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Nach Art einer Laufgewichtswaage wirkende@Wägevorrichtung Die üblichen
Laufgewichtswaagen bestehen aus einem starren Waagebalken, an dessen gleichbleibenden
einem Arm die zu wiegende Last angreift,' während der andere Arm ein von Hand, mechanisch
oder elektrisch ver= schiebbares Gegengewicht trägt; dabei besitzt dieser Waagebalken
nur eine einzige Gleichgewichtslage. Selbstverständlich ist es auch möglich, den
Gegengewichtsarm gleichzuhalten und den Lastarm zu ändern.
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Bei selbsttätiger Verstellung des Gegengewichtes machen sich mechanische
Einrichtungen notwendig, die einmal ziemlich umständlich sind und zum anderen verhältnismäßig
langsam arbeiten.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ist man bereits zu den sog. Neigungswaagen
übergegangen, die eine unbegrenzte Anzahl von Gleichgewichtslagen besitzen. Die
Waagen dieser Art gestatten wohl eine rasche Wägung, aber bei dem Ausschwingen des
Neigungshebels gerät einerseits die Last in Bewegung, und andererseits ist der praktisch
mögliche Winkelausschlag solcher Waagen verhältnismäßig begrenzt.
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Verwendet man derartige Waagen in Verbindung mit einer stark übersetzten
Anzeigevorrichtung oder mit einer zusätzlichen Einrichtung zum Drucken des Ergebnisses,
so braucht man u. a. einen Hilfsmotor mit einem verwickelten Getriebe, was ebenso
wie bei den fremd angetriebenen Laufgewichtswaagen mit den, bereits dargelegten
Nachteilen verknüpft ist.
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Die Erfindung geht nun von einer Wägevorrichtung aus, die nach Art
einer Laufgewichtswaage wirkt und bei welcher der Lastausgleich durch einen feststellbar
am Waagebalken angeordneten gewichtsbelasteten Schwenkhebel erfolgt. Während aber
bei den bekannten Waagen dieser Schwenkhebel von Hand verstellt werden muß, wird
er nun erfindungsgemäß durch sein Eigengewicht, das Lastgewicht oder eine zusätzliche
Hilfskraft selbsttätig verstellt und wird im Augenblick des Lastausgleichs, in dem
der den Schwenkhebel tragende Waagebalken einen bis dahin innegehabten Stützpunkt
verläßt, mit diesem Waagebalken durch beliebige Mittel unter dem jeweils erreichten
Winkel selbsttätig verbunden.
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Durch diese Anordnung werden irgendwelche verwickelte Getriebe vermieden,
und die Wägungen werden sehr rasch ausgeführt. Außerdem bleibt hierbei sowohl die
Last als auch die Waagebalkenschneide auf ihrem
Lager praktisch
unbewegt, während die winkelmäßige Verstellung des Gegengewichts ihren möglichen
Größtwert, d. h. 9o°, er-. reichen kann.
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Auf den Zeichnungen ist die Erfindung bei= spielsweise dargestellt:
Fig. i, 2 und 3 zeigen die Möglichkeit, wid ein gewichtsbelasteter Schwenkhebel
an einem Waagebalken angeordnet sein kann.
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Fig. d., 5 und S lassen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
erkennen, während Fig. 6 und i im Schnitt bzw. in Ansicht eine praktische Ausführungsform
darstellen. Bei dem Schema der Fig. i ist an dein Waagebalken ja mit dem Gelenk
2 der Schwenkhebel ib angebracht, so daß beide Teile untereinander einen veränderlichen
Winkel bilden können. Die Änderung der Winkelstellung kann auf beliebige Weise erfolgen.
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Der Waagebalken ja ruht mittels seiner Tragschiene .4 auf einem festen
Lager 3. An seiner Lastschneide 5 greift die zu wiegende Last P an. Der Schwenkhebel
ib ist mit einem Gegengewicht Q versehen, und der Waagebalken ja kann sich gegen
einen Anschlag 6 legen.
