de la plataforma. Dos tuercas 27 están unidas a
la placa superior 26, y el dinamómetro 23 está fijado a la placa
superior 26 mediante dos tornillos 28 que sujetan las dos lengüetas
18 del dinamómetro a las tuercas 27.
Los detalles de la forma de realización de esta
balanza se muestran en la figura 5A. El pie flexible 20 dispone de
una base circular plana 29 que le proporciona un soporte de
resistencia a los impactos para la plataforma de la balanza, y un
elemento cilíndrico 30 que atraviesa un orificio 31 en la placa
inferior 22 de la plataforma de la balanza, y que permite que la
parte superior de la plataforma 25 y 26 se desplace ligeramente
hacia un lado, con lo cual se eliminan los efectos de las fuerzas
laterales ocasionados por la deflexión de la parte superior bajo el
efecto de la carga. El pie 20 dispone asimismo de un elemento en
forma de remache 21 que se encuentra unido al dinamómetro 23 por el
orificio 6 en la lengüeta 5. Esta unión asegura que la fuerza
vertical ejercida en el dinamómetro centrado en el orificio 6. Esta
unión conecta la parte superior de la plataforma con la parte
inferior, y todavía permite que las dos partes puedan separarse
para llevar a cabo el mantenimiento y las reparaciones. El
dinamómetro se encuentra situado en la cavidad 24 en el interior de
la capa intermedia 25 de la plataforma de balanza. Su sección de
sujeción queda unida por las dos lengüetas 18 a la placa superior 26
de la plataforma de la balanza mediante los tornillos 28 que están
atornillados a las tuercas 27, las cuales se encuentran también
sujetas a la placa superior 26. Las tuercas 27 proporcionan un
espacio entre el dinamómetro 23 y la placa superior 26 que permite
que el dinamómetro pueda flexionarse bajo la carga. En este espacio
puede situarse un mecanismo de tope, que no se muestra en este
dibujo, para proteger al dinamómetro de una sobrecarga. Cuando se
sitúa una carga en la parte superior de la plataforma de soporte de
carga, el pie 20 ejerce una fuerza vertical centrada en el orificio
6 del dinamómetro, provocando que los brazos de flexión 2 se
flexionen en forma de S en doble voladizo, y que creen tensiones
iguales y en sentido opuesto en las galgas de alargamiento 8, 10 y
9, 11 respectivamente. La forma de realización que se muestra aquí
para una balanza de por ejemplo 30 libras (13,5 kg) de capacidad
puede de este modo alcanzar un alto nivel de precisión contando con
un grosor total (incluyendo el pie) de ¼ de pulgada (6,25 mm.), un
grosor que no se puede conseguir con la técnica anterior.
Los detalles de una forma de realización para una
balanza de bajo perfil, de capacidad media que utiliza cuatro
dinamómetros según la presente invención se muestra en la figura 6,
que consiste en una sección transversal de una balanza de este tipo
que puede disponer de una plataforma mayor y una disposición
similar de los dinamómetros a la de la balanza mostrada en la figura
5. En esta forma de realización, la plataforma de la balanza
consiste en una única plataforma rígida en la que la placa inferior
22, la capa intermedia 25 y la placa superior 26 están unidas
rígidamente entre sí en el interior de una plataforma de soporte de
carga compuesta. Pueden realizarse en un único material compuesto,
o en varios materiales encolados o soldados entre sí. El dinamómetro
23 está situado dentro de una caja rígida 30, y su sección de
sujeción se encuentra sujeta por las dos lengüetas 18 al techo de
la caja mediante tornillos 28 que están fijados a las tuercas 27,
que ellas mismas se hallan unidas al techo de la caja. Las tuercas
27 crean un espacio entre el dinamómetro 23 y el techo de la caja
30 el cual posibilita que el dinamómetro flexione bajo la carga. En
este espacio se puede colocar un mecanismo de tope, no se muestra en
los dibujos, para proteger al dinamómetro de una sobrecarga. La
caja 30 se encuentra situada en el interior de la cavidad 24 en la
plataforma de soporte de carga, posiblemente rozando la placa
superior 26, y fijada al fondo de la plataforma mediante los
tornillos 31. El pie 32 consta de tres partes: una almohadilla
plana, circular y flexible 29 que constituye un soporte de
resistencia a los impactos para la plataforma de la balanza y
permite que la plataforma de la balanza puede desplazarse
ligeramente hacia un lado, con lo cual se eliminan los efectos de
las fuerzas laterales creadas por la deflexión de la plataforma de
la balanza bajo el efecto de la carga; una base circular, plana 33
que descansa sobre la almohadilla flexible 29 y que proporciona el
soporte para la plataforma de la balanza; y una espiga con rosca
macho 34. La base circular 33 y la espiga roscada 34 pueden estar
conectadas entre sí mediante una disposición de nivelación con
pivote (no se muestra), para eliminar además el efecto de las
cargas laterales en el dinamómetro. La espiga roscada 34 está
conectada al dinamómetro 21 a través de un inserto a presión de
rosca hembra 35 situado en el orificio 6 de la lengüeta 5, y que
puede desenroscarse parcialmente para asegurar que la plataforma de
la balanza reposa de forma sólida sobre sus cuatro pies, en un
suelo irregular. Un diafragma horizontal flexible (no se muestra)
puede situarse entre el elemento de pie 33 y el dinamómetro 23 en
la caja 30 con el fin de proteger el dinamómetro contra la suciedad
y la humedad, sin que afecte a su precisión.
