DE1996277U - Auswuchtwaage - Google Patents

Description

Ρ.ΑΛ99 282*22.8.88

Patentanwalt Dipl.-Phys. GERHARD LIEDL ■ 6 München 22, Steinsdorfstraße 22

UUc. 77UH ITaimchreiber WMMS

K 59 202/42k«Gbm
20, August 1968

GEBR. HQiTViAwN K»u_t$ Maschinenfabrik, DARMSTADT, Pallaswiesenstraße 72

Auswuchtwaage

Die Neuerung betrifft eine Auswuchtwaage mit einer Aufnahme für den Wuchtkörper, welcher in wenigstens einem Freiheitsgrad gegen die Wirkung einer Gegenkraft beweglich angeordnet ist.

Zu Beginn der Auswuchttechnik wurden Aus wuchtwaagen in verschiedenen Konstruktionen verwendet. Diese besitzen einen Waagebalken oder eine kardanisehe Aufnahme. Die der Kompensation der Unwucht dienende Gegenkraft wird von Gewichten oder von Federn erzeugt.

Lo/Je

Später haben sich überwiegend AuswuehtvorriehtuEgen durchgesetzt, bei welchen der Wuchtkörper in Rotation versetzt und die Unwucht aus den erzeugten Lagerschwingungen ermittelt wird. Abgesehen davon, daß es Fälle ffiht. hei denen <las zuletzt ^βϋϊΐϋϋίβ Verfahren nicht Enwendbü? ist, ζ. B. bei Körpern, die noch keine für die Rotation geeignete mechanische Festigkeit haben, ist offensichtlich, daß die Auswuchtwaage eine Reihe von Vorteilen gegenüber Auswuchtmaschinen mit rotierender Aufnahme oesitzen. Es werden für Auswuchtwaagen keine kostspieligen Antriebe benötigt. Man kann den Ausgleich der Unwucht direkt auf der Waage unter ständiger Kontrolle vornehmen, ohne jedesmal eine zeitraubende Messung mit Hochdrehen und Auslaufenlassen des Prüflings vornehmen zu müssen. Bei Formkörpern, z. B. bei noch nicht gebrannten Schleifscheibenrohlingen, kann das noch plastische Mat xrial auf der Waage bereits weitgehend unwuchtfrei nachgeformt werden, wobei an dem Ausschlag der Waage jeweils sofort zu erkennen ist, ob eine Materialverformung in der gewünschten Richtung erfolgt. Der große Nachteil der bisherigen Auswuchtwaagen liegt in deren verhältnismäßig geringer Genauigkeit. Es konnte z. B. bei weitem nicht die Genauigkeit von Analysenwaagen erreicht werden und zwar wegen eines konstruktiv bedingten Labilitätszustandes.

Bei Analysenwaagen läßt man die von dem zu messenden Körper herrührende Kraft und die Kraft der Gewichte an dem Waage-balken über

Drehschneiden angreifen, wobei diese Drehschneiden mit der Drehschneide des Waagebalkens in einer Geraden liegen. Dies hat zur Folge, daß sich der Gesamtschwerpunkt des Waagebalkens bei einem Ausschlag

sehr
nur/gering verändert. Wenn aus Stabilitätsgründen der Schwerpunkt des Waagebalkens um einen kleinen Betrag unter der Drehschneide desseiben. liegt, läßt der Ausschlag des Waagebalkens einen unmittelbaren Rückschluß auf ein eventuelles Übergewicht der einen oder der anderen Waagschale zu.

