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Präzisionswaage
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zweiarmig ausgebildet, jedoch unsymmetrisch, da nur der eine Balkenarm mit einem Haken zum Einhängen der Tara und Last, der andere Balkenarm mit einer quer zur Schwingebene stehenden Fläche ausgestattet ist, die zum Dämpfen der Schwingungen des Balkens dient. Überdies verläuft senkrecht zum Waagebalken noch ein Nullpunktzeiger, der durch ein zur anderen Seite der Torsionsdrahtachse liegendes Gegengewicht ausgeglichen ist.
Diese bekannten Waagen sind wegen der Unsymmetrie ihres Waagebalkens sehr temperaturempfindlich und von Temperaturschwankungen stark abhängig. Die Unsymmetrie des schwingenden Systems ergibt bei Temperaturänderungen ungleiche Ausdehnungen der verschiedenen Arme, die, wenn sie auch nur einige tausendstel Millimeter betragen, so doch eine das Gleichgewicht der Waage empfindlich störende und damit die Präzision der Waage herabsetzende Verlagerung des Schwerpunktes des schwingenden Systems bedingen. Ferner wird zufolge der nur einseitigen Aufhängemöglichkeit an den Waagebalken der Torsionsdraht nicht allein durch die Last, sondern auch durch die Tara auf Verdrehung beansprucht. Es müssen daher durch Rückdrehung des Torsionsdrahtes mittels der gewichtsanzeigenden Vorrichtung das Gewicht der Last und das der Tara ausgeglichen werden.
Derartige grosse Gewichte ergeben auch bei kürzeren und dickeren Torsionsdrähten einen grossen Verdrehwinkel und machen daher einen grossen Rückdrehwinkel erforderlich, der bei den bekannten Waagen mit Torsionsdraht zwischen 1800 und 2500 liegt. Durch diese grossen Verdrehwinkel wird vor allem die Dauerfestigkeit des Torsionsdrahtes stark vermindert ; es kommt verhältnismässig bald zu Ermüdungserscheinungen des Drahtmateriales, welche die Wägegenauigkeit der Waage beeinträchtigen. Die grossen Verdrehwinkel machen aber auch die Ermittlung der Gewichtsskala auf empirischem Wege notwendig, da nur bei kleinen Verdrehungswinkeln vollkommene Proportionalität zwischen Drehwinkel und Gewicht besteht. Eine solche empirische Ermittlung ist aber äusserst umständlich und zeitraubend.
Schliesslich ist der Wägebereich der bekannten Waagen mit aus einem Torsionsdraht bestehender Drehachse für den Waagebalken ein kleiner, da die verhältnismässig
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schweren Taren, wie sie von Chemikern in
Verwendung genommen werden, einen erheblichen
Teil des Verdrehungswinkels für sich in Anspruch nehmen, so dass nur das Ende der Gewichtsskala für die Last zur Verfügung bleibt.
Die Erfindung betrifft eine Präzisionswaage mit die Drehachse des Waagebalkens bildendem
Torsionsdraht, dessen eines Ende in bekannter
Weise undrehbar eingespannt und dessen anderes
Ende mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist, die das Zurückdrehen. des Torsionsdrahtes bis zum Einspielen des Waagebalkens in die Nullage ermöglicht und durch diese Rückdrehung das
Gewicht anzeigt. Die Erfindung bezweckt, eine
Torsionswaage dieser Art zu schaffen, die von
Temperaturschwankungen weitgehendst unab- hängig ist und bei grosser Belastbarkeit grosse Wägeempfindlichkeit und Wägegenauigkeit be- sitzt.
Der Erfindung gemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Waagebalken als gleicharmige
Hebelwaage mit beiderends angeordneten Auf- hängemitteln für Taren, Last und Gewichte ausgebildet ist und die rückführende Anzeige- vorrichtung mit einer Übersetzung ausgestattet wird, welche kleine Rückdrehbewegungen des
Torsionsdrahtes in grosse Zeigerbewegungen um- setzt.
