Automatische Waage
Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Waage.
Es sind Waagen bekannt, von denen die einen Waagebalken und zwei Waagschalen zum Ablegen eines Musters sowie Gegengewichte aufweisenden Geräte die höchste Genauigkeit aufweisen. Bei den bekannten Waagen müssen jedoch die Gegengewichte sehr oft zugefügt und entfernt werden, ehe der Waagebalken genau im Gleichgewicht steht, da das Wiegen schrittweise für jedes Gegengewicht erfolgt.
Zahlreiche Ausschläge des Waagebalkens erfordern für den Messvorgang viel Zeit und verursachen in kurzer Zeit Schäden und Abnutzung der Messerkante des Waagebalkenlagers.
Anderseits kann bei automatischen Waagen mit Federausgleich, bei denen das Mustergewicht durch die elastische Kraft einer Feder als Gegengewicht aufgenommen wird, das Mustergewicht automatisch und augenblicklich als die Gegengewichtskraft gemessen und angezeigt werden, d. h. die der Beanspruchung der Feder nach dem Hookschen Gesetz proportionale Federkraft kann sich fortlaufend, nicht schrittweise, gegenüber dem Mustergewicht verändern. Bei Federwaagen tritt jedoch ein unvermeidbarer und schwerwiegender Nachteil auf, da die Genauigkeit nicht so gross wie bei den üblichen Waagen mit Waagebalken und zwei Waagschalen ist.
Ein Zweck der Erfindung besteht nun darin, eine neuartige Waage zu schaffen, bei der der Messvorgang ausserordentlich schnell bei geringster Abnutzung und Beschädigung der Messerkante des Waagebalkens durchgeführt werden kann, wobei die Genauigkeit des Messens genau so gross wie bei den üblichen Waagen ist.
Dieser Zweck soll dadurch erreicht sein, dass Mittel vorgesehen sind zur groben Bestimmung eines Mustergewichtes auf der Waagschale durch Gegengewichtsausgleich des Mustergewichtes mittels einer kontinuierlich veränderlichen Last sowie Mittel zum Hinzufügen oder Fortnehmen von Gegengewichten zwecks Austauschens mit dieser Last.
Mit einer solchen Waage kann das Mustergewicht augenblicklich grob gemessen werden, weil die Gegengewichtausgleichlast sich kontinuierlich, nicht schrittweise verändert. Die grobe Feststellung des Mustergewichtes wird dabei dazu benutzt, um eine Vorbestimmung der aufzulegenden (im Falle von gleicharmigen Waagebalken) oder zu entfernenden (im Falle eines Waagebalkens mit konstanter Last) Grösse des Gegengewichtes zu treffen. Als kontinuierlich veränderliche Last kann die Spannung einer Feder oder ein Auftrieb beispielsweise benutzt werden.
Die automatische Waage nach der Erfindung weist insofern einen grossen Vorteil auf, dass die für den Waagebalken erforderliche Zeit zur Feststellung des Gleichgewichtes oder der Abweichung hiervon so kurz sein kann, dass die Messerkante des Waagebalkens in hohem Masse vor Abnutzung und Schaden geschützt ist.
Einige Ausführungsbeispiele der Waage nach der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Waage nach der Erfindung, teilweise geschnitten,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung, um die kontinuierlich veränderliche Last zu erhöhen, wie sie bei der Waage nach Fig. 1 benutzt wird,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung zum Zufügen oder Entfernen von Gegengewichten, die bei der in Fig. 1 dargestellten Waage benutzt wird,
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer anderen Waage gemäss der Erfindung,
Fig. 5 eine Vorrichtung zur Erhöhung des Auftriebes als eingangs vorzunehmender Gegengewichtsausgleich in vergrössertem Massstab teilweise geschnitten, welche bei der Waage nach Fig. 4 verwendet wird.
Nach Fig. 1 wird die Messerkante 1 in der Mitte des Waagebalkens 2 von einer Fläche 3 am oberen Ende der Säule 4 aufgenommen. Zwei Messerkanten 5 und 6 an beiden Enden des Waagebalkens 2 dienen zum Aufhängen einer Schale 7 zur Aufnahme des Musters bzw. zum Aufhängen einer die Last kontinuierlich erhöhen den Vorrichtung, die allgemein mit 8 bezeichnet ist. Diese drei Messerkanten 1, 5, 6 kommen gleichzeitig mit ihren entsprechenden Aufnahmeteilen zur Anlage oder entfernen sich davon, indem ein Feststellgestänge 9, welches die Säule 4 durchgreift, vertikal, wie dies bei den bekannten Waagen üblich ist, verschoben wird. Mit 10 ist ein Nocken bezeichnet, durch den das Feststellgestänge vertikal bewegt wird. Mit 11 ist eine Betätigungswelle zum Drehen der Nocke 10 bezeichnet, während 12 ein Knopf auf der Betätigungswelle 11 ist.
Die Betätigungswelle 11 ist ferner mit einem Nocken 13 versehen, der an einem Feststellstift 14 angreift, wobei die Aufwärtsbewegung des Feststellstiftes 14 durch Drehen des Nockens 13 bewirkt, dass sich die Musterschale 7 darauf abstützt. Mit 15 ist die Aufhängung der Schale 7 bezeichnet.
