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Präzisionswaage, insbesondere Analysen-oder Mikrowaage Bei Präzisionswaagen
ist der Waagebalken mit einer Meßplatte versehen, mittels welcher die sich jeweils
ergebende Neigung des Waagebalkens stimmt wird. Zu diesem Zweck weist die Meßplatte
üblicherweise eine mit Zahlen beschriftete Strichskala auf, und es ist eine Vergrößerungsoptik
vorgesehen, um das im optischen Strahlengang befindliche Teilstück der Meßplatte
optisch vergrößert auf eine Mattscheibe abzubilden. Die letzten Gewichtsdezimalen
des zu wiegenden Gegenstandes werden bei Analysen- oder Mikrowaagen durch Interpolation
zwischen den Abbildern der Teilstriche der Strichskala erhalten. Hierzu kann auf
der Mattscheibe eine Noniusteilung angebracht sein, welche mit den Abbildern der
Teilstriche zusammenwirkt. Die Interpolation kann ferner mit Hilfe eines optischen
Mikrometers durchgeführt werden, wobei im optischen Strahlengang der Vergrößerungsoptik
das strahlenversetzende Element einer Einstellvorrichtung angebracht ist. An der
mitbewegten Skalenscheibe des optischen Mikrometers können die letzten Gewichtsdezimalen
des zu wiegenden Gegenstandes abgelesen werden, sobald das Abbild eines der dann
als Einstellmarken dienenden Teilstriche der Strichskala durch entsprechende Verstellung
des strahlenablenkenden Elementes in einer auf der Mattscheibe bezeichneten Ablesestelle
zentriert worden ist. Diese Ablesestelle wird dabei meistens durch zwei kurze Balken
markiert, in deren Zwischenraum das Abbild des betreffenden Teilstriches der Strichskala
zu zentriert ren ist.
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Die Verwendung von Noniusteilungen und optischen Mikrometern setzt
jedoch voraus, daß die Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden Teilstrichen der
Strichskala und damit auch die scheinbaren Abstände zwischen ihren Abbildern hinreichend
konstant sind. Bei Präzisionswaagen üblicher Bauart ist nun diese Voraussetzung
in der Regel nur innerhalb geringer Neigungswinkel des Waagebalkens gegeben, da
die Empfindlichkeit mit wachsendem Neigungswinkel bekanntlich abnimmt und die Strichabstände
dementsprechend geringer werden. Überschreitet der Neigungswinkel des Waagebalkens
gegenüber seiner Horizontallage etwa + 2 Bogengrade, so ergibt sich bei Verwendung
von Noniusteilungen und insbesondere von optischen Mikrometern infolge der erwähnten
Abnahme der Empfindlichkeit eine nicht mehr zu vernachlässigende Fehlerquelle. Der
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, diese Fehlerquelle zu beseitigen.
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Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung eine Präzisionswaage,
insbesondere Analysen- oder Mikrowaage, mit einervom3Waagebalken bewegbaren, mit
Zahlen und zugeordneten Marken beschrifteten Meßplatte, deren jeweils im optischen
Strahlengang einer Vergrößerungsoptik befindliches Teilstück optisch vergrößert
projiziert wird, sowie mit den projizierten Marken zugeordneten, einstellbaren Ablesemitteln,
insbesondere eine im optischen Strahlengang der Vergrößerungsoptik einstellbar angeordnete
strahlenversetzende Platte, mittels welcher durch Einstellen einer Marke der Meßplatte
gegenüber einer ortsfesten Marke die letzten Gewichtsdezimalen des zu wiegenden
Gegenstandes bestimmbar sind.
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Eine derartige Waage wird nun so ausgebildet, daß erfindungsgemäß
die den Zahlen der Meßplatte zugeordneten Marken punktförmig ausgebildet sind und
daß die gegenüber der Mittelschneide des Waagebalkens als Drehpunkt für die Meßplatte
in vorbestimmten, sich ändernden radialen Abständen angeordneten Marken durch die
Vergrößerungsoptik auf ein langgestrecktes Fenster mit einer quer zur scheinbaren
Bewegungsrichtung der optischen Abbilder der Marken verlaufenden Ableselinie solcher
Länge, daß alle Abbilder je nach der Neigung des Waagebalkens diese Linie schneiden,
projiziert werden.