Durch die Ausbildung des Waagebalkens als gleicharmige Hebelwaage mit beiderends angeordneten Aufhängemitteln, also beiderends angeordneten Endschneiden, in Verbindung mit dem als Drehachse wirkenden Torsionsdraht wird es möglich gemacht, durch beiderseitiges Einhängen gleichgeformter und ungefähr gleich schwerer Taren, sowie durch Einbringen der Last einerends und eines dieser Last möglichst nahekommenden Gewichtes anderenends einen rohen Gewichtsausgleich zu erhalten, so dass sich die Torsionsbeanspruchung des Drahtes nur auf die verbleibende kleine Gewichtsdifferenz beschränkt. Diese zu wiegenden kleinen Gewichte ergeben, dickere und daher hochbelastbare Torsionsdrähte vorausgesetzt, nur kleine Ausschläge und daher auch nur kleine Torsionsbeanspruchungen des Drahtes, so dass Überbeanspruchungen und Ermüdungen desselben ausgeschlossen sind.
Die kleinen Torsionsbeanspruchungen bleiben auch in den Grenzen, wo unter allen Umständen volle Proportionalität zwischen Drehwinkel und Gewicht besteht. Die kleinen Torsionsbeanspruchungen verlangen allerdings auch nur kleine Rückdrehbewegungen, die aber dank dem Vergrösserungsgetriebe ins Grosse übersetzt und dadurch deutlich gemessen und abgelesen werden können, zumal die Ableseskala im ganzen Wägebereich wegen der erwähnten Proportionalität dekadischen Aufbau und gleich grosse Teilung besitzen kann. Das Vergrösserungsgetriebe ermöglicht demnach auch die Verwendung verhältnismässig kurzer und dickerer Torsionsdrähte ; denn deren kleinere Drehwinkel sind bei der erfindungsgemässen Waage für deren Wägegenauigkeit nicht nachteilig, da ja die kleinen Drehwinkel durch-die Übersetzung in beliebig grosse Zeigerwege ge- wandelt werden.
Dafür sind aber solche kurze und dickere Torsionsdrähte hoch belastbar.
Besonders zweckmässig hat sich eine Ablese- skala in Form einer Skalenscheibe erwiesen, die durch ein Übersetzungsgetriebe mit dem Tor- sionsdraht verbunden und durch eine Antriebsvorrichtung verdrehbar ist.
Es ist ferner zweckmässig, den Schwingbereich des gleicharmigen Waagebalkens eng zu begrenzen und die hiezu verwendeten Mittel gleichzeitig zur Arretierung des Waagebalkens zu benutzen.
Dieser Doppelzweck wird in vorteilhafter Weise durch Gabeln erreicht, die zwecks Arretierung des Waagebalkens in der Richtung eines auf dem Waagebalken oder auf den Gabeln vorgesehenen Anzuges gegenüber dem Waagebalken verstellbar sind. Diese den Ausschlag des Waagebalkens begrenzenden Gabeln können gemäss der Erfindung auch zu und von einem zweiten Gabelpaar verstellbar sein, dessen Gabeln lotrecht verlaufen und hinter dem Waagebalken angeordnet sind. Die Arretierung des Waagebalkens gibt die Möglichkeit, transportable Waagen auszuführen, da der Balken durch sie fixiert und dadurch der Draht vor Bruch gesichert ist.
Durch die Begrenzung des Schwingbereiches des Waagebalkens wird das Arbeiten mit der Waage sehr erleichtert ; denn der am Waagebalken angeordnete und mit der Nullpunktskala zusammenwirkende Zeiger bleibt immer im Sichtbereich dieser Skala und das zeitraubende Hin-und Herpendeln des gleicharmigen Waagebalkens beim wechselseitigen Aufgeben und Abnehmen der Taren, der Gewichte und der Last wird vermieden.
Um den Waagebalken rasch in die Nullage einzustellen, ist gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung das eingespannte ruhende Ende des Torsionsdrahtes mit einer Drehvorrichtung verbunden ; diese besteht zweckmässig aus einem Arm mit Zahnbogen, der durch einen Zahntrieb verstellt werden kann. Diese zweite Einstellvorrichtung arbeitet unabhängig von der gewichtsanzeigenden Rückstellvorrichtung für den Torsionsdraht und ermöglicht u. a. die Abgleichung der Taren, die oft Gewichtsdifferenzen von mehreren Milligramme, ja mitunter sogar solche bis zu Zehntelgrammen aufweisen können.
Nach dem Abgleichen der Taren gibt der Betrag der Verdrehung der Rückstellvorrichtung plus aufgelegte Gewichte das genaue Gewicht der Last an.
Die Belastbarkeit des erfindungsgemässen Systems ist bei hoher Empfindlichkeit sehr gross.