Die kontinuierliche lasterhöhende Vorrichtung 8 weist z. B. eine Schraubenfeder 16 auf, deren oberes Ende in eine Aufhängung 17 eingehängt ist, die an der Messerkante 6 des Waagebalkens 2 aufgehängt ist, und deren unteres Ende mit einer Zugstange 18 verbunden ist. Die Zugstange 18 durchgreift mit Gewinde ein Zahnrad 19 und ist vertikal beweglich, wenn das Zahnrad 19 gedreht wird, da dieses zwischen zwei Platten 20, 21 angeordnet ist, die auf der Gerätegrnndplatte 22 befestigt sind, so dass sie vertikal nicht beweglich sind und die Drehung des Zahnrades 19 zulassen. Die vertikale Bewegung der Stange 18 erhöht oder vermindert die durch die Feder 16 auf die Messerkante 6 ausgeübte Belastung.
Wenn irgendein Muster auf die Schale 7 gelegt ist, nachdem der Waagebalken 2 entriegelt ist, so dass er frei ausschwingen kann, liegt jede Messerkante 3, 5 und 6 auf der ihr zugeordneten Aufnahme in üblicher Weise auf, wobei sich der Waagebalken 2 nach der Musterseite hin neigt und sein Gleichgewicht infolge des Mustergewichtes auf der Schale 7 verliert.
Dann wird die Feder durch Abwärtsbewegung der Stange 18 nach unten gezogen, wobei das Zahnrad 19 gedreht wird, um allmählich und kontinuierlich die auf die Messerkante 6 ausgeübte Last am rechten Ende des Waagebalkens 2 zu erhöhen, bis dieser wieder im Gleichgewicht steht.
Der Vorgang zur Erhöhung der Last an der Messerkante 6 kann durch mechanische Kraft mittels eines Elektromotors durchgeführt werden. Fig. 2 zeigt ein Beispiel, in welchem die Belastung durch einen Antriebsmotor 23 bewirkt wird. Der Motor 23 treibt das Zahnrad 19 über ein Zahnrad 24 an. Auf diese Weise wird die Feder 16 durch die Stange 18 nach unten gezogen, um die auf die Messerkanten 6 wirkende Kraft allmählich zu erhöhen. Der Motor 23 wird zweckmässig dann eingeschaltet, wenn der Waagebalken 2 von seinen Stützen freigegeben wird, und abgeschaltet, sobald der Waagebalken 2 sein Gleichgewicht wiedererlangt hat.
Bei dem oben beschriebenen Vorgang ist es erwünscht, dass der Motor 23 automatisch so geregelt wird, dass er zum Stillstand kommt, sobald der Waagebalken 2 sein Gleichgewicht erlangt. Die automatische Regelung dieses Belastungsvorganges kann auf einfachste Weise so erzielt werden, dass der den Motor 23 aufweisende Stromkreis mit einem Schalter versehen ist, der normalerweise, wenn der Waagebalken 2 im Gleichgewicht steht, geöffnet ist, und nur dann geschlossen wird, wenn der Waagebalken nicht im Gleichgewicht steht. Mit 25 ist in Fig. 1 der Schalter für diesen Zweck bezeichnet, der am Waagebalken 2 nahe der rechten Messerkante 6 angebracht ist.
Falls ein weiterer Schalter an der anderen Seite des Waagebalkens 2, wie in Fig. 1 gezeigt, befestigt ist, kann eine entgegengesetzte Regelung der Belastung leicht erzielt werden.
Das Mustergewicht kann aus der Anzahl Umdrehungen des Zahnrades 19 bestimmt werden, die proportional der erhöhten Zugbelastung sind. Das Wiegeergebnis würde jedoch nicht so genau sein wie bei den üblichen Balkenwaagen.
Der oben beschriebene Vorgang stellt nur den ersten Schritt des Wiegevorganges dar, bei dem das Muster durch Gegengewichtsausgleich der kontinuierlich veränderlichen Last grob gewogen wird. Dieser primäre Messvorgang stellt nur eine vorbereitende Stufe vor dem sekundären genauen Messvorgang dar.
Das Ergebnis der groben Messung braucht daher nicht notwendigerweise zum Ablesen angezeigt zu werden. Wesentlich ist, dass die Vorrichtung grob die Grösse des Gegengewichtes festhält.
Zweitens ist die Waage mit Mitteln versehen, um ein Gegengewicht an der Waage an Stelle der oben erwähnten, eingangs vorgenommenen Gegengewichtsbelastung anzubringen. Der Austausch der zwei Lasten kann bezüglich der eingangs vorgenommenen Belastung durch mechanische Kraft durchgeführt werden. Folgende Beschreibung offenbart beispielsweise eine Art des automatischen Lastaustausches.
Die in Fig. 1 gezeigte Waage ist mit einem Ausgleichsgewicht 90 am einen Ende des Waagebalkens 2 versehen, während am anderen Ende des Waagebalkens 2 eine Gegengewichtsablagevorrichtung 38 und die Waagschale 7 angeordnet sind. Die Gegengewichtsablagevorrichtung 38 und die Waagschale 7 sind im selben Punkt am Waagebalken 2 aufgehängt, nämlich an der Messerkante 5 am linken Ende des Waagebalkens 2. Bei dieser Art Waage wird das Wiegen bei konstanter Last durchgeführt, d. h. die Last am Waagebalken wird immer auf ein festes Gewicht gebracht, wobei dies durch Entfernen von Gegen gewichten erreicht wird, die gleich dem Gewicht des Musters sind.
