Lötscher, Bernhard, Andelfingen (Schweiz) Waage

Die Erfindung betrifft eine Waage, insbesondere zum Wägen von Personen, mit einem Sockel, einem bewegbar gehaltenen Tisch und mindestens einem einen elektrischen Leiter auf¬ weisenden Messelement, wobei der Tisch in Wir erbindung mit dem Leiter steht, um diesen in Abhängigkeit des den Tisch belastenden Gewichtes zu dehnen und dessen elek¬ trischen Widerstand zu ändern.

Es sind Waagen bekannt, bei denen der Tisch in Wirkver¬ bindung mit einem oder zwei als Messelemente dienenden Deh- nungsmess-Streifen steht. Solche Dehnungsmess-Streifen enthalten üblicherweise einen deformierbaren streifen- ^' .förmigen Träger. Auf diesem Träger ist ein elektrisch leitender Draht angeordnet, der etwa eine einlagige Wicklung bilden oder im Zickzack verlaufen kann. Der Draht ist jeweils derart angeordnet, dass er bei einer Dehnung des Dehnungsmess-St eifens gedehnt wird und da- bei seinen elektrischen Widerstand ändert. Diese Wider¬ standsänderung kann dann mittels einer geeigneten Schal¬ tung erfasst und zur Gewichtsbestimmung verwendet werden.

Bei jeder dieser vorbekannten Waagen sind zusätzlich zu den Dehnungsmess-Streifen mechanische Führungselemente vorhanden, die den Tisch bewegbar mit dem Sockel ver¬ binden und ihn so führen, dass er vertikal verschoben werden kann. Ferner ist mindestens eine Rückstellfeder vorhanden, die den Tisch mit einer nach oben gerichte- ten Kraft beaufschlägt. Damit mittels der Dehnungs¬ mess-Streifen eine einiger assen genaue Gewichtsmessung möglich- wird, müssen die mechanischen Führungselemente einerseits eine horizontale Verschiebungen verhindernde, praktisch spielfreie Führung ergeben und andererseits ^" eine möglichst reibungsfreie vertikale Bewegung des Tisches ermöglichen. Diese Bedingungen lassen sich nur schwer

miteinander vereinbaren und bedingen eine relativ teure Konstruktion.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Waage zu schaffen, die ermöglicht ein vom Gewicht abhängiges elektrisches Signal zu erzeugen und die eine gute Genauig¬ keit aufweist und trotzdem kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Waage der einleitend ge- nannten Art gelöst, die gemäss der Erfindung durch den Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

Die Halter sollen den Leiter bei Haltestellen halten, die in der Nähe des Tischrandes angeordnet sind, so dass der Leiter ungefähr entlang dem Tischrand oder mindestens entlang einem Abschnitt des Tischrandes verläuft. Mit dein Begriff "in der Nähe" ist dabei gemeint, dass der Leiter derart gehalten werden soll, dass sich der Schwerpunkt der Körper oder Massen, zu deren Wägung die Waage bestimmt ist, beim Wägen innerhalb des von den Haltestellen im Grundriss definierten, geschlos¬ senen Streckenzuges befindet. Diese Bedingung dürfte im allgemeinen etwa dann erfüllt sein, wenn die Halte¬ stellen im Grundriss nirgends mehr als etwa 10 % des Abstandes gegenüberliegender Randabschnitte des Ti¬ sches innerhalb des ihnen nächsten Randabschnittes liegen. Bei einer Personen-Waage, bei der der Abstand gegenüberliegender Randabschnitte, d.h. im Fall eines kreisförmigen Tisches der Durchmesser, etwa 30 bis 50 cm betragen kann, sollten die Haltestellen höchstens

3 bis 5 cm innerhalb des ihnen benachbarten Randabschnit¬ tes liegen.

Bei einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung ist nur ein einziger Leiter vorhanden, der abgesehen von einem kurzen Unterbruch zwischen den Lei erenden.

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im Grundriss einen geschlossenen Streckenzug bildet. Die Haltestellen folgen einander dabei, abgesehen von einer allfälligen Ausnahme bei den Leiterenden, in ^■ gleichen Abständen. Der Unterbruch des Streckenzuges zwischen den Leiterenden soll dabei höchstens 10 % der Länge des gesamten Streckenzuges betragen.

