Die Erfindung bezieht sich auf eine Wägevorrichtung zum Bestimmen von
Gewichtswerten im Wasserbad nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei hoch genauen Gewichtsstücken spielt deren Dichte eine Rolle, die nicht
vernachlässigt werden kann. Gewichtsstücke mit dem gleichen Gewicht aber
unterschiedlichen Dichten haben unterschiedliche Volumen. Die von den
Volumenunterschieden bzw. den Dichteunterschieden herrührenden Fehler bei
Messungen mit den Gewichtsstücken müssen kompensiert werden. Zur Bestimmung
der Dichte eines Gewichtsstückes wird dieses sowohl in der Luft als auch in einer
Flüssigkeit, vorzugsweise in einem Wasserbad, gewogen, ähnlich wie dies für anderes
Wägegut in der JP-A-58148940 gezeigt ist. Weil es einzelne Anwendungen gibt, bei
denen anstelle von Wasser spezielle Flüssigkeiten eingesetzt werden, soll in der
nachfoldenden Beschreibung unter Wasserbad allgemein eine in einen Behälter
eingefüllte Flüssigkeit verstanden werden.
Für die Gewichtsbestimmung im Wasserbad sind Vorrichtungen bekannt, bei denen
das Gewichtsstück auf eine Waagschale gelegt wird, die unter einer Waage
angeordnet ist. Nach dem Auflegen des Gewichtsstückes, wird ein unter der
Waagschale angeordnetes Wasserbad mit einer Hebevorrichtung angehoben bis
das Gewichtsstück vollständig von Flüssigkeit umgeben ist. Weil das Wasserbad,
bzw. die Schale mit der Flüssigkeit, sehr schwer ist, muss eine massive
Hebevorrichtung eingesetzt werden. Die Bewegungen des schweren Wasserbades
können nur langsam durchgeführt werden, sodass der Zeitbedarf pro Messung
aufgrund des langsamen Anhebens und Absenkens des Wasserbades sehr gross ist.
Ein weiterer Nachteil der Lösungen mit Hebevorrichtungen besteht im grossen
Platzbedarf unter der Waagschale.
Ferner ist aus der DE-A-199 11 859 eine Vorrichtung bekannt, welche das Anheben des
schweren Wasserbads vermeidet indem die Waage auf einem Träger an einem Ständer
in vertikaler Richtung verschoben wird. Diese Vorrichtung ist geeignet für die
Dichtebestimmung von relativ grossen Körpern geringer Dichte ohne höchste
Ansprüche an die Genauigkeit, weil es damit nicht möglich ist, die Waage auf einem
festen Messtisch zu installieren. Ferner haftet ihr der Nachteil an, dass das Wägegut
schon vor dem Untertauchen in der Messflüssigkeit die Waage belastet und die
Gesamthöhe durch den vorzusehenden Abstand zwischen Flüssigkeitsoberfläche und
Waagenunterseite den Abmessungen des Wägeguts entsprechend gross ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Wägevorrichtung zum Bestimmen
von Gewichtswerten im Wasserbad zu finden, die kürzere Messzeiten und kleinere
Bauhöhen unter der Waagschale ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1. Die abhängigen Ansprüche
beschreiben alternative bzw. vorteilhafte Ausführungsvarianten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass auf das Anheben und
Absenken des Wasserbades verzichtet werden kann, wenn eine
Beschickungsvorrichtung eingesetzt wird. Dabei muss die Beschickungsvorrichtung ein
Gewichtsstück ausserhalb des Wasserbades aufnehmen und im Wasserbad auf die
Waagschale übergeben können. Die Hände der Bedienungsperson dürfen beim
Auflegen und Entnehmen des Gewichtsstückes nicht mit der Flüssigkeit des Bades in
Kontakt kommen, weil sonst von dabei eingebrachten Kontaminationen Störungen
ausgehen könnten. Die Beschickungsvorrichtung muss eine Transportschale, eine
Führungsvorrichtung und eine Betätigungseinrichtung umfassen, wobei die
Führungsvorrichtung die Bewegung der Transportschale von einer oberen
Übergabeposition über dem Wasserbad zu einer unteren Übergabeposition bei der
Waagschale führen soll. Bei der unteren Übergabeposition muss die Transportschale
etwas unter die Übergabeposition bewegbar sein, so dass das Gewichtsstück nach der
Übergabe ausschliesslich auf der Waagschale aufliegt.
