DE2302417B2 - Praezisionsneigungsfederwaage - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Präzisionsneigungsfederwaage mit einer an einet Seite eines Waagebalkens bezüglich seiner Mittelschneide starr angebrachten Schraubenwägefeder, welche mit ihrem freien Ende am Waagengehäuse befestigt ist.

Bei Schraubenfedern ist der an sich vorhandene lineare Zusammenhang zwischen Federkraft und Dehnungsweg dann gestört, wenn neben der Dehnung auch eine Verkrümmung der Federachse erfolgt. Neigungsfederwaagen, welche höheren Genauigkeitsan-Sprüchen genügen sollen, enthalten daher üblicherweise eine an beiden Enden gelenkig an Waagebalken bzw. Waagengehause befestigte Schrauoenwägefeder, derer Federachse somit für jede Schwenkstellung des Waagebalkens eine Gerade bildet. Ein restlicher, relativ kleiner Fehler, der durch den sich ändernden Winkel zwischen der Federachse und dem Waagebalken bei dessen Schwenkbewegung hervorgerufen ist. läßi sich durch eine Tangenskorrektur der Waagenskale berücksichtigen.

Werden die Gelenke an den Enden der Wägefeder durch einfaches Einhängen von Endhaken in Ösen am Waagebalken und Waagengestell gebildet, treten merkliche Reibungsverluste auf und es läßt sich der Absfand des Feder-Angriffspunkts am Waagebalken zu dessen Mitteischneide nicht exakt einhalten. Gelenke, welche solche Fehlerquellen weitgehend vermeiden, z. B. die Amiiünufig angeschüifener rederenden in V-förmig ausgebildeten Gegenlagern, bedingen eine aufwendigere Konstruktion und nennenswerten Justieraufwand.

Bekannt ist es (DT-OS 2026309). nur die Federanlenkstelle am Waagebalken als Gelenk dergestalt auszubilden, daß eine am Waagebaiken feste Schneide in einer am Federende angeordneten Pfanne ruht, während das andere Federende starr am Waagengehäuse befestigt ist. Hierbei wird ein Gelenk eingespart, wobei der Fehler durch die relativ geringert· Verbiegung der Federachse auf Grup.d der festen Einspannung am gehäuseseitigen Federende hingenommen wird.

Bekannt ist ferner eine Neigungsfederwaage (DTPS 853 209), bei der die Anzeige nicht wie für Präzis isonswaagen üblich, durch eine am Waagebaiken feste Skaia erfolgt, sondern durch eine Anzeigetrommel mit einem Ritzel, in weiches eine Zahnstange eingreift, die ihrerseits gelenkig an einem Hebe? befestigt ist, der über eine Koppel vom Waagebalken angetrieben ist. In dieser Anordnung, bei der ohnehin kein linearer Zusammenhang zwischen der Schwenkbewegung des Waagebalkens und der Drehung der Anzeigetrommel gegeber ist und auch Gewichtseinflüsse der Übertragungselemente wirksam werden, sind beide Enden der Schraubenwägefeder am Waagebalken bzw. am Waagengehäuse starr befestigt. Angestrebt wird hierbei die Verschwenkung der Feder, d. h. die Abweichung d- Federachse von einer Geraden, möglichst gering , Iten. Zu diesem Zweck wird einerseits die Federlange möglichst groß gemacht, und zwar durch Anordnung einer Stange, weiche zwei Schraubenfedern miteinander verbindet, die insgesamt die Wägefeder bilden. Andererseits ist diese Federanordnung mit dem Waagebalken so verbunden, daß die Federachse rechtwinklig zum WägebaJken steht, wenn sich Jieser in Halblaststellung I-«findet. Je weiter sich der Wägebaiken aus seiner Halblaststellung in beiden Richtungen entfernt, desto mehr nimmt die Krümmung dec in Halblaststellung geradea Federachse zi> und in desto größerem Ausmaß wächst auch die Nichtlinearität.

Eine Korrektur dieses durch Nichtlinearität hervorgerufenen Fehlers kann bei der bekannten Neigungsfederwaage durch andere Nichtlinearitäten erfclgen, welche im Übertragungsmechanismus der Anzeige begründet sind, insbesondere durch Unwuchten der Anzeigetrommel, wobei abf andere Fehler durch Reibungskräfte in dem Übertragungsmechanismus hingenommen werden müssen. Eine derartige Korrekturmöglichkeit ist bei Präzisionsneigungsfederwaagen nicht möglich, weiche zur Erzielung größtmöglicher Rcibungsfreiheii eine ar, derr. Waagebalken feste Skala zur Anzeige aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Präzisionsneigungsfederwaage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ohne Einbeziehung von Nichtlinearitäten, weiche in einem der Anzeige dienendem überiraguHgsmcehäniäfnüs begründet sind, eine Genauigkeit erzielt werden kann, die der einer Waage mit gelenkiger Ankopplung der Schraubenwägefeder gleichwertig ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Neigungsbereich des Waagebalkens unsymmetrisch zur Horizontalen liegt, derart, daß die Achse der Schraubenwägefeder bei Halblast noch gekrümmt ist.