Bei der erfindungsgemässen Waage dient jeder der als Messelement dienenden elektrischen Leiter gleichzeitig zum Tragen, Führen und Rückstellen des Tisches. Es sind daher keine zusätzlichen, eine genaue Führung des Ti¬ sches ergebenden Führungselemente und keine zusätzlichen Rückstellfedern notwendig. Die Waage kann daher mit relativ geringen Kosten hergestellt werden und trotz- dem eine grosse Genauigkeit aufweisen.

Selbstverständlich können jedoch zusätzliche Sicherungs¬ mittel vorhanden sein, die verhindern, dass der Tisch beim Transport der Waage oder bei horizontal an ihm an- greifenden Kräften übermässig aus seiner vorgesehenen Lage verschoben wird. Diese Sicherungsmittel müssen jedoch im Gegensatz zu den Führungselementen der vor¬ bekannten Waagen bei den normalen Wägevorgängen nicht wirksam sein und können daher sehr viel Spiel aufweisen und mit geringen Kosten hergestellt werden.

Die erfindungsgemässe Waage ist insbesondere gut als Personen-Waage geeignet.

Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigen

die Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Waage,

die Fig. 2 eine schematische Darstellung des als Mess¬ element dienenden elektrischen Leiters,

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die Fig. 3 eine abgewickelte Seitenansicht der Waage in grδsserem Massstab und

die Fig. einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Figur 1 in gleichem Massstab wie die Figur 3.

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Personen-Waage weist einen auf dem Boden 1 stehenden Sockel 2 auf. Dieser weist eine im wesentlichen kreisrunde Platte 3 mit beispiels weise drei über deren Umfang verteilten Füssen H auf. Der Sockel 2 weist ferner auf der oberen Seite der Platte 3 mehrere, nämlich mindestens zehn und beispielsweise etwa zwanzig nach oben ragende, zapfenförmige Halter 5 auf, die gleichmässig auf einen horizontalen Teilkreis ver- teilt sind. Die Halter 5 sind an ihren obern, freien En¬ den mit einer tangential zum Teilkreis verlaufenden Kerbe versehen, die eine Haltestelle 5a für einen elektrischen Leiter 6 bildet. Die Wage weist ferner einen Tisch 7 mit einer kreisrunden Platte 8 auf, die auf ihrer unteren Seite in der Nähe ihres Randes mit zap enförmig.nach unten ragenden Haltern 9 versehen ist. Die Halter 9 sind ebenfalls auf einen Teilkreis verteilt, der koaxial zum Tischrand und koaxial und durch esse leich mit dem¬ jenigen Teilkreis ist, auf dem die Halter 5 angeordnet sind. Im übrigen sind die Halter 9 an ihren unteren, freien Enden mit einer zum genannten Teilkreis tangen- tialen Kerbe versehen, die eine Haltestelle 9a für den Leiter 6 bildet. Jeder Halter 9 befindet sich in der Mitte zwischen zwei ihm benachbarten Haltern 5. Die En- den 6b des Leiters 6 sind mit den Anschlüssen einer elektronischen Messeinheit 10 verbunden. Die beiden Enden 6b des Leiters 6 können je über einen Halter 5 des Sockels zur Messeinheit 10 geführt sein. Ferner können am Sockel zusätzliche Klemmen oder andere Befestigungsmittel vorhanden sein, in denen die Enden 6b des Leiters 6 zugfest befestigt sind. Da der Tisch zwischen den die beiden Lei-

