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Die Erfindung betrifft eine Auftriebswaage mit einer Lastschale, einem beim Wägevorgang in einer Flüssigkeit vollständig versenkten Tauchkörper und mit einem, diese beiden Bauteile verbindenden Gestänge, wobei die Änderung der Eindringtiefe desjenigen Gestängeteiles, welcher den Flüssigkeitsspiegel durchdringt, ein Mass für die Last darstellt. Hydrostatische Auftriebswaagen beruhen auf dem physikalischen Prinzip, dass ein in einer Flüssigkeit eingetauchter Körper so viel an Gewicht verliert, wie die durch denselben verdrängte Flüssigkeit wiegt ; solche Auftriebswaagen sind verhältnismässig einfach herstellbar, im Betrieb vor allem praktisch frei von mechanischer Reibung und im übrigen überaus robust-d. h. weitgehend wartungsfrei sowie widerstandsfähig gegen etwaige Beschädigungen.
In der CH-PS Nr. 74648 und in der US-PS Nr. 2, 54. 4, 032 sind sogenannte "unterschalige" Auf triebs- waagen beschrieben, bei denen beipielsweise der Schwimmer an seinem oberen Teil in einen porösen, flüssigkeitsgefüllten Zylinder übergeht und welche eine zweiteilige Wägevorrichtung hat, deren ein Teil zur Aufnahme einer, dem Wägebreich entsprechenden Anzahl abhebbarer Gewichte bestimmt ist und deren anderer Teil den zu wägenden Körper trägt sowie zugleich die Schale einer Vorwaage bildet, auf welcher das rohe Gewicht des zu wägenden Körpers ablesbar ist.
Bei dieser speziellen Ausführungsform und auch bei andern bekannten Auftriebswaagen wird gleichermassen bei durch Änderung der Last hervorgerufener Bewegung der Lastschale die Eintauch-Tiefe eines zusätzlich vorhandenen Verdrängungs-Körpers so lange kontinuierlich verändert, bis durch entsprechende Vergrösserung bzw. Verringerung an Auftriebskraft die Zunahme bzw.
Abnahme der Last kompensiert ist ; dieser Verdrängungskörper ist im allgemeinen ein zwischen Lastschale und dem eigentlichen Tauchkörper- entweder in direkter oder auch in indirekter Verbindung, d. h. etwa über ein Gestänge - eingesetztes Bauelement : Beispielsweise eine Druckstange, welche die Oberfläche der Flüssigkeit durchdringt ; diese Druckstange muss jedoch aus Gründen der Festigkeit einen vom maximalen Gewicht-d. i. Tot-Last + Wäge-Bereich - abhängigen Mindestquerschnitt haben, so dass die Empfindlichkeit der Auftriebswaage, also Änderung der Eintauchtiefe je Einheit der Laständerung, vom Gesamtgewicht der Last abhängig und somit relativ niedrig ist.
Es soll nun eine Auftriebswaage der eingangs beschriebenen Bauart geschaffen werden, deren Empfindlichkeit vor allem vom Gesamtgewicht der Last unabhängig und im übrigen extrem hoch sein soll.
Nach der Erfindung wird dies bei solchen Auftriebswaagen in einfacher und wirksamer Weise dadurch erreicht, dass zwecks Vergrösserung der durch Änderung der Last bewirkten Änderung der Eindringtiefe desjenigen Teiles des Verbindungsgestänges, welcher den Flüssigkeitsspiegel durchdringt, durch anteilig Kompensation der Auftriebsänderung dieses Gestänge-Teiles zusätzlich ein, mit dem Tauchkörper starr gekoppelter, gleichfalls lastabhängig veränderlicher Verdrängungskörper vorhanden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Auftriebswaage besteht der mit dem Tauchkörper gekoppelte Verdrängungskörper aus einem am Tauchkörper befestigten, unten offenen Rohrstutzen, welcher vollständig in der Flüssigkeit versenkt ist, sowie aus einem zweiten, unten offenen Rohrstutzen, welcher in einem separaten, flüssigkeitsgefüllten Behälter eingetaucht ist, und ausserdem aus einem, diese beiden Rohrstutzen verbindenden Rohr, welches den Flüssigkeitsspiegel durchsetzt.
