DE2302417C3 - Präzisionsneigungsfederwaage - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Präzisionsneigungsfederwaage mit einer an einer 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, weiche höheren Genauigkeitsan-Sprüchen genügen sollen, enthalten daher üblicherweise eine an beiden Enden gelenkig an Waagebalken bzw. Waagengehäuse befestigte Schraubenwägefeder, deren 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, läßt sich durch eine Tangenskorrektur der Waagenskale berücksichtigen. _so

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 Abstand des Feder-Angriffspunkts am Waagebalken zu dessen Mittelschneide nicht exakt einhalten. Gelenke, welche solche Fehlerquellen weitgehend vermeiden, z. B. die Anordnung angeschliffener Federenden 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 Waagebalken 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 geringere Verbiegung der Federachse auf Grund der festen Einspannung am gehäuseseitigen Federende hingenommen wird.

Bekannt ist ferner eine Neigungsfederwaage (DTPS 853 209), bei der die Anzeige nicht wie für Präzisisonswaagen üblich, durch eine am Waagebalken feste Skala erfolgt, sondern durch eine Anzeigetrommel mit einem Ritzel, in welches eine Zahnstange eingreift, die ihrerseits gelenkig an einem Hebel 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 gegeben ist und auch Gewichtseinflüsse der Übertragungselemente wirksam werden, sind beide Enden der Schraubenwägefedßr am Waagebalken bzw. am Waagengehäuse starr befestigt. Angestrebt wird hierbei die Verschwenkung der Feder, d. h. die Abweichung der Federachse von einer Geraden, möglichst gering zu halten. Zu diesem Zweck wird einerseits die Federlänge möglichst groß gemacht, und zwar durch Anordnung einer Stange, welche zwei Schraubenfedern miteinander verbindet, die insgesamt die Wägefeder bilden. Andererseits ist diese Federanordnung mit dem Waagebalken so verbunden, daß die Federachse rechtwinklig zum Wägebalken steht, wenn sich dieser in Halbiaststellung befindet. Je weiter sich der Wägebalken aus seiner Halbiaststellung in beiden Richtungen entfernt, desto mehr nimmt die Krümmung der in Halbiaststellung geraden Federachse zu und in desto größerem Ausmaß wächst auch die Nichtlinearität.

Eine Korrektur dieses durch Nichtlinearität hervorgerufenen Fehlers kann bei der bekannten Neigungsfederwaage durch andere Nichtlinearitäten erfolgen, welche im Übertragungsmechanismus der Anzeige begründet sind, insbesondere durch Unwuchten der Anzeigetrommel, wobei aber andere Fehler durch Reibungskräfte in dem Übertragungsmechanismus hingenommen werden müssen. Eine derartige Korrekturmöglichkeit ist bei Präzisionsneigungsfederwaagen nicht möglich, welche zur Erzielung größtmöglicher Reibungsfreiheit eine an dem 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 Übertragungsmechanismus 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 zui Horizontalen liegt, derart, daß die Achse der Schraubenwägefeder bei Halblast noch gekrümmt ist.

Durch diese Ausbildung läßt sich, was auch durch praktische Versuche nachweisbar ist, die Störung durch die Nichtlinearität so weitgehend beseitigen, daß eine Genauigkeit von l°/_on (10~³) erreicht werden kann. Der quadratische Anteil der Nichtlinearität läßt sich dabei durch eine leichte Asymmetrie des Neigungsbereiches im Betrag von einem bis zu einigen Grad praktisch völlig eliminieren.

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

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Gefäßen ohne Verlust an Wägebereich gestatten. Bekannt ist es ferner, bei Federwaagen, bei denen die Wägefeder aus mehreren, auch die Parallelführung der Waagschale fibernehmenden Blattfedern besteht, deren Empfindlichkeit nur schwierig justierbar ist, eine Tarierfeder zwischen dem Waagengehäuse und dem Waagschalenträger anzuordnen, mit der durch Änderung der wirksamen federnden Wincangen eine Empfindlichkeitsjustierung der Waage vorgenommen werden kann (DT-Gbm 1866887). In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung greift eine Tarierfeder bezüglich der Mittelschneide auf der der Schraubenfeder gegenüberliegenden Seite des Waagebalkens an diesem mittelbar an. Durch diese Ausbildung kann der Anteil der Tarierfeder an den zu kompensierenden Nichtlinearitäten klein gehalten werden. Zur Kompensation des Linearitätsfehlers 3. Ordnung kann bei Ausbildung mit einer am Waagebalken befestigten Skale, weiche mittels einer Projektionsvorrichtung abbildbar ist, die Skale 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"" erreicht werden. _2J