Als Vorrichtung zum Hinzufügen oder Entfernen von Gegengewichten kann irgendeine bekannte Vorrichtung verwendet werden. In den Fig. 1 und 3 sind an sich bekannte Vorrichtungen zum Hinzufügen oder Entfernen von Gegengewichten beispielsweise dargestellt.
Die Gegengewichte sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich, als Ringgewichte 41 ausgebildet, die von ihnen zugeordneten Gewichtsstangen 42, mit denen die Schalenaufhängung 15 versehen ist, entfernbar sind.
Jedes Ringgewicht 41 kann auf den ihm zugeordneten Haken 43 aufgehängt werden, der mit einem Betätigungshebel 44 verbunden ist. Der Betätigungshebel 44, der um ein Gelenk 45 beweglich ist, greift mit einem Stift 47 an einem Nocken 46 an, so dass eine Bewegung des Nockens 46 um seine Welle 48 bewirkt, dass der Betätigungshebel 44 das Ringgewicht 41 von der Stange 42 entfernt oder es auf diese wieder ablegt. Die Kombination eines Ringgewichtes 41, eines Betätigungshebels 44 und eines Nockens 46 bildet eine Einheit.
Mehrere solcher Einheiten mit verschiedenen Gewichten sind in einer Reihe angeordnet, und zwar weisen sie je eine gemeinsame Gewichtsstange 42, ein gemeinsames Gelenk 45 und eine gemeinsame Nockenwelle 48, wie in Fig. 3 gezeigt, auf, so dass verschiedene Gewichtskombinationen gewählt werden können, indem der Drehwinkel der gemeinsamen Welle 48, die mit mehreren Nocken verschiedener Phasen versehen ist, geändert wird.
Diese Nockenwelle 48 kann durch einen Elektromotor 50, wie in Fig. 3 gezeigt, gedreht werden. 51, 52 und 53, 54 sind Antriebszahnräder, die die Nokkenwellen 48 antreiben.
Die Antriebsverbindung zwischen der Lasterhöhungsvorrichtung 8 und der Gegengewichtsablegevorrichtung 38 kann leicht durch einen nicht dargestellten Zahnradtrieb zwischen dem Zahnrad 19 und den Nockenwellen 48 hergestellt werden. Wenn ein elektrischer Antriebsmotor, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, verwendet wird, ist es vorteilhaft, eine selbstsynchronisierende Vorrichtung, z. B. einen sogenannten Synchronmotor, zwischen den beiden Motoren 23 und 50 zu verwenden. Dadurch kann das Abheben der Gegengewichte für den Austausch mit der eingangs vorgenommenen kontinuierlichen Gegengewichtsbelastung so durchgeführt werden, dass die wirksame Grösse des im Falle von Fig. 1 entfernten Gegengewichtes gleich dem zuvor grob gemessenen Gewicht ist, was nicht ablesbar angezeigt wird.
Bei diesem Zusammenwirken sollte die Drehung der Nockenwellen 48 lediglich bewirken, dass die Grösse der Gegengewichte 41 vorbestimmt wird, die von den Stangen 42 zu entfernen sind, wobei die tatsächliche Entlastung durch die Gegengewichte 41 erst zur selben Zeit durchgeführt werden sollte, wenn die eingangs vorgenommene Gegengewichtsbelastung durch die Spannung der Feder 16 vom Waagebalken 2 entfernt wird. Es ist nämlich unmöglich, das Mustergewicht durch Gegengewichte auszugleichen, solange die Last am Waagebalken unausgeglichen ist.
Dieses Problem kann beispielsweise dadurch gelöst werden, dass alle Betätigungshebel 44 für gewöhnlich durch ein Feststellglied, wie bei 55 in Fig. 1 gezeigt, gehalten werden, so dass sie nicht den Nocken 46 folgen, wenn sie gedreht werden. In Fig. 1 ist das Feststellglied als Stange 55 gezeigt, welche mit den an ihr angeordneten Anschlägen an den entsprechenden Betätigungshebeln 44 angreift, wobei sie senkrecht bewegt wird, wenn ein Nocken 57 durch die Betätigungswelle 11 gedreht wird. Wie vorstehend beschrieben, wird bei der Waage nach der Erfindung, nachdem das zuzuführende Gegengewicht entsprechend der Spannung der Feder 16, welche an der Messerkante 6 des Waagebalkens 2 angreift, vorbestimmt ist, die durch die Federspannung am Waagebalken 3 ausgeübte Last entfernt und die vorbestimmten Gegengewichte tatsächlich hierauf angebracht.
Wenn sich der Waagebalken im freischwingenden Zustand befindet, ist es vorteilhaft, dass dieser Lastaustausch gleichzeitig vorgenommen wird. Wenn sich der Waagebalken 2 in halbfreiem Zustand befindet, d. h., wenn er nur ein oder zwei Millimeter an den Messerkanten 5 oder 6 schwingen kann, was als zulässige Grenze für die Feststellung des Gleichgewichtes oder des Nichtgleichgewichtes zwischen dem Mustergewicht und der eingangs festgestellten Gegengewichtslast genügt, kann die Freigabe des Waagebalkens 2 aus diesem Zustand in den vollständig freien Zustand ebenfalls gleichzeitig mit dem oben erwähnten Lastaustauscher vorgenommen werden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Waage kann die Entfernung der kontinuierlich veränderlichen Last dadurch vorgenommen werden, dass die Aufhängung 17, die der Spannung der Feder 16 entgegenwirkt, hochgezogen und auf ein Teil 60 gehängt wird, um die Messerkante 6 ausser Anlage zu bringen. Die Auf- und Abwärtsbewegung des Aufhängeteils 60, um die Aufhängung 17 auf die Messerkante 6 zu setzen oder sie abzuheben, wird durch vertikales Verschieben einer Stange 61, die an dem Teil 60 befestigt ist, mittels einer Nocke 62 bewirkt. Die Nocke 62 kann auf derselben Welle angebracht sein, auf der die zuvor erwähnten Nocken 10, 13 und 57 angeordnet sind.
