DE1549221A1

DE1549221A1 - Praezisionswaage

Info

Publication number: DE1549221A1
Application number: DE19671549221
Authority: DE
Inventors: Johann Meier
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1966-11-17
Filing date: 1967-02-01
Publication date: 1971-02-18
Also published as: SE309860B; GB1107179A; US3463258A; DE1980973U; FR1512860A; CH445882A; DE1549221B2

Description

Dipl.-lng.A.WEDDE y ~

Mönchena^Schumannetr^ L ], L· Df

MEPAG AfGf*, Greifensee (Zürich, Schweiz.),

Präzisionswaage«

Präzisionswaagen haben üblicherweise einen unsymmetrisch ausgebildeten Waagebalken, der am Waagengestell schwenkbar gelagert ist» Um die durch die jeweilige neigung, des Waagebalkens gegebenen Gewichtsdezimal.en ablesen zu. können, ist vorzugsweise am längeren Waagebalkenarm eine mit Zahlen, und Teilstrichen, beschriftete Messplatte angebracht» Ferner ist in der Regel eine Optik vorgesehen, deren Objektiv das jeweils im optischen Strahlengang befindliche Teilstück der Messplatte optisch ver— grössert auf einen im Waagengestell angebrachten Bildschirm abbildet·

Je nach der Beschaffenheit der Unterlage, wie zum Beispiel eines Tisches oder einer Konsole, auf welcher die betreffende Präzisionswaage steht, ergeben sieh nun beim praktischen Gebrauch mehr oder weniger ausgeprägte Horiz.ontierf ehler, die selbst zeitlichen Schwankungen in unkontrollierbarer Weise unterwarf en sein können· Haben dieser Horizontierf ehler veränderliche Neigungen des Waagengestelle in Richtung der Waage— balkenarae zur Folge, so behält zwar der Waagebalken seine

BAD OftlGJMAL

räumliche Lage unverändert bei* Wegen der veränderlichen neigung des Waagengestells ergeben sich, dann aber Relativbewegung gen zwischen dem am Waagengestell angebrachten Objektiv und der am Waagebalken vorgesehenen Messplatte und diese Relativ— bewegungen bewirken entsprechende Verschiebungen des auf dem. Bildschirm sichtbaren vergrösserten Teilatückes der Messplatte und damit Ablesefehler hinsichtlich, der letzten (Jewichtsdezi— male·

In Präzisionswaagen der vermerkten Bauart hat man nun eine zusätzliche Vorrichtung eingebaut, mittels welcher die vor— erwähnte* durch Horizontierfehler des Waagengestells verursachten Ablesefehler selbsttätig kompensiert werden können· Zu diesem Zweck ist im Waagengestell ein besonderes Pendel aufgehängt, welches sich unabhängig vom Waagebalken bewegen kann und dessen Schwenkachse gleichachsig zur Schwenkachse des Waagebalkens angeordnet ist* An einem seitlich auskragenden Arm des Pendels ist das Objektiv sowie gegebenenfalls weitere Teile der Yergrösserungsoptik befestigt· Bei einer Heigungsänderung des Waagengestells in Sichtung der Waagebalkenarme wird dann nicht nur der Waagebalken, sondern auch das Pendel seine räumliche Lage unverändert beibehalten, sodass demnach Relatirbe^ wegungen zwischen a&r am Waagebalken befestigten Messplatte und dem am. Pendel angebrachten Objektiv unterbleiben· Damit sind aber die oben erwähnten Ablesefehler beseitigt» Für den praktischen Gebrauch, werden jedoch PrttxiBioas-

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waagen bevorzugt, äie eine stufenlos regelbare Tariervorrichtung aufweisen. Eine derartige Tariervorrichtung weist üblicher— weise eine oder mehrere Tarierfedern auf, die entweder an dem am Waagebalken aufgehängten Schalenträger oder am Waagebalken selbst angreifen. Dabei kann der Schalenträger mit Hilfe eines Lenkhebels parallel geführt sein· Mittels einer im Waagengestell angebrachten Verstellvorrichtung wird der oder den Ta— rierfedern eine der jeweils gewünschten Tarierung entsprechende Federspannung erteilt*