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terenden 6b haltenden Haltern 5 nicht getragen wird, muss zwischen diesen beiden Haltern 5 nicht unbedingt ein Hal¬ ter 9 vorhanden sein. Es folgt also, abgesehen von einer ^"• ' allfälligen Leer-Steile, bei den Leiterenden, jeweils ein Halter 9 auf einen Halter 5. Die Haltestellen 5a und 9 sind also, wenn man von einer allfälligen Leer-Steile zwischen den Leiterenden 6b absieht, im Grundriss gleich- massig auf eine Kreislinie verteilt. Die Haltestellen 5a befinden sich dabei alle in der gleichen Horizontal-Ebene. 0 Desgleichen befinden sich die Haltestellen 9a alle in der gleichen Horizontal-Ebene. Im übrigen befinden sich die Haltestellen 5a oberhalb der Haltestellen 9a. Der Leiter 6 bildet im Grundriss, abgesehen vom Unterbruch zwischen den Leiterenden 6b, einen geschlossenen Streckenzug, d.h. ein 5 Polygon. Der Unterbruch soll dabei höchstens 10 % , bei¬ spielsweise etwa 3~5 % der Länge des ganzen Streckenzuges betragen. Der Leiter 6 verläuft von der Seite her gesehen im Zickzack von einem Halter zum nächsten, wobei die sich auf den beiden Seiten eines Halters 5 oder 9 befinden- Q den Leiterabschnitte 6a mit vertikalen Geraden einen spitzen Winkel, d.h. einen Winkel von höchstens ° bilden, der beispielsweise etwa 30° beträgt. Es ist auch noch ein Anzeigeorgan 11 vorhanden, das etwa zusammen mit der Messeinheit 10 in einem Gehäuse untergebracht sein kann, 5 das am Rand der Platte 4 am Sockel 2 befestigt ist. Ferner sind noch drei Zapfen 12 vorhanden, die innerhalb des vom Leiter 6 gebildeten Polygons auf der untern Seite der Platte 8 auf einem Teilkreis angeordnet und fest mit dieser verbunden, etwa mittels Schrauben angeschraubt sind. Die 0 Zapfen 12 können etwa je ein Loch 3a der Platte 3 durch¬ dringen und unterhalb dieser mit einem Kopf 12a versehen sein. Zwischen den Zapfen und den Lochwänden ist ein Zwischenraum vorhanden. Die Durchmesser der Köpfe 12a sind grösser als diejenigen der Löcher a und zwischen den 5 Köpfen 12a und der unteren Fläche der Platte 3 ist eben¬ falls ein Zwischenraum vorhanden. Die Zapfen 12 und ihre

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Köpfe 12a berühren also den Sockel 2 normalerweise, und insbesondere wenn sich der Tisch 7 in seiner Ruhelage befindet, nicht. Der Leiter 6 bildet also das einzige ^"' - • Element, das in der Ruhelage des Tisches sowohl Teile des 5 Sockels als auch Teile des Tisches berührt. Die Zapfen 12 begrenzen jedoch horizontale Verschiebungen des Tisches 7 bezüglich des Sockels 2 auf einen vorgegebenen Maximalwert, Ferner begrenzen sie auch nach oben erfolgende Vertikal¬ verschiebungen des Tisches auf einen vorgegebenen Mäxi- 10 malwert. Die Zapfen 12 bilden also Sicherungsmittel, um übermässige Verschiebungen des Tisches zu verhindern. Sie verhindern insbesondere auch, dass sich der Tisch 7_ _> etwa beim Transport der Waage, vom Sockel 2 trennt.

15 Die Halter 5 ₉ 9 und/oder die Platten 3 bzw. 8 bestehen ^" aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, so dass alle Haltestellen 5a, 9a elektrisch gegeneinander iso¬ liert sind. Die Platten, und Halter können beispielsweise aus Hart-PVC bestehen. Dabei können die Platte 3 _» die

20 Füsse 4 und die Halter 5 einen zusammenhängenden, ein¬ stückigen Körper bilden. Desgleichen können auch die Platte 8 und die Halter 9 durch einen zusammenhängen¬ den, einstückigen Körper gebildet sein.