Um ein einfaches Übergeben des Gewichtsstückes von der Transportschale an die
Waagschale und umgekehrt zu ermöglichen, werden diese beiden Schalen kammförmig
ineinander greifend ausgebildet. Das heisst, dass beide Schalen zahnförmige
Tragelemente umfassen, die bei der Übergabeposition so gegeneinander versetzt
angeordnet sind, dass die Transportschale berührungsfrei unter das Auflageniveau der
Waagschale bewegbar ist. Die zahnförmigen Tragelemente der beiden Schalen stehen
je von einem gemeinsamen Trägerteil gegeneinander vor. Entsprechend sind die
Trägerteile der beiden Schalen voneinander abgewandt angeordnet. Das Trägerteil der
Transportschale ist mit dem beweglichen Teil der Führungsvorrichtung verbunden, die
ihrerseits bevorzugt durch einen dünnen Stab oder eine Spindel bewegt wird. Dadurch
wird erreicht, dass sich das Flüssigkeitsniveau bei der Übergabe des Gewichtsstücks
von der Transportschale zur Wagschale und umgekehrt nur sehr geringfügig bzw. gar
nicht verändert. Das Trägerteil der Waagschale ist über eine einseitig von der
Waagschale nach oben führende Verbindungseinrichtung mit der Waage verbunden.
Um Standard-Waagen verwenden zu können, umfasst die Verbindungseinrichtung
vorzugsweise ein Umgriffsteil, welches das Gewicht der Waagschale auf die oben
angeordnete Wägefläche, bzw. Lastaufnahme der Waage überträgt. Damit kann die
Krafteinleitung auf die Wägefläche in selber Weise erfolgen wie für von oben auf diese
gelegte Gewichte. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die
Dichtebestimmung durch Messungen mit Vergleichsgewichten erfolgt, die oben auf die
Wägefläche gelegt werden.
Die erfindungsgemässe Wägevorrichtung ermöglicht das Auflegen der zu wägenden
Gewichte im Wasserbad. Auf eine Bewegung des Wasserbades kann verzichtet
werden. Das Wasserbad wird an einem Gestell befestigt, wodurch bei einem
Glasgefäss die Bruchgefahr deutlich reduziert wird. Es braucht keine robuste
Hebevorrichtung und die unter der Waagschale benötigte Bauhöhe ist sehr klein.
Weil lediglich das Gewichtsstück bewegt wird, kann zumindest über den grössten
Teil des Beschickungsweges eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit ermöglicht
werden. Nur bei den Übergabebereichen sollte eine langsame Bewegung
vorgesehen werden. Im Vergleich zu den Lösungen bei denen das Wasserbad
bewegt wird, gewährleistet die erfindungsgemässe Wägevorrichtung deutlich
kürzere Messzyklen.
Die Zeichnungen erläutern die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine Frontansicht einer Wägevorrichtung für kleine Gewichte (bis 2 kg),
Fig. 2 eine Seitenansicht der Wägevorrichtung gemäss Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Draufsicht auf die Waagschale und die Transportschale,
Fig. 4 eine Frontansicht einer Wägevorrichtung für grosse Gewichte (2-20 kg),
Fig. 5 eine Seitenansicht der Wägevorrichtung gemäss Fig. 3,
Fig. 1 zeigt ein Gestell 1 auf dessen Grundfläche 1a ein Glasbehälter 2 mit einem
Wasserbad 3 mittels Halteelementen 4 festgesetzt ist. Auf einer oberen Gestellfläche
1b ist eine Waage 5 mit einer Lastaufnahme 5a angeordnet. Ein Umgriffsteil 6 überträgt
das Gewicht, das im Wasserbad 3 unter der Waage 5 bestimmt werden soll auf die
obenliegende Lastaufnahme 5a einer Standard-Waage. Es versteht sich, dass auch
eine spezielle Waage mit einem unten liegenden Lastaufnahmeanschluss verwendet
werden kann, wobei dann das Umgriffsteil 6 nicht benötigt wird. Allerdings ist dann die
Krafteinleitung für das Gewicht im Wasserbad nicht mehr exakt die selbe wie für
oberschalig aufgelegte Vergleichsgewichte, was bei hochpräzisen Messungen
nachteilig sein kann. Das Umgriffsteil 6 hat die Form eines rechteckigen Rahmens,
dessen oberes Rahmenteil im mittleren Bereich ringförmig aufgeweitet ist. Bei der
dargestellten Ausführungsform müssen die beiden vertikalen Rahmenteile durch
Aussparungen der oberen Gestellfläche 1b geführt werden und das Umgriffsteil 6 muss
aufgetrennt werden können. Wenn zwischen der Waage 5 und der oberen Gestellfläche
1b genügend Freiraum für das untere Rahmenteil geschaffen wird, so kann das
Umgriffsteil 6 lediglich die Waage 5 umschliessen und einstückig ausgebildet werden.
