Drehfederwaage.
Die Erfindung betriff. t eine Drehfeder- waage. Unter der Bezeichnung Drehfederwaage wird ein Gerät verstanden, das nicht nur zur Gewichtsbestimmung, sondern auch zur Messung irgendwelcher anderer Kräfte geeignet ist.
Die Drehfederwaage zeichnet sich gemäss der Erfindung dadurch aus, dass das bewegliche System, auf das die zu messenden Kräfte wirken, von einer besonderen, aus mindestens einer Blattfeder bestehenden Federanordnung getragen ist, die sowohl in der Nullstellung als auch in der mit dieser identischen Messstellung des beweglichen Systems auf dieses keine Richtkraft ausübt.
Die Messfeder als solche wird also durch das Gewicht des beweglichen Systems in keiner Weise belastet.
Als Messfeder ist jede Feder verwendbar, die durch Verdrehen gespannt wird. Sie kann demnaeh aus einer Spiral-oder Schrauben- feder oder aus einem Draht oder Stab oder dergleichen bestehen, soweit die zur Verdrehung aufzuwendende Kraft dem Verdrehungswinkel proportional ist. Als Tragfeder fiir das bewegliche System dient zweckmässig eine einzige Blattfeder oder eine Kombination parallel geschalteter Blattfedern.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung in Anwendung auf Drehfederwaagen zeigt die Zeiehnung, und zwar sind :
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Drehfederwaage,
Fig. 2 eine Seitenansicht derselben,
Fig. 3 eine Vorderansicht einer andern Ausführung der Drehfederwaage,
Fig. 4 eine Vorderansicht einer weiteren Ausgestaltung der Drehfederwaage nach Fig. 1 und 2.
Bei der Drehfederwaage gemäss Fig. 1 und 2 ist das innere Ende der hier als Messfeder dienenden Spiralfeder D in der Mitte einer mit der Gewichtsskala versehenen Skalenscheibe S befestigt, die in dem Lager B drehbar gelagert ist. Das äussere Ende der Spiralfeder D ist mit einem Kreuzfedergelenk ver bunden, das aus den Blattfedern Fl und P'2 und dem als Waagebalken dienenden Winkel- hebel A besteht. Der Winkelhebel A trägt den Zeiger Z, die Waagschale W sowie das Taragewicht T. Der Aussehlag des Winkelhebels A wird durch die Anschläge O und U begrenzt.
Zur Drehung der Skalenscheibe S in beiden Richtungen dient in bekannter Weise ein Getriebe C. Zwischen dem Zeiger Z und der Skalenscheibe S ist eine feste Bezugsmarke M angeordnet.
Zur Justierung, das heisst Einstellung des Waagezeigers Z auf den Anfangsstrich der Skala, dient das Taragewicht T. In dieser Anfangsstellung muss der Waagebalken A zwi schen den festen Anschlägen 0 und frei spielen, und der Zeiger Z muss mit der festen Marke M und dem Anfangsstrich der Skala in einer Ebene liegen, die auf der Skalenseheibe S senkrecht steht. In dieser Stellung soll die Blattfeder Fl nur auf Zug, die Blattfeder P2 und die Messfeder nicht beansprucht sein ; letztere kann jedoch unter Umständen eine geringe Vorspannung erhalten.
Beim Auflegen einer Last auf die Waagschale W spannt ein Drehmoment die Blattfedern Fl und F2 und die Spiralfeder D.
Gleichzeitig legt sich der Waagebalken A gegen den untern Anschlag U. Die Ermittlung des Lastgewichtes erfolgt nun in der Weise, dass die Skalenscheibe S entgegen der Rich- tung der Lastkraft so weit gedreht wird, bis der Zeiger Z mit der festen Marke M überein- stimmt, worauf hinter beiden der Gewichtsbetrag auf der Skala abgelesen wird. In dieser Gleichgewichtslage wird dem durch die Last erzeugten Drehmoment allein durch das von der Spiralfeder erzeugte Drehmoment, welches gegenüber dem ersten gleich gross und entgegengesetzt gerichtet ist, das Gleichgewicht gehalten.
Die Blattfedern Fl und F2 des Auf- hängesystems übertragen, ebenso wie bei unbelasteter Waage, keine Richtkraft auf den Waagebalken.
Nach Wegnahme der Last legt sich der Waagebalken A gegen die obere Begrenzung 0, worauf durch Zurückdrehen der Skalenseheibe S die Waage in ihre Anfangsstellung gebracht wird, die erreicht ist, wenn der Zeiger Z die Marke H und der Anfangsstrich der Skala genau hintereinander liegen. Bei den bisher bekanntgewordenen Torsionswaagen wird das Wiegesystem so leicht wie möglich ausgeführt, da es ganz oder teilweise von der Messfeder getragen werden muss. Deshalb kann die Messfederkraft nur zum Teil für die eigentliche Wägung ausgenutzt werden, nämlich so weit, wie zwischen Belastung und Verdrehungswinkel Proportionalität besteht, was bis zu einem Verdrehungswinkel von etwa 250 der Fall ist.
