Reibungsfreie Waage
Die Erfindung betrifft eine neuartige Waagenkonstruktion.
Waagen werden gewöhnlich mit empfindlichen, Messerschneiden ausgerüstet, die auf brüchigen Saphiren oder Achaten gelagert sind, um die Reibung zu verringern. Diese Lager müssen vor Stoss und Erschütterung geschützt und staubfrei gehalten werden, um die Empfindlichkeit der Waage zu erhalten. Empfindliche Waagen werden gewöhnlich mit langen Waagebalken ausgerüstet, die grosse Gehäuse erfordern. Es ist häufig erforderlich, kleine Justierungen und Reparaturen an Waagen vorzunehmen. Dies ist bei unzugänglichen Installationen von Waagen, wenn radioaktive Materialien gewogen werden sollen, schwierig, wenn nicht unmöglich.
Wenn eine Reparatur unmöglich ilst, stellt die Entfernung der radioaktiv verseuchten Vorrichtung ein Problem dar, da der Raumbedarf für die Beseiltigung häufig sehr kost- spielig zu beschaffen ist. In einigen Fälllen wurden magnetische Waagen verwendet, jedoch sind diese ebenfalls mit üblichen Waagebalken und Waage schneidenmechanismen ausgerüstet worden.
Die Erfindung erlaubt einen unempfindlichen, kompakten, neuartigen Waagentyp, der ein relativ hohes Mass an Genauigkeit und Empfindlichkeit gewährleistet und der für die Fernsteuerung verwendet werden kann zu schaffen. Diese Waage ist mit einem reibungsfreien Luftlager ausgerüstet, das mit einem friktionsfreien magnetischen Gegengewicht und einer Einrichtung, um das Gewicht mit einem Luftmessgerät zu messen, das ebenfalls die Reibungsfreiheit der Waage gewährleistet, versehen ist. Die beweglichen Teile dieser Waage sind vollständig durch wenigstens eine dünne Schicht Gas oder Luft isoliert.
Unter Verwendung dieser neuartigen Kombination wird eine Waage geschaffen, die nur einen Bruchteil des Raumes einnimmt, der normalerweise für eine Waage erforderlich ist, und die ohne Schaden zu erleiden einer beträchtlichen Erschütterung und einem starken Stoss ausgesetzt werden kann. Diese Waage ist relativ wohl'fein und verhältnismässig einfach herzustellen. Zwischen sich gegeneinander bewegenden Teilen existiert keine Reibung, so dass keinerlei Schmierung und Wartung erforderlich ist. Diese Merkmale in Verbindung mit einer Fernanzeige machen die dargelegte Waage für die Verwendung in radioaktiv verseuchten Zonen in idealer Weise geeignet.
Die erfindungsgemässe Waage ist besonders gut zu einem go, no-go -Typ ausbildbar, da sie mit einer direkt ablesbaren Gewichtsanzeige versehen und mit einer hohen Empfindlichkeit in einem spezifisohen Gewichtsbereich konstruiert werden kann. Es sind keine Gewichte erforderlich, mit Ausnahme zum Eichen der Anzeigevorrichtung.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine rolbuste Waage zu schaffen, die nicht mit empfindlichen Schneiden ausgerüstet ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer kompakten Waage.
Ebenfalls eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine reibungsfreie Waage zu schafen, die wenig oder gar keiner Wartung bedarf, um in unzugänglichen Zonen verwendet zu werden.
Anhand der Figur, die eine schematische Schnitt ansioht darstellt, wird die Erfindung beispielsweise erläutert.
Ein Aiuminiumgehäuse 10 weist eine Deckplatte 12 auf, die eine Fassung für ein Luftlager 14 besitzt, das auf bekannte Weise konstruiert werden kann, wie beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 1 906715 beschrieben wird. In einem solchen Luftlager wird ein reibungsfreier Film aus Druckluft zwischen sich bewegenden Teilen aufrecht erhalten. Die Druckluft für das Luftlager 14 dieser Waage wird, wie schematisch dargestellt, aus der Druckluftquelie 15 bezogen. Eine vertikale Aluminiumwelle 16 wird in radialer Richtung unterhalb ihres oberen Endes 17 auf einem längeren Stück von dem Luftlager 14 gehalten. Die Welle 16 besitzt einen konischen Teil 18 unterhalb des Luftlagers 14 sowie ein unteres Ende 20.