2 Der Leiter 13 besteht aus einem elastisch dehnbaren Draht und erfüllt verschiedene Aufgaben. Erstens trägt und hält er den Tisch 7 auf dem Sockel 2. Wegen seiner. Elastizität ermöglicht er kleine, von der Gewichtsbe¬ lastung des Tisches 7 abhängige VertikalVerschiebungen

30 des Tisches, wobei er auch gleichzeitig als Rückstellele¬ ment dient, das eine nach oben gerichtete Rückstellkraft auf den Tisch ausübt. Wenn der Tisch 7 durch ein auf ihm stehendes Gewicht aus seiner Ruhelage nach unten gedrückt wird, bewirkt dies eine Dehnung des Leiters 6 in dessen

35 Längsrichtung. Dadurch wird der elektrische Widerstand des Leiters 6 erhöht. Der Leiter 6 dient also auch als

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Messelement, mit dem der Tisch 7 in Wirkverbindung steht und das Gewichtsänderungen in WiderStandsänderungen umwandelt.

Die elektronische Messeinheit 10 enthält eine Strom¬ versorgung, d.h. eine Batterie oder^ einen Netzteil, und Schaltmittel, um den Widerstand oder Widerstandsände- rungen des Leiters 6 zu erfassen. Die Messeinheit 10 enthält ferner Elemente, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das eine Angabe des den Tisch belastenden Ge¬ wichtes beinhaltet. Dieses Signal wird dann dem Anzeige¬ organ 11 zugeführt, so dass dieses das Gewicht anzeigt. Das Signal und das Anzeigeorgan können so beschaffen sein, dass die Anzeige digital erfolgt. Selbstverständlich ist jedoch auch eine analoge Anzeige möglich.

Die Messeinheit 10 enthält als aktive Elemente Halbleiter. Bei der Messung des Widerstandes des Leiters 6 könnte die Änderung der Ruheströme und Schwellspannungen der Halb- leiter eine Nullpunktdrift und dadurch Messfehler ver¬ ursachen. Die Messeinheit 10 kann nun Schaltelemente auf¬ weisen, um zwischen den Messungen des Widerstandes des Leiters 6 periodisch kurzzeitig den Widerstandswert eines Vergleichswiderstandes oder eine feste Referenzspannung zu erfassen und dabei eine Nullpunktkorrektur vorzunehmen. Auf diese Weise lassen sich durch Nullpunktdrift beding¬ te Messfehler weitgehend vermeiden. Im übrigen kann die Messeinheit 10 auch eine Brückenschaltung enthalten, deren einer Ast durch den Leiter 6 gebildet ist.

Da der Leiter 6 gleichzeitig zum Tragen, Führen und

Rückstellen des Tisches 7 sowie zur Umwandlung von Belastungsänderungen in Widerstandsänderungen dient, sollte er verschiedene Eigenschaften aufweisen. Er soll so beschaffen sein, dass die in ihm entstehen¬ de Zugspannung bei der maximal vorgesehenen Belas-

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tung des Tisches 7 noch unterhalb der Elastizitäts¬ grenze des Leitermaterials liegt. Andererseits soll er aber durch die zu messenden Gewichtsbelastungen derart gedehnt werden, dass sich eine möglichst grosse Wider- Standsänderung ergibt. Diese Bedingungen lassen sich etwa dadurch erfüllen, dass man den Leiterquerschnitt so be- misst, dassdie Elastizitätsgrenze des Leiters etwa das 1,5- his 3-Fache der bei der vorgesehen Maximalbelastung im Leiter auftretenden Zugspannung beträgt. Für eine als Personen-Waage vorgesehene Waage kann man also den Leiter etwa so bemessen, dass seine Elastizitätsgrenze der bei einer Belastung des Tisches mit 200 bis 300 kg auftretenden Zugspannung entspricht. Um eine genaue und einfache Wider¬ standsmessung zu ermöglichen, soll der Leiter 6 ferner einen relativ grossen Widerstand aufweisen, wobei dieser Widerstand möglichst unabhängig von der Temperatur sein soll. Der Leiter 6 kann beispielsweise durch einen einen vollen Querschnitt aufweisenden Draht gebildet sein, der aus Chromnickel, Konstantan oder Manganin besteht. Der Durchmesser des Drahtes kann dann bei einer Personen-Waage je nach dem verwendeten Material, der Anzahl der vorhandenen Halter und dem Winkel, den die im Zickzack verlaufenden Leiterabschnitte 6a mit vertikalen Geraden bilden, etwa 0,1 bis 0,2 mm betragen.