Für einen vom Umgriffsteil 6 nach unten führenden Verbindungsstab 7 genügt lediglich
eine Aussparung in der oberen Gestellfläche 1b. Es ist ohne Nachteil auch möglich, die
Gestellfläche 1b auf stabile Traversen zu reduzieren, auf welchen die Waage
aufgesetzt ist, so dass keine speziellen Aussparungen für das Umgriffsteil 6 oder den
Verbindungsstab 7 nötig sind.
Gemäss Fig. 2 wird der Verbindungsstab 7 mit einem beidseits vorstehenden Bolzen in
einer Kerbe 6a am unteren Rahmenteil des Umgriffsteiles 6 eingehängt. Vom unteren
Ende des Verbindungsstabes 7 führt ein dünner Verbindungsdraht 8 zu einem
bogenförmigen Träger 9, der mit der Waagschale 10 verbunden ist. Die Waagschale 10
muss eine ihr zugeordnete Transportschale 11 durchdringen können. Dazu sind die
Waagschale 10 und die Transportschale 11 kammförmig ineinander greifend
ausgebildet. Gemäss der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform umfassen
vorzugsweise beide Schalen 10, 11 zahnförmige Tragelemente 10a bzw. 11a, die bei
der Übergabeposition so gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass die
Transportschale 11 berührungsfrei unter das Auflageniveau der Waagschale 10
bewegbar ist. Bei der dargestellten Waagschale 10 mit nur zwei Tragelementen 10a
handelt es sich um eine Waagschale für kleine Gewichte. Für grössere Gewichte würde
die Waagschale 10 breiter und stabiler ausgebildet, beispielsweise mit zwei weiteren
Tragelementen 10a.
Bei einer schmalen und somit leichten Waagschale 10 spielt das zentrierte Platzieren
des Gewichtes, bzw. dessen Schwerpunktes, eine wichtige Rolle. Wenn das Gewicht
nicht genügend zentriert aufgelegt wird, so schwenkt die Waagschale 10 mit dem
Gewicht seitlich aus. Um die Waagschale 10 etwas zu stabilisieren, können
beispielsweise gekrümmte Stäbe 10b an den Tragelementen 10a befestigt werden.
Diese Stäbe 10b führen von den Tragelementen 10a weg senkrecht nach unten und
anschliessend seitlich nach aussen. Der nach unten führende Abschnitt sollte so lang
sein, dass die Bewegung der Transportschale 11 unter das Niveau der Waagschale 10
nicht behindert wird. Trotzdem wird ein nicht zentriert aufgelegtes Gewicht nach der
Übergabe auf die Waagschale 10 diese seitlich auslenken. Wenn nun die
Transportschale 11 zumindest einmal, gegebenenfalls aber mehrmals, angehoben und
wieder abgesenkt wird, so führt dies zu einer Zentrierung des Gewichtes auf der
Waagschale 10.