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Die Erfindung ist an Hand der schematischen Zeichnungen an einem
Ausführungsbeispiel erläutert.
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In den Zeichnungen stellt dar F i g. 1 eine vereinfachte Draufsicht
auf die Montageplatte einer Aaflsenwaage, welche insbesondere
den
optischen Strahlengang der Vergrößerungsoptik mit Einschluß eines optischen Mikrometers
erkennen läßt, Fig. 2 eine gegenüber der Fig. 1 in mehrfach vergrößertem Maßstab
ausgeführte Draufsicht auf die Meßplatte, welche am Waagebalken befestigt ist, und
Fig. 3 eine Frontansicht auf die Mattscheibe der Vergrößerungsoptik und auf den
Bedienungsknopf des optischen Mikrometers in einem der F i g. 1 gleichen Maßstab.
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Auf der Montageplatte 4 ist eine kurze Säule 5 vorgesehen, die an
ihrem oberen Ende die Pfanne 6 für die Unterstützung der Mittelschneide 7 des Waagebalkens
8 aufweist. Der kürzere Arm des Waagebalkens 8 weist die Außenschneide 9 auf, an
welcher das die Waagschale und die Schaltgewichte tragende Gehänge aufgehängt ist.
Diese zuletzt genannten Teile sind jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht
näher veranschaulicht. Der längere Waagebalkenarm ist mit einem Gegengewicht 10
und der Meßplatte 11 versehen, welche beispielsweise aus Glas besteht und sich in
der Bewegungsrichtung des Waagebalkens, also senkrecht zu den beiden Schneiden 7
und 9 erstreckt. Zwecks optischer Abbildung der Meßplatte 11 sind auf der Montageplatte
4 eine Beleuchtungslampe 12 und eine Beleuchtungsoptik 13 aufgebaut. Ferner trägt
die Montageplatte 4 eine Vergrößerungsoptik, welche die bikonvexe Objektivlinse
14 sowie die Mattscheibe 15 aufweist, welch letztere in einer an der Montageplatte
4 befestigten Stirnwand 16 eingelassen ist. In dem in der Fig. 1 gestrichelt veranschaulichten
optischen Strahlengang ist noch das strahlenversetzende Element 17 eines optischen
Mikrometers eingefügt. Dieses strahlenversetzende Element 17 kann entweder ein Spiegel
oder eine dickere planparallele Glasplatte sein, welche in einem schwenkbaren Halter
18 befestigt ist. Der letztere ist um die Spitzen von zwei Stiften 19 und 20 schwenkbar,
wobei die Stifte 19 und 20 in der Montageplatte 4 befestigt sind. Um eine genaue
und spielfreie Verschwenkbarkeit des Halters 18 zu erhalten, hat dieser auf seiner
Unterseite eine konische Bohrung 21, in welche die Spitze des Stiftes 19 eingreift.
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Die Spitze des anderen Stiftes 20 greift in eine keilförmige Ausnehmung22
ein, die gleichfalls auf der Unterseite des Halters 18 vorgesehen ist. Der Halter
18 ist somit um eine Drehachse schwenkbar, welche durch die Spitzen der Stifte 19
und 20 verläuft. Die Verschwenkung des Halters 18 wird mittels einer Einstellvorrichtung
bewirkt, welche den von Hand zu bedienenden Drehknopf 23 aufweist. Derselbe sitzt
auf einer Welle 24, welche in der Nähe des Halters 18 eine Kurvenscheibe 25 mit
schraubenförmiger Leitfläche26 hat. An dieser Leitfläche26 steht ein im Halter 18
befestigter Stift 27 an, der mittels einer Feder 28 leicht angedrückt wird. Diese
Feder ist eine Spiralfeder, deren unteres Ende in einem in der Montageplatte 4 befestigten
Haken eingehängt ist, der jedoch in der Darstellung der F i g. 1 durch den Stift
27 verdeckt wird. Gleichzeitig hat die Feder 28 das Bestreben, den Halter 18 an
die Spitzen der4Stifte 19 und 20 anzudrücken. Durch Drehung des Knopf-23 wird demnach
nach Maßgabe der sich hierdurch-brgebenden Drehung der Lejtflache 26 die Neigung
des Halters 18 und damit die Neigung des strahlenversetzenden Elementes 17 vedåndert.