Diese vier Nocken 13, 10, 57 und 62 auf der gemeinsamen Welle 11 bewegen bei der ihnen eigenen Winkelstellung die ihnen zugeordneten Stangen 14, 9, 55, 61, wenn die Welle gedreht wird, und zwar die Nocke 13 bei 30", die Nocke 10 bei 600 und voll bei 909 und die beiden anderen Nocken bei 909. Nachdem das Gegengewicht für die eingangs festgestellte Gegengewichtsbelastung, nämlich die kontinuierlich veränderliche Last, ausgetauscht ist, kann die Waage nach der Erfindung in der gleichen Weise wie bisher übliche Waagen zur Feinmessung des Mustergewichtes bedient werden. Der Neigungswinkel des Waagebalkens wird im Zustand des Gleichgewichtes durch Verwendung einer Projektionsskala abgelesen.
Eine andere Ausführungsform nach der Erfindung ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in der Fig. 4 wie in Fig. 1 bezeichnen entsprechende Teile. Die in Fig. 4 gezeigte Waage ist mit einer Waagschale und Gegengewichtsablagevorrich- tung an den entsprechenden Enden des Waagebalkens 2 versehen. Die Messerkanten 5 und 6 an den Enden des Waagebalkens 2 stützen die daran aufgehängte Schale 7 und einen Wiegerahmen 71 zur Aufnahme der Gegengewichte. Bei dieser Art Waage wird das Wiegen durch Hinzufügen von Gegengewichten, die gleich dem des Musters sind, durchgeführt. Die Gegengewichtablagevorrichtung nach Fig. 4 ist im wesentlichen dieselbe wie die der Fig. 1 mit Ausnahme, dass die Gegengewichte normalerweise von den Ablagestangen 42 des Wiegerahmens 71, der mittels eines Aufhängers 17 auf der Messerkante 6 angebracht ist, entfernt sind.
Daher werden die Nocken 46 und ein Verriegelungsteil 55, an dem die Betätigungshebel 44 angreifen, in anderer Weise wie in Fig. 1 betätigt.
Die Aufhängung 72 an der anderen Messerkante 5 trägt einen aufgehängten Metallschwimmer. Der Schwimmer 73 schwimmt auf einem Flüssigkeitskörper, z. B. aus Quecksilber oder einer anderen ein hohes spezifisches Gewicht aufweisenden Flüssigkeit, in einem Gefäss 75, welches in einer bestimmten Höhe angeordnet ist. Die Waagschale 7 hängt an einem Arm 76, der horizontal mit dem Schwimmer verbunden ist.
Wenn sich auf der Waagschale 7 kein Gewicht befindet, wird der Waagebalken 2 in horizontaler Lage unter Ausgleich der Last an beiden Seiten gehalten, wobei der Schwimmer 73 auf der Oberfläche des Quecksilbers 74 schwimmt und bei einer festgelegten Tiefe, die nach dem Archimedeschen Prinzip festgelegt ist, stationär verbleibt. Wenn ein Muster auf die Schale 7 gelegt wird, neigt sich der Waagebalken zur Musterseite, wobei der Schwimmer entsprechend dem Mustergewicht nach dem Archimedeschen Prinzip etwas tiefer eintaucht.
Es wird nun das Gleichgewicht des Waagebalkens 2 unter den oben beschriebenen, bestimmten Umständen wiedergewonnen, indem auf die linke Seite des Waagebalkens 2 eine negative Last ausgeübt wird durch Erhöhung des Auftriebs, der auf den Schwimmer 73 im Quecksilber 74 wirkt. Fig. 5 zeigt beispielsweise Mittel zum Erhöhen des Auftriebs.
Das Quecksilbergefäss 75 sitzt auf einem Arm 77, der von einem vertikalen Schaft 78 getragen ist. Der Schaft 78 ist an seinem unteren Teil in einer Büchse 79 gelagert, die in axialer Richtung beweglich und mit dem Schaft 78 mittels eines federbelasteten Stiftes 80 verbindbar ist. 81 bezeichnet eine ratschenähnliche Ausnehmung am Schaft 78, die zur Aufnahme des federnden Stiftes 80 dient. Die Büchse 79 durchgreift mit Gewinde ein Kegelrad 82, welches in einer bestimmten Höhenstellung durch einen Rahmen 83, der auf der Grundplatte 22 befestigt ist, so gehalten ist, dass das Kegelrad gegen vertikale Bewegung gesichert ist, jedoch rotieren kann, wenn es durch das Antriebskegelrad 84 angetrieben wird. Mit 85 ist die Antriebswelle des Kegelrades 84 bezeichnet.