Bei der beschriebenen Waage kann dagegen, je naeh der Länge des Spiralfederbandes, Proportionalität über 360 oder sogar 2 X 360 und mehr erzielt werden. Die Messfederstärke ist dabei so zu wählen, dass der zu wiegenden Hochstlast eine Verdrehung der Messfeder um 360 bezw. 2 X 360 und mehr entspricht.
Der Umstand, dass die Messfeder bei den bekannten Waagen das Messsystem tragen oder wenigstens mittragen muss, bestimmt auch die obere Grenze des Wiegebereiches, für den diese Waagen gebaut werden können. Ihr Wiegebereich liegt zwischen einigen mg und einem g. Entsprechend der Belastung steigt die Reibungskraft in den Lagern der Waage, und diese Reibung darf bei Lasten über 1 g nicht mehr vernachlässigt werden.
Da bei der beschriebenen Drehfederwaage die Messfeder wie gesagt nur dazu dient, der Last das Gleich- gewicht zu halten, während die Tragfeder anordomg, bei dem Ausführungsbeispiel also das Federgelenk, die tote Last trägt und somit keine Lagerreibung auftritt, so können Waa- gen gemäss der Erfindung zum Beispiel auch für grössere Belastungen hergestellt werden.
Die Erweiterung des Wiegebereiches kann in der Weise wie bei Neigungs-Tafelwaagen mit Gewichtssehale erfolgen. In Fig. 3 ist eine Drehfederwaage mit auf solche Weise erweitertem Wiegebereich gezeigt, die sich von der oben beschriebenen Drehfederwaage nur durch die Anordnung der Blattfedern des Federgelenkes und durch die Verwendung eines gleicharmigen Hebels als Waagebalken unterscheidet. Gemäss Fig. 3 sind die das Wiegesystem tragenden, schräg zum Waagebalken verlaufenden und je eine Seite desselben unterstützenden Blattfedern F1 und F2 vorgesehen ; sie können aber auch aufgehängt werden.
In allen Stellungen der Waage übertragen die Federn daher auf beide Seiten des Waagebalkens bezüglich des Drehpunktes der Spiralfeder symmetrische, entgegengesetzt wirkende Drehmomente, so dass auch hier die Federn F1 und F2 keine Richtkraft auf den Waagebalken ausüben, wenn dieser in Gleich- gewichtslage ist. Der Waagebalken A trägt an seinen Enden eine Schale W zur Aufnahme der Last und eine Schale G zur Aufnahme der Zusatzgewichte. Soll eine Last gewogen werden, welche die der Grundhöchstlast von zum Beispiel 1 g entsprechende Kraft der Messfeder übersehreitet, so wird ein Zusatzgewicht, das vorzugsweise ein ganzes Vielfaches der Grund-Hoehstlast betragen kann, auf die Sehale G gesetzt.
Dann entspricht der Last die Summe aus dem aufgelegten Zusatzgewicht plus dem an der Skala abgelesenen Gewichts- betrag. Die erforderliche Dämpfung der Waage und die Nachstellung des Skalenanfangspunktes kann mit den bekannten Mitteln bewirkt werden. Die Temperaturkorrektion kann sich auf die Messfeder beschränken und durch Wahl eines Federmaterials mit kleinem Temperaturkoeffizienten erfolgen.
Soll die Ablesegenauigkeit der Waage nach den Fig. 1 und 2 oder 3 verbessert werden, so kann dies durch Verlängerung der Skala erfolgen. Zu diesem Zweeke erhält die Skalenscheibe S zum Beispiel an ihrem Rande einen Zahnkranz, in den ein Ritzel eingreift, das von dem Zahnkranz mit entsprechender tberset- zung angetrieben wird. Auf der Achse des Ritzels befindet sich der Gewichtsanzeiger, der sich vor einer über volle 360 erstreckenden Skala dreht. Die tbersetzung kann zum Beispiel so gewählt werden, dass bei einer Umdrehung der Scheibe S der Zeiger fünfmal umläuft. Durch geeignete Mittel ist dabei zweck- mässig kenntlich zu machen, wie viele Umläufe der Zeiger bis zur Erreichung der Anzeigestellung gemacht hat.
