PLATFORM BALANCE USING STRAIN SENSORS ATTACHED TO FLEXURE PLATES

Abstract: 1. A platform scale comprising a rigid plate (31, 41, 51, 71, 91) whose areal dimensioning is comparable with that of a scale platform and which is clamped in a surrounding rigid frame (56) by flat bending springs (52 to 55) arranged in the areal section of the plate (51) and the frame (56), measuring converters sensitive to expansion being arranged on the bending springs (52 to 55) to provide electrical output signales that are additively logic linked and then fed to a display unit, characterized in that the bending springs (52 to 55) are arranged longitudinally on the periphery of the rigid plate (31, 41, 51, 71, 91) in such manner that when the plate is circumvented in a certain direction, the plate and frameside ends of the springs (52 to 55) follow one another in an uniform sense.

Description: Plattformwaage mit auf Biegefedern angeordneten dehnungsempfindlichen Messumformern Die Erfindung bezieht sich auf eine Plattformwaage mit auf Biegefedern angeordneten dehnungsempfindlichen Messumformern. Eine solche Waage ist in einem Aufsatz ueber elektronische Badezimmerwaagen auf Seite 33 der Zeitschrift "Electronics" vom 1. September 1977 erwähnt. Eine der dort angesprochenen Waagen soll einen Folien Dehnungsmessstreifen enthalten, der auf einen metallischen Biegebalken geklebt ist und bei Belastung sich um tausendstel Zoll durchbiegt. Eine Plattformwaage, die als Personenwaage benutzt wird, muss das Gewicht einer Person möglichst unabhängig von der jeweiligen Gewichtsverteilung angeben können, d. h. unabhängig davon, ob die Person ihr Gewicht auf beide Beine oder ein bevorzugtes Standbein abstützt. Mechanische Personenwaagen erreichen eine annähernde Unabhängigkeit durch die Lagerung der Plattform auf ein Hebelsystem. Es ist anzunehmen, dass auch die im erwähnten Aufsatz beschriebene Waage mit einem Biegebalken ein Hebelsystem benutzt, um den Biegebalken unabhängig von der jeweiligen, sogenannten Ecklastverteilung zu belasten. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine eingangs beschriebene Plattformwaage zu schaffen, die unabhängig von unterschiedlichen Lastverteilungen auf ihrer Plattform anzeigt, ohne ein Hebelsystem zu verwenden. Ein Hebelsystem weist empfindliche Lagerstellen auf, die unter Umständen zu Reibungsfehlern führen können. Das Hebelsystem schreibt auch eine Mindestbauhöhe der Waage vor und vergrössert zudem die Anzahl der Bauteile einer Waage. Eine Lösung der oben erwähnten Aufgabe ist bei einer eingangs beschriebenen Plattformwaage gemäss der Erfindung dadurch gegeben, dass eine in ihrer Flächenausdehnung mit der Waagenplattform vergleichbare steife Platte an ihrem Rand mit Hilfe mehrerer Biegefedern, die parallel zur Flächenerstreckung der steifen Platte angeordnete ebene Federn sind, gegenüber einem steifen Rahmen abgestützt ist und elektrische Ausgangs signale der Messumformer nach additiver Verknüpfung einer Anzeigeeinheit zugeführt sind. Eine gewisse Vergleichmässigung der Lastverteilung wird bereits durch die steife Platte erzielt. Noch verbleibende unterschiedliche Belastungen der Biegefedern werden durch die anschliessende Addition der elektrischen Ausgangs signale der Dehnungsmessumformer ausgeglichen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Waagenplattform an mehreren, über die steife Platte verteilten Lasteinleitungspunkten mit der steifen Platte verbunden und der Rahmen aufgelagert. Die steife Platte kann auch zugleich als Waagenplattform dienen. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Waagenplattform mit dem Rahmen verbunden und die steife Platte aufgelagert. Für den Fall, dass die steife Platte eine polygonale Grundform hat, können mehrere Anordnungsarten für die Biegefedern vorgesehen werden. Sie können an den Ecken der steifen Platte derart angeordnet sein, dass die Ver längerungen der Mittellinien ihrer Längserstreckungen sich im Plattenmittelpunkt schneiden. Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, die Biegefedern an den Ecken der polygonalen Platte mit ih ren Längserstreckungen quer zu den Diagonalen der Platte anzuordnen. Zweck ,xg können die Biege federn auch mit ihren Längserstreckungen jeweils parallel zu einer Polygonseite angeordnet sein. Dies ist sowohl in Eckennähe des Polygons als auch in der Mitte einer Polygonseite möglich. Wenn die Biege federn seitenparallel zu den Polygonseiten der steifen Platte angeordnet sind, ist es zweckmässig, die Lasteinleitungspunkte, an denen sich die Waagenplattform auf die steife Platte stützt, in die Verlängerung der Längsmittellinien der Biege federn zu legen. Infolge ihrer flachen Bauweise lässt sich die Plattform waage in eine Unterlage so einbauen, dass die Waagenplattform mit einer sie umgebenden Fläche fluchtet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die steife Platte mit mindestens einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Behälters mit Austragsorganen auszustatten. Verlagerungen des Schüttkegels eines in den Behälter eingebrachten Schüttgutes beeinflussen die Lastanzeige nicht. Eine derartige Waage kann als Abfüllwaage verwendet werden. Andere Verwendungsmöglichkeiten der neuen Plattformwaage ergeben sich im Haushalt, als Ladentischwaage in Einzelhandelsgeschäften, als Nengenzählwaage in Industriebetrieben und als Sackwaage in der Landwirtschaft. Wird die Waage in einen Verkehrsweg eingebaut, so kann sie auch als Radlastwaage dienen. Es ist auch möglich, iie Waagenplattform mit einer aufgesetzten Schale oder dergleichen auszustatten, so dass sie Åals Sauglingswaage verwendet werden kann. Die aufgezählten Verwrndungsmöglichkeiten der Waage sind keineswegs erschöpfend, sondern stellen nur einzelne, ausgewählte Beispiele dar. Bei ihrer Verwendung in Nassräumen können für die Mess- wertumformer besondere Abdeckungen vorgesehen werden. Die Erfindung wird anhand von dreizehn. Figuren erläutert. Die Figuren 1 und 2 stellen einen Schnitt durch ein Aus führungsbeispiel einer Personenwaage bzw. eine Aufsicht bei abgenommener Plattform dar. In den Figuren 3, 4 und 5 sind verschiedene Ausführungs- formen für die steife Platte, die Biegefedern und den Rahmen dargestellt. Figur 6 ist eine Schnittdarstellung einer Einzelheit der Figur 5. In den Figuren 7 und .8 ist als Abwandlung einer Plattformwaage eine Behälterwaage dargestellt. Weitere Behälter- bzw. Abfüllwaagen sind in den Figuren 9 und 10 skizziert. Die'Figuren 11 und 12 stellen Schnitt- und Aufsichtsbilder einer in einem Arbeitstisch eingelassenen Plattformwaage dar. Die Figur 13 zeigt als Blockschaltbild eine Schaltung zur Auswertung und Anzeige der elektrischen Ausgangssignale der Dehnungsmessumfrmer. In der Schnittdarstellung der Figur 1 ist eine steife Platte 1 zu erkennen, die mit Hilfe von Biegefedern 2 und 3 gegenüber einem Rahmen 4 abgestützt ist. Die Bie gefedern tragen Dehnungsmessumformer 5 und 6. Uber Stüt- zen 7 und 8 sind Lasteinleitungspunkte auf der steifen Platte 1 mit einer Plattform 9 verbunden, auf der die zu wägende Last steht. Ein Rand 10 der Waagenplattform 9 bildet'einen Schutzmantel für die Waage. Die Waagenplattform 9 hat eine Durchbrechung 11, in der eine Anzeigeeinheit, beispielsweise ein Zahlendisplay, angeordnet ist. Nicht dargestellte elektrische Elemente zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Dehnungsmessumformer 5 und 6 sind auf einer Leiterplatte 12 angeordnet. In der Aufsicht der Figur 2 sind mit der Figur 1 übereinstimmende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In der Darstellung der Figur 2 ist die Waagenplattform 9 weggelassen. In der Figur 3 ist eine Ecke einer steifen Platte 31 mit rechteckiger Grundform zu erkennen. Senkrecht zu der Diagonalen 32 ist an der Ecke der rechteckigen Grundform eine Biegefeder 34 angeordnet, über die die steife Platte 31 mit einem steifen Rahmen 38 verbunden ist. Die Biegefeder 34 trägt dehnungsempfindliche Mess- umformer, beispielsweise Dehnungsmessstreifen 35 und 36. Ein Lasteinleitungspunkt 37 dient der Verbindung der Platte 31 mit einer nicht dargestellten Waagenplattform. In Figur 4 ist eine Aufsicht auf ein Eck einer rechteckigen steifen Platte 41 und dessen Verbindung