DE2630723A1

DE2630723A1 - Scheibenwaage

Info

Publication number: DE2630723A1
Application number: DE19762630723
Authority: DE
Inventors: Gerald Dipl Ing Ing Grad Saul
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-08
Filing date: 1976-07-08
Publication date: 1978-01-12

Description

SCHEIBENWAAGE
1. Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Waage zu fertigen, die aus möglichst wenig Einzelteilen besteht und für die moderne Kunststoffe eingesetzt werden können. Diese Waage soll universell einsetzbar und handlich sein, dabei eine beliebige Skala aufweisen können bei hoher Genauigkeit.
2. Lösung Die gestellte Aufgabe wird durch eine Scheibenwaage gelöst. Die Waage besteht aus zwei fest miteinander verbundenen Scheiben von unterschiedlichem Durchmesser. An der kleineren Scheibe ist ein Seil - ein Seil" wird im Sinne der Mechanik aufgefaßt (z.a. ist ein Dindfaden ebenfalls ein Seil) - derart befestigt, daß das Seil durch die Scheibe aufgewickelt werden kann. Außerdem dient das Seil mit seinem anderen Ende als Aufhängung für die Waage und heißt daher Aufhängeseil. Schließlich dient das Aufhängeseil zum Ablesen auf der Skala, die an der großen Scheibe angebracht ist. An der großen Scheibe befindet sich ebenfalls ein Seil, das von der großen Scheibe abgewickelt werden kann. Am zweiten Ende des Seils wird das zu bestimmende Gewicht aufgenommen.
Die verbundenen beiden Scheiben besitzen einen Schwerpunkt in dem die Masse der beiden Scheiben vereinigt gedacht werden kann. Geht man vom Schwerpunkt aus auf einer Geraden zum Rand der kleinen Scheibe, und zwar über die Stelle, wo das Aufhängeseil die kleine Scheibe gerade berührt, zum Rand der großen Scheibe, so muß das Gewichtsseil an dieser Seite der großen Scheibe angreifen. Ebenfalls auf dieser Seite vom Schwerpunkt ist ein Ausgleichsgewicht angebracht, das in genau dem Abstand vom Schwerpunkt liegt, daß ohne belastung der Waage durch ein zu messendes Gewicht Gleichgewicht zwischen dem Eigengewicht der Scheiben und dem Ausgleichsgewicht am Aufhängeseil hergestellt ist.
In diesem Fall zeigt das Aufhängeseil auf der Skala der großen Scheibe den niedrigsten Wert an. Wirci die am Aufhängeseil aufgehängte Waage mit einem Gewicht belastet, so drehen sich die Scheiben solange bis das Gleichgewicht hergestellt ist. Dabei wickelt sich das Gewichtsseil ab, während das Aufhängeseil sich aufwickelt und dabei auf der Skala das Gewicht anzeigt. Durch die Drehung der Scheibe infolge der L3elastung verringert sich der Einfluß des Ausgleichsgewichts. Daher kann bis zu einem Höchstwert trotz Delastuny der Waage Gleichgewicht wieder hergestellt werden.
Die Gleichgewichtsbedingungen für das Aufhängeseil lauten, wenn vom Schwerpunkt der beiden verbundenen Scheiben aus die Aufhängekraft S (- Vektor) im Abstand r, das Ausgleichsgewicht F im Abstand a und das zu bestimmende Gewicht G im Abstand R wirken: Momentengleichung: Kraftgleichung: Erklärung der Buchstaben: a: Abstand des Ausgleichsgewichts F: Ausgleichsgewicht r: Abstand der Aufhängekraft vom Schwerpunkt der Scheibe Aufhängekraft R: Abstand des Gewichtes vom Schwerpunkt SP G: zu messendes Gewicht SP: gemeinsamer Schwerpunkt der großen und kleinen Scheibe E: Eigengewicht der kleinen und großen Scheibe zusammengenommen Drehwinkel der großen und der kleinen Scheibe im Schwerpunkt SP gemessen 3. Ausgestaltung Zur weiteren Ausgestaltung der Scheibenwaage kann eine Skala so an der großen Scheibe angebracht sein, daß das entsprechende Gewicht am Tangentenberührungspunkt zwischen großer Scheibe und Gewichtsseil abgelesen werden kann. Desgleichen kann das Gewicht am tangentenberührungspunkt zwischen Aufhängeseil und kleiner Scheibe abgelesen und dort eine entsprechende Skala angebracht werden.
Da die Scheibenwaage außer der Drehung eine Lageveränderung im Raum erfährt, kann diese Lageveränderung zur Bestimmung des zu messenden Gewichts herangezogen werden, indem außerhalb der Scheibenwaage sich eine Skala befindet, an der die Lageveränderung und damit das Gewicht abgelesen werden kann.
Für eine bessere Stabilität der Scheibenwaage kann sie aus mehr als einer kleinen Scheibe und auch mehr als einer großen Scheibe bestehen, so daß die Waage bezüglich ihrer Aufhängung und ihrer Gewichtsaufnahmevorrichtung keine Drehungen ausführt.
Zum Zwecke der Erzielung verschiedener Skalenformen und Meßbereiche können die Scheiben entsprechend geformt werden. Ein Sonderfall stellt die konzentrische Anordnung zweier kreisrunder Scheiben dar, für den die Skala jedoch nicht proportional zum zu messenden Gewicht sein kann.
