DE1549221C3 - Niveaufehlerausgleichsvorrichtung für Präzisionsneigungswaagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Niveaufehlerausgleichsvorrichtung für Präzisionsneigungswaagen mit einem um eine Mittelachse verschwenkbaren Waagebalken und einer eine Meßplatte am Waagebalken abbildenden Projektionsvorrichtung, in deren Strahlengang ein das Projektionsobjektiv an einem Arm tragendes Niveauausgleichspendel, am Waagengestell mittels eines Schneidenlagers gelagert, eintaucht.

Tritt bei einer mit einer derartigen Niveaufehlerausgleichsvorrichtung ausgestatteten Präzisionsneigungswaage ein Horizontierfehler des Waagengestells in Richtung des Waagebalkens ein, so behält letzterer seine räumliche Lage unverändert bei und führt dadurch eine Relativbewegung zum Waagengestell in Form

ίο einer Schwenkung um seine Mittelachse aus. Das gleichachsig mit dem Waagebalken gelagerte, aber unabhängig von diesem bewegliche Niveauausgleichspendel und damit auch das an dessen einem Arm befestigtes Projektionsobjekt führt eine dem Waagebalken entsprechende Relativbewegung zum Waagengestell aus. Das Projektionsobjekt folgt dadurch der durch den Horizontierfehler des Waagengestells bedingten Verschwenkung des Waagebalkens bzw. der daran festen Meßplatte, so daß Ablesefehler beseitigt sind.

Für den praktischen Gebrauch werden jedoch Präzisionsneigunswaagen bevorzugt, die eine stufenlos regelbare Tariervorrichtung aufweisen. Eine derartige bekannte Tariervorrichtung enthält üblicherweise eine oder mehrere Tarierfedern, 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 Verstelleinrichtung wird der oder den Tarierfedern 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 Waagengestells abhängt. Bei veränderlicher Neigung des Waagengestells 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 bekannten Niveaufehlerausgleichsvor-, richtungen mit Pendel zur selbständigen Kompensation von Horizontierfehlern vorhanden sein müßten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Niveaufehlerausgleichsvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mindestens bei kleinen Horizontierfehlern des Waagengestells eine selbsttätige Kompensation des hierdurch möglichen Ablesefehlers auch bei mit Tarierfedern ausgestatteten Präzisionsneigungswaagen erzielbar ist.

Eine Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß bei Anordnung einer Tarierfeder zwisehen Waagengestell und Waagebalken an einem Arm des Niveauausgleichspendels ein Permanentmagnet und diesem benachbart am Waagengestell ein zweiter Permanentmagnet, dem ersten ungleichpolig gegenüberstehend, oder ein Eisenanker angeordnet ist, derart, daß am Niveausgleichspendei eine Zusatzkraft abhängig von der Neigung des Waagengestells wirkt, welche die Lage des Niveauausgleichspendels gegenüber der Meßplatte annähernd unverändert hält.
Tritt bei einer mit dieser Niveaufehlerausgleichsvorrichtung versehenen Präzisionsneigungswaage mit Federtarierung ein Horizontierfehler und damit eine relative Verschwenkung des Waagebalkens sowohl zum Raum als auch zum Waagengestell auf, so wird

sich durch die vereinigte Wirkung von Schwerkraft und magnetischer Zusatzkraft das Niveauausgleichspendel so einstellen, daß das daran befestigte Projektionsobjektiv der Meßplatte am Waagebalken folgt.

Die gleiche Aufgabe kann auch gemäß einer zweiten Lösung der genannten Aufgabe dadurch gelöst werden, daß bei Anordnung einer Tarierfeder zwischen Waagengestell und Waagebalken am Niveauausgleichspendel eine Zugfeder angreift, welche mit ihrem anderen Ende am Waagengestell befestigt ist und deren Wirkungslinie bei horizontiertem Waagengestell in der durch das Schneidenlager des Niveauausgleichspendels gehenden Vertikalebene liegt, derart, daß am Niveauausgleichspendel eine Zusatzkraft abhängig von der Neigung des Waagengestells wirkt, welche die Lage des Niveauausgleichspendels gegenüber der Meßplatte angenähert unverändert hält.