Bei Waagen mit Tariervorrichtung steht somit der Waagebalken mittelbar oder unmittelbar stets unter dem Einfluss einer Federkraft, deren Fusspunkt sich im wesentlichen am Waagengestell befindet und deren Richtung von der jeweiligen Neigung des Waagengestell abhängt. Bei veränderlicher Neigung des Waagengestell wird der Waagebalken wegen der Wirkung der Tarierfeder nicht mehr eine räumlich gleichbleibende, sondern ebenfalls eine veränderliche Winkellage einnehmen· !Damit sind jedoch, die wesentlichen Voraussetzungen nicht mehr erfüllt, welche bei einer Anwendung der oben genannten Vorrichtung mit Pendel vorhanden sein müssten. Aus diesen und anderen Gründen ist es bisher nicht gelungen, bei Waagen mit Federtarierung gleichzeitig auch eine Vorrichtung zur selbsttätigen Kompensation der durch Horizontierf enler des Waageegestelle verursachten Ablesefehler einzubauen»

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BAD CRiGJMAL

Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäss eine Präzisionswaage mit einem am Waagengestell schwenkbar gelagerten Waagebalken, dessen einer Waagebalkenarm eine mit Zahlen und Teilstrichen beschriftete Messplatte aufweist; einer Optik,deren 0t>jektiv das jeweils im optischen Strahlengang befindliche Teilstück der Hessplatte optisch vergrössert auf einen im Waagengestell angebrachten Bildschirm abbildet; und mit einem am Waagengestell schwenkbar gelagerten Pendel, welches mit dem genannten Objektiv versehen ist, um die durch Horizontierfehler verursachten Ablese-* fehler zu beseitigen« Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht nun vorwiegend darin, die erwähnten Ablesefehler mittels des Pendels auch dann zu beseitigen, wenn die Waage der vermerkten Bauart mit einer Federtarierung versehen ist» Dies wird er— findungsgemäss dadurch erreicht, dass bei einer Waage — in welcher zudem in an sich bekannter Weise der Waagebalken mittelbar oder unmittelbar unter dem Einfluss einer oder mehrerer Tarier— federn steht, welch letztere mit Hilfe einer im Waagengestell angebrachten Verstellvorrichtung gemäss der jeweiligen Tarierung gespannt werden können — Mittel vorgesehen sind, welche das genannte Pendel seinerseits dem Einfluss einer zwischen ihm und dem Waagengestell wirkenden Zusatzkraft unterwerfen· Im Waagengestell ist dabei vorzugsweise eine Justiervorrichtung angebracht, mittels welcher die zwischen dem Pendel und dem Waagengestell wirkende Zusatzkraft regelbar gestaltet ist»

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Ausfiihrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei für das Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche Einzelheiten aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung weggelassen sind» In der Zeichnung zeigt

Pig» 1 eine vereinfachte Draufsicht auf eine Präzisionswaage, welche von der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht,

Fig· 2 eine der Fig.· 1 entsprechende Seitenansicht der Präzisionswaage, in welcher die Tariervorrichtung sowie eine erste Ausführungsform des mit dem Objektiv versehenen Pendels gezeigt ist, und

Fig» 5 die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Pendels, wobei jedoch der Waagebalken und die Tariervorrichtung nicht veranschaulicht sind·

Das Waagengestell 4· der Präzisionswaage weist die übliche Säule 5 auf, die oben mit einem auskragenden Kopfstück 6 versehen ist. Auf diesem Kopfstück 6 befindet sich das Widerlager, in welchem die Mittelschneide 7 des Waagebalkens 8 ruht. An seinem längeren Hebelarm weist der Waagebalken 8 eine Messplatte 9 auf, die mit Zahlen und Teilstrichen beschriftet ist* Diese Zahlen und Teilstriche erstrecken sich, längs eines Kreisbogen— atückes 10, dessen Mittelpunkt in der Mittelschneide 7 liegt» Der kürzere Hebelarm des Waagebalkens 8 weist die übliche Aussen— schneide 11 (Fig.2) auf, auf welch letzterer der mit der Waage-

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schale 12 versehene Schalenträger 13 ruht» Der Schalenträger 13 kann dabei mit Hilfe eines Lenkhebels 14 parallel geführt sein· Gemäss der Pig· 2 ist die Präzisionswaage ferner mit einer Tariervorrichtung versehen· Diese weist eine im Waagengestell 4 drehbar gelagerte Schraubenspindel 15 auf, vermittels welcher die Höhenlage der gegen Drehung gesicherten Wandermutter 16 verstellt werden kann» Zwischen der Wandermutter 16 und dem Schalen-träger 13 ist eine Tarierfeder 17 ausgespannt· Anstelle nur einer Tarierfeder 17 können auch mehrere zueinander parallel oder in Reihe beanspruchte Tarierfedern verwendet werden· Die nähere Bauart der Tariervorrichtung 15 bis 17 ist jedoch unerheblich; massgebend ist nur, dass der Waagebalken 8 direkt oder indirekt unter dem. Einfluss einer Federkraft steht _t deren anderer Angriffspunkt, nämlich die Wandermutter 16, sich am Waagengestell 4 abstützt· Diese Abstützung kann über die drehbare Schraubenspindel 15 erfolgen, wie dies die Fig. 2 zeigt»