Dabei ist die durch die Spitzen der Stifte 19 und 20 gegebene
Drehachse vorzugsweise
horizontal und parallel zur Ebene der Mattscheibe 15. Um die jeweilige Verschwenkung
des strahlenversetzenden Elementes 17 meßtechnisch zu erfassen, ist auf der Welle
24 noch eine Skalenscheibe 29 befestigt, die an ihrem Rand und auf der der Mattscheibe
zugewendeten Seite eine Zahlenfolge, laufend von 0 bis 100, aufweist, welche die
beiden letzten Gewichtsdezimalen des zu wiegenden Gegenstandes angibt, die durch
die Interpolation mittels des optischen Mikrometers 17 bis 29 ermittelt worden ist.
Diese beiden letzten Gewichtsdezimalen erscheinen in dem auf der Mattscheibe 15
ganz rechts befindlichen Fenster 30. Im links davon befindlichen Fenster 31 werden
die beiden vorangehenden Gewichtsdezimalen zur Anzeige gebracht, welche durch die
auf der Strichplatte 11 befindlichen Ziffern ge geben sind, die sich jeweils im
optischen Strahlengang befinden. Im weiteren Fenster 32 (Fig. 3) erscheinen die
ersten Gewichtsdezimalen des zu wiegenden Gegenstandes, welche durch die aufgelegten
oder abgehobenen Schaltgewichte bestimmt sind. Im langgestreckten Fenster 33, das
sich ganz links befindet, erscheinen schließlich die Abbilder der optisch vergrößerten
Marken, welche den im Fenster 31 sichtbaren Ziffern angeordnet sind.
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Auf der Meßplatte 11 sind die den verschiedenen Neigungen des Waagebalkens
8 zugeordneten Ziffern innerhalb eines Kreisringabschnittes 34 (Fig. 2) in einer
von oben nach unten laufenden Folge angeori net. Dieser Kreisringabschnitt 34 ist
konzentrisch zum Bewegungszentrum der Meßplatte 11 und im dargestellten Fall konzentrisch
zur Schneidenkante der Mittelschneide 7 des Waagebalkens 8. Wird der letztere so
geschwenkt, daß sich seine Außenschneiae 9 senkt, dann werden nacheinander die im
Kreisringabschnitt 34 befindlichen Ziffern von beispielsweise O bis 100 im optischen
Strahlengang erscheinen und im Fenster 31 vergrößert abgebildet. In der Darstellung
der Fig. 1 befinden sich der die Ziffern enthaltende Kreisringabschnitt bei 34 und
dessen optisch vergrößerte Abbildung bei 34'. Auch in der vergrößerten Darstellung
der F i g. 2 der Strichplatte 11 sind die im Kreisringabschnitt 34 befindlichen
Ziffern noch zu klein, um erkennbar veranschaulicht zu wetden. In der praktischen
Ausführung der Meßplatte 11 haben die Ziffern Abmessungen von nur einigen hundertstel
Millimetern. Die diesen Ziffern zugeordneten Marken 35 befinden sich gemäß der F
i g. 2 jeweils auf demselben Radialstrahl R wie die Ziffern. Die Marken 35 sind
dabei aln besten punktförmig und können -durch kleine ausgefüllte Kreise oder Kreisringe
dargestellt werden. Die Abmessungen dieser Marken 35 sollen aber in jeder Richtung
betrachtet klein sein gegenüber dem Abstand zwischen je zwei benachbarten Marken
35. Im Fall von kleinen Kreisen oder Kreisringen haben die Marken 35 demnach einen
Durchmesser von größenordnungsmäßig einigen tausendstel Millimetern. In der Darstellung
der F i g. 2 sind die Marken 35 in stark übertriebener Größe veranschaulicht. Aus
Gründen der Übersichtlichkeit sind zudem nur die den vollen Zehnerwerten der Ziffern
zugeordneten Marken wiedergegeben, obwohl auch alle dazwischenliegenden ganzzahligen
Einerwerte der Ziffern eine zugeordnete Marke haben, wie dies aus der F i g. 3 hervorgeht.