über eine Biege feder 42 mit einem steifen Rahmen 43 dargestellt. Mit 44 ist ein Lasteinleitungspunkt bezeichnet. Die übrigen, nicht dargestellten Ecken sind entsprechend ausgeführt. Figur 5 zeigt eine steife Platte 51 von rechteckiger Grundform. Vier Biegefedern 52 bis 55, die mit ihrer Längserstreckung seitenparallel zu den Seiten der steifen Platte 51 angeordnet sind, stützen die Platte 51 gegenüber einem steinen Rahmen 56 ab. Lasteinleitungs punkte 57 bis 60 liegen Jeweils in der Verlängerung der Mittellinie der Biegefedern 52 bis 55. Die Figur 6 ist eine Schnittdarstellung längs der Linie B-C der Figur 5. Es sind die steife Platte 51, die Biegefeder 52 und der steife Rahmen 56 zu erkennen. Weiter ist zu sehen, dass die Biegefeder 52 aus einem gegenüber dem Material der Platte 51 dünneren Material besteht, die Oberflächen der Platte 51 und der Biegefeder 52 jedoch fluchten. Eine Behälter waage nach den Figuren 7 und 8, wobei die Figur 7 eine Schnittdarstellung entlang einer strichpunktierten Linie in Figur 8 enthält, zeigt die steife Platte 71, die mit einer weiten Ausnehmung 72 versehen ist. In diese Ausnehmung ragt, ohne die Platte 71 zu beruhren, ein kegelstumpfförmiger Behälter 73, dessen Rand 74 die steife Platte 71 übergreift und fest mit einem steifen Rahmen 75 verbunden ist. Die Platte 71 ist an Lagerpunkten 78 aufgelagert. Durch eine Klappe 76 kann ein Schüttgut 77 entnommen werden. In der Figur 8 sind der Ubersichtlichkeit halber nur die Platte 71 mit der Ausnehmung 72 und der Rahmen 75 dargestellt. Ausserdem sind zwei nicht im einzelnen bezeichnete Biegefedern und darauf angeordnete-Messumformer sowie die Auflagepunkte 78 zu erkennen. In den Figuren 9 und 10 ist ebenfalls als Ausführungsbeispiel der neuen Waage eine Behälterwaage gezeigt, die beispielsweise als Sackabfüllwaage dienen kann. Die Figur 9 enthält dabei einen Schnitt der Figur 10 ent lang der Linie A-B. In der Figur 9 weist eine steife Platte 91 zwei Ausnehmungen 92 und 93 auf, in.die zwei Behälter 94 und 95 eingehängt sind. Die Behälter ruhen also im Gegensatz zu dem Ausfuhrungsbeispiel nach der Figur 7 auf der steifen Platte 91. Die Platte stützt sich über Biegefedern 96 an einem steifen Rahmen 97 cb, der seinerseits auf einer Unterlage 100 aufgelagert ist. In der Unterlage 100 ist der Raum unter den Behältern 94 und 95 ausgespart, so dass Austragsorgane 98 und 99 der Behälter 94 bzw. 95 von unten frei zugänglich sind. In der Figur 10 ist eine Aufsicht auf die Platte 91 mit den Ausnehmungen 92 und 93 gezeichnet, in der Figur sind ausserdem Biegefedern 96 und der Rahmen 97 zu erkennen. Der besseren Übersicht halber sind die Behälter in der Figur 10 weggelassen. In den Figuren 11 und 12 ist eine in eine Tischplatte 105 eingelassene Waage dargestellt. Dabei stützt sich eine steife Platte 101 über Biege federn 102 auf einem Rahmen 103 ab, der seinerseits auf Klötzen 104 ruht, die an der Tischplatte 105 befestigt sind. Die steife Platte 101, die Biegefedern 102 und der Rahmen 103 sind zusammen mit einem Luftspalt zwischen Rahmen und Tischplatte 105 durch einen flexiblen Belag 106 abgedeckt. Der Rest der Tischplatte ist mit einer Auflage 107 belegt. In der Figur 12 ist in einer Aufsicht ein Ausschnitt in der Auflage 107 dargestellt, durch die ein Teil der Tischplatte 105, der Luftspalt zwischen der Tischplatte 105 und dem Rahmen 103, der Rahmen selbst, Biegefedern 102 und die steife Platte 101 sichtbar sind. In Figur 12 ist weiterhin eine Schnittlinie A-B eingezeichnet, die der Darstellung der Figur 11 entspricht. In der Figur 13, die ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Auswertung und Anzeige der Ausgangs signale der Dehnungsmessumformer zeigt, wird eine Brückenschaltung 110 aus Dehnungsmessumformern von einer Spannungsquelle 111 gespeist, die auch die Betriebsspannung für mindestens einen Teil der anderen Schalteinheiten liefert. Die Spannungsquelle wird über eine Zeitstufe 112 durch eine Taste oder einen Sensor 113 eingeschaltet. Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung 110 ist mit einem Eingang 114 eines Verstärkers 115 verbunden, dessen Ausgang über ein Filter 116 an einen Spannungs Frequenz-Umformer 117 angeschlossen ist. Ausgangssignale des Spannungs-Frequenz-Umformers 117 gelangen über eine Kompensationsschleife 118 zu einem Zähler 119. Der jeweilige Zählerstand des Zählers 119 wird in einem Digital-Analog-Wandler 120 in eine proportionale Spannung umgewandelt, die ebenfalls dem Eingang 114 des Verstärkers 115 zugeführt ist. Der Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umformers 117 liegt an einem zweiten Zähler 121, dessen Zähler stand über eine Anzeigeeinheit 122 sichtbar gemacht werden kann. Ein Nullstelleingang des Zählers 121 ist mit einer Taste oder einem Sensor 123 verbunden. Durch das Ausgangssignal des Schaltelementes 123 kann der Zähler 121 auf Null gestellt werden. Dadurch ist es möglich, nach Feststellung des TtFagewichts der Waage den Zähler 121 auf Null zu stellen und im weiteren Veriauf der Wägung im Zähler 121 nur das Nettogewicht festzuhalten. Ein zusätzlicher Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umformers 117 dient zur Weiterleitung von Lastinkrementimpulsen an nicht dargestellte Schalteinheiten zur Weiterverarbeitung.

Claims: Patentansprüche 1. Plattformwaage mit auf Biege federn angeordneten deh nungsempfindlichen Messumformern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine in ihrer Flächenausdehnung mit der Waagenplattform (9) vergleichbare steife Platte (1) an ihrem Rand mit Hilfe mehrerer Biegefedern (2, 3), die parallel zur Flächenerstreckung der steifen Platte (1) angeordnete ebene Federn sind, gegenüber einem steifen Rahmen (4) abgestützt ist und elektrische Ausgangssignale der Messumformer (5, 6) nach additiver Verknüpfung einer Anzeigeeinheit zugeführt sind. 2. Plattformwaage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Waagenplattform (9) an mehreren, über die steife Platte (1) verteilten Lasteinleitungspunkten mit der steifen Platte (1) verbunden und der Rahmen (4) aufgelagert ist. 3. Plattformwaage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Waagenplattform (73, 74) mit dem Rahmen (75) verbunden und die steife Platte (71) aufgelagert ist. 4. Plattformwaage'nach Anspruch 1, d adu r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die steife Platte (101) zugleich die Waagenplattform ist. 5. Plattformwaage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die steife Platte (1) eine polygonale Grundform hat, an deren Ecken die Biegefedern (2, 3) derart angeordnet sind, dass die Verlängerungen der Mittellinien ihrer Längserstreckungen sich im Plattenmittelpunkt schneiden. 6. Plattformwaage nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die steife Platte (31) ei-ne polygonale Grundform hat, an deren Ecken die Biegefedern (34) mit ihren Längserstreckungen quer zu den Diagonalen (32) des Polygons angeordnet sind. 7. Plattformwaage nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die steife Platte (41) eine polygonale Grundform hat, an deren Ecken die Biegefedern (42) mit ihren Längserstreckungen jeweils parallel zu einer Seite des Polygons angeordnet sind. 8. Plattformwaage nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , dass die steife Platte (51) eine polygonale Grundform hat und die Biegefedern (52 bis 55) mit ihren Längserstreckungen jeweils parallel zu einer Seite des Polygons in deren Mitte angeordnet sind. 9. Plattformwaage nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lasteinleitungspunkte (57 bis 60) in der Verlängerung der Längsmittellinie der Biegefedern liegen. 10. Plattformwaage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Waagenplattform in eine sie umgebende Fläche (107) bündig eingelassen ist. 11. Plattformwaage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die steife Platte (71, 91) mit mindestens einer Ausnehmung (72, 92, 93) zur Aufnahme eines Behälters (73, 94, 95) mit Austragsorganen (76, 98, 99) ausgestattet ist.

Inventors: FISCHER, KARL, FRITZ, HARALD, SCHRODER, HEINRICH, DIPL.-ING., Schröder, Heinrich, Dipl.-Ing.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: G01G3
IPC codes: G01G3, G01G19