Bei Auswuchtwaagen müßte der Wuchtkörper mit seinem Sollschwerpunkt in den Schneidendrehpunkt der Aufnahme gebracht werden, da ja nur das Übergewicht, also die Unwucht in einer bestimmten Winkellage gemessen werden soll. Dies läßt sich jedoch näherungsweise nur bei ganz flachen Körpern realisieren. Da die Wuchtkörper verschiedene Gestalt und verschiedene Größe haben, ist es in den meisten Fällen unmöglich, den Sollschwerpunkt des Wuchtkörpers genau im Schneidendrehpunkt anzuordnen. Sowohl im Falle der Labilität als auch im Falle der Stabilität geht das Gesamtgewicht des Körpers in die Messung ein. Erschwerend kommt hinzu, daß die Aufnahme kardanisch gelagert werden

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muß, wenn die unwucht unmittelbar nach Richtung und Größe bestimmt werden soll. Der Schwerpunkt des Wuchtkörpers wird sich dann im allgemeinen senkrecht über dem Kardandrehpunkt befinden. Wenn nun die Aufnahme aufgrund einer Unwucht sich schräg stellt, dann liegt der Gesamtschwerpunkt des Unwuchtkörpers nicht mehr über dem Kardandrehpunkt. Er erzeugt ein Moment, welches eine nicht vorhandene Unwucht vortäuscht. Das MeSer gebnis ist also nicht hut yds €ter üswsckt, sss= dem auch von der Schrägstellung der Aufnahme und von dam Gesamtgewicht des Wuchtkörpers abhängig.

Bei Wuchtkörpern kennt man meistens nur die Solldrehachse, jedoch nicht den Sollschwerpunkt. Es ist dementsprechend unmöglich,diese Fehlerquellen auszuschalten. Von modernen Auswuchtvorrichtungen mit rotierender Aufniihme wird eine Meßgenäuigkeit von etwa 1 : 100000 verlangt, d. h. es sind noch Unwuchten von 1 g bei 100 kg Gewicht festetellbar. Bei Auswuchtwaagen sind derartige Genauigkeiten bisher undenkbar. Zur Veranschaulichung sei erwähnt, daß bei einem 100 kg schweren Körper eine Auslenkung d?s Schwerpunktes um 1/100 mm bereits dasselbe Moment erzeugt wie eine über einen Hebelarm von 1 m angreifende Unwucht von 1 g.

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Wichtig ist, daß die Gegenkraft in der Nähe der Ausgangslage der Aufnahme sich selbsttätig der jeweiligen Labilitätssituation anpaßt.

Die Kompensationseinrichtung kann einen Elektromagneten enthalten, der die Gegenkraft erzeugt. In Abwandlung kann die Kompensationseinricii£ung jedoch auch einen pneumatischen oder hydraulischen Steue*·- kreis enthalten, welcher die Gegenkraft in Form eines Druckes in einem Druckmedium erzeugt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Elektromagnet von einem Verstärker mit sehr hohem Verstärkungsgrad gespeist. Das Meßglied liefert dem Verstärker eine vom Ausschlag der Waage abhängige Spannung.

Es läßt sich zeigen, daß die Meßgenauigkeit der Vorrichtung umso höher ist, je größer der Verstärkungsgrad des Verstärkers ist. Da Verstärker mit fast unendlich hohem Verstärkungsgrad bekannt sind, bedeutet dies, daß Verstellbewegungen der Aufnahme aus der Ausgangslage äußerst gering gehalten werden können. Dementsprechend gestaltet sich das Verhältnis anteilige Eiavtlfcmng des Gesamfeechwerpunktes des ünwuchikörpers zur anteiligen Binwiikung der Unwucht

sehr günstig. Die Meßgenauigkeit der Vorrichtung i§t also sehr groß.

Man kann in vereinfachter Ausbildung die Aufnahme der Auswuchtwaage nur in einem Freiheitsgrad beweglich gestalten, üidem man z. B. die Aufnahme auf zwei im Abstand voneinander angeordneten Schneiden ipgcT*. TTwiiii «ro vinracro in αίσ vermnoangsiime sswiBcnen aen neiden Schneiden IUHt₁ liefert sie selbstverständlich kein Auslenkungemomenii, während ünwuchten, die um 90° versetzt hierzu liegen, die größte Kraft liefern. Brian muß dementsprechend zur Mesming den Unwuchtkürpor gegebenenfalls mit einem Teil der Aufnahme einmal um 90^odF®hesi. Obwohl der Neuerungsgedaiike auf derartige Auswuchtwaagen einfacher Bauart anwendbar ist, werden solche bevorzugt, bei denen die Aufnahme in zwei Froiheitegraden, z. B. kardanisch oder über ein Schneidenkreuz, beweglich ist. Bei derartigen Auswuchtwaagen ist dann gemäß der Erfindung jedem Freiheitegrad eine Kompensationseinrichtung zugeordnet, dergestalt, daß sich die Rückstellbewegung derselben nur in dem zugeordneten Freiheitegrad, jedoch nicht in dem anderen Freiheiegrad auswirkt.