Wenn der Schaft 78 mittels des federnden Stiftes 80 mit der Büchse 79 verriegelt und das Kegelrad 84 durch mechanische Kraft, z. B. einen elektrischen Motor, in solcher Drehrichtung angetrieben ist, dass die Drehung des mit dem Antriebskegelrad 84 in Eingriff stehenden Kegelrades 82 bewirkt, dass sich die Büchse 79 mit dem Schaft 78 aufwärtsbewegt, wobei das Quecksilbergefäss 75 auf dem vom Schaft 78 getragenen Arm 77 hochgehoben wird, so nimmt der auf den Schwimmer 73 im Quecksilber 74 ausgeübte Auftrieb allmählich und kontinuierlich zu, bis die Auftriebszunahme gleich dem Mustergewicht wird.
Bei dem oben beschriebenen Vorgang braucht der Schwimmer kein grosses Stück abwärts aus der Stellung des Gleichgewichts bewegt zu werden. Um den Zeitpunkt festzustellen, wann der Auftrieb ein Gegengewicht zum Mustergewicht bildet, ist es vorzugsweise notwendig, die erlaubte Grenze seiner Bewegung so eng wie möglicht zu halten. In der Praxis ist die zulässige Bewegung des Schwimmers 73 auf etwa ein oder mehrere Millimeter, vorzugsweise ein bis zwei Millimeter, an seinem Arm 76 begrenzt. In den Fig. 4 und 5 ist mit 86 ein Anschlag für den Schwimmerarm 76 bezeichnet, der die Abwärtsbewegung des Armes 76 in seiner Stellung begrenzt. Auf diese Weise wird der Waagebalken 2 in eine horizontale Stellung zurückgebracht, d. h. in Gleichgewichtszustand, wenn die Auftriebszunahme gleich dem Gewicht des Musters ist.
Der Zeitpunkt des Gleichgewichtes kann daher entweder am Arm 76 oder am Waagebalken 2 abgenommen werden.
Hierauf kann das Mustergewicht aus der Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle 85 festgestellt werden, die notwendig sind, damit die Auftriebszunahme ein Gegengewicht zum Mustergewicht bildet, obwohl das Messergebnis, ob es zum Ablesen angezeigt wird oder nicht, nicht so genau sein würde.
Dieser grobe Messvorgang ist jedoch insofern sehr vorteilhaft, als die Grösse des abzusetzenden Gegengewichtes schnell bestimmt werden kann.
Die Gegengewichtsablage kann in gleicher Weise wie bei der in Fig. 1 dargestellten Waage beschriebenen Weise durchgeführt werden. In diesem Falle kann die Bewegung der Kegelradwelle 85 in Triebverbindung mit der Bewegung der Nockenwellen 48 stehen, und es ist ebenfalls wünschenswert, dass die tatsächliche Ablage der Gegengewichte bewirkt wird, nachdem das eingangs angebrachte Gegengewicht, nämlich der Auftrieb, beseitigt worden ist. Die Beseitigung des erhöhten Auftriebes kann durch Lösen des Schaftes 78 vom federnden Stift 80 bewirkt werden. 88 ist ein Elektromagnet, der bei Erregung das am federnden Stift 80 angebrachte Eisenteil 89 gegen die Federkraft anzieht, um die Verbindung zwischen dem Schaft 78 und der Büchse 79 zu lösen.
Wenn der Schaft 78 zusammen mit dem Quecksilbergefäss 75 durch den federnden Stift 80 freigegeben wird, fallen sie durch Eigengewicht nach unten, bis der Arm 77 mit dem Quecksilbergefäss 75 an einem Anschlag 87 anschlägt. Auf diese Weise kann das Quecksilbergefäss 75 in seine ursprüngliche Stellung zurückkehren, so dass der erhöhte Auftrieb augenblicklich entfernt werden kann. Es ist ferner wünschenswert, dass der Elektromagnet 88 gleichzeitig mit dem Lösen der Arretierung der Gegengewichtsablagevorrichtung erregt wird, sobald die Auftriebszunahme ein Gleich gewicht zum Mustergewicht bildet, wobei das Gegengewicht augenblicklich gegen das eingangs festgestellte Gegengewicht, nämlich den Auftrieb, ausgetauscht werden kann.
Nachdem das Gegengewicht gegen die Auftriebsbelastung ausgetauscht ist, kann das Präzisionswiegen des Mustergewichtes durchgeführt werden, wie es allgemein bei Waagen üblich ist.
In Fig. 4 ist mit 91 ein Feststellelement zur Feststellung des Wiegeteiles 71 bezeichnet, während mit 92 eine Nocke zur Bewegung des Feststellelementes bezeichnet ist, wenn die Welle 11 gedreht wird.
Die Erfindung kann entweder auf gleicharmige Waagen mit Auftriebsbelastung oder auf lastkonstante Waagen mit Federspannungsbelastung angewendet werden.
Aus vorstehender Beschreibung ist zu entnehmen, dass die beschriebenen Waagen viele grosse Vorteile aufweisen, dass die Zeit zum Wiegen ausserordentlich kurz ist, dass das Messergebnis eine sehr hohe Genauigkeit aufweist und dass Abnützung oder Beschädigung der Messerkante des Waagebalkens weitestgehend verhindert werden können.
Die Erfindung soll keineswegs auf die beschriebenen und gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Änderungen sind ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen möglich.
Automatic scale
The invention relates to an automatic scale.
There are known balances, of which a balance beam and two weighing pans for storing a sample and devices having counterweights have the highest accuracy. In the known scales, however, the counterweights have to be added and removed very often before the balance beam is exactly in equilibrium, since the weighing is carried out gradually for each counterweight.