Gremäss der Fig» 1 weist die Präzisionswaage ferner eine Projektionseinrichtung auf, um ein jeweils im optischen Strahlengang befindliches Teilstück der Messplatte 9 optisch vergrössert abzubilden*. Zu diesem Zweck ist im Waagengestell 4 eine Lampe

^daS) 18 mit Beleuchtungsoptik 19 angebracht, sodass^lm optischen Strahlengang 20 befindliche Teilstück der Messplatte 9 hell beleuchtet wird» Vermittels eines Objektivs 21 und eines Umlenk— spiegele 22 wird das beleuchtete Teilstück der Messplatte 9

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optisch vergrösaert auf einen an Waagengestell 4 befestigten Bildschirm 23 geworfen, der beispielsweise eine im Durchlicht betrachtete Mattscheibe sein kann· Das Objektiv 21 der Projektionseinrichtung 18 bis 23 ist nun auf dem einen Arm 24 eines zweiarmigen Pendels befestigt, dessen Schneide 25 sich am Kopfstück 6 der Säule 5 schwenkbar abstützt· Der andere Arm 26 des Pendels hat ein Gegengewicht 27 und das Pendel 24 bis 27 ist derart ausgebildet, dass sein Schwerpunkt sich hinreichend weit im Raum unterhalb seiner Schneide 25 befindet» Im Gegensatz zur bisher üblichen Bauart eines derartigen Pendels ist bei der dargestellten Ausführung desselben seine Schneide 25 nicht gleichachsig zur Mittelschneide 7 des Waagebalkens 8 angeordnet, sondern gemäss Fig» 2 sowohl in vertikaler wie auch in horizontaler Richtung versetzt· Diese Versetzung zwischen den Schneiden 7 und 25 ist ferner derart getroffen, dass die wirksame Länge des Pendelarmes 24, oder mit anderen Worten der Abstand der Achse des Objektivs 21 von der Schneide 25, vorzugsweise erheblich kürzer ist, wie der Radius des als Teilkreis dienenden Kreis— bogenstüekes 10, dessen Mittelpunkt in der Schneide 7 des Waagebalkens 8 liegt» Bei genau horizontiertem Waagengestell 4 und bei im Gleichgewicht befindlichen Pendel 24 bis 27 soll ausser— dem eine durch die Schneiden 7 und 25 gelegte Ebene wenigstens näherungsweise durch die optische Achse des Objektivs 21 verlaufen. Vorausgesetzt ist dabei, dass auch das Kreisbogenstüek

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HAD CRIQINAL

1549221 -βίο bei den in Betracht kommenden Neigungen des Waagebalkens 8 wenigstens näherungsweise die optische Achse des Objektivs 21 schneidet·

Das Pendel 24 bis 27 ist nun nicht wie bisher als ein lediglich unter dem Einfluss der Schwerkraft frei hängendes Pendel ausgeführt, sondern es sind zusätzliche Mittel vorgesehen, welche das Pendel auch dem Einfluss einer zwischen ihm und dem Waagengestell 4 wirkenden Zusatzkraft unterwerfen, die mit Hilfe einer im Waagengestell angebrachten Justiervorrichtung regelbar gestaltet ist.

Bei der Ausführung des Pendels nach Fig« 2 wird die erwähnte Zusatzkraft von zwei schwachen Permanentmagneten 28 und 29 erzeugt, deren ungleichnamige Pole einander gegenüberstehen· Der eine Permanentmagnet 28 ist am unteren Ende des Pendelarmes 26 befestigt, während der andere Permanentmagnet 29 an der Säule 5 vermittels der Justierschraube 30 in einstellbarer Weise gehalten ist» Der eine der beiden Permanentmagneten 28 oder 29 könnte auch durch ein als Anker wirkendes Weicheisen— stück ersetzt sein, das sich dann ebenfalls eine anziehende Kraft zwischen den Teilen 28 und 29 einsteilt _f die auf das Pendel 24 bis 27 ein schwaches im Gegenuhrzeigersinn wirkendes Drehmoment ausübt* Um dieses Drehmoment zu kompensieren, muss offenbar der Schwerpunkt des Pendels 24 bis 27 in einen Bereich verschoben werden, der rechts von der durch die Schneide 25 ge-