Durch i' »e Ausbildung läßt sich, was auch durch praktische Versuche nachweisbar ist, die Störung durch die Nichtlinearität so weitgehend beseitigen, daß eine Genauigkeit von l°/_(m (10 ³) erreicht werden kann. Der quadratische Anteil der Nichtlinearität läßt sich dabei durch eine leichte Asymmetrie des Neigungsnereiches im Beirag von einem bis zu einigen Grad praktisch völlig eliminieren.

Zur Erweiterung des Anwendungsbereiches ·
Präzisionsneigungsfederwaagen ist es bekannt, Tarierfedern vorzusehen, welche ein Austarieren von

Gefäßen ohne Verlust an Wägebereich gestatten. Bekannt ist es ferner, bei Federwaagen, bei denen die Wägefeder aus mehreren, auch die Parallelführung der Waagschale übernehmenden Blattfedern besteht, deren Empfindlichkeit nur schwierig justierbar ist, eine Tarierfeder zwischen dem Waagengehäuse und dem Waagschaienträger anzuordnen, mit des durch Änderung der wirksamen federnden Windungen eine Empfindiichkeitsjustien-ng der Waage vorgenommer werden kann (DT-Gbm 1866887). In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung greift eine Tarierfeaer bezüglich der Mittelschneide auf der der Schraubenfeder gegenüberliegenden Seite des Waageba'ke. ·" diesem mittelbar an. Durch diese Ausbildung "-. nn der Anteil der Tarierfeder an den zu, kompensierenden Nichtlinearitäten klein gehalten v-rden. Zur Kompensation des Linearitätsfehler»· o. Ordnung kann bei Ausbildung mit einer am Vaag^balken befestigten Skale, welche mittels eint..' Projektionsvorrichtung abbildbar ist, die Skaie entsprechend den Nichtlinearitäten 3. Ordnung der Schraubenwägefeder tangenskorrigiert sein. Durch die mit dieser Maßnahme mögliche Korrektur der Nichtlinearitäten 3. Ordnung kann eine Genauigkeit von 2 · 10"⁴ erreicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Für das Beispiel wurde eine oberschaiige Präzisionsneigungsfederwaage mit Parallelogrammführung der Waagschale, mit optischer Projektionseinrichtung und je einer Wäge- und Tarierfeder gewählt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Präzisionsneigungsfederwaage,

Fig. 2 im Schnitt die Einspannung der Schraubenwägefeder am Waagebalken, und

Fig. 3 eine Ansicht der Fig. 2 von oben.

Auf einer Konsole 6 befindet sich die Mittelschneide 7, welche die Drehachse eines Waagebalkens 8 definiert. Auf einer am Waagebalken festen Außenschneide 9 ILgt ein Gehänge 10 auf, welches, nach außen versetzt, eine Waagschale 11 trägt. Ein

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hänge 10 andererseits gelagert.

An dem der Außenschneide 9 gegenübeiliegenden Ende des Waagebalkens 8 ist eine mit Zahlen und Strichen versehene Skale 13 befestigt. Ein der jeweiligen, vom Gewicht des Wagegutes abhängigen Neigung des Waagebalkens 8 entsprechender Ausschnitt der Skale 13 wird mittels einer Projektionsvorrichtung auf <Mner Mattscheibe im Gehäuse der Waage ablesbar abgebildet.

Die Projektionsvorrichtung und die Mattscheibe sind in der zeichnung nicht veranschaulicht und können in einer dem Fachmann bekannten Bauform ausgebildet sein. Die Abstände zwischen den einzelnen Zahlen und Strichen ^uf der Skale 13 entsprechen den Tangeiisvverten äzi Ausschlagwinkel im Ncigungsbcreich der Waage.