Numerous deflections of the balance beam require a lot of time for the measuring process and cause damage and wear to the knife edge of the balance beam bearing in a short time.
On the other hand, in automatic balances with spring balancing in which the sample weight is taken up by the elastic force of a spring as a counterweight, the sample weight can be automatically and instantaneously measured and displayed as the counterweight force; H. the spring force proportional to the stress on the spring according to Hook's law can change continuously, not gradually, compared to the sample weight. In the case of spring balances, however, there is an unavoidable and serious disadvantage, since the accuracy is not as great as in the case of conventional balances with balance beams and two weighing pans.
One purpose of the invention is to create a new type of scale in which the measuring process can be carried out extremely quickly with the least amount of wear and tear and damage to the knife edge of the balance beam, the accuracy of the measurement being just as great as with conventional scales.
This purpose is to be achieved in that means are provided for roughly determining a sample weight on the weighing pan by counterbalancing the sample weight using a continuously variable load and means for adding or removing counterweights for the purpose of exchanging with this load.
With such a scale, the sample weight can be roughly measured instantly because the counterbalance load changes continuously, not incrementally. The rough determination of the sample weight is used to pre-determine the size of the counterweight to be placed (in the case of equal-arm balance beams) or to be removed (in the case of a balance beam with constant load). The tension of a spring or buoyancy, for example, can be used as a continuously variable load.
The automatic balance according to the invention has a great advantage in that the time required for the balance beam to establish the balance or the deviation from it can be so short that the knife edge of the balance beam is protected to a high degree from wear and damage.
Some embodiments of the balance according to the invention are shown in the drawings. Show it:
Fig. 1 is a front view of a scale according to the invention, partially in section,
Fig. 2 is a side view of the device for increasing the continuously variable load as used in the scale of Fig. 1;
Fig. 3 is a side view of the apparatus for adding or removing counterweights used in the scale shown in Fig. 1;
4 shows a partially sectioned front view of another balance according to the invention,
5 shows a device for increasing the buoyancy as a counterweight compensation to be carried out at the beginning, partially cut on an enlarged scale, which is used in the balance according to FIG. 4.
According to FIG. 1, the knife edge 1 is received in the middle of the balance beam 2 by a surface 3 at the upper end of the column 4. Two knife edges 5 and 6 at both ends of the balance beam 2 are used to hang a shell 7 for receiving the pattern or for hanging a load continuously increasing the device, which is generally designated 8. These three knife edges 1, 5, 6 come to rest at the same time with their corresponding receiving parts or move away from them in that a locking rod 9, which extends through the column 4, is displaced vertically, as is usual with the known scales. 10 with a cam is referred to through which the locking rod is moved vertically. Numeral 11 denotes an operating shaft for rotating the cam 10, while 12 is a button on the operating shaft 11.
The actuating shaft 11 is further provided with a cam 13 which engages a locking pin 14, the upward movement of the locking pin 14 by rotating the cam 13 causing the sample shell 7 to be supported thereon. With 15 the suspension of the shell 7 is designated.
The continuous load increasing device 8 has, for. B. on a coil spring 16, the upper end of which is suspended in a suspension 17 which is suspended from the knife edge 6 of the balance beam 2, and the lower end of which is connected to a pull rod 18. The pull rod 18 passes through a gear 19 with a thread and is vertically movable when the gear 19 is rotated, since this is arranged between two plates 20, 21 which are attached to the device base plate 22 so that they are vertically immovable and the rotation of the gear 19 allow. The vertical movement of the rod 18 increases or decreases the load exerted on the knife edge 6 by the spring 16.
If any pattern is placed on the shell 7 after the balance beam 2 is unlocked so that it can swing freely, each knife edge 3, 5 and 6 rests on the receptacle assigned to it in the usual way, with the balance beam 2 facing the pattern side tends towards and loses its balance due to the weight of the sample on the shell 7.
Then the spring is pulled downwards by downward movement of the rod 18, the gear wheel 19 being rotated in order to gradually and continuously increase the load exerted on the knife edge 6 at the right end of the balance beam 2 until it is again in equilibrium.
The process of increasing the load on the knife edge 6 can be carried out by mechanical force by means of an electric motor. FIG. 2 shows an example in which the load is caused by a drive motor 23. The motor 23 drives the gear 19 via a gear 24. In this way, the spring 16 is pulled down by the rod 18 in order to gradually increase the force acting on the knife edges 6. The motor 23 is expediently switched on when the balance beam 2 is released from its supports, and switched off as soon as the balance beam 2 has regained its equilibrium.
In the process described above, it is desirable that the motor 23 is automatically controlled so that it comes to a standstill as soon as the balance beam 2 reaches its equilibrium. The automatic control of this loading process can be achieved in the simplest way that the circuit comprising the motor 23 is provided with a switch which is normally open when the balance beam 2 is in equilibrium and is only closed when the balance beam is not is in balance. The switch for this purpose is designated by 25 in FIG. 1 and is attached to the balance beam 2 near the right knife edge 6.
If another switch is attached to the other side of the balance beam 2, as shown in Fig. 1, an opposite control of the load can easily be achieved.
The sample weight can be determined from the number of revolutions of the gear 19, which are proportional to the increased tensile load. However, the weighing result would not be as accurate as with the usual beam scales.