Bei diesem System ist also der aus dem veränderten Eintauchen des zusätzlich angeordneten Verdrängungskörpers bedingten Auftriebsänderung eine entgegengerichtete Kraft zugeordnet-woraus bei gegebener Laständerung ein grösserer Weg der Lastschale resultiert ; je nach Wahl und Anordnung des zusätzlichen Verdrängungskörpers können resultierende Auftriebs-Kennlinien von an sich beliebigem Verlauf erzeugt werden - wodurch an der Auftriebswaage eine nahezu beliebig grosse Empfindlichkeit erreicht wird.
Durch die vorgesehene Anordnung des am Tauchkörper zusätzlich starr angebrachten Verdrängungskörpers, welcher-bzw. das an demselben vorhandenen Verbindungsrohr-den Flüssigkeitsspiegel durchdringt, wird jedenfalls eine lineare Kennlinie-also beim Absenken des Tauchkörpers ein linearer Verlauf des Auftriebsverlustes - erreicht, wie dies normalerweise erwünscht ist ; dabei kann durch Verwendung von Substitutionsgewichten der Wägebereich über den eigentlichen Einstellbereich hinaus wesentlich erweitert werden-welch'letzterer an sich durch die obere bzw. untere Grenage des in der Flüssigkeit vollständig versenkten Tauchkörpers limitiert ist.
Eine andere Variante der Auftriebswaage von besonders einfachem, konstruktivem Aufbau ergibt sich dadurch, dass der mit dem Tauchkörper starr gekoppelte Verdrängungskörper als Rohrstutzen ausgebildet ist, welcher vollständig in der Flüssigkeit eingetaucht ist und ein bei vertikaler Bewegung des Tauchkörpers elastisch veränderbares Gaspolster umschliesst ; beim Absenken des Tauchkörpers wird dieses Gaspolster entsprechend stärker zusammengedrückt, wobei eine Auftriebsverlust-Charakteristik mit etwa hyperbolische Verlauf resultiert.
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Jede der beiden, hier beschriebenen Typen der Auftriebswaage kann schliesslich derart vorteilhaft ausgebildet sein, dass die in der Flüssigkeit eingetauchten Bauteile - Tauchkörper, Gestängeteil und Verdrängungskörper - mit einem adhäsionsverringernden Überzug versehen sind, beispielsweise mit einem solchen aus Kunststoff ; bei extrem hohen Anforderungen an Genauigkeit und Empfindlichkeit der hydrostatischen Waage wird dadurch der sonst durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bedingte, störende Einfluss weitgehend eliminiert.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäss aufgebauten Auftriebswaage mit einem zusätzlichen, mit dem Tauchkörper starr gekoppeltem Verdrängungskörper veranschaulicht. Es zeigen : Fig. 1 die oben zuerst beschriebene Ausführungsform einer solchen Auftriebswaage, bei welcher der zusätzliche Verdrängungskörper aus zwei miteinander kommunizierend verbundenen Rohrstutzen besteht, von denen einer in einem separaten flüssigkeitsgefüllten Behälter eingetaucht ist, - im vertikalen Mittelschnitt ; und Fig. 2 jene spezielle Type der Auftriebswaage mit einem zusätzlichen, in der Flüssigkeit vollständig eingetauchten Rohrstutzen, welcher ein Gaspolster umschliesst.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Auftriebswaage ist ein ortsfest angeordneter Behälter --10-- zum grössten Teil mit Wasser --12-- gefüllt, in welchem ein Tauchkörper - in Form eines geschlossenen
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oberen Grenzlage unterhalb des Wasserspiegels-12-- ; zur Wägung einer Last --26-- werden nun von der Gewichtsschale --24-- so viele Gewichte --28-- weggenommen, bis der Feinmessbereich wieder erreicht ist,
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eingezeichneten-oberenDruckstange --16-- sowie eines Teiles des unten näher beschriebenen Verdrängungskörpers --33--, die mit diesem Messweg verbundene Auftriebsänderung abhängig ; diesem Messweg entspricht der Weg eines am Gestänge --20-- befestigten zeigers --30--, welcher eine ortsfest angeordnete, direkt in Gewichtseinheiten geeichte Skala überstreicht ;
das Gewicht der Last ergibt sich in bekannter Weise aus Summe der entfernten Substitutionsgewichte --28-- + Anzeige auf der Skala --32--.