Der konische Teil 18 kann sich in irgendeiner Weise verjüngen, jedoch wird ein umgekehrter Konus bevorzugt.
Das untere Ende 20 der Welle 16 passt in die Zentral öffnung eines Ringmagneten 24, der auf der Welle 16 gegen einen Absatz 25 derselben durch die Rückstosskraft des Ringmagneten 26 gehalten wird. Der letztgenannte Magnet ruht in einer Aluminlumsehale 28 und besitzt eine Mittelöffnung, die in einen Mittelzapfen 29 passt, der sich innen unten und koaxial zu der Welle 16 angeordnet in der Schale befindet. Die Schale 28 wird von einer Bodenplatte 30 des Gehäuses 10 mittels einer Schraube 32 gehalten, die durch die Bodenplatte geschraubt ist und einen gewindefreien Endteil 32a besitzt, der in eine Aussparung in der Schale 28 passt und sich in den Zapfen 29 hinein erstreckt. Das untere Ende der Schraube 32 weist ein Stellrad 34 auf.
Eine Hülse 36 aus Kupfer ist auf der Schale 28 koaxial zu der Welle 16 angeordnet und umgibt den Magneten 24 in geringem Abstand. Die Magneten 24 und 26 sind so installiert, dass gleiche Pole einander mit hinreichender Kraft abstossen, um die Welle 16 zu tragen.
Ein Luftmessgerät 38, das eine Düse 40 und ein Anzeigegerä, t 42 zur Messung des inneren Stau- drucks aufweist, liefert Luft aus einem Luftdosiersystem 43, das mit der Druckluftversorgung 15 verbunden ist. Der Luftstrahl aus dem Luftmessgerät wird gegen den konischen Teil 18 der Welle 16 gerichtet Wenn der Abstand zwischen der Düse 40 und dem konischen Teil 18 abnimmt, nimmt der innere Staudruck in dem Messgerät 38 zu. Das Messgerät kann so konstruiert sein, wie es in Figur 1 der US Patentschrift Nr. 2 692498 dargestellt ist.
Wenn die erfindungsgemässe Waage in Betrieb ist, wird das Luftmessgerät 38 verwendet, um das Gewicht eines Gegenstandes, der sich in einer Waagschale 44 am oberen Ende 17 der Welle 16 befindet, anzuzeigen. Dies wird erreicht, indem das Anzeigegerät 42 des Luftmessgeräts 38 so geeicht wird, dass es das einem bestimmten Abstand entsprechende Gewicht anzeigt. Je grösser das Gewicht des Gegenstandes in der Waagschale 44 ist, desto näher kommen die Magneten 24 und 26 einander, um sich mit einer hin, reichenden Kraft abzustossen, die dem Gewicht des zu wägenden Gegenstandes, der Waagschale 44 und der Welle 16 entspricht. Je näher die Magnete 24 und 26 zusammenrücken, desto tiefer senkt sich die Welle 16 in das Gehäuse ein und desto kleiner ist der Abstand zwischen der Düse 40 und dem konischen Teil 18 der Welle 16.
Eine Nullpunktsteilung für das Gewichtsanzeigegerät 42 wird durch Heben oder Senken des Magneten 26 erhalten. Die Einstellung kann leicht durch Fernsteuerungen bewirkt werden, indem das Einstellrad 34 verdreht wird.
Die Empfindlichkeit der Waage wird zum Teil durch das Mass der Konizität des konischen Teils 18 und zum Teil durch die Stärke der Magnete 24 und 26 bestimmt. Die abstossende Kraft zwischen den Magneten 24 und 26 ist dem Quadrat des Abstands zwi sohlen diesen Magneten umgekehrt proportional.