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Durch das Gelenk :2 ist ein Lot h gelegt. Die Schneiden .4 und 5 haben
einen waagerechten Abstand 1, während zwischen der Schneide 4. und der Gelenkachse
2 ein waagerechter Abstand an vorhanden ist. Zwischen dein Gelenk 2 und dem Schwerpunkt
des Schwenkhebels ib mit seinem Gegengei'vicht Q besteht der Abstand te, mit a wird
der Winkel bezeichnet, der von dem Schwenkhebel ib in einem beliebigen Augenblick
mit der Senkrechten l' gebildet wird.
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Liegt die Verbindungslinie d.-5 der Schneidenkanten waagerecht und
ist das Gelenk -2 durch irgendeine beliebige Einrichtung nach Ausführung der angemessenen
Verschwenkung des Arms ib in bezug auf den Waagebalken ja starr gemacht, so gilt
für die Gleichgewichtsbedingung offenbar.
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I' - I - Q # ttt j- C) - t1 - sin x.
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Die Messung von x liefert also unmittelbar ein Maß für P.
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Die Art und Lage des Gelenks :2 ist offenbar ohne Bedeutung. In der
Fig. i liegt das Gelenk außerhalb der Schneiden 5 und 4., und zwar rechts von der
Schneide .4. Es könnte natürlich auch anders angeordnet werden. So liegt z. B. in
Fig. 2 das Gelenk zwischen den Schneiden 5 und q., während es in Fig. 3 ebenfalls
außerhalb der Schneiden 5 und q., aber links von der Schneide 5 liegt. Das Gelenk
könnte auch mit der Schneide 5 oder d. zusammenfallen. Bei den vorstehenden Beispielen
ist angenommen, daß das Gegengewicht von dem Schwenkhebel i6 und die Last von dem
Waagebalken ja getragen wird. Man könnte :aber auch die umgekehrte Anordnung treffen.
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Die Betätigung der Waage erfolgt erfindungsgemäß durch das Eigengewicht
des Schwenkhebels, durch das Lastgewicht oder durch eine zusätzliche Hilfskraft.
Verwendet man beispielsweise einen elektrischen Antrieb, so wird der hierbei nötige
Motor auf einen der Teile ja oder ib gesetzt, um die Winkelverstellung hervorzurufen.
Der Motor bildet hierbei einen Teil des verschwenkbaren Ganzen. Die Antriebskräfte
und die bei der Einstellung der Winkellage auftretenden Widerstände liegen also
vollkommen innerhalb des Systems und haben daher keinerlei Einfluß auf die Gleichgewichtslage.
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Zur Ausführung der Winkelverstellung der Teile ja und ib kann man
auch das Lastgewicht oder das Eigengewicht des Schwenkhebels benutzen. Dies ergibt
eine besonders vorteilhafte Einrichtung, da sich hierbei die zusätzliche Hilfskraft
erübrigt, ohne daß die Gleichgewichtslage des Waagebalkens in unzulässiger Weise
beeinflußt wird.
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In Fig..I ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung etwas ausführlicher
beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist der Schwenkarm ib mit dem Waagebalken ja
nicht nur durch das Gelenk 2 verbunden, sondern es ist auch noch eine besondere
Vorrichtung zur Verzögerung der Fallgeschwindigkeit des Gegengewichts getroffen,
welche diese Geschwindigkeit praktisch gleichförmig gestaltet. Diese Gleichförmigkeit
ist, wie später gezeigt werden wird, keineswegs unbedingt erforderlich. Schließlich
ist noch eine Einrichtung vorhanden, welche die Teile ja und ib fest miteinander
kuppelt, sobald das Gleichgewicht hergestellt ist.
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Zu Beginn der Wägung liegt der Schwenkarm ib waagerecht, und es ist
angenommen, daß das von dem Gegengewicht Q herrührende Drehmoment größer ist als
dasjenige der Last P und daß die Teile ja und ib fest miteinander gekuppelt sind.
Das System ja-,b sucht sich dann im Z"hrzeigersinn zu drehen, und der linke Waagebalkenarm
ja legt sich gegen das feste Widerlager 6. Gibt man in diesem Augenblick den Schwenkarm
ib frei, so beginnt er sich um das Gelenk :2 zu drehen, wobei sein freies Ende nach
unten geht. Da angenommen ist, daß die Fallbewegung von Q gleichförmig sei, so wird
die Gleichgewichtsbedingung offenbar durch die Gleichung P-1-Q-sft-n-ti-sin
x = o (i) ausgedrückt.