Bei einer speziellen AuafUhrungeform enthält da» Meßglied eine mit Wechselstrom gespeiste, mechanisch mit der Aufnahme verbunden«

Spule, die in der Ausgangsslage gleiche Spannungen in einem stationär angeordneten Spulenpaar induziert. Die Spannungen des Spulenpaares werden mittels einer Gleichrichteranordnung gleichgerichtet und gegeneinander geschaltet. Die Differenz spannung wird über einen Verstärker mit theoretisch unendlich hohem Verstärkungsgrad verstärkt und dem Elektromagneten zugeleitet. Der Elektromagnet kann dabei einen Permanentmagneten enthalten. Mit der Aufnahme ist eine dem Permanentmagneten zugeordnete und von der Verstärkerspannung durchflossen Kompensationsspule verbunden.

Eine wesentliche konstruktive Vereinfachung ergibt sich, wenn die Kompensaticnsspule und die Mcßspulc zu einer Einheit zusammengefaßt werden, wobei die Messung über den durch die Spule fließenden Wechselstrom erfolgt und die Gegenkraft von dem vom Verstärker gelieferten und ebenfalls durch die Spule fließenden Gleichstrom erzeugt wird.

Vorzugsweise wird die Unwucht nach Größe und Richtung oder in Komponenten von Änzeigeinstrumenten angezeigt, weiche von der VerstärkerpTvanminor miTTaiharr ηπ»τ* ιιητηΐίτοΐngnr ö«Srgt^rt weiden, Weiterhin küOOL

ι der AuswueMwaago eise Markier- oder Ausgleichseinrichtung zugeordnet sein, welche ebenfalls von der Veretärkerepammng mittelbar ; «jer unmittelbar gesteuert wird.

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Auf 4@n beiliegenden Zeichnungen sind bevorzugte AusfUhrungsformen des Gegenstandes der Neuerung! dargestellt.

Is zeigen:

Flg. 1 ßchomatisch die Schaltung einer ersten Ausf Uhrungsform;

Fig. 2 schematisch die Schaltung eii.or zweiten

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine in zwei Freiheitsgraden auslenkbare Auswuchtwaage gemäß der'

Fig. 4 einen Schaltplan zu der Ausführungsform gemäß Fig. S.

Eine Aufnahme 1 für einen auszuwuchtenden Körper 2 ist ähnlich einem Waagebalken auf einer Schneide 3 drehbeweglich gelagert. Der SoIlschwerpunkt 4, der sich beispielsweise in der konstruktiv vorgesehenen Drehachse für den Wuchtkörper 2 befindet, wird über der Schneide 3 angeordnet. Es sei angenommen, daß der Wücatkörpe? 2 eine besitzt, welche die durch den Pfeil 5 angedeutete Kraft erzeugt.

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liit der Aufnahme 1 ist über ein Gestänge 6 eine SpulLe 7 verbunden. Das Gestänge 6 kann dabei auch ein Hebelmechanismus sein, welch?*· den Ausschlag dar Aufnahme 1 vergrößert. Die Spule 7 bewegt sich is einesi ortsfest angeordneten Spulenträger 8. welcher zwei Wicklungen und 10 besitzt. Die Wicklungen 9 und 10 sind bei 11 miteinander verbwden us4 as dssä Symsasirifipiiski 12 einer Glfiichrlchteranordnung gelegt. Die Gleichrichteranordnung enthält Dioden 13 und 14 und von Kondensatoren 15 und 16 überbrückte Widerstände 17 und 18. Legt man diw Spule 7 über den Anschluß 19 an eine Wechselspannung, so ist die Spannung am Ausgang der Gleichrichteranordnung Null, wenn sich die Spule 7 genau in der Mitte zwischen den Wicklungen 9 und 10 befindet, d.h. wenn in den Wicklungen 9 und 10 aufgrund des durch die Spule 7 fließenden Wechselstromes gleiche Spannungen induziert werden. Durch die gegensinnige Schaltung der Wicklungen 9 und 10 heben sich die von den Dioden 13 und 14 gleichgerichteten Spannungen gegenseitig auf.