Nutzt man hierfür den Drehwinkel der Scheibenwaage von 180° aus, so liegen die Abstände der Teilstriche am Anfang und Ende der Skala weiter auseinander als in ihrer Mitte. Um eine lineare Skala zu erhalten, muB der Radius der großen Scheibe oder der kleinen Scheibe aus der Formel berechnet werden; die Scheiben müssen dann entsprechend geformt werden.
Um einen beliebig großen MeBbereich der Scheibenwaage zu bekommen, ist es erforderlich, daß der Radius der großen Scheibe und der kleinen Scheibe für den größten Meßwert gleich sind. Das heißt, der Radius der kleinen Scheibe nähert sich ähnlich einer Spirale dem großen Radius an oder umgekehrt, der Radius der großen Scheibe nähert sich dem Radius der kleinen Scheibe ähnlich einer kleiner werdenden Spirale an.
Damit kann auch der Drehwinkel der Scheibenwaage über 1800 hinaus bis 36(30 gesteigert werden.
Eine logarithmische Skalenform ergibt sich, wenn sich das Verhältnis der Radien der beiden Scheiben nach folgender Formel verändert: G1 = Gewicht einer Messung 1 mit einem Winkelausschlag der Scheiben-Waage G2 = Gewicht einer Messung 2 mit einem Winkelausschlag der Scheibenwaage Das Ausgleichsgewicht kann derart ausgebildet sein, daß auf der gegenüberliegenden Seite ein negatives Gewicht, also ein oder mehrere Löcher angebracht sind.
Der Wägebereich der Scheibenwaage kann dadurch erhöht werden, in-dem das Eigengewicht und das AusgleichsgewIcht entsprechend erhöht wird.
Eine andere Weise, den Meßbereich zu erhöhen, ergibt sich aus der Hinzunahme eines dritten Seils, das auf der dem Gewichtsseil und dem Aufhängeseil gegenüberliegenden Seite angebracht und mit einem entsprechenden Gewicht beschwert ist. Das Seil wird beim Meßvorgang entweder auf der kleinen Scheibe aufgewickelt oder auf der großen Scheibe.
Mit dieser Methode des dritten Seils wird nicht der gesamte MeRbereich erweitert, sondern es wird der Nullpunkt um das betreffende Gewicht erhoht. SchlieRlich können die Anschlagstifte die Begrenzung des Meßberelchs der Waage einerseits am Nullpunkt und andererseits am Endausschlag besorgen.
4. Erzielbare Vorteile Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in der leichten Herstellung der Waage. Die Scheiben können aus Kunststoff einzeln oder zusammen gespritzt werden. Wird das Ausgleichsgewicht als negatives Gewicht durch Bohrungen ausgeführt, spart man sich auch dieses.
Die Gewichtsaufnahme kann durch eine Waagschale oder durch eine Klammer für Briefe vorgenommen werden. Vergleicht man die Scheibenwaage hinsichtlich der Zahl und Präzision der Bauteile mit einer herkommlichen Waage [z.B. Briefwaage) so werden für die Scheibenwaage weniger Bauteile benötigt, die nicht die UaRgenauigkeit herkömmlicher Briefwaagen aufweisen müssen. Weiter kam durch Variation der Scheibenradien jeder beliebige Wägebereich und jede beliebige Skalenform erzeugt werden. Schließlich besitzt die Scheibenwaage keinerlei reibende VerschleiSteile.
5. Beschreibung eines Ausführungsbeispiels Ein Ausführungsbeispiel der Scheibenwaage ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt, das näher beschrieben wird. Ebenfalls ist ein Foto beigefügt, auf dem eine Scheibenwaage abgebildet ist. Sie ist an einem Ständer aufgehängt und mit einem Brief beschwert, der auf der aus Draht gebogenen Waagschale liegt. Die Scheibenwaage ist aus Aluminium gedreht, der große Durchmesser der großen Scheibe betrags 1M3 mm und die kleineren der beiden kleinen Scheiben 60 mm.
Das Ausgleichsgewicht ist aus Messing gedreht. Auf der Skala zeigt das AufhAngeseil 55 Pond an. Dieser Zustand ist in der Zeichnung dargestellt, der nun näher beschrieben werden soll, zugleich werden die Bezeichnungen der Einzelteile angegeben.
Die Waage besteht aus einer groben Scheibe (1) und aus zwei kleineren Scheiben (2), die zusammen fest verbunden sind. Daran greifen zum einen die Aufhängeseile (4) und zum anderen das Gewichtsseil (3) an. Die Waage ist infolge des Gewichts G(7) um den Winkel F gedreht und somit auch das Ausgleichsgewicht F(8), dies bewirkt, daB das Aufhängeseil auf der Skala 55 Pond anzeigt. Anschlagbolzen (9) und (10) für den Beginn und das Ende der Skala sind hier im Gegensatz zum Bild eingezeichnet, die nicht unbedingt notwendig sind, da die Begrenzung einerseits auch durch das Ausgleichsgewicht und andererseits durch die Aufhängung der Waage vorgenommen werden kann, da die Waage bei Belastung sich am Aufhänyeseil nach oben hin aufwickelt und gegen die Aufhängung - bei entsprechendem Gewicht - anschlägt.
6. Literaturverzeichnis Hütte Mathematische Formeln und Tafeln von I. SZABD