In Ausbildung beider Lösungswege ist die wirksame Länge des das Projektionsobjektiv tragenden Armes des Niveauausgleichspendels kleiner als der Radius der auf der Meßplatte befindlichen kreisförmigen Skalenteilung. Durch diese Ausbildung läßt sich der für das Niveauausgleichspendel erforderliche Raumbedarf wesentlich verringern, so daß sich auch die Möglichkeit einer Nachrüstung in bestehende Präzisionsneigungswaagen eröffnet. Hierdurch kann auch in weiterer Ausgestaltung das Niveauausgleichspendel in dem Raum seitlich neben dem die Meßplatte tragenden Arm des Waagebalkens angeordnet werden.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt, wobei für das Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche Einzelheiten aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung weggelassen sind. In den Zeichnungen stellt dar

F i g. 1 eine vereinfachte Draufsicht auf eine eine Niveaufehlerausgleichsvorrichtung enthaltenden Präzisionsneigungswaage,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Seitenansicht, welche die Tariervorrichtung der Präzisionsneigungswaage, sowie Einzelheiten einer ersten Ausführungsform der Niveaufehlerausgleichsvorrichtung erkennen läßt,

F i g. 3 die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Niveaufehlerausgleichsvorrichtung und

F i g. 4A und 4B schematische Seitenansichten zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung.

Das Waagengestell 4 der Präzisionsneigungswaage weist die übliche Säule 5 auf, die oben mit einem auskragenden Kopfstück 6 versehen ist. Auf diesem Kopfstück 6 befindet sich das Schneidenlager, in welchem die Mittelschneide 7 des Waagebalkens 8 ruht. An seinem längeren Hebelarm trägt der Waagebalken 8 eine Meßplatte 9, die eine aus Zahlen und Teilstrichen bestehende kreisbogenförmige Skalenteilung 10 aufweist, deren Mittelpunkt in der Mittelschneide 7 liegt. Der kürzere Hebelarm des Waagebalkens 8 weist die übliche Außenschneide 11 (F i g. 2) auf, auf welcher der mit der Waageschale 12 versehene Schalenträger 13 ruht. Der Schalenträger 13 ist mit Hilfe eines Lenkhebels 14 parallel geführt. Gemäß der F i g. 2 ist die Präzisionswaage ferner mit einer Tariervorrichtung versehen. Diese weist eine im Waagengestell 4 drehbar gelagerte Schraubenspindel 15 auf, vermittels welcher die Höhenlage einer gegen Drehung gesicherten Wandermutter 16 verstellt wird. Zwischen der Wandermutter 16 und dem Schalenträger 13 ist eine Tarierfeder 17 ausgespannt. An Stelle nur einer Tarierfeder 17 können auch mehrere zueinander parallel oder in Reihe beanspruchte Tarierfedern verwendet werden. Die nähere Bauart der Tariervorrichtung ist jedoch unerheblich. Maßgebend ist nur, daß der Waagebalken 8 direkt oder indirekt unter dem Einfluß einer Federkraft steht, deren anderer Angriffspunkt, nämlich die Wandermutter 16, sich am Waagengestell 4 abstützt. Diese Abstützung erfolgt über die drehbare Schraubenspindel 15, wie dies die F i g. 2 veranschaulicht.