In der F i g. 3 erscheint dabei diejenige Marke, welche der im Fenster 31 sich baren
Ziffer zugeordnet ist, auf der Abteselinie 36 zentriert. Die letztere ist zweckEnäßig
auf der Mattscheibe
15 angebracht und erstreckt sich praktisch
über die volle Länge des Fensters 33. Die Ableselinie soll scharf begrenzt sein
und eine Dicke haben, die geringer ist als die Abmessung der Abbilder 35' der optisch
vergrößerten Marken 35.
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Die Marken 35 sind nun gemäß der Fig. 2 nicht wie üblich mit konstantem
Abstand von der Mittelschneide7 des Waagebalkens 8, sondern mit gesetzmäßig sich
ändernder Entfernung angeordnet. Die kürzeste Entfernung Ro hat die auf dem Radialstrahl
N befindliche Marke. Der Radialstrahl N ist dabei derjenigen Lage des Waagebalkens
8 zugeordnet, in welcher eine durch die Kanten der Außenschneide 9 und der Mittelschneide
7 gelegte Gerade genau horizontal verläuft. Es ist mit anderen Worten der Radialstrahl
N der Horizontallage des Waagebalkens 8 zugeordnet. Denkt man sich auf dem Radialstrahl
N und in der mit der Entfernung Ro angebrachten Marke die Senkrechte K gezogen,
so werden auf dieser Senkrechten K von den durch aufeinanderfolgende Marken gezogenen
Radialstrahlen jeweils Strecken gleicher Länge abgeschnitten. Der Zuwachs des Winkels
a, wenn man von einem Radialstrahl zum nächst äußeren gelangt, wird daher mit wachsendem
Winkel n stets abnehmen. Man kann aber zwischen benachbarten Marken 35 trotzdem
Bogenstücke, welche auf ihrem Radialstrahl senkrecht stehend beginnen, von jeweils
konstanter Länge erhalten, wenn man den radialen Abstand R der Marken 35 mit wachsendem
Winkel a entsprechend zunehmen läßt. Das gewünschte Resultat wird erhalten, wenn
alle Marken 35 auf einer Kurve (bei kleinen Winkeln oc eine Parabel) liegen, die
sich in der Darstellung der F i g. 2 nach links öffnet, deren Scheitel auf dem Radiastrahl
N liegt und bei welcher, in Polarkoordinaten ausgedrückt, der Radiusvektor R einer
unter dem Winkel cu befindlichen Marke 35 durch die Beziehung R = R,(1 + tg2 a)
gegeben ist, wobei Ro den Radiusvektor der auf dem Radialstrahl N befindlichen Marke
bedeutet. Unter dieser Voraussetzung ergibt sich für die Ableselinie 36 (Fig. 3)
eine Gerade, die sich senkrecht zur scheinbaren Bewegungsrichtung erstreckt, welche
die Abbilder 35' der optisch vergrößerten Marken 35 am Ort der Ableselinie 36 haben.
Bei einer Schwenkung des Waagebalkens 8 um seine Mittelschneide 7 verläuft in der
Fig.3 diese scheinbare Bewegungsrichtung der Abbilder 35' in praktisch lotrechter
Richtung, wobei die im Fenster 33 sichtbare Spur jedes Abbildes 35' gegenüber der
Spur des Abbildes der benachbarten Marke 35' in Richtung der Ablese geraden 36 seitlich
verschoben verläuft. Ferner erscheinen dann die senkrecht zur Ablesegeraden 36 gemessenen
Abstände zwischen den den Abbildern 35' aufeinanderfolgender Marken 35 konstant,
so daß eine lineare Interpolation zwischen den Abbildern 35' benachbarter Marken
in bezug auf die Ablesegerade 36 möglich wird. Dabei sind Neigungswinkel a von +
15 Bogengraden zulässig, ohne daß bei linearer Interpolation systematische Fehler
auftreten. Die Anwendbarkeit von derart großen Neigungswinkeln des Waagebalkens
8 erlaubt daher oft die Einsparung einer vollen dekadischen Stufe im Gewichtssatz
der Schaltgewichte, wodurch sich weiterhin erhebliche Vereinfachungen ergeben.