Deshalb würde die Empfindlichkeit dieser Waage mit zunehmendem Gewicht abnehmen. Um dieser Tatsache teilweise entgegenzuwirken, ist eine Ringscheibe 46 aus ferromagnetischem Material und ein Magnet 48 vorgesehen. Die Scheibe ist an der Welle 16 unterhalb des konischen Teils 18 und der Magnet an einem Mittelteil 50 des Gehäuses 10 befestigt. Die Welle 16 ist frei durch Mittelölffnungen des Teils 50 und des Magneten 48 geführt. Auf diese Weise wird durch die zunehmende Anziehungskraft zwischen dem Magneten 48 und der Scheibe 46 die zunehmende abstossende Kraft zwischen den Magneten 24 und 26 teilweise kompensiert, wenn der Abstand zwischen den letztgenannten Magneten abnimmt. Hierdurch wird die Empfindlichkeit der Waage erhalten, wenn schwerere Gegenstände gewogen werden.
Die für die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform verwendeten Magneten sind aus einem keramischen, magnetischen Material hergestellt, Bariumferrit (BaFe,20,0), das allgemein bekannt ist.
Die erfindungsgemässe Waagenkonstruktion wird durch eine ungebräuchliche Kombination von Lagerelementen, Waageteilen und Messvorrichtungen erreicht, die alle zusammenarbeiten, um eine unge wöhnlich reibungsfreie Waage zu bilden. Die neuartige Kombination der erfindungsgemässen Elemente schafft gleichzeitig eine ungewöhnlich stosswiderstandsfähige Waage, trotz aller scheinbar empfindlichen Beschaffenheit. Die Waage erfordert kein Schmiermittel und keine Wartung, da keinerlei Elemente so zusammenarbeiten. dass eine Reibung oder Abnutzung erfolgt.
Das beschriebene Beispiel soll die Erfindung erläutern, ohne sie zu beschränken.
Friction-free scale
The invention relates to a novel scale construction.
Scales are usually equipped with delicate knife edges that are mounted on brittle sapphires or agates to reduce friction. These bearings must be protected from shock and vibration and kept free of dust in order to maintain the sensitivity of the balance. Sensitive scales are usually equipped with long balance beams that require large housings. It is often necessary to make small adjustments and repairs on scales. This is difficult, if not impossible, with inaccessible installations of scales when radioactive materials are to be weighed.
If repair is impossible, the removal of the radioactively contaminated device poses a problem since the space required for the equipment is often very expensive to procure. In some cases magnetic scales have been used, but these have also been equipped with standard balance beams and balance cutting mechanisms.
The invention allows an insensitive, compact, novel type of balance to be created, which ensures a relatively high degree of accuracy and sensitivity and which can be used for remote control. This scale is equipped with a friction-free air bearing, which is provided with a friction-free magnetic counterweight and a device to measure the weight with an air measuring device, which also ensures that the scale is friction-free. The moving parts of this scale are completely isolated by at least a thin layer of gas or air.
Using this novel combination, a balance is created which takes up only a fraction of the space normally required for a balance and which can be subjected to significant shock and shock without being damaged. These scales are relatively fine and relatively easy to manufacture. There is no friction between parts moving against each other, so that no lubrication or maintenance is required. These features, in conjunction with a remote display, make the disclosed balance ideally suited for use in radioactively contaminated zones.
The scales according to the invention can be designed particularly well as a go, no-go type, since they are provided with a directly readable weight display and can be constructed with high sensitivity in a specific weight range. No weights are required, with the exception of calibrating the indicator.
One object of the invention is to create a rolling scale that is not equipped with sensitive cutting edges.
Another object of the invention is to provide a compact scale.
It is also an object of this invention to provide a frictionless scale that requires little or no maintenance in order to be used in inaccessible areas.
The invention is explained by way of example with the aid of the figure, which shows a schematic section.