Die Unwucht 5 versucht nun die Aufnahme 1 so zu bewegen, daß die Spule 7 weiter in den Spulenkörper ,eintaucht. Dies bedeutet, daß in die Wicklung 9 eine größere Spannung induziert wird,, als in der Wicklung 10. Es entsteht also eine negative Spannung, welche einem durch eine Serienschaltung 20 aus einem Kondensator· und einem Widerstand überbrückten Operatiwerstärker 21 mit sehr hohem Ver-

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Stärkungsgrad zugeleitet wird. Die negative Eingabespannung erzeugt am Ausgang 22 des Operatiwerstärkers 21 eine hohe positive Spannung, welche einer Spule 23 zugeleitet wird, die in dem Magnetfeld eines ortsfesten Permanentmagneten 24 liegt. Die Spule 23 ist über ein Gestänge 25 ebenfalls mit der Aufnahme 1 verbunden. Bei entsprechender Polung erzeugt der durch die Spule 23 fließende Strom ein Magnetfeld, das zum Magnetfeld des Permanentmagneten 24 so orientiert ist, daß eine der Unwuchtkraft 5 entgegengerichxete Kraft über das Gestänge 25 auf die Aufnahme 1 übertragen wird. Wenn der Operatiwerstärker 21 einen beinahe unendlich großen Verstärkungsgrad hat, was fast realisierbar ist, so wird die Aufnahme 1 überhaupt keine Bewegung ausführen. Die über das Gestänge 25 übertragene Kraft ist immer gleich groß und entgegengerichtet der Unwuchtkrait 5. Kleinste Verschiebungen des Waagebalkens nach oben oder unten lösen sofort und ohne Zeitverzögerung entsprechend große Gegenkräfte aus. Der Sollschwerpunkt 4 deu Unwuchtkörpers 2 bleibt dementsprechend immer über dem Drehpunkt der Schneide 3. Er geht in die Messung nicht ein. Es wird unabhängig: von der Gestalt des Wuchtkörpers 2 nur die tatsächlich vorhandene Unwucht 5 gemessen. Würde man dagegen zulassen, daß sich dip Aufnshms I nach eier sinsn oiJsr sjidGren üichtuns absenkt, dann müßie eine Gegenkraft, z.B. ein Gegengewicht, nicht

nur die Unwucht 5, sondern auch den Schwerpunkt 4 etwas anheben. Die Kraft müßte also größer sein als die Kraft der Unwucht 5. Wenn der Schwerpunkt 4 dann seine höchste Stellung hat, wird dementsprechend der Waagebalken nach der anderen Seite abkippen. Die Waage befände sich also in einem labilen Gleichgewicht, Durch den hohen Verstärkungsgrad des Operatiwerstärkers 21 ist bei der Ausführungsform gemäß der Neuerung demgegenüber sichergestellt, daß die Waage sich in einem indifferente λ Gleichgewicht ,und zwar jeweils genau in ihrer Mittellage befindet.