Um zu gewährleisten, dass die Tragelemente 10a, 11a der beiden Schalen 10, 11
parallel ausgerichtet sind, bzw. die Waagschale 10 immer gleich ausgerichtet ist, muss
die Verbindungseinrichtung 7-9 von der Waagschale zur Lastaufnahme drehfest bzw.
verdrehungsfrei sein. Damit sich ein rundes Gewicht 12 in Richtung der Tragelemente
10a, 11a nicht bewegt, haben die Tragelemente 10a, 11a jeder Schale 10, 11 eine
Haltelinie 13 mit tiefstem Niveau. Beidseits dieser Haltelinie 13 steigt die Oberfläche der
Tragelemente 10a, 11a über die Horizontalebene durch die Haltelinie 13 an. Die
Haltelinie 13 erstreckt sich im mittleren Bereich der Tragelemente senkrecht zur
Längsachse der Tragelemente 10a, 11a. Die Übergabe zwischen den beiden Schalen
10, 11 erfolgt dann besonders gut, wenn die Haltelinie 13 beider Schalen 10, 11 im
unteren Übergabebereich aufeinander liegen. Zudem sollte der bogenförmigen Träger 9
so gekrümmt sein, dass die Haltelinie 13 der Waagschale 10 direkt in der Verlängerung
des Verbindungsdrahtes 8 liegt.
Die Transportschale 11 ist an einem Schlitten 14 befestigt, der auf beiden Seiten
Führungsöffnungen 14a aufweist. In den Führungsöffnungen 14a sind Führungsstäbe,
vorzugsweise Führungsstangen 15 mit rundem Querschnitt, angeordnet. Der Schlitten
14 und die Führungsstangen 15 bilden zusammen eine Führungsvorrichtung, die in der
bevorzugten Ausführungsform eine Bewegung der Transportschale 11 quer zur
Vertikalen erzielbar macht und dabei in der Form einer Geradführung ausgebildet ist.
Es hat sich gezeigt, dass diese zur Vertikalen geneigte Geradführung das Entstehen
und Haftenbleiben von Blasen am Gewicht beim Absenken desselben vermindert. Dies
ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Lösung. Bei Lösungen gemäss dem
Stande der Technik wird ja das Wasserbad senkrecht angehoben, bzw. wird eine
Relativbewegung zwischen dem Wasserbad und dem Gewicht in vertikaler Richtung
erzeugt. Dabei verbleiben mehr bzw. häufiger Blasen am Gewicht. Diese Blasen
müssen mit einem gekrümmten Stab umständlich gelöst werden, weil sie sonst die
Messgenauigkeit beeinträchtigen.
Es versteht sich von selbst, dass auch andere Geradführungen eingesetzt werden
können. Es sind auch verdrehungsfreie Geradführungen mit lediglich einem
Führungsstab mit einem vom Kreis abweichenden Querschnitt, oder mit lediglich einer
Rundstange mit einer Nut möglich. Um die Führungsstäbe 15, der dargestellten
Ausführungsform exakt parallel zu halten, ist am unteren Ende der Führungsstäbe 15
ein unteres Abschlussteil 16a, vorzugsweise in der Form eines Stabes, an den
Führungsstäben 15 befestigt. Am oberen Ende der Führungsstäbe 15 ist ein oberes
Abschlussteil 16b an den Führungsstäben 15 befestigt. Anstelle von Geradführungen
können gegebenenfalls auch schienenförmige Führungen mit Krümmungen vorgesehen
werden, wobei die Ausrichtung der Transportschale 11 im wesentlichen konstant
bleiben muss, damit das Gewicht nicht von der Transprotschale 11 fällt.
Der Schlitten 14 mit der Transportschale 11 wird von einer Betätigungseinrichtung in
Bewegung gesetzt. Bei kleinen Gewichten genügt eine Betätigungsstange 17, die am
einen Ende, vorzugsweise über den Schlitten 14, mit der Transportschale 11 verbunden
ist und am anderen Ende von einer Bedienungsperson bewegt wird. Um bei der unteren
Übergabeposition eine kontrollierte Bewegung erzielbar zu machen, ist vorzugsweise
ein mit einer Kurbel 18 um eine Zentrumsachse 18a drehbarer Exzenterbolzen 19 mit
dem oberen Ende der Betätigungsstange verbindbar. Die Kurbel 18 und eine Scheibe
19a mit dem Exzenterbolzen 19 sind am oberen Abschlussteil 16b angeordnet. Bei der
Betätigung mit dem Exzenterbolzen wird die Betätigungsstange leicht geschwenkt, so
dass die Betätigungsstange 17 über eine schwenkbare Verbindung 17a mit dem
Schlitten 14 bzw. der Transportschale 11 verbunden werden muss. Es versteht sich von
selbst, dass anstelle des Exzenterbolzens 19 auch geradlinige Antriebsvorrichtungen
verwendet werden können, beispielsweise in dem die Drehbewegung der Kurbel
reibungs- oder formschlüssig auf einen gerade geführten Antriebsteil übertragen wird.