Beim Zusammenbauen der Waage kann der Leiter 6 sukzessive in die Kerben der Halter bzw. 9 eingelegt werden. Wenn er rundherum eingelegt ist,kann der Leiter durch einen Stromstoss kurzzeitig derart erwärmt werden, dass der die Halter 5,9 bildende Kunststoff im Bereich der Kerben 5a bzw. 9a erweicht wird. Auf diese Weise kann der Leiter 6 ein wenig in den Haltern eingeschweisst und dadurch in sehr einfacher Weise an den Haltern fixiert werden.

Die beschriebene Waage kann einfach und mit relativ ge¬ ringen Kosten hergestellt werden und weist trotzdem eine

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grosse Genauigkeit auf. Sie hat insbesondere auch den Vorteil, dass die Messgenauigkeit durch Abweichungen des Sockels und Tisches von der horizontalen Lage nur -: _{. τ} wenig beeinflusst wird, solange die Lageabweichungen 5 nicht allzu extrem sind. Ferner wirken sich Kräfte, die parallel zu der vom Tisch aufgespannten Ebene am Tisch angreifen praktisch nicht auf die Messung aus, falls die Kräfte nicht allzu gross sind.

10 Selbstverständlich kann die Waage in verschiedener

Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise könnte der Tisch ohne weiteres auch eine andere Umriss orm auf¬ weisen. Er könnte statt einer runden Platte beispiels¬ weise eine ovale, quadratische oder hexagonale Platte

15 zum Aufnehmen der Last aufweisen. Der Leiter soll je¬ doch in der Nähe des Randes der Platte entlang dem Plattenrand verlaufen. Dadurch wird gewährleistet, dass sich der Schwerpunkt 7 der zu wägenden Person oder allgemeiner des zu wägenden Gegenstandes oder

20 der zu wägenden Masse innerhalb des durch die Halte¬ stellen im Grundriss gebildeten Polygons liegt. Dies wiederum gewährleistet, dass der Leiter über seine ganze Länge nur auf Zug beansprucht wird.

25 Ferner wäre es möglich, statt nur eines einzigen Lei¬ ters zwei oder mehrere als Messelemente dienende Lei¬ ter vorzusehen, deren Enden jeweils mit der Messein¬ heit verbunden sind. Diese Leiter können dann wiederum derart angeordnet werden, dass sie im Grundriss zusam- 0 ^m en einen, abgesehen von den kurzen Unterbrüchen bei den Anschlüssen, geschlossenen Streckenzug, d.h. ein Polygon bilden. Jeder Unterbruch des Streckenzuges bei den An¬ schlüssen kann dabei weniger als einen Zehntel des Poly- gonu fangεs betragen.

Es ist jedoch nicht unbedingt notwendig, dass der oder -:. ^' , die Leiter im Grundriss einen annähernd geschlossenen Streckenzug bilden. Wenn der Tisch beispielsweise eine viereckige Platte aufweist, wäre es möglich, den Tisch nur entlang von zwei sich gegenüberliegenden Randab¬ schnitten, d.h. entlang von zwei sich gegenüberliegen¬ den Viereckseiten zu tragen. Die Haltestellen definieren selbstverständlich auch in diesem Fall im Grundriss einen geschlossenen, und zwar viereckigen Streckenzug, wobei aber 0 nicht bei allen Strecken dieses Streckenzuges ein Leiter¬ abschnitt vorhanden ist.

Im übrigen kann natürlich auch die Ausbildung der Hal¬ ter variiert werden. Man könnte die Halter beispielsweise 5 mit Durchgangslöchern versehen, durch die der Leiter hindurchgezogen wird. Ferner könnten Klemmelemente, etwa . Schrauben, vorgesehen werden, um den Leiter an den Haltern festzuklemmen. .

0 Des weitern kann man die Füsse des Sockels mit Stell¬ schrauben versehen, um den Sockel an Unebenheiten des Bodens anzupassen.

Schliesslich sei noch vermerkt, dass man zusätzlich zum Anzeigeorgan oder anstelle von diesen einen Drucker vorsehen könnte, der das gemessene Gewicht ausdruckt.

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