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_ 9 —

legten Vertikal ebene liegt· Die dazu erforderliche Einstellung wird mit dem. Sehraubgewicht 51 vorgenommen, das längs der im Pendelarm 26 befestigten Schraubenspindel 32 verstellbar ist* Das Sehraubgewicht 31 dient jedoch lediglieh zur Einstellung der vorgegebenen G-leichgewichtslage des Pendels 24· bis 27 bei genau horizontiertem Waagengestell 4*

Demgegenüber ist bei der Ausführung des Pendels nach Fig» die Gleichgewichtslage des Pendels 24 bis 27 bei horizontiertem Waagengestell 4 unabhängig von der Grosse der jeweils gewählten Zusatzkraft· Dies wird dadurch erreicht, dass die Richtung der Zusatzkraft in der erwähnten Gleichgewichtslage des Pendels durch die Schneide 25 desselben verläuft» Zu diesem Zweck ist ein Zugfeder 33 angebracht, deren oberes Bade lotrecht oberhalb der Schneide 25 am Portsatz 34 des Pendels angreift» Das untere Ende der Feder 33 ist in einem Yerstellglied 35 eingehängt, dessen Höhenlage vermittels der· im Waagengestell 4 drehbar gelagerten Schraubenspindel 36 justierbar ist· Die Anordnung ist desweiteren so getroffen, dass bei genau horizontiertem Waagengestell 4 und bei dem in der Gleichgewichtslage befindlichen Pendel 24 bis 27 die Zugfeder 33 eine in genau lotrechter Richtung nach unten ziehende Zusatzkraft erzeugt» In der Gleichgewichtslage des Pendels kann dann durch die Zugfeder 33 ein Drehmoment nicht susgeübt werden. Ein Drehmoment entoteht vielmehr erst dann, wenn das Pendel aua der CrIo In h{j9 w ich toi age herauo bewegt wird» Dieo letztere ist dann

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BAD ORiGINAL

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der Fall, sobald das Waagengestell 4 aus seiner horizontierten Stellung herausgekippt wird*

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei von der horizon tierten Stellung des Waagengestells 4 ausgegangen, in welcher somit das Pendel 24 bis 27 nach Fig» 2 oder 5 seine Gleichgewichtslage einnimmt, während der Waagebalken 8 eine an sich beliebige als Ausgangslage betrachtete neigung haben kann· Dementsprechend wird auf dem Bildschirm 23 das sich gerade im optischen Strahlengang 20 befindliche Teilstück der Messplatte 9 vergrössert abgebildet* Wird nun bei gleichbleibender Belastung der Waageschale 12 und bei unveränderter Einstellung der Tariervorrichtung 15 bis 17 das Waagengestell 4 etwa um den kleinen Winkel α aus seiner horizontierten Stellung herausgekippt, so wird sich der Waagebalken 8 um einen Winkel β und da3 Pendel 24 bis 27 um einen Winkel )*~ zurückdrehen, wobei die Winkel β und JT auf das Waagengestell 4 bezogen sind· Der Winkel β hängt dabei vom Anteil ab, mit welchem die Tariervorrichtung 15 bis 17 die Empfindlichkeit der ganzen Waage beeinflusst» Legt man die einfache mit nur einer Tarierfeder 17 arbeitenden Tariervorrich— bung zu Grunde, so wird der Winkel β stets kleiner sein wie der vorerwähnte Winkel cc* Der V/inkel Γ" hingegen ist bei begebe— nesf Pendel 24 bio 27 erstens von der Grösae der Zuaatzlr.-ift und zweitens von der Art und Weise abhängig, mit weicht, die Zuaafczkraf I nut* uj.a Pendel 2*\ bis 27 einwirkt» Worden g .laäs

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der Fig. 2 einer oder zwei Permanentmagnete 28 oder 29 oder gemäss der Fig· 3 eine Feder 33 in der dargestellten Weise zur Urzeugung der Zusatzkraft benutzt, so wirkt am Pendel 24 bis 27 ein schwaches Kippmoment, welches das Bestreben hat, einen einmal eingetretenen Ausschlag des Pendels 24 bis 27 etwas zu vergrössern«, Aus diesem Grund wird der Winkel Γ* stets entsprechend grosser sein wie der Winkel α. Durch passende Einstellung der Zusatzkraft mittels der Justierschraube 30 (Fig» 2) oder 36 (Fig· 3) kann man somit den offenbar vorhandenen Proportionalitätsfaktor zwischen dem Winkel )f" und dem vorerwähnten Winkel β so justieren, dass das auf dem Bildschirm 23 sichtbare Teilstück der Kessplatte 9 keine Verschiebungen erfährt, wenn das Waagengestell 4 in Richtung des Waagebalkens 8 um kleinere Winkel α gekippt wird» Um diese angestrebte Wirkungsweise zu erhalten, ist dabei wenigstens nähe— rung3weise die Beziehung r»/"= Ε·β zu erfüllen, wobei r die wirksame Länge des Pendelarmes 24 bzw· den Abstand der optischen Achse des Objektivs 21 von der Schneide 25 bedeutet, während R der Radius des durch dä3 Kreisbogenstück 10 gegebenen Teilkreises ist, dessen Mittelpunkt in der Schneide 7 liegt· Wenn die oben genannte Beziehung nur als erste Näherung bezeichnet worden ist, so ist dies darauf zurückzuführen, dass auch die nähere Ausbildung der Projektionseinrichtung 18 bis 23 und insbesondere deren linearer Vergrösserungsfaktor zu