Wenn der Winkel a bei dieser Bewegung
des Schwenkhebels 1b den Wert erreicht hat, der sich aus der Gleichung
ergibt, so ist das Gleichgewicht in bezug auf die Waagebalkenachse q. hergestellt.
in diesem Augenblick verläßt der linke Arm des Waagebalkens ja das ortsfeste Widerlager
6. Der Waagebalken ja vollführt hierbei eine leichteDrehbewegung um seineTragschneide4
entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn. An ihm ist ein Winkelhebel angelenkt, dessen
nach unten gerichteter Arm ein Gegengewicht io trägt, während sein waagerechter
Arm in eine Klinke 8 ausläuft. Wenn der linke Arm des Waagebalkens ja an das Widerlager
6 anschlägt, befindet sich die Klinke 8 gerade vor der Zahnung des Rades g. Sie
greift dabei aber nicht in diese Zahnung ein, so daß der am Rade 9 befestigte Schwenkarm
1b frei beweglich ist. Sowie aber der linke Arm des Waagebalkens ja das Widerlager
6 verläßt und sich entgegen dem Sinne des Uhrzeigers dreht, so hält das Gegengewicht
io naturgemäß den Winkelhebel in seiner bisherigen Lage. Der Waagebalken ja und
der Winkelhebel B. bewegen sich also gegeneinander, und zwar so, wie wenn der Winkelhebel
8 sich gegenüber dem Waagebalken ja im Uhrzeigersinne drehen würde. Die Klinke 8
fällt also in die Zahnung des Rades 9 ein, und die Bewegung des Schwenkarmesib gegenüber
dem Waagebalken ja kann nicht mehr fortgesetzt werden. Die Teile ja und 1b sind
dann winkelmäßig miteinander festgelegt, -und das Ganze schwingt um die Schneide
4 wie ein starrer Waagebalken, wenn er sich im Gleichgewicht befindet. Der Winkel
a dient dabei als Maß für die Größe der Last P.
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Wenn die Fallbewegung von 0 nicht gleichförmig ist, so geht alles
also in der Weise vonstatten, als ob das Gegengewicht 0 eine geringere Masse hätte.
Das scheinbare Gleichgewicht wird sich demnach für einen Winkel einstellen, der
größer als der dem wirklichen Gleichgewicht entsprechende Winkel a ist. Die beiden
Teile ja und 1b werden also vorzeitig miteinander gekuppelt, wodurch der Fall von
0 angehalten wird. Da nun aber das Gegengewicht O wieder mit seiner vollen Masse
wirksam wird, so wird das System von neuem um die Schneide 4 schwenken, und der
linke Arm des Waagebalkens ja legt sich wieder gegen das ortsfeste Widerlager 6.
Der Schwenkhebel 1b wird dabei erneut freigegeben und beginnt wieder seine Bewegung,
um so sich schrittweise der genauen Gleichgewichtslage zu nähern, in der er endgültig
zum Stillstand kommt.-Um eine neue Wägung auszuführen, wird das Gegengewicht O von
Hand oder mittels einer Hilfskraft in seine Anfangsstellung zurückgebracht. Um ein
rascheres Heben des Gegengewichtes zu ermöglichen, könnte man auch ein zusätzliches,
nur einseitig wirkendes Freilaufrad (z. B. ein Sperrad mit Klinke) benutzen; hierdurch
könnte man das Gegengewicht während des Anhebens von jedem anderen beweglichen Teil
lösen. Bei dieser Anordnung wäre es möglich, eine Summiervorrichtung vorzusehen,
um in an sich bekannter Weise die Werte von aufeinanderfolgenden Wägungen zusammenzuzählen.
Ist die Vorrichtung mit einer Anzeige- und Druckeinrichtung vereinigt, die nach
jeder Wägung auf Null zurückzustellen ist, so kann man ein solches Klinkwerk nur
anwenden, wenn man das Gegengewicht O, bevor man es wieder in seine Ausgangslage
anhebt, seine anfängliche Bewegung fortsetzen läßt, bis es seine tiefste Stellung
erreicht, in welcher die Anzeige- und die Registriervorrichtung. auf Null eingestellt
sind.