Gemäß der F i g. 1 weist die Präzisionswaage ferner eine Projektionsvorrichtung auf, um ein jeweils im optischen Strahlengang befindliches Teilstück der Meßplatte 9 optisch vergrößert abzubilden. Zu diesem Zweck ist im Waagengestell 4 eine Lampe 18 mit Beleuchtungsoptik 19 angebracht, so daß das im optischen Strahlengang 20 befindliche Teilstück der Meßplatte 9 hell beleuchtet wird. Vermittels eines Projektionsobjektivs 21 und eines Umlenkspiegels 22 wird das beleuchtete Teilstück der Meßplatte 9 optisch vergrößert auf einen am Waagengestell 4 befestigten Bildschirm 23 geworfen, der gemäß dem Ausführungsbeispiel eine im Durchlicht betrachtete Mattscheibe ist. Das Projektionsobjektiv 21 der Projektionsvorrichtung ist auf dem einen Arm 24 eines zweiarmigen Niveauausgleichspendels befestigt, dessen Schneide 25 sich am Kopfstück 6 der Säule 5 schwenkbar abstützt. Der andere Arm 26 des Niveauausgleichspendels hat ein Gegengewicht 27, wobei dieses Pendel derart ausgebildet ist, daß sein Schwerpunkt sich hinreichend weit im Raum unterhalb seiner Schneide 25 befindet. Im Gegensatz zur bisher üblichen Bauart eines derartigen Niveauausgleichspendels ist bei der dargestellten Ausführung die Schneide 25 nicht gleichachsig zur Mittelschneide 7 des Waagebalkens 8 angeordnet, sondern gemäß F i g. 2 sowohl in vertikaler wie auch in horizontaler Richtung versetzt. Diese Versetzung zwischen der Mittelschneide 7 und der Schneide 25 ist ferner derart getroffen, daß die wirksame Länge des Armes 24, oder mit anderen Worten, der Abstand der Achse des Projektionsobjektivs 21 von der Schneide 25, erheblich kürzer ist als der Radius der kreisbogenförmigen Skalenteilung 10, deren Mittelpunkt in der Mittelschneide 7 des Waagebalkens 8 liegt. Bei genau horizontiertem Waagengestell 4 und bei im Gleichgewicht befindlichen Niveauausgleichspendel soll außerdem eine durch die Mittelschneide 7 und die Schneide 25 gelegte Ebene wenigstens näherungsweise durch die optische Achse des Projektionsobjektivs 21 verlaufen. Vorausgesetzt ist dabei, daß auch die kreisbogenförmige Skalenteilung 10 bei den in Betracht kommenden Neigungen des Waagebalkens 8 wenigstens näherungsweise die optische Achse des Projektionsobjektivs 21 schneidet.

Das Niveauausgleichspendel ist nun nicht wie bisher als ein lediglich unter dem Einfluß der Schwerkraft frei hängendes Pendel ausgeführt, sondern es sind zusätzliche Mittel vorgesehen, welche dieses 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 F i g. 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 Armes 26 des Niveauausgleichspendels befestigt, während der andere Permanentmagnet 29 an der Säule 5 vermittels einer Justierschraube 30 in einstellbarer Weise gehalten ist.

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Der eine der beiden Permanentmagneten 28 oder 29 Winkel γ zurückdrehen, wobei die Winkel β und γ auf könnte auch durch ein als Anker wirkendes Weichei- das Waagengestell 4, d. h. in der Darstellung gemäß senstück ersetzt sein, so daß sich dann ebenfalls eine F i g. 4B auf die zum Waagengestell festen Bezugsgeraanziehende Kraft zwischen den Teilen 28 und 29 ein- den A '-A ' bzw. A "-A " bezogen sind. Der Winkel β stellt, die auf das Niveauausgleichspendel 24 bis 27 ein 5 hängt dabei vom Anteil ab, mit welchem die Tariervorschwaches, im Gegenuhrzeigersinn wirkendes Dreh- richtung die Empfindlichkeit der ganzen Waage beeinmoment ausübt. Um dieses Drehmoment zu kompen- flußt. Legt man eine einfache, nur mit der dargestellten sieren, muß offenbar der Schwerpunkt des Niveauaus- einzigen Tarierfeder 17 arbeitende Tariervorrichtung gleichspendels in einen Bereich verschoben werden, zugrunde, so wird der Winkel β stets kleiner sein als der rechts von der durch die Schneide 25 gelegten Ver- 10 der vorerwähnte Winkel α. Der Winkel γ hingegen ist tikalebene liegt. Die dazu erforderliche Einstellung bei gegebenem Niveauausgleichspendel erstens von wird mit einem Schraubgewicht 31 vorgenommen, das der Größe der Zusatzkraft und zweitens von der Art längs einer am Arm 26 befestigten Schraubenspindel 32 und Weise abhängig, mit welcher die Zusatzkraft auf verstellbar ist. Das Schraubgewicht 31 dient jedoch Ie- das Niveauausgleichspendel einwirkt. Werden gemäß diglich zur Einstellung der vorgegebenen Gleichge- 15 der F i g. 2 einer oder zwei Permanentmagnete 28 oder wichtslage des Niveauausgleichspendels bei genau ho- 29 oder gemäß Fig.3 eine Zugfeder 33 in der dargerizontiertem Waagengestell 4. stellten Weise zur Erzeugung der Zusatzkraft benützt, Demgegenüber ist bei der Ausführung des Niveau- so wirkt am Niveauausgleichspendel ein schwaches ausgleichspendels nach F i g. 3 dessen Gleichgewichts- Kippmoment, welches das Bestreben hat, dessen einmal lage bei horizontiertem Waagegestell 4 unabhängig 20 eingetretenen Ausschlag etwas zu vergrößern. Aus dievon der Größe der jeweils gewählten Zusatzkraft. Dies sem Grunde wird der Winkel γ stets entsprechend gröwird dadurch erreicht, daß die Richtung der Zusatz- ßer sein als der Winkel α.