The process described above is only the first step in the weighing process, in which the sample is roughly weighed by counterbalancing the continuously variable load. This primary measuring process is only a preparatory stage before the secondary precise measuring process.
The result of the rough measurement therefore does not necessarily need to be displayed for reading. It is essential that the device roughly holds the size of the counterweight.
Second, the balance is provided with means for attaching a counterweight to the balance in place of the above-mentioned counterweight loading made at the outset. The exchange of the two loads can be carried out with regard to the loading made at the beginning by mechanical force. For example, the following description discloses one type of automatic load exchange.
The balance shown in FIG. 1 is provided with a balance weight 90 at one end of the balance beam 2, while a counterweight storage device 38 and the weighing pan 7 are arranged at the other end of the balance beam 2. The counterweight storage device 38 and the weighing pan 7 are suspended at the same point on the balance beam 2, namely on the knife edge 5 at the left end of the balance beam 2. In this type of balance, weighing is carried out with a constant load, i.e. H. the load on the balance beam is always brought to a fixed weight, this being achieved by removing counterweights that are equal to the weight of the sample.
Any known device can be used as the device for adding or removing counterweights. In Figs. 1 and 3 known devices for adding or removing counterweights are shown, for example.
As can be seen from FIG. 1, the counterweights are designed as ring weights 41, which can be removed from the weight bars 42 assigned to them, with which the shell suspension 15 is provided.
Each ring weight 41 can be hung on the hook 43 assigned to it, which is connected to an actuating lever 44. The operating lever 44, which is movable about a hinge 45, engages a cam 46 with a pin 47, so that movement of the cam 46 about its shaft 48 causes the operating lever 44 to remove the ring weight 41 from the rod 42 or remove it on this again drops. The combination of a ring weight 41, an operating lever 44 and a cam 46 forms a unit.
Several such units with different weights are arranged in a row, namely they each have a common weight rod 42, a common joint 45 and a common camshaft 48, as shown in FIG. 3, so that different weight combinations can be selected by the rotation angle of the common shaft 48 provided with a plurality of cams of different phases is changed.
This camshaft 48 can be rotated by an electric motor 50 as shown in FIG. 3. 51, 52 and 53, 54 are drive gears that drive the camshafts 48.
The drive connection between the load increasing device 8 and the counterweight depositing device 38 can easily be established by a gear drive (not shown) between the gear 19 and the camshafts 48. When an electric drive motor as shown in Figs. 2 and 3 is used, it is advantageous to use a self-synchronizing device, e.g. B. to use a so-called synchronous motor between the two motors 23 and 50. As a result, the counterweights can be lifted off for exchange with the continuous counterweight loading carried out at the beginning so that the effective size of the counterweight removed in the case of FIG. 1 is equal to the previously roughly measured weight, which is not clearly displayed.
In this interaction, the rotation of the camshafts 48 should only have the effect that the size of the counterweights 41 is predetermined, which are to be removed from the rods 42, the actual unloading by the counterweights 41 should only be carried out at the same time as the one made above Counterweight load is removed from the balance beam 2 by the tension of the spring 16. It is impossible to balance the sample weight with counterweights as long as the load on the balance beam is unbalanced.
This problem can be solved, for example, in that all of the operating levers 44 are usually held by a locking member, as shown at 55 in FIG. 1, so that they do not follow the cams 46 when they are rotated. In Fig. 1, the locking member is shown as a rod 55 which engages with the stops arranged on it on the corresponding operating levers 44, being moved vertically when a cam 57 is rotated by the operating shaft 11. As described above, in the balance according to the invention, after the counterweight to be supplied is predetermined according to the tension of the spring 16, which engages the knife edge 6 of the balance beam 2, the load exerted by the spring tension on the balance beam 3 is removed and the predetermined counterweights actually attached to it.
If the balance beam is in the freely oscillating state, it is advantageous that this load exchange is carried out at the same time. When the balance beam 2 is in the semi-free state, i. That is, if it can swing only one or two millimeters at the knife edges 5 or 6, which is sufficient as a permissible limit for establishing the equilibrium or non-equilibrium between the sample weight and the counterweight load determined at the beginning, the balance beam 2 can be released from this state into the completely free state can also be carried out simultaneously with the above-mentioned load exchanger.
In the scale shown in Fig. 1, the continuously variable load can be removed by pulling the suspension 17, which counteracts the tension of the spring 16, up and hanging it on a part 60 in order to bring the knife edge 6 out of contact. The up and down movement of the suspension part 60 in order to place the suspension 17 on the knife edge 6 or to lift it off is effected by vertically displacing a rod 61 attached to the part 60 by means of a cam 62. The cam 62 can be mounted on the same shaft on which the aforementioned cams 10, 13 and 57 are arranged.
These four cams 13, 10, 57 and 62 on the common shaft 11 move their associated rods 14, 9, 55, 61 in their own angular position when the shaft is rotated, namely the cam 13 at 30 ", the cam 10 at 600 and full at 909 and the other two cams at 909. After the counterweight for the counterweight load determined at the beginning, namely the continuously variable load, has been replaced, the balance according to the invention can be used in the same way as conventional balances for fine measurement of the The angle of inclination of the balance beam is read off in the state of equilibrium by using a projection scale.