Claims

Patentansprüche Eine Scheibenwaage zum Messen von Massen oder Kräften dadurch gekennzeichnet, daß zwei Scheiben fest miteinander verbunden sind, daß an der kleineren Scheibe mindestens ein Seil angreift, an dem die Waage aufgehängt ist, daß an der gröBeren Scheibe ebenfalls mindestens ein Seil befestigt ist, an dem das zu messende Gewicht hängt und die Waage um einen Drehwinkel verdreht; dabei wird das Seil für die Aufhängung an der kleineren Scheibe aufgewickelt und das Seil für das Gewicht von der größeren Scheibe abgewickelt.
2. Scheibenwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Scheibe mindestens ein Gewicht befestigt ist, das als Ausgleichsgewicht dient.
3. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mehr als eine kleine Scheibe gibt,an denen jeweils mindestens ein Seil zur Aufhängung befestigt ist.
4. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß es mehr als eine große Scheibe gibt, an denen jeweils mindestens ein Seil zur Aufnahme des zu messenden Gewichts befestigt ist.
5. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht zum Ausgleich durch die Ausgestaltung der Scheiben hervorgerufen wird.
6. Scheibenwaage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht zum Ausgleich über die große Scheibe hinausragt.
7. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Menbereich der Waage durch eine Änderung des Eigengewichts der Scheiben und des Gewichts zum Ausgleich geändert wird.
8. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich der Waage durch mindestens ein mit einem Gewicht beschwerten Seil auf der großen Scheibe - auf der dem Seil zur Gewichtsaufnahme gegenüberliegenden Seite der Scheibe angebracht- erhöht wird.
9. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der großen Scheibe eine Skala angebracht ist.
10. Scheibenwaage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil für die Aufhängung der Scheibenwaage als Zeiger für die Skala dient.
11. Scheibenwaage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil für die Gewichtsaufnahme als Zeiger dient, indem am tangentenberührungspunkt des Seils für die Gewichtsaufnahme mit der großen Scheibe der Meßwert abgelesen werden kann oder dieser am Tangentenberührungspunkt mit dem Seil für die Aufhängung der Scheibenwaage bestimmt werden kann.
12. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der kleinen Scheibe eine Skala angebracht ist.
13. Scheibenwaage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil für die Aufhängung im Tangentenberührungspunkt mit der kleineren Scheibe den Meßwert anzeigt.
14. Scheibenwaage nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeiger an die Scheibenwaage angelegt wird, der nicht aus dem Seil für die Aufhängung oder für die Gewichtsaufnahme besteht.
15. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Scheibenwaage eine Markierung angebracht ist.
16. Scheibenwaage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert durch die Markierung auf einer Skala angezeigt wird, die nicht auf der großen oder kleinen Scheibe angebracht ist.
17. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Skala an die Scheibenwaage gelegt wird, an der durch die Lageveränderung der Waage der Meßwert abgelesen werden kann.
18. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der gronen Scheibe in Abhängigkeit vom Orehwinkel der Scheibenwaage variabel sein kann.
19. Scheibenwaage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der kleinen Scheibe in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Scheibenwaage variabel sein kann.
20. Scheibenwaage nach Anspruch 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die große und die kleine Scheibe konzentrisch angeordnet und die jeweiligen Radien konstant sind.
21. Scheibenwaage nach Anspruch 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der großen oder der kleinen Scheibe so geformt ist, daß eine lineare Skala entsteht, gemäß der Formel: G1 = Gewicht einer Messung 1 mit einem Winkelausschlag der Scheiben-Waage G2 = Gewicht einer Messung 2 mit einem Winkelausschlag 92
22. Scheibenwaage nach Anspruch 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der großen oder der kleinen Scheibe so geformt ist, daß eine logarithmische Skala entsteht, gemäß der Formel: G1 = Gewicht einer Messung 1, mit einem Winkelausschlag der Scheibenwaage G2 = Gewicht einer Messung 2 mit einem Winkelausschlag der Scheibenwaage #2
23. Scheibenwaage nach Anspruch 18 bis 19 und 21 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der großen Scheibe oder der Radius der kleinen Scheibe so ausgestaltet ist, daß ein Drehwinkel der Scheibenwaage von 36(30 ausgenutzt werden kann.
24. Scheibenwaage nach Anspruch 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang des Meßbereichs der Scheibenwaage oder am Ende oder an beiden Anschlagbolzen zur Begrenzung angebracht sind.