Cuando se coloca una carga en la parte superior
de la plataforma de soporte de carga, el pie 32 ejerce una fuerza
vertical centrada en el orificio 6 del dinamómetro, provocando que
los brazos de flexión 2 se flexionen en forma de S en doble
voladizo y que se creen tensiones iguales y de signo opuesto en las
galgas de alargamiento 8, 10 y 9, 11 respectivamente. La forma de
realización que se muestra aquí corresponde a una balanza de, por
ejemplo, 1.000 libras (450 kg) de capacidad y de este modo se puede
conseguir un alto nivel de precisión con un grosor total
(incluyendo los pies) de aproximadamente una pulgada (25,4 mm),
siendo este un grosor que resulta imposible con la técnica
anterior.
Resulta evidente que el dispositivo según la
presente invención puede modificarse para que pueda aceptar
capacidades superiores o inferiores variando su grosor, cambiando
el grosor de los segmentos específicos, cambiando la anchura de
segmentos específicos o bien utilizando materiales con diferente
módulo elástico. También resulta evidente que este dinamómetro puede
utilizarse para una amplia variedad de balanzas, incluyendo pero no
necesariamente limitándose a aquellas balanzas que disponen de un
espacio vertical limitado para colocar el dinamómetro, así como
para una gran variedad de instrumentos y de dispositivos -por
ejemplo mecanismos de clasificación, contenedores, camas, máquinas
de ejercicios- de manera que estos aparatos también pueden realizar
operaciones de pesada.
Claims (13)
1. Dinamómetro de perfil bajo, que comprende:
- a.
- una placa metálica plana que presenta una sección transversal horizontal generalmente uniforme que comprende:
- (1)
- un elemento receptor de carga (1) que comprende una primera sección transversal (4) integrada con una lengüeta de recepción de carga (5), estando la lengüeta de recepción de carga (5) dispuesta simétricamente en relación con el eje norte-sur de la placa, extendiéndose a través de un eje este-oeste de la placa, y que recibe la carga que se tiene que pesar sobre un área simétrica a los ejes norte-sur y este-oeste;
- (2)
- un elemento de sujeción (3) que comprende una segunda sección transversal (7) opuesta a la primera sección transversal (4) a través del eje este-oeste, comprendiendo el elemento de sujeción (3) además un par de lengüetas de sujeción (18) que están integradas al segundo elemento transversal (7) y que se extienden cruzando el eje este-oeste, siendo cada lengüeta de sujeción (18) simétrica a la otra con respecto al eje norte-sur; y
- (3)
- dos brazos de flexión (2) que se extienden cruzando el eje este-oeste y que conectan la primera y la segunda secciones transversales (4, 7) de la placa metálica, manteniéndose una primera mitad de cada brazo de flexión (2) simétrica respecto a la segunda mitad con relación al eje este-oeste, y siendo los brazos de flexión (2) simétricos entre sí sobre el eje norte-sur; y
- b.
- un par de transductores de alargamiento (8 y 10, 9 y 11) montados en cada brazo de flexión (2) siendo cada sensor equidistante sobre el eje este-oeste; en los que cuando se aplica una carga en el elemento receptor de carga cada uno de los brazos de flexión (2) se flexiona tomando una forma en S simétrica en doble voladizo, y cada transductor en cada par de transductores (8 y 10, 9 y 11) produce una señal electrónica igual y de signo opuesto a la del otro transductor en el par de transductores.
2. Dinamómetro según la reivindicación 1, en el
que:
- a.
- las lengüetas de sujeción (18) están situadas en los lados este y oeste de la lengüeta de recepción de carga (5), adyacentes a la misma; y
- b.
- los brazos de flexión (2) están situados en los lados exteriores este y oeste de las lengüetas de sujeción (18), adyacentes a las mismas.
3. Dinamómetro según la reivindicación 1, en el
que:
- a.