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Bei den vorstehenden Ausführungen war immer der Sinus des Winkels
a der zu wiegenden Last P verhältnisgleich. Man kann es aber auch leicht derart
einrichten, daß der Winkel a selbst der Last P proportional ist, indem man irgendein
bereits an sich bekanntes Mittel zur Rektifizierung des Sinus benutzt. Beispielsweise
kann der Arm 1b in einen. in Gestalt einer Kreisevolvente, Kreisabwicklungskurve,
gebogenen Nocken ik auslaufen, auf dem ein das Gegengewicht Q tragendes biegsames
Band o. dgl. ir abrollt.
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Das Absinken des Gegengewichts O hat eine Verminderung der inneren
Energie des Systems zur Folge, ohne daß diese Energieabnahme irgendeinen Einfluß
auf die Genauigkeit der statischen Gleichgewichtslage ausübt. Es ist daher-ersichtlich,
daß man diesen Energieverbrauch ohne irgendeinen Nachteil zum Antrieb von Anzeige-,
Registrier-, Drucku. dgl. Einrichtungen ausnutzen kann.
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In der oben angegebenen Gleichung (i) kann man O # m zum Verschwinden
bringen, indem man das Gelenk a mit der Schneide 4 zusammenfallen läßt oder indem
man ein Ausgleichsgewicht zu Hilfe nimmt, das auf dem Waagebalken ja angeordnet
ist. Benutzt man andererseits ein an sich bekanntes Mittel zur Sinusrektifikation,
so erhält man
Diese Gleichung zeigt, daß eine derart ausgebildete Einrichtung als selbstanzeigende
Zählwaage
benutzt werden kann. Ist nämlich p das Gewicht eines Stückes und wird das Gegengewicht
Q von einer Zahl a. dieser Stücke gebildet, so sieht man, daß
ist, wobei .r die Zahl der -Stücke der Last abgibt. Es gilt also
Mit einer entsprechenden Skaleneinteilung erhält man x, indem man die Zahl
a der das Gegengewicht Q bildenden Vergleichsstücke p mit der auf der Skaleneinteilung
gegebenen Anzeige vervielfacht.
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Bei allen vorangegangenen Ausführungen wurde angenommen, daß das in
seine höchste Stellung angehobene Gegengewicht bis zu der dem Gleichgewicht entsprechenden
Lage sinkt und hierbei jede nützliche Arbeit ausführt, ohne die Messung zu fälschen.
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Die gleiche Arbeit kann das Gegengewicht auch ausführen, wenn es von
der Gleichgewichtslage aus zu weiterem Absinken veranlaßt wird.
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Ist nämlich das Gleichgewicht erreicht und man nimmt die Last fort,
so wird, wenn man dem System freies Spiel läßt, das Gegengewicht wieder frei und
sinkt weiter bis in seine tiefste Stellung. Hierbei kann es natürlich ebenfalls
jegliche gewünschte Arbeit ausführen.
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Wie Fig. 5 zeigt, kann das Gelenk 2 auch durch ein elastisches Mittel
(Blattfeder) gebildet werden, das den Schwenkarm i6 mit dem Waagebalken Ja verbindet.
Bei diesem Beispiel erfolgt die Winkelbildung zwischen den Teilen Ja und i6 durch
Drehen des Nokkens 7, der ein entsprechendes Profil erhält, falls die Ergebnisse
irgendwie beeinflußt werden sollen. Die Drehung des Nockens 7 erfolgt von Hand oder
durch einen Motor.
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Die Fig.6 und 7 stellen eine praktische Ausführungsform dar.