An aluminum housing 10 has a cover plate 12 which has a socket for an air bearing 14 which can be constructed in a known manner, for example, as described in US Pat. No. 1,906,715. In such an air bearing, a frictionless film of compressed air is maintained between moving parts. The compressed air for the air bearing 14 of this balance is, as shown schematically, drawn from the compressed air source 15. A vertical aluminum shaft 16 is held in the radial direction below its upper end 17 on a longer length by the air bearing 14. The shaft 16 has a conical portion 18 below the air bearing 14 and a lower end 20.
The conical portion 18 can be tapered in any way, but an inverted cone is preferred.
The lower end 20 of the shaft 16 fits into the central opening of a ring magnet 24, which is held on the shaft 16 against a shoulder 25 of the same by the recoil force of the ring magnet 26. The latter magnet rests in an aluminum shell 28 and has a central opening which fits into a central pin 29 which is located in the shell inside and below and coaxially with the shaft 16. The shell 28 is held by a bottom plate 30 of the housing 10 by means of a screw 32 which is screwed through the bottom plate and has an unthreaded end portion 32a which fits into a recess in the shell 28 and extends into the pin 29. The lower end of the screw 32 has an adjusting wheel 34.
A sleeve 36 made of copper is arranged on the shell 28 coaxially to the shaft 16 and surrounds the magnet 24 at a small distance. The magnets 24 and 26 are installed so that like poles repel each other with sufficient force to support the shaft 16.
An air measuring device 38, which has a nozzle 40 and a display device 42 for measuring the internal back pressure, supplies air from an air metering system 43 which is connected to the compressed air supply 15. The air jet from the air measuring device is directed against the conical part 18 of the shaft 16. As the distance between the nozzle 40 and the conical part 18 decreases, the internal dynamic pressure in the measuring device 38 increases. The meter can be constructed as shown in Figure 1 of US Pat. No. 2,692,498.
When the balance according to the invention is in operation, the air measuring device 38 is used in order to display the weight of an object which is located in a weighing pan 44 at the upper end 17 of the shaft 16. This is achieved in that the display device 42 of the air measuring device 38 is calibrated in such a way that it displays the weight corresponding to a certain distance. The greater the weight of the object in the weighing pan 44, the closer the magnets 24 and 26 come to one another in order to repel each other with a force that corresponds to the weight of the object to be weighed, the weighing pan 44 and the shaft 16. The closer the magnets 24 and 26 move together, the deeper the shaft 16 sinks into the housing and the smaller the distance between the nozzle 40 and the conical part 18 of the shaft 16.
A zero point division for the weight indicator 42 is obtained by raising or lowering the magnet 26. Adjustment can easily be effected by remote controls by turning the dial 34.
The sensitivity of the balance is determined in part by the degree of conicity of the conical part 18 and in part by the strength of the magnets 24 and 26. The repulsive force between the magnets 24 and 26 is inversely proportional to the square of the distance between these magnets.
Therefore the sensitivity of this scale would decrease with increasing weight. In order to partially counteract this fact, an annular disk 46 made of ferromagnetic material and a magnet 48 are provided. The disk is attached to the shaft 16 below the conical part 18 and the magnet to a central part 50 of the housing 10. The shaft 16 is freely guided through central oil openings of the part 50 and the magnet 48. In this way, the increasing force of attraction between magnet 48 and disk 46 partially compensates for the increasing repulsive force between magnets 24 and 26 as the distance between the latter magnets decreases. This preserves the sensitivity of the scale when weighing heavier items.
The magnets used for the embodiment shown in the drawing are made of a ceramic, magnetic material, barium ferrite (BaFe, 20.0), which is well known.
The balance construction according to the invention is achieved by an unusual combination of bearing elements, balance parts and measuring devices, which all work together to form an unusually friction-free balance. The novel combination of the elements according to the invention creates at the same time an unusually shock-resistant balance, in spite of all seemingly sensitive properties. The scale does not require any lubricant or maintenance as no elements work together. that there is friction or wear.
The example described is intended to illustrate the invention without restricting it.