Spannung am Ausgang 22 des Operatiwerstärkers 21 ist nua proportional der Unwucht 5. Ein angeschlossenes Meßinstrument 26 kann dementsprechend direkt auf die Unwuchtgröße geeicht werden. Einschwingvorgänge werden durch das RC-Glied 20 unterdrückt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, daß die Gestänge 6 und 25 zu einem einzigen Gestänge 27 und die Spulen .'.7 und 23 zu einer einzigen Spule 28 zusammengefaßt sind. An die Spule 28 wird einerseits über den Anschiua 28 eine Wechselspannung angelegt, die in dem Magnetfeld des Permanentmagneten 24 keine Gegenkraft erzeugt, die

jedoch entsprechende Spannungen in den Spulen 9 und 10 induziert. Diese Spannungen werden wiederum von den Dioden 13 und 14 gleichgerichtet und über die Kondensatoren 15 und 16 geglättet. Solange die in den Spulen 9 und 10 induzierten Spannungen gleich groß sind, ist dementsprechend die Ausgangsspannang des Operatiwerstärkers 21 Null. Bei einer kleinen Verschiebung in der einen oder anderen Richfeng ei=seugt jedoch der Operatiwerstärker 21 eine große Gegenspannung, die über eine Induktivität 31 der Spule 28 zugeleitet wird. Da die Ausgangsspannung des Operatiwerstärkers 21 eine Gleichspannung ist, erzeugt dementsprechend der durch die Spule 28 fließende Gleichstrom eine entsprechende Gegenkraft im Magnetfeld des Magneten 24.

Der Magnet 24 mit den Wicklungen 9 und 10 und der Spule 28 können in einem Gehäuse 32 untergebracht sein. Wenn die Unwucht nach Winkel und Größe erfaßt werden soll oder wenn die in senkrechte Koordinaten fallenden Unwuchtkomponenten einzeln bestimmt werden sollen, muß die Aufnahme 1 in zwei Freiheitsgraden beweglich sein. Eine wesentliche Vereinfachung ist dabei gemäß der Neuerung dadurch möglich, daß eine kardanische Aufhängung durch Federn 33 ersetzt werden kann. Das Gewicht der Aufnahme i und des auszuwuchtenden Körpers wird durch das Spitzenlager 3 aufgenommen.

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Da die Aufnahme 1 keine wahrnehmbaren Verstellbewegungen ausfühit, geht dementsprechend die Kraft der Federn 33 nicht in das Meßergebnis ein. Durch die Federn 33 wird also in einfacher Weise eine Halterung der Aufnahme 1 erzielt.

Die Aufnahme 1 besitzt eine Winkelskala 34. Man kann nun einerseits die Unwucht in Komponenten messen, indem man jedem Gehäuse 32 eine Schaltung, z. B. gemäß Fig. 1 oder Fig. 2, zuordnet und dann an den beiden Meßinstrumenten 26 die Größe der Unwu ^komponenten abliest. Man kann jedoch auch die Unwucht als solche nach ihrer Größe und nach ihrem Winkel entsprechend der Winkelskala 34 durch Verwendung einer Schaltung, wie sie schematisch in Fig. 4 angedeutet ist, bestimmen. Auf diesem Schaltplan sind die Spulenanordnung durch das Blockkästchen 30 und die Gleichrichteranordnung 13 bis 18 scheraatisch durch das Blockkästchen 35 angedeutet. Durch kurzzeitiges Schließen einer Schalte!anordnung 36 werden die Ausgangsspannungen der Operatiwerstärker 21 auf Kondensatoren 37 auf geschaltet und dort gespeichert, Den Kondensatoren 37 sind Verstärker 38 nachgeschaltet, die ein Abfließen der Gleichspannung verhindern. Es ist weiterhin eine Frequsnztransformationseinrichtung 39 vorgesehen, wie sie beispielsweise aus dem deutschen Patent 1 108 475 bekannt ist. Ih dieser wird aus den

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in den Kondensatoren 37 gespeicherten Gleichspannungen eine Wechselspannung erzeugt, deren Amplitude der Unwuchtgröße proportional ist und deren Phasenlage dem Unwuchtwinkel entspricht. Diese Wechsel- \ |

spannung wird in bekannter Weise so ausgewertet, dfJ3 das Meßinstnir ment 41 die Unwaehtgröße und das Meßinstrument 42 den ünwucntwinKii =§ |

entsprechend der Gradeinteilung an der Winkelskala 34 anzeigt,

Claims (13)