Bei dieser Auftriebswaage wird nun durch die vorgesehene, zusätzliche Anordnung des Verdrängungskörpers --33-- die Empfindlichkeit wesentlich erhöht. Am hohlen Auftriebskörper --14-- ist ein unten offener Rohrstutzen --34-- befestigt, an dessen oberem -- im übrigen geschlossenen - Ende ein dünnes Verbindungsrohr (bzw. allenfalls ein Schlauch) kommunizierend angesetzt ist, welches durch eine im Flüssigkeitsbehälter --10-- angebrachte, zweite Öffnung --38-- aus demselben herausgeführt ist und-entsprechend abgewinkelt-im oberen Ende eines zweiten, gleichfalls unten offenen Rohrstutzens
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eingetaucht ist, welcher auf dem vertikal bewegbaren Verbindungs-Gestänge --16 bis 20--angebracht ist.
Die erfindungsgemäss aufgebaute Auftriebswaage - welche mit diesem kombinierten Verdrängungs- körper --33-- ausgerüstet ist - hat nun folgende Wirkungsweise : Bei einer Gewichtszunahme des zu wägenden Körpers - d.i. Last --26-- abzüglich der entfernten Substitutionsgewichte --28-- - sinkt in der
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des zunehmenden hydrostatischen Druckes Wasser aufwärts steigt und dabei aus dem im Rohrstutzen - oben befindlichen Hohlraum --46-- durch das Verbindungsrohr --36-- etwas Luft in den oberen
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wobei die Linearität von der Massgenauigkeit dieser Innendurchmesser bestimmt ist ;
zweckmässig soll dabei der Innendurchmesser des zweiten, oberen Rohrstutzens --40-- merkbar grösser sein als derjenige des ersten Rohrstutzens --34--, wodurch nämlich Einfluss einer-an sich mit hyperbolischer Charakteristik verlaufenden-Änderung des hydrostatischen Druckes auf das Luftvolumen entsprechend verringert und somit die gewünschte Linearität des resultierenden Auftriebsverlustes weitgehend realisiert wird ;
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schliesslich soll das Verbindungsrohr bzw. der Schlauch --36u möglichst eng sein, um etwaige Temperatureinflüsse auf das eingeschlossene Luftvolumen zu reduzieren.
Bei der in Fig. 2 dargestellten, zweiten Ausführungsform der Auftriebswaage ist-in gleicher Weise wie beim zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel-ein ortsfest angeordneter Behälter --10-- zum grössten Teil mit Wasser --12-- gefüllt, in welchem ein geschlossener hohler Tauchkörper --14-- frei schwebend eingesetzt und derselbe über eine Druckstange --16-- - durch eine im Behälter --10-- angebrachte Öffnung --18-- hindurch geführt - mit einem Gestänge --20-- starr verbunden ist ; an diesem Verbindungsgestänge --16 bis 20-- ist jedoch unten ein Haken --54-- angebracht, an welchem über ein Glenk --52-- mit Öse --56-- mittels eines Gehänges --50-- die Lastschale --22-- frei aufgehängt ist.
Am in der Flüssigkeit --12-- eingesetzten, hohlen Tauchkörper --14-- ist an der Unterseite ein unten offener, kappenförmiger Rohrstutzen --58-- fix angesetzt, welcher den zusätzlichen Verdrängungskörper bildet und in der Flüssigkeit --12-- gleichfalls vollständig eingetaucht ist, wobei bei vertikaler Bewegung des Tauchkörpers --14-- an diesem Rohrstutzen --58-- ein elastisch veränderbares Gaspolster umschlossen ist-beispielsweise in Form eines luftgefüllten Ballons --60-- aus elastischem, wasserdichten Material. Der untere Rohrstutzen --58-- kann - anstatt des darin eingelegten, geschlossenen Ballons --60-- - unterhalb seiner Luftfüllung auch direkt mit einer elastischen Membran abgeschlossen sein.
Bei dieser zweiten Type der erfindungsgemäss ausgebildeten Auftriebswaage ergibt sich nun folgende Wirkungsweise : Wenn infolge einer Lastzunahme der in der Flüssigkeit --12-- eingesetzte, hohle Tauchkörper --14-- etwas absinkt, dann wird-durch den innerhalb des unteren Rohrstutzens --58-zunehmenden hydrostatischen Druck - das Gaspolster bzw. der Ballon --60-- entsprechend kompriminiert bzw. sein Volumen verringert und dadurch die Auftriebszunahme der stärkeren Druckstange --16-teilweise kompensiert ; das Mass dieser partiellen Auftriebskompensation hängt vom Volumen dieses Gaspolsters --60-- und vom Druck der darin befindlichen Luft ab.