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belastet werden. Man kann daher Waagen mit derselben relativen Wägegenauigkeit herstellen, wie sie für die gebräuchlichen analytischen und mikrochemischen Waagen üblich ist. Diesen gegenüber hat aber die erfindungsgemässe Waage den Vorteil einer bedeutenden Abkürzung des Wägevorganges, weil sie durch die Torsion und die Ausschlagbegrenzung ohne Minderung der
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Empfindlichkeit weitgehend gedämpft wird. Die neue Waage ist auch wenig temperaturempfindlich und zeigt eine unerwartet hohe Nullpunkt- konstanz.
Durch die zweite Verdrehvorrichtung mit vereinfachtem Übersetzungsgetriebe kann der
Nullpunkt vor und nach der Wägung nachgeprüft werden.
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung durch ein Ausführungsbeispiel schematisch ver- anschaulicht. Mit dem Torsionsdraht 1 ist der gleicharmige Waagebalken 2 in seiner Mitte bei
3 drehfest verbunden. Das Ende 4 des Drahtes ist mit dem Arm 5 der Vorrichtung zur Einstellung des Waagebalkens in die genaue Nullage undreh- bar verbunden. Das andere Drahtende greift am Arm 6 des aus dem Segment 7 und dem unter
Federdruck an dieses angepressten Scheibchen 8 bestehenden Friktionsgetriebes für die Skalenscheibe 9 an. Zu deren Verdrehung zwecks Rückführung des belasteten Waagebalkens 2 unter Torsion des Drahtes 1 in die Nullage dient die gegen den Scheibenumfang wirkende Antriebsvorrichtung 10.
Mittels des auf dem Zahnbogen 12 des Armes 5 wirkenden Antriebsorganes 11 kann der Waagebalken in die genaue Nullage an der Skala 13 eingestellt werden.
Sowohl zur Begrenzung des Waagebalkenausschlages auf einen sehr kleinen Betrag wie auch zur Arretierung des Waagebalkens bei Nichtgebrauch der Waage dienen Gabeln 14, deren Schenkel 15 die Arme des Waagebalkens umgreifen. Die Gabelschenkel oder der Waagebalken sind mit einem Anzug ausgestattet, also divergierend ausgebildet und die Gabeln sind in der Richtung dieses Anzuges gegenüber den Waagebalken verstellbar. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel können die divergierenden Gabelschenkel in waagrechter Richtung gegen lotrecht angeordnete, sie gleichzeitig führende Gabeln 16 verschoben werden ; dabei werden die Balkenenden erfasst und gegen die Gabeln 16 angedrückt.
Die Wirkungsweise der Waage bei Durchführung eines Wägevorganges ist hienach folgender : Es werden beiderseits an die Haken 17 gleiche Taren, z. B. Waagschalen, Tiegel, Kolben zur Aufnahme der Last aufgehängt, hierauf wird die Nullage des Waagebalkens an der Skala 13 überprüft und durch Verdrehen des Antriebsorganes 11 allenfalls genau eingestellt, sodann wird in eine der Waagschalen die Last eingebracht und in die andere Waagschale die der Last annähernd entsprechenden Gewichte gelegt, worauf zur Feineinstellung mittels der Antriebsvorrichtung 10 die Skalenscheibe 9 so lange unter Torsion des Drahtes 1 verdreht wird, bis der Waagebalken 18 auf den Nullpunkt der Skala 13 einspielt. Der Betrag der Verdrehung der Skalenscheibe 9 plus aufgelegte Gewichte gibt dann das genaue Gewicht der Last an. Bei kleinerer Last, z.
B. bis etwa 10 mg, kann man ohne Gewichtsauflage arbeiten, wobei der Betrag der Verdrehung der Skalenscheibe 9 das Mass für das Gewicht der in einer austarierten Waagschale eingelegten oder am Haken aufgehängten Last angibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Präzisionswaage mit einem die Waagebalken-Drehachse bildenden Torsionsdraht, dessen eines Ende undrehbar eingespannt und dessen anderes Ende mit einer Vorrichtung verbunden ist, die das Zurückdrehen des Torsionsdrahtes bis zum Einspielen des Waagebalkens in die Nullage ermöglicht und durch diese Rückdrehung das Gewicht anzeigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Waagebalken als gleicharmige Hebelwaage mit beiderends angeordneten Aufhängemitteln für Taren, Last und Gewichte ausgebildet und die rückführende Anzeigevorrichtung mit einer Übersetzung ausgestattet ist, die kleine Rückdrehwege des Torsionsdrahtes in grosse Zeigerwege umsetzt.