Zwischen der Mittelschneide 7 und der Skale 13 ist am Waagebalken 8 starr eine Schraubenwägefeder 14 befestigt. Deren oberes, in Richtung der Federhst· gestreckies Ende ist in eine Bohrung eines mit einer Mutter 15a versehenen Gewindezapfens 15 eingeiötet, welcher seinerseits in einer Bohrung 16 eines Halters 17 vertikal verschieblich angeordnet ist. Der Gewindezapfen 15 wird mittels einer Klemmschraube 18 in seiner Lage gehalten. Der Halter 17 ist teilweise hulsenförmig ausgebildet und auf einen zapfenartigen Ansatz 19 des Waagebalkens 8 aufgesteckt, auf welchem er mittels einer weiteren Klemmschraube 20 gehalten wird. Durch Lösen der Klemmschraube 20 und

ίο Verschieben des Halters 17 auf dem Ansatz 19 kann der Abstand der Schraubenwägefeder 14 von der Mittelschneide 7 justiert werden. In gleicher Weise kann durch Lösen der Klemmschraube 18 und Verdrehen der Mutter 15« der Einspannpunkt der Schraubenwagefeder 14 höhe η verstellt und damit die Empfindlichkeit der Waage justiert werden.

Das untere Ende der Schraubenwägexeder 14 ist ähnlich der oberen Einspannung durch einen am Waagengehäuse festen Halter 21 geführt und in diesem festgeklemmt. Eine horizontale Ju^r ermöglichkeit kann hier entfallen, weil kleinere Abweisungen der Entfernung des unteren Endes der Schraubenwägefeder 14 von der durch die Mittelschneide 7 gehenden Vertikalen die Waagencharakteristik praktisch nicht beeinflussen.

An einem Ausleger 22 des Gehänges 10 ist eine Tarierfeder 23 starr eingespannt. Es gilt das im Zusammenhang mit dem unteren Ende der Schraubenwägefeder 14 Gesagte: Eine genaue Justieiung ist im s'lgemeinen nicht erforderlich. Am unteren Ende der Tarierfeder 23 ist diese in eine Wandermutter 24 eingespannt, weiche im Waagengehäuse in Richtung des Doppelpfeils verschieblich geführt ist. Details des Verstellmechanismus der Tarierfeder sind in der Zeichnung nicht veranschaulicht. Dieser kann eine dem Fachmann geläufige Ausbildung aufweisen.

Die beschriebene Präzisionsneigungsfederwaage hat einen Wägebereich von 1000 g, welchem ein Neigungsbfeich des Waagebalkens 8 von 14° entspricht.

Zur Eliminierung der vorstehend erwähnten, im wesentlichen aus der Schraubenwägefeder 14 herrührenden quadratischen Nichtlinearität im Waagenab lauf wurde eine Unsymmetrie von eiwa 1,5° nach oben eingestellt, d. h. bei Halblast (500 g) ist der Waagebalken Sauf der Gehängeseite 1,5° nach oben geneigt.

Die Schraubenwägefeder 14 und die Tarierfeder 23 sind identisch ausgelegt und das Übersetzungsverhältnis, gegeben durch die jeweiligen Abstände von der Mittelschneide 7 zum Angriffspunkt der Schraubenwägefedi" 14 bzw. zur Außen^cchneide 9, beträgt etwa 2:1. Mit dieLe~ Auslegung sind, im Zusammenwirken mit der tangenskorrigisrten Skale 13. auch uic obenerwähntei. Nichtlinearitäten 3. Ordnung praK'isch völlig eliminiert, unci es konnte eine Genauigkeit von etwa 2-10 ⁴,bezogenauf die Maximallast von 1000 g, erzit.lt werden.

im bcsuii (ebenen iicispici vvufdcu je cmc Schtätioeiiwage- und Tarierfeder verwendet. Es können jedoch ebenso jeweils mehrere Federn verwendet wl<de 1, falls dies, beispielsweise aus Gründen der F^derdimensionierung <der wegen anderer konstruk liver Gegebenheiten, zweckmäßig ist

Hierzu 1 liluti /Jcimuneen

Claims (3)

Pate ntansprüche:

1. Präzisionsneigiingsfederwaage mit ^iner an einer Seite eines Waagebalkens bezüglich seiner Mittelschneide starr angebrachten Schraubenwägefeder, weiche mit ihrem freien Ende am Waagengehäuse befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungsbereich des Waagebalkens (8) unsymmetrisch zur Horizontalen liegt, derart, daß die Achse der Schraubenwägefeder (14) bei Halblast noch gekrümmt ist.

2. Präzisionsneigungsfederwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tarierfeder (23) bezüglich der Mittelschneide (7) auf der der Schraubenwägefeder (14) gegenüberliegenden Seite des Waagebalkens (8) an diesem mittelbar angreift.

3. Präzisionsneigup^sfederwaage nach Anspruch 1 oder 2, mit einer am Waagebalken befestigten Skale, welche mittels einer Projektionsvorrichtung abbildbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Skale (13) entsprechend den Nichtlinearitäten 3. Ordnung der Schraubenwägefeder (14) tangenskorrigiert ist.