kraft in der erwähnten Gleichgewichtslage des Niveau- Durch passende Einstellung der Zusatzkraft mittels ausgleichspendels durch dessen Schneide 25 verläuft. der Justierschraube 30 (F i g. 2) oder der Schrauben-Zu diesem Zweck ist eine Zugfeder 33 angebracht, de- 25 spindel 36 (F i g. 3) kann man somit den offenbar vorren oberes Ende lotrecht oberhalb der Schneide 25 an handenen Proportionalitätsfaktor zwischen dem Wineinem Fortsatz 34 des Pendels angreift. Das untere kel γ und dem vorerwähnten Winkel β so justieren, daß Ende der Zugfeder 33 ist in einem Verstellglied 35 ein- das auf dem Bildschirm 23 sichtbare Teilstück 10a der gehängt, dessen Höhenlage vermittels einer im Waa- auf der Meßplatte 9 enthaltenen Skalenteilung 10 keine gengestell 4 drehbar gelagerten Schraubenspindel 36 30 Verschiebungen erfährt, wenn das Waagengestell 4 in justierbar ist. Die Anordnung ist weiter so getroffen. Richtung des Waagebalkens 8 um kleinere Winkel α daß bei genau horizontiertem Waagengestell 4 und bei gekippt wird. Um diese angestrebte Wirkungsweise zu dem in der Gleichgewichtslage befindlichen Niveauaus- erhalten, ist dabei wenigstens näherungsweise die Begleichspendel die Zugfeder 33 eine in genau lotrechter ziehung r - γ = R ■ β zu erfüllen, wobei r die wirksame Richtung nach unten ziehende Zusatzkraft erzeugt. In 35 Länge des Armes 24 ist, welche dem auf die Schneide der Gleichgewichtslage des Niveauausgleichspendels 25 bezogenen Abstand der optischen Achse des Prokann dann durch die Zugfeder 33 ein Drehmoment jektionsobjektivs 21 entspricht, deren Bewegungsbahn nicht ausgeübt werden. Ein Drehmoment entsteht viel- 2i' die Fig.4A veranschaulicht. R ist der Radius der mehr erst dann, wenn es aus der Gleichgewichtslage kreisbogenförmigen Skalenteilung 10, deren Mittelherausbewegt wird, was dann erfolgt, sobald das Waa- 40 punkt in der Mittelschneide 7 liegt und deren Bewegengestell 4 aus seiner horizontierten Stellung heraus- gungsbahn 10' in F i g. 4A dargestellt ist. Wenn die gekippt wird. obengenannte Beziehung nur als erste Näherung be-Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei von der hori- zeichnet worden ist, so ist dies darauf zurückzuführen, zontierten Stellung des Waagengestells 4 ausgegangen, daß auch die nähere Ausbildung der Projektionseinin welcher somit das Niveauausgleichspendel nach 45 richtung und insbesondere deren linearer Vergröße-F i g. 2 oder 3 seine Gleichgewichtslage einnimmt, wäh- rungsfaktor zu berücksichtigen ist. Hat jedoch der Iirend der Waagebalken 8 eine an sich beliebige, als Aus- neare Vergrößerungsfaktor der Projektionseinrichtung gangslage betrachtete Neigung haben kann. Dement- einen hohen Wert und beträgt dieser wie üblich zwisprechend wird auf dem Bildschirm 23 das gerade im sehen 50 und 100, so ist die obengenannte Beziehung optischen Strahlengang 20 befindliche Teilstück der 50 bereits bis auf einen Fehler von 1 bis 2% genau.
Meßplatte 9 vergrößert abgebildet. Aus der angeführten Beziehung geht ebenfalls herin den zur Verdeutlichung der von den verschiede- vor, daß die wirksame Länge r des Armes 24 erheblich nen Bauteilen durchlaufenen Winkelwege beigefügten kleiner gemacht werden kann als der Radius R der auf Fig.4A und 4B ist eine relativ zum Waagengestell 4 der Meßplatte 9 befindlichen Skalenteilung 10, sofern feste Bezugsgerade A-A eingezeichnet, welche nur zum 55 nur durch entsprechende Bemessung der auf das Nileichteren Verständnis bei horizontiertem Waagenge- veauausgleichspendel wirkenden Zusatzkraft der Winstell in einer Horizontalen B-B liegt. Weitere, zu A-A kel γ gegenüber dem Winkel β vergrößert wird. Bei parallele Bezugsgerade A '- A ' und A "-A " sind durch einer derartigen Bemessung ergibt sich offenbar eine die Mittelschneide 8 des Waagebalkens 8 bzw. durch beträchtliche Platzersparnis und es kann dann das Nidie Schneide 25 des Niveauausgleichspendels gelegt. 60 veauausgleichspendel völlig im Raum seitlich des länge-Wird nun bei gleichbleibender Belastung der Waage- ren Armes des Waagebalkens 8 untergebracht werden, schale 12 und bei unveränderter Einstellung der Tarier- wie dies die F i g. 1 bereits teilweise andeutet. Dadurch vorrichtung das Waagengestell 4 etwa um einen klei- bietet sich die Möglichkeit dar, das Niveauausgleichsnen Winkel α aus seiner horizontierten Stellung her- pendel als besondere Zusatzeinheit auszubilden, die ausgekippt, so wird sich der Waagebalken 8 um einen 65 nachträglich in eine bereits bestehende Waage einge-Winkel β und das Niveauausgleichspendel um einen baut werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Niveaufehlerausgleichsvorrichtung für Präzisionsneigungswaagen mit einem um eine Mittelachse verschwenkbaren Waagebalken und einer eine Meßplatte am Waagebalken abbildenden Projektionsvorrichtung, in deren Strahlengang ein das Projektionsobjektiv an einem Arm tragendes Niveauausgleichsmaterial, am Waagegestell mittels eines Schneidenlagers gelagert, eintaucht, d a durch gekennzeichnet, daß bei Anordnung einer Tarierfeder (17) zwischen Waagengestell (4) und Waagebalken (8) an einem Arm (26) des Niveauausgleichspendels ein Permanentmagnet (28) und diesem benachbart am Waagengestell (4) ein zweiter Permanentmagnet (29), dem ersten ungleichpolig gegenüberstehend, oder ein Eisenanker angeordnet ist, derart, daß am Niveauausgleichspendel eine Zusatzkraft abhängig von der Neigung des Waagengestells (4) wirkt, welche die Lage des Niveauausgleichspendels gegenüber der Meßplatte (9) annähernd unverändert hält.