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Die Länge des Fensters 33 und damit auch die Länge der Ableselinie
36 ist in jedem Fall so groß zu wählen, daß das optische Abbild 35' jeder der Mar-
ken
35 die Ableselinie 36 noch schneiden kann.
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Diese Länge ist wenigstens gleich der beim maximalen Neigungswinkel
a genommenen Differenz (R - R0), multipliziert mit dem linearen Vergröße rungsfaktor
der Vergrößerungsoptik 14. Bei größeren Neigungswinkeln a und bei höherem linearem
Vergrößerungsfaktor der Optik können sich unpraktisch große Längen der Ableselinie
36 ergeben. Dies kann jedoch dadurch vermieden werden, daß die Vergrößerungsoptik
eine Zylinderlinse enthält, wodurch die optische Vergrößerung in der Längsrichtung
der Ablesegeraden 36 erheblich geringer ist als in einer auf ihr senkrecht stehenden
Richtung. Die im Kreisringabschnitt 34 angebrachten Zahlen sind dann derart zu verzerren,
daß sie nach ihrer Vergrößerung im Fenster 31 in Normalsohrift erscheinen.
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Im übrigen bleibt die Bedienung der beschriebenen Präzisionswaage
gleich wie bei den bisher üblichen Waagen, die ein optisches Mikrometer zur Feststellung
der letzten Gewichtsdezimalen des zu wiegenden Gegenstandes haben. Nachdem die erforderlichen
Schaltgewichte aufgesetzt oder abgehoben worden sind, wird der Knopf 23 des optischen
Mikrometers 17 bis 29 so weit gedreht, bis das Abbild 35' einer der Marken 35 der
Strichplatte 11 genau in der Ablesegeraden 36 zentriert ist. Das Resultat wird dann
in ziffernmäßig richtiger Reihenfolge in den Fenstern 30 bis 32 erscheinen.
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Es ist nun nicht unbedingt notwendig, daß auf der Meßplatte 11 die
Marken 35 1ägs der durch die obenerwähnte Formel deünierten Kurve angeordnet sind;
man kann vielmehr auch andere Kurven verwenden, deren Radiusvektor R als Funktion
des Neigungswinkels a in stetiger Weise hinreichend zunimmt. Dabei braucht dieseS
Kurve nicht unbedingt symmetrisch zum Radialstrahl N zu verlaufen. Verwendet man
jedoch eine von der oben gegebenen Formel abweichende Kurve, so hat dann die Ableselinie
36 eine gekrümmte Linie zu sein, so daß die Höhe des Fensters 33 wesentlich zu vergrößern
ist.
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Solche geknimmten Ableselinien sind jedoch nicht zweckmäßig, weil
die Zentrierung des Abbildes 35' in einer gekrümmten Ableselinie 36 mit einer vergrößerten
Ungenauigkeit verknüpft ist.
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Die Ableselinie 36 kann ferner durch zwei parallele Linienzüge ersetzt
sein, die voneinander einen Abstand haben, welcher höchstens gleich ist der Abmessung
der Abbilder 35' der Marken 35.
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Im Fall einer geraden Ableselinie 36 ist es schließlich möglich,
das optische Mikrometer 17 bis 29 wegzulassen und die letzte Gewichtsdezimale mittels
einer Naniusteilung zu bestimmen. Im Fenster 33 ist unter diesen Umständen die Ablesegerade
36 durch eine der Noniusteilung entsprechende Anzahl von zueinander parallelen Geraden
zu ersetzen, wobei selbstverständlich die Marken 35 noch praktisch punktförmig bleiben
müssen. Die Verwendung eines optischen Mikrometers 17 bis 29 ist jedoch für die
praktische Verwirklichung der Erfindung besser ge eignet, da, wie erwähnt, an Obersichtlichkeit
gewonnen wird und auch besonderen Anforderungen leichter Rechnung getragen werden
kann.
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Im übrigen braucht die Meßplatte 11 nicht unbedingt am Waagebalken
8 befestigt zu sein. Bei Präzisionswaagen mit Parallelogrammfilhrmg kann die Meßplatte
11 auch am Parallellenker befestigt werden, wobei dann das Bewegungszentrum der
MeS
platte 11 in der Drehachse des Gelenkes zwischen Parallellenker
und Waagengestell liegt.