- los brazos de flexión (2) se encuentran situados en los lados este y oeste de la lengüeta de recepción de carga (5), adyacentes a la misma; y
- b.
- las lengüetas de sujeción (18) se encuentran situadas en los lados exteriores este y oeste de los brazos de flexión (2), adyacentes a los mismos.
4. Dinamómetro según la reivindicación 1, en el
que un par de transductores de alargamiento (8 y 10, 9 y 11) está
montado en la parte superior de un brazo de flexión (2), y el otro
par de transductores de alargamiento está montado en la parte
inferior del otro brazo de flexión (2).
5. Dinamómetro según la reivindicación 1, en el
que un transductor de alargamiento de cada par de transductores de
alargamiento (8 y 10, 9 y 11) está montado en la parte superior de
cada brazo de flexión (2), y el otro transductor de alargamiento de
cada par de transductores de alargamiento (8 y 10, 9 y 11) está
montado, cada uno de ellos, en la parte inferior del otro brazo de
flexión (2).
6. Dinamómetro según la reivindicación 1, que
comprende más de un par de transductores de alargamiento en cada
brazo de flexión (2).
7. Dinamómetro según la reivindicación 1, en el
que cada transductor de alargamiento (8, 9, 10, 11) está separado
de la primera (4) y de la segunda (7) secciones transversales por
donde las fuerzas de torsión y de flexión en las secciones
transversales no afectan las salidas de los transductores de
alargamiento (8, 9, 10, 11).
8. Conjunto de dinamómetro, que comprende:
- a.
- un dinamómetro (23) según la reivindicación 1;
- b.
- un alojamiento de perfil bajo (30) que presenta un techo rígido y paredes, comprendiendo dicho alojamiento medios para sujetarse a un dispositivo de pesada;
- c.
- medios (27, 28) para sujetar el dinamómetro (23) en el interior del alojamiento (30) al techo del alojamiento, separado del mismo;
- d.
- un diafragma flexible para sellar el fondo del alojamiento, presentando el diafragma una abertura que se extiende a través del mismo;
- e.
- un elemento de soporte de carga dispuesto bajo el diafragma, comprendiendo el elemento de soporte un elemento de transferencia de carga (35) que se extiende cruzando el diafragma y que está sujeto a la lengüeta de recepción de carga (5) del dinamómetro (23); y
- f.
- un cableado eléctrico para conectar los transductores de alargamiento (8, 9, 10, 11) a un controlador electrónico,
9. Conjunto de dinamómetro según la
reivindicación 8, en el que el elemento de soporte de carga
comprende un pie plano (33) realizado en un material rígido y
soportado sobre una almohadilla flexible resistente a los impactos
(29), situado bajo el diafragma, comprendiendo el elemento de
soporte de carga una columna roscada cilíndrica (35) sujetada a la
lengüeta de recepción de carga (5), por donde la columna puede
roscarse en la parte interior y en la exterior para ajustar la
distancia entre el pie (33) y el dinamómetro (23).
10. Dispositivo de pesada electrónico que
comprende un dinamómetro según la reivindicación 1.
11. Dispositivo de pesada electrónico que
comprende una pluralidad de dinamómetros según la reivindicación
1.
12. Dispositivo de pesada electrónico según la
reivindicación 11, que comprende además:
- a.
- una plataforma de soporte de carga, de perfil bajo y rígida que comprende varias cavidades (24) en el lado inferior de la plataforma, presentando cada cavidad (24) un techo, y estando cada dinamómetro (23) sujeto a un techo de la cavidad, separada del mismo;
- b.
- una plataforma de balanza inferior, rígida que presenta una abertura que se extiende a través de la misma;
- c.
- un pie de soporte de peso inferior situado debajo de la plataforma de balanza inferior y un elemento de transferencia de carga, estando el elemento de transferencia de carga fijado entre la lengüeta de recepción de carga del dinamómetro y el pie de soporte de peso; y
- d.
- medios electrónicos para convertir una salida desde el dinamómetro (23) en una salida digital representativa de la carga en la plataforma de soporte de la carga.
13. Dispositivo electrónico de pesada según la
reivindicación 11, que comprende además:
- a.
- una plataforma de soporte de carga rígida y de perfil bajo que comprende una pluralidad de cavidades (24) para alojar los dinamómetros (23), presentando cada cavidad (24) un techo, y estando cada dinamómetro (23) sujeto a un techo de cavidad separada del mismo;
- b.
- varios pies de soporte de carga (20) sujetos por debajo de las lengüetas de recepción de carga (5) de los dinamómetros; y
- c.
- medios electrónicos para convertir una salida del dinamómetro en una salida digital representativa de la carga en la plataforma de soporte de carga.
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