2. Niveaufehlerausgleichsvorrichtung für Präzisionsneigungswaagen mit einem um eine Mittelachse verschwenkbaren Waagebalken und einer eine Meßplatte am Waagebalken abbildenden Projektionsvorrichtung, in deren Strahlengang ein das Projektionsobjektiv an einem Arm tragendes Niveauausgleichspendel, am Waagengestell mittels eines Schneidenlagers gelagert, eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung einer Tarierfeder (17) zwischen Waagengestell (4) und Waagebalken (8) am Niveauausgleichspendel eine Zugfeder (33) angreift, welche mit ihrem anderen Ende am Waagengestell (4) befestigt ist und deren Wirkungslinie bei horizontiertem Waagengestell (4) in der durch das Schneidenlager des Niveauausgleichspendels gehenden Vertikalebene liegt, derart, daß am Niveauausgleichspendel eine Zusatzkraft abhängig von der Neigung des Waagengestells (4) wirkt, welche die Lage des Niveauausgleichspendels gegenüber der Meßplatte (9) annähernd unverändert hält.

3. Niveaufehlerausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkraft durch Verstellen ihres Angriffspunktes am Waagengestell (4) einstellbar ist.

4. Niveaufehlerausgleichsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge des das Projektionsobjektiv (21) tragenden Armes (24) des Niveauausgleichspendels kleiner ist als der Radius der auf der Meßplatte (9) befindlichen kreisbogenförmigen Skalenteilung (10).

5. Niveaufehlerausgleichsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveauausgleichspendel in dem Raum seitlich neben dem die Meßplatte (9) tragenden Arm des Waagebalkens (8) angeordnet ist.