Another embodiment of the invention is shown in FIGS. The same reference numerals in FIG. 4 as in FIG. 1 designate corresponding parts. The balance shown in FIG. 4 is provided with a weighing pan and counterweight storage device at the corresponding ends of the balance beam 2. The knife edges 5 and 6 at the ends of the balance beam 2 support the shell 7 suspended thereon and a weighing frame 71 for receiving the counterweights. In this type of scale, weighing is performed by adding counterweights equal to that of the sample. The counterweight storage device of FIG. 4 is essentially the same as that of FIG. 1 with the exception that the counterweights are normally removed from the storage bars 42 of the weighing frame 71 which is attached to the knife edge 6 by means of a hanger 17.
Therefore, the cams 46 and a locking part 55, on which the operating levers 44 engage, operated in a different manner as in FIG.
The suspension 72 on the other knife edge 5 carries a suspended metal float. The float 73 floats on a body of liquid, e.g. B. of mercury or another liquid having a high specific weight, in a vessel 75 which is arranged at a certain height. The weighing pan 7 is suspended from an arm 76 which is horizontally connected to the float.
When there is no weight on the weighing pan 7, the balance beam 2 is held in a horizontal position, balancing the load on both sides, the float 73 floating on the surface of the mercury 74 and at a specified depth which is determined according to Archimedes principle , remains stationary. When a sample is placed on the shell 7, the balance beam inclines to the sample side, the float dipping a little deeper according to the sample weight according to Archimedes principle.
The balance of the balance beam 2 is now regained under the specific circumstances described above by exerting a negative load on the left side of the balance beam 2 by increasing the buoyancy that acts on the float 73 in the mercury 74. For example, Fig. 5 shows means for increasing the lift.
The mercury container 75 sits on an arm 77 which is carried by a vertical shaft 78. The lower part of the shaft 78 is mounted in a sleeve 79 which is movable in the axial direction and can be connected to the shaft 78 by means of a spring-loaded pin 80. 81 denotes a ratchet-like recess on the shaft 78, which is used to receive the resilient pin 80. The bushing 79 is threaded through a bevel gear 82 which is held in a certain height position by a frame 83 which is fastened to the base plate 22 so that the bevel gear is secured against vertical movement, but can rotate when it is driven by the drive bevel gear 84 is driven. The drive shaft of the bevel gear 84 is designated by 85.
When the shaft 78 is locked by means of the resilient pin 80 with the sleeve 79 and the bevel gear 84 by mechanical force, e.g. B. an electric motor is driven in such a direction of rotation that the rotation of the bevel gear 82 in engagement with the drive bevel gear 84 causes the sleeve 79 to move upwards with the shaft 78, the mercury vessel 75 on the arm 77 carried by the shaft 78 is lifted, the buoyancy exerted on the float 73 in the mercury 74 increases gradually and continuously until the increase in buoyancy becomes equal to the sample weight.
In the process described above, the swimmer does not need to be moved much downwards from the position of equilibrium. In order to determine the point in time when the buoyancy counterbalances the sample weight, it is preferably necessary to keep the permitted limit of its movement as narrow as possible. In practice, the permissible movement of the float 73 is limited to approximately one or more millimeters, preferably one to two millimeters, on his arm 76. In FIGS. 4 and 5, a stop for the float arm 76 is designated by 86, which limit the downward movement of the arm 76 in its position. In this way the balance beam 2 is returned to a horizontal position, i.e. H. in equilibrium when the increase in lift is equal to the weight of the specimen.
The point in time of equilibrium can therefore be determined either on arm 76 or on balance beam 2.
The sample weight can then be determined from the number of revolutions of the drive shaft 85 which are necessary for the increase in lift to counterbalance the sample weight, although the measurement result, whether it is displayed for reading or not, would not be as accurate.
However, this rough measuring process is very advantageous in that the size of the counterweight to be deposited can be determined quickly.
The counterweight storage can be carried out in the same way as described for the scale shown in FIG. 1. In this case, the movement of the bevel gear shaft 85 can be drivingly connected to the movement of the camshafts 48, and it is also desirable that the actual counterweights be effected after the initially attached counterweight, namely the lift, has been removed. The increased buoyancy can be eliminated by releasing the shaft 78 from the resilient pin 80. 88 is an electromagnet which, when energized, attracts the iron part 89 attached to the resilient pin 80 against the spring force in order to release the connection between the shaft 78 and the sleeve 79.
When the shaft 78 together with the mercury vessel 75 is released by the resilient pin 80, they fall down under their own weight until the arm 77 with the mercury vessel 75 strikes a stop 87. In this way, the mercury vessel 75 can return to its original position, so that the increased buoyancy can be removed immediately. It is also desirable that the electromagnet 88 is excited simultaneously with the release of the lock of the counterweight storage device, as soon as the increase in lift forms an equilibrium to the sample weight, the counterweight can be exchanged instantly for the counterweight determined at the beginning, namely the lift.
After the counterweight has been exchanged for the buoyancy load, the precision weighing of the sample weight can be carried out, as is common practice with scales.
In Fig. 4, 91 denotes a locking element for locking the weighing part 71, while 92 is a cam for moving the locking element when the shaft 11 is rotated.
The invention can be applied either to equal-armed scales with a buoyancy load or to load-constant scales with a spring tension load.
From the above description it can be seen that the balances described have many great advantages, that the time for weighing is extremely short, that the measurement result has a very high accuracy and that wear or damage to the knife edge of the balance beam can be largely prevented.
The invention is in no way intended to be restricted to the exemplary embodiments described and shown. Changes are possible without deviating from the concept of the invention.