Bei beiden hier beschriebenen Ausführungsformen der Auftriebswaage soll das im Hauptbehälter
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Oberflächenspannung der Flüssigkeit bzw. des Wassers und damit ihre/seine Adhäsion an den betreffenden Bauteilen sowie reduziert werden, dass der Einfluss derselben auf das Messergebnis praktisch eliminiert ist.
Beide Typen der neuen Auftriebswaage können in ihrem konstruktiven Aufbau durchaus verschiedentlich variiert werden : so können unter Umständen anstatt eines einzigen Tauchkörpers mehrere eingesetzt sein : weiters kommen als Betriebsflüssigkeit ausser Wasser allenfalls auch verschiedene andere Flüssigkeiten in Betracht - wobei von Fall zu Fall der Einfluss von Viskosität, Dichte (einschliesslich Temperaturabhängigkeit derselben) und auch der Oberflächenspannung zu berücksichtigen sind.
Diese Auftriebswaagen sind in jedem Fall verhältnismässig einfach herzustellen, dieselben sind ausserdem im Betrieb besonders robust und auch weitgehend wartungsfrei-bis auf gelegentliches Nachfüllen von Wasser ; der Auftriebskörper --14-- mit starr angekoppeltem Verdrängungskörper --34 bzw. 58-- tendiert auch stets dazu, frei zu schweben-d. h. nach etwaigem Anstossen an der Behälterwand pendelt sich derselbe sofort wieder frei ein, also ohne etwa haften zu bleiben. Schliesslich kann der Bedienungskomfort entsprechend erhöht werden : beispielsweise durch Mechanisierung der Manipulation der Gewichte, durch Automatisierung der Anzeige - etwa auf photoelektrischem Wege-u. dgl. mehr.
Derartige Auftriebswaagen können erfahrungsgemäss besonders vorteilhaft als Patientenwaagen eingesetzt werden, wobei die Lastschale-22-als Patientensitz ausgebildet ist. Mittels einer solchen Waage können bei einem Wägebereich von etwa 120 kg stoffwechselbedingte Gewichtsverluste in Funktion von der Zeit bis zu einer Genauigkeit von etwa 10 mg ermittelt werden :
Hiezu wird zuerst der Patient gewogen und danach-nach Platznehmen auf der Lastschale --22-- - in den Einstellbereich tariert und die genaue Zeigerstellung --30 bis 32-- notiert ; anschliessend werden auf der Gewischtssale --24-- bzw. gleichfalls-22-10 g zugelegt-und dann gewartet, bis wieder dieselbe Zeigerstellung wie vor Zugabe dieses 10 g-Gewichtes erreicht ist, sowie die dabei verstrichene Zeit notiert ; aus diesen Angaben - Gewicht des Patienten und Abnahme desselben während des ermittelten Zeit-Intervalles um 10 g - kann schliesslich seine spezifische Gewichtsabnahme in mg/kg (Körpergewicht) pro Minute errechnet werden, aus
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welcher Kennzahl wertvolle diagnostische Rückschlüsse gezogen werden können.
Bei dieser Verwendung der Auftriebswaage als Patientenwaage sind Temperatureinflüsse vernachlässigbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Auftriebswaage mit einer Lastschale, einem beim Wägevorgang in einer Flüssigkeit vollständig versenkten Tauchkörper und mit einem, diese beiden Bauteile verbindenden Gestänge, wobei die Änderung der Eindringtiefe desjenigen Gestängeteiles, welcher den Flüssigkeitsspiegel durchdringt, ein Mass für die
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gestänges (20 bis 16), welcher den Flüssigkeitsspiegel (12) durchdringt, durch anteilige Kompensation der Auftriebsänderung dieses Gestängeteiles (16) zusätzlich ein, mit dem Tauchkörper (14) starr gekoppelter, gleichfalls lastabhängig veränderlicher Verdrängungskörper (33 bzw. 58 bis 60) vorhanden ist.