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Ein Schwinggehäuse 27, das dein Waagebalken Ja der vorhergehenden
schematischen Beispiele entspricht, ruht mit Schneiden i i und 12 auf einem Gestell
13. Im Innern des Schwinggehäuses 27 sind drehbare Wellen 1I und 15 gelagert. Auf
der Welle 15 sitzt lose ein Rad 25, auf dessen Nabe der Schwenkarm i6 aufgekeilt
ist, der an seinem Ende das Gegengewicht trägt. Das Rad 25 treibt durch ein entsprechendes
Zahnradgetriebe die Wellen 14 und IS an. Druckräder 16, 17 sitzen fest auf der Welle
IS bzw. 1d.. Das Rad 17 druckt die höheren Einheiten, während das Rad 16 die niedrigeren
Einheiten aufzeichnet. Das Zahnradgetriebe hat hier eine doppelte Aufgabe: einmal
soll es den Fall des Gegengerichts verzögern, und weiterhin soll es die Druckräder
16 und 17 in die entsprechende Druckstellung drehen. Die zu wiegende Last greift
an der Schneide 29 an.
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Die Welle 14 trägt außerdem einen Zeiger 18, während die Skalenscheibe
zweckmäßig am Schwinggehäuse 27 angeordnet wird. Letztere könnte auch drehbar an
dem festen Gestell 13 oder am Schwinggehäuse 27 gelagert sein und durch ein Gegengewicht
in der richtigen Lage gehalten werden. Der Schlitz i9 für die zu bedruckenden Karten
ist an dem ortsfesten Gestell 13 vorgesehen, und hinter ihm liegt im Schwinggehäuse
27, das nur sehr wenig schwingt, ein entsprechender Schlitz 2o.
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Nimmt das Schwinggehäuse 27 seine Gleichgewichtslage ein, so wird
durch Schließen eines Kontaktes ein Elektromagnet 21 erregt. Dieser zieht daraufhin
seinen Anker an, der eine Klinke 22 in die Zahnung eines auf die Welle 15 aufgekeilten
Rades 23 eindrückt. Diese Klinke erfüllt dabei eine doppelte Aufgabe; denn einerseits
kuppelt sie das Schwinggehäuse 27 mit dem Schwenkarm l6 (die Wellen 15 und 14 können
sich infolgedessen nicht mehr drehen), und andererseits bringt sie in bekannter
Weise das Rad 16 in eine für den Druck günstige Stellung, falls die Zahl und die
Lage der Zähne des Rades 23 den auf dem Rade 16 sitzenden Schriftzeichen entsprechen.
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Das Gegengewicht kann mit einem Motor 2.4 wieder angehoben werden,
der die Welle 15 durch den Riemen 28 und die Scheibe 26 antreibt. Man könnte
übrigens auch die Anordnung so treffen, daß das Gegengewicht bei Beginn der Wägung
seine tiefste Lage einnimmt, und könnte es durch den Motor anheben, um die Wägung
auszuführen. An sich sind diese beiden Anordnungen gleichwertig; in dem zweiten
Falle ist es aber nötig, bei der Erregung des Elektromagneten 21 auch den Stromkreis
des Motors 24 zu unterbrechen, da andernfalls der Riemen 28 auf der Scheibe 26 schleifen
würde. Natürlich könnte man zur Betätigung der Klinke 22 auch wie vorher das Schwenken
des Schwinggehäuses 27 ausnutzen oder irgendein anderes angemessenes Mittel anwenden.
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In der Fig. 8 ist der Waagebalken Ja durch einen als Berichtigungskurve
ausgebildeten Teil 1d verlängert, und das Gegengewicht Q hängt an einer Achse 30,
die in einem Gleitschlitz 31 des bei 2 angelenkten Schwenkarmes 1b frei beweglich
ist. Im Laufe der winkelmäßigen Verschwenkung des Armes i6 verschiebt sich die Achse
30 längs der
Kurve 1d; letztere ist derart gewählt, daß sie der
Bedingung
genügt. Hierbei bedeutet a den Winkel zwischen dem Schwenkarm ib und dem durch den
Gelenkpunkt 2 gehenden Lot und x die Projektion des Abstandes 2-3o auf die Waagerechte.
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Die Kurve id kann in der Nähe des Lotes durch einen einfachen Anschlußkreisbogen
abgeschlossen werden; denn in diesem Gebiet, wo die Sinus den Bögen vergleichbar
sind, genügt praktisch der Kreisumfang den oben dargelegten Bedingungen und fällt
mit der theoretischen Kurve zusammen.