Der Zeiger kann ausser dem Gewichtsanzeiger Z vorhanden sein und der Feinablesung der Waage dienen, während mit dem Zeiger Z die Grobablesung erfolgen kann. Jedenfalls muss jedoch die Möglichkeit bestehen, mittels eines Zeigers, ähnlich dem Zeiger Z, die Null-bzw. Gleichgewichtslage der Waage an einer ortsfesten Marke M festzustellen, woraufhin dann die Ablesung an dem Ge- wiehtsanzeiger erfolgen kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Waage nach den Fig. 1 und 2 bzw. 3 besteht darin, dass die Drehung der Seheibe S lad damit die Einstellung des Waagengleichgewichtes sowie gegebenenfalls auch die Riickfiihrung der Waage in die Nullstellung mit Hilfe eines Motors bewerkstelligt wird. Zweekmässig findet hierbei ein Gleichstrommotor Verwendung, der über ein Ritzel und einen Zahnkranz den Antrieb der drehbaren Scheibe S bewirkt. Der Motor kann mit einer selbsttätigen Steuerung versehen sein, die denselben beim Erreichen der Gleichgewichtslage bzw. der Nullstellung abschaltet.
Fig. 4 zeigt eine Waage im wesentlichen nach Fig. l und 2 mit einem solchen selbsttätig gesteuerten Motorantrieb. Selbstverständlich kann aber auch die Waage nach Fig. 3 mit einem entsprechenden Motorantrieb versehen werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Rand der drehbaren Scheibe S mit einem Zahnkranz H versehen, in den das Ritzel R des dem Antrieb dienenden Gleichstrom- motors Gm eingreift. Der Stromkreis dieses Motors führt über den verlängerten Zeiger Z, welcher einen Kontakt XI trägt und bei unbelasteter Waage frei zwischen den festen Kontakten K2 und Z3 spielt. Die Kontakte K2, jE'3 stehen mit den Klemmen 3 bzw. 4 eines Polwendeschalters P in Verbindung, während an die Klemme 0 dieses Schalters der eine Pol des Motors H und an die lÇlem- men 1 und 2 die Gleichstromquelle G1 angeschlossen ist.
Vor der Wägung wird der Polwendeschal- ter P in die in ausgezogenen Linien gezeigte Stellung gebracht. Wird daraufhin die Waage belastet, so legt sich der Kontakt Kl gegen den Kontakt g2, wodureh der Stromkreis des Motors Gm gesehlossen und die Skalenscheibe S von diesem in der Pfeilrichtung gedreht wird. Beim Erreichen der Gleichgewichtslage löst sich der Kontakt K1 von dem Kontakt X2 o ab, so dass der Stromkreis unterbrochen wird und der Motor anhält.
Nach Ablesung des Gewichtsbetrages in der in Verbindung mit Fig. l und 2 beschriebenen Weise wird der Polwendesehalter in die durch gestrichelte Linien dargestellte Stellung umgelegt und die Last entfernt, wodurch der Zeiger Z infolge der Spannung der Feder D an dem Kontakt K3 zur Anlage kommt. Der Motor Gm läuft nunmehr in entgegengesetzter Richtung und dreht die Skalenscheibe S wieder in die Nullage zurück. Ist diese erreicht, so wird infolge Fortfalles der Spannung der Feder D der Kontakt KI von dem Kontakt Z3 wieder frei, so dass der Motor stehenbleibt.
Die Einstellmg der Skalenscheibe S entspre chend der aufgelegten Last und die Rückfüh- rung in die Nullstellung gehen also selbsttätig vor sich, und die Bedienungsperson hat nur das Sehalten und Ablesen zu besorgen.
Gegebenenfalls kann zwischen der Gleich- stromquelle Gl und dem Polwendesehalter P noch ein Aussehalter angeordnet sein.
Die in verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Drehfederwaage kann nicht nur für Wägezweeke, sondern auch ganz allgemein zur Messung, Kompensation oder Regelung von Kräften, also zum Beispiel auch zur Steue- rung von Drosseln, Ventilen, elektrischen und sonstigen Maschinen und Apparaten, benutzt ; werden. Auch bei Gravimetern zur Bestimmung der relativen Grosse der Erdbesehleunigung und bei Seismographen kann die Drehfederwaage gemäss der Erfindung Verwendung finden. In den letztgenannten Fällen wird das Messsystem durch ein Gewicht belastet, dessen Drehmoment dem von der Messfeder erzeugten Drehmoment in der Ausgangs- stellung das Gleichgewicht hält. Die Ablesung bzw. Registrierung kann dabei in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Drehspiegeln, Photozellen oder dergleichen erfolgen.
Das Drehfedersystem stellt in diesen Fällen ein Vertikalfederpendel dar.
Die das bewegliche System tragende Fe- deranordnung kann auch nur aus einer einzigen Blattfeder bestehen, die in diesem Falle bei Gleichgewichtslage des Systems senkrecht verläuft, wobei der Schwerpunkt des bewegliehen Systems bei Gleichgewichtslage mit der Ebene der Blattfeder zusammenfällt. Dann ist die Blattfeder nur auf Zug beansprucht.