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Für das Beispiel wurde eine oberschalige Präzisionsneigungsfederwaage mit Parallelogrammführung der'Waagschale, mit optischer Projektions- ₃„ einrichtung 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 liegt ein Gehänge 10 auf, welches, nach außen versetzt, eine Waagschale 11 trägt. Ein Lenker 12 ist an der Konsole 6 einerseits und am Gehänge 10 andererseits gelagert.

An dem der Außenschneide 9 gegenüberliegenden Ende des Waagebalkens 8 ist eine mit Zahlen und Strichen versehene Skale 13 befestigt. Ein der jeweiligen, vom Gewicht des Wägegutes abhängigen Neigung des Waagebalkens 8 entsprechender Ausschnitt der Skale 13 wird mittels einer Projektionsvorrichtung auf einer 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 auf der Skale 13 entsprechen den Tangenswerten der Ausschlagwinkel im Neigungsbereich der Waage.

Zwischen der Mittelschneide 7 und der Skale 13 ist am Waagebalken 8 starr eine Schraubenwägefeder 14 befestigt. Deren oberes, in Richtung der Federachse gestrecktes Ende ist in eine Bohrung eines mit einer Mutter ISa versehenen Gewindezapfens 15 eingelötet, welcher seinerseits in einer Bohrung 16 eines Halters 17 vertikal verscldeblich angeordnet ist. Der Gewindezapfen 15 wird mittels einer Klemmschraube 18 in seiner Lage gehalten. Der Halter 17 ist teilweise hülsenförmig 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 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<J der Einspannpunkt der Schraubenwägefeder 14 höhenverstellt und damit die Empfindlichkeit der Waage justiert werden.

Das untere Ende der Schraubenwägefeder 14 ist ähnlich der oberen Einspannung durch einen am Waagengehäuse festen Halter 21 geführt und in diesem festgeklemmt. Eine horizontale Justiermöglichkeit kann hier entfallen, weil kleinere Abweichungen 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 Justierung ist im allgemeinen nicht erforderlich. Am unteren Ende der Tarierfeder 23 ist diese in eine Wandermutter 24 eingespannt, welche 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 Neigungsbereich des Waagebalkens 8 von 14° entspricht. Zur Eliminierung der vorstehend erwähnten, im wesentlichen aus der Schraubenwägefeder 14 herrührenden quadratischen Nichtlinearität im Waagenablauf wurde eine Unsymmetrie von etwa 1,5° nach oben eingestellt, d. h. bei Halblast (500 g) ist der Waagebalken 8 auf 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 Schraubenwägefeder 14 bzw. zur Außenschneide 9, beträgt etwa 2:1. Mit dieser Auslegung sind, im Zusammenwirken mit der tangenskorrigierten Skale 13, auch die obenerwähnten Nichtlinearitäten 3. Ordnung praktisch völlig eliminiert, und es konnte eine Genauigkeit von etwa 2 10"⁴, bezogen auf die Maximallast von 1000 g, erzielt werden.

Im beschriebenen Beispiel wurden je eine Schraubenwäge- und Tarierfeder verwendet. Es können jedoch ebenso jeweils mehrere Federn verwendet werden, falls dies, beispielsweise aus Gründen der Federdimensionierung oder wegen anderer konstruktiver Gegebenheiten, zweckmäßig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Präzisionsneigungsfederwaage mit einer an einer Seite eines Waagebalkens bezüglich seiner Mittelschneide starr angebrachten Schraubenwägefeder, welche 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 is der der Schraubenwägefeder (14) gegenüberliegenden Seite des Waagebalkens (8) an diesem mittelbar angreift.

■.':' 3. Präzisionsneigungsfederwaage nach Anspruch 1 oder 2, mit einer am Waagebalken befe- ao stigten Skale, welche mittels einer Projektionsvorrichtung abbildbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Skale (13) entsprechend den Nichtlinearitäten

3. Ordnung der Schraubenwägefeder (14) tangenskorrigiert ist. »5