P.A. 199282*22.8.68 Potentanwalt Dipl.-Phys. GERHARD LIEDL · 8 München 22, Steinsdorfstraße 22 Telefon ?984i? Fernschreiber 05 Ti 2OP H69«B/4&QI*i· C32O2 20. August 1968 Schutzansprüche

1. Auswuchtwaage mit einer Aufnahme für den Wuchtkörper, welcher in wenigstens einem Freiheitsgrad gegen die Wirkung einer Gegenkraft beweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Gegenkraft eine Kompensationseinrichtung an der Auswuchtwaage angeordnet ist, die von einem auf den Ausschlag der Waage ansprechenden Meßglied gesteuert ist, wobei die erzeugte Gegenkraft die Waage in eine Ausgangslage oder Soll-Lage zurückstellt.

2. AuswuchtwapgG nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme mit dem Wuchtkörper sich in labilem Zustand befindet und daß die Gegenkraft den Schwerpunkt des Wuchtkörpers über dem Drehpunkt der Waage hält.

3. Auswuchtwaage nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung eine Elektromagnetanordnung (23= 24) enthält, die die Gegenkraft erzeugt.

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4. Auswuchtwaage nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung einen pneumatischen oder hydraulischen Steuerkreis enthält, welcher die Gegenkraft in Form eines Druckes in einem Druckmedium erzeugt.

5. Auswuchtwaags nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dia Elektromagnetanordnung (23, 24) von einem Verstärker (21) mit sehr hohem Verstärkungsgrad gespeist wird und daß das Meßglied eine vom Ausschlag der Waage abhängige Spannung dem Verstärker (21) liefert.

6. Auswuchtwaage, bei der die Aufnahme in zwei Freiheitsgraden, z. B. kardanisch oder über ein Schneidenkreuz beweglich ist, nach Anspruch oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Freiheitsgrad eine Kompensationseinrichtung zugeordnet ist, dergestalt, daß sich die von der Gegenkraft ausgelöste Rückstellbewegung nur in dem zugeordneten Freiheitsgrad, jedoch nicht in dem anderen FreiheitsgTad auswirkt.

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7. Auswuchtwaage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied eine mit Wechselstrom gespeiste, mechanisch mit der Aufnahme verbundene Spule (7, 28) enthält, die in der Ausgangslage gleiche Spannungen in einem stationär angeordneten Spulenpaar (9, 10) induziert.

8. Auswuchtwaijge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen des Spulenpaares (9, 10) mittels einer Gieichrichteranordnung gleichgerichtet und gegeneinander geschaltet werden und daß die Dif'erenzspannung über einen Verstärker mit theoretisch unendlich hohem Verstärkungsgrad verstärkt und dem Elektromagneten zugeleitet wird.

9. Auswuchtwaage nach Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnetanordnung einen Permanentmagneten (24) enthält und daß mit der Aufnahme (1) eine dem Permanentmagneten (24) zugeordnete und von der Verstärker spannung durchflossene !Compensationsspule (23, 28) verbunden ist.

10. Äuswuehtwaage nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspule und die Meßspule zu einer Einheit zusammengefaßt sind, iftobei die Messung über den durch die Spule (28) fließenden Wechselstrom erfolgt und die Gegenkraft über den vom Verstärker (21) gelieferten und ebenfalls durch die Spule (28) fließenden Gleichstrom erzeugt wird.

11. Auswuchtwaage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwucht nach Größe und Richtung oder in Komponenten von Anzeige instrumenten (26) angezeigt wird, welche von der Verstärkerspannung

12. Auswuchtwaage nach Anspruch 5, dadurch gekennsseichnet, daß der Auswuchtwaage eine Markier- oder Ausgleichseinrichtung zugeordnet ist, "W'GlchG von der Spannung der Verstärker (21) sxiüelbar oder unmittelbar gesteuert wird.

13. Äuswuchtwaage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (20) vorgesehen sind, durch welche Mn-•chwüigvorgänge bei der !Zurückstellung der Waage in die Ausgangsrlage unterdrückt werden.

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