Das untere Abschlussteil 16a liegt auf einer Bodenplatte 20 im Glasbehälter 2 auf und
das obere Abschlussteil 16b ist beidseits mit der oberen Gestellfläche 1b verbunden
und hält somit die Führungsvorrichtung in der richtigen Lage relativ zur Waagschale 10.
Um Temperatureffekte kompensieren zu können ist mindestens ein im Wasserbad
angeordneter Temperatursensor 21 über eine Ausrichtvorrichtung 22 am Gestell 1
befestigt.
Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform für Gewichte im Bereich von 2 bis 20 kg. Im
Vergleich zur anhand der Fig. 1-3 beschriebenen Ausführungsform für kleine Gewichte
ist bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 4 und 5 das Gestell 1, die
Übertragungseinrichtung 6-9, die Waagschale 10 und auch die Führungsvorrichtung 14,
15 sowie die Transportschale 11 massiver und grösser gebaut. Vom generellen Aufbau
her entsprechen diese Teile aber den bereits beschriebenen. Weil die Betätigung durch
eine Bedienungsperson bei den hohen Gewichten zu anstrengend ist und auch die
Gefahr besteht, dass die Gewichte von Hand zu wenig sanft auf die Waagschale 10
abgesetzt werden, umfasst die Lösung für grosse Gewichte eine vorzugsweise
selbsthemmende mechanische Betätigungseinrichtung. Diese mechanische
Betätigungseinrichtung umfasst eine drehbare Spindel 23, die am oberen und unteren
Abschlussteil 16b, 16a drehbar gelagert ist. Die Spindel 23 wird über eine Kurbel 18 in
Drehung versetzt. Um bei einer angenehmen Drehfrequenz sowohl ein langsames als
auch ein schnelles Drehen der Spindel 23 erzielen zu können, sind am oberen
Abschlussteil 16b zwei Einsetzmöglichkeiten 24 für die Kurbel 18 vorgesehen. Bei der
einen Einsetzmöglichkeit 24 dreht sich die Spindel 23 mit der Drehgeschwindigkeit der
Kurbel 18. Bei der anderen Einsetzmöglichkeit 24 ist zwischen der Kurbel 18 und der
Spindel 23 ein nicht dargestelltes Getriebe wirksam und die Spindel 23 dreht sich
schneller als die Kurbel 18. Es versteht sich von selbst, dass bei beiden
Einsetzmöglichkeiten 24 je eine andere Übersetzung vorgesehen werden kann.
Ein mit der Transportschale 11, bzw. mit dem Schlitten 14, verbundenes Eingriffsteil
14b greift in die Windungen der Spindel 23 ein und bewegt dadurch die Transportschale
11 entsprechend der Drehrichtung, Drehgeschwindigkeit und der gewählten
Einsetzmöglichkeit 24 unterschiedlich schnell nach oben oder unten. Für einen
schnellen Messzyklus wird das Gewicht 12 mit einer erhöhten Geschwindigkeit
abgesenkt und vor dem unteren Übergabebereich mit einem Wechsel zu einer tiefen
Absenkgeschwindigkeit sachte auf die Waagschale 10 übertragen. Nach der Messung
kann das Gewicht mit einer erhöhten Geschwindigkeit wieder aus dem Wasserbad
bewegt werden.
Es versteht sich von selbst, dass auch kombinierte Führungs- und
Betätigungseinrichtungen eingesetzt werden können. Beispielsweise könnte eine
Zahnstange in einer mit dem Gestell verbundenen Antriebseinheit geführt und
angetrieben mit am unteren Ende befestigter Transportschale ins und aus dem
Wasserbad bewegt werden. Bei dieser Lösung entspricht die Antriebseinheit dem
Schlitten, der nun aber festgesetzt ist; und die Zahnstange entspricht der
Führungsstange, die nun bewegt wird. Für den Antrieb könnten auch Motoren
eingesetzt werden, wobei dann vorzugsweise Sensoren gewährleisten müssten, dass
die freie Bewegung schnell und die Bewegung vor der Übergabe langsam erfolgt.