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berücksichtigen ist· Hat jedoch der lineare VergrösserungB-faktor der Pro^ektionseijarlchtung einen hohen Wert und beträgt dieser wie üblich zwischen 50 und 100, so ist die oben genannte Beziehung bereits bis auf einen Fehler 1 bis 2 Prozent genau»

Aus der angeführten Beziehung geht ebenfalls hervor, dass die wirksame Länge r des Pendelarmes 24 erheblich kleiner gemacht werden kann, als der Radius R des auf der Strichplatte 9 befindlichen Teilkreises 10_t sofern nur durch entsprechende Bemessung der auf das Pendel 24 bis 27 wirkenden Zusatzkraft der Winkel Y gegenüber dem Winkel β vergrössert wird· Bei einer derartigen Bemessung ergibt sich offenbar eine beträchtliche Platzersparnis und es kann dann das Pendel 24 bis 27 völlig im Raum seitlich des längeren Armes der Waagebalkens 8 untergebracht werden, wie dies die Fig» I bereits teilweise andeutet» Dadurch bietet sich die Möglichkeit dar, das Pendel 24 bis 27 als besondere Zusatzeinheit auszubilden, die nachträglich in eine bereite bestehende Waage eingebaut werden kann·

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Claims

Patentansprüche·

1· Präzisionswaage mit einem am Waagengestell (4) schwenkbar gelagerten Waagebalken (8), dessen einer Waage balkenarm eine mit Zahlen und !Teilstrichen beschriftet© Messplatte (9) aufweist} einer Projektionseinrichtimg (18 bis 25) > deren Objektiv (21) das jeweils im optischen Strahlengang (20) befindliche Teilstiick der Messplatte (9) optisch vergrössert auf einen im Waagengestell (4) angebrachten Bildschirm (25) abbildet? -and mit einem am Waagengestell (4) schwenkbar gelagerten Pendel (24 bis 27)» welches mit dem genannten Objektiv (21) versehen ist, taa die durch Horizontierfehler des Waagengestells (4) verursachten Ablesefehler zm beseitigen, dadurch gekennzeichnet,. dass bei einer Waage *- in welcher zudem in an sich bekannter Weise der Waagebalken (8) mittelbar oder unmittelbar unter dem Einfluss einer oder mehrerer Tarierfedem (17) steht, welch letztere mit Hilfe einer im Waagengestell (4) angebrachten Verstellvorrichtung; (15 bis 16) der jeweiligen Tarierung entsprechend gespannt werden können - zusätzliche MIttel (28 bis oder 33 Me 36) vorgesehen Bind, welche das genannte Pendel (24 bis 27) seinerseits dem Einfluss einer zwischen Harn und dam Waagengestell (4) wirkenden Zueatzkraft unterwerfen·

2* Präzisionswaage nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, deee die genannten MIttel eine am Waagengestell (4) angebrachte

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Justiervorrichtung (30 oder 36) aufweisen, mittels welcher die zwischen dem Pendel (24· bis 27) und dem. Waagengeatell (4) wirkende Zusatzkraft regelbar gestaltet ist·

3· Präzisionswaage nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Zusatzkraft mit Hilfe wenigstens eines Permanentmagneten (28 bis 29) erzeugt ist· 4» Präzisionswaage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Zusatzkraft mit Hilfe einer Feder (33) erzeugt ist·

5» Präzisionswaage nach Anspruch 1 oder 2;, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame lange des mit dem Objektiv (21) versehenen Pendelarmes (24) kleiner ist wie der Radius des auf der Mess— platte (9) befindlichen Teilkreises (10)» 6· Präzisionswaage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel (24 bis 27) im Raum seitlich neben dem mit der Messplatte (9) versehenen Arm des Waagebalkens (8) untergebracht ist.

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