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Waage, insbesondere als Brief-, Paket- oder Laboratoriumswaage ausgebildete
Neigungswaage Es sind Waagen bekannt, bei welchen der Waagebalken am Gestell der
Waage drehbar gelagert ist, der Schalenträger am Waagebalken drehbar aufgehängt
und mit einer oberhalb des Waagebalkens befindlichen Waageschale versehen ist und
bei welchen ferner der Schalenträger mittels eines üblicherweise unterhalb des Waagebalkens
angeordneten Lenkhebels in der Art einer Parallelogrammführung geführt wird. Der
Lenkhebel verfolgt dabei den Zweck, den Schalenträger in einer Ebene zu führen,
die senkrecht auf der Drehachse steht, mit welcher der Schalenträger am Waagebalken
aufgehängt ist. Damit nun die jeweilige Neigung des Waagebalkens unabhängig davon
wird, an welcher Stelle der Waageschale der zu wägende Gegenstand aufgelegt wird,
müssen die beiden Drehachsen am Lenkhebel sowie die beiden Drehachsen am Waagebalken
nicht nur alle zueinander parallel sein, sondern sie müssen ferner eine zu ihnen
senkrechte Ebene so durchstoßen, daß ihre Durchstoßpunkte durch diese Ebene stets
in den Ecken eines Parallelogramms liegen. Diese Bedingungen sind praktisch nur
sehr schwer mit der erforderlichen Genauigkeit zu verwirklichen, und es sind hierzu
zeitraubende und daher auch kostspielige Justierarbeiten erforderlich. Je genauer
man anderseits die Parallelogrammführung des Scbalenträgers ausführt, um so größer
wird die Gefahr, daß zwischen den am Schalenträger angreifenden Drehachsen Klemmungen
wirken, welche durch das unvermeidliche, in der Achsrichtung der Drehachsen vorhandene
Lagerspiel ver-
ursacht werden können. Ein solches Spiel ist insbesondere
dann nicht zu vermeiden, wenn der Schalenträger mittels einer V-förmig vertieften
Pfanne auf einer am Waagebalken angeordneten Außenschneide drehbar aufgehängt ist.
Eine auch nur geringe Verschiebung der Pfanne in der Achsrichtung der Außenschneide
kann in dem zwischen dem Schalenträger und dem Lenkhebel befindlichen Gelenklager
Zwangskräfte hervorrufen, welche die Empfindlichkeit der Waage in starkem Maß vermindern.
Im Interesse einer robusten Bauart und einer einfacheren Handhabung der Waage hat
man daher in der Regel auf eine sehr genaue Paralleles grammführung des Schalenträgers
verzichtet und die sich hieraus ergebende Verminderung der Ge-Genauigkeit der Waage
in Kauf genommen.
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Die Erfindung bezweckt nun, bei einer insbesondere als Brief-, Paket-
oder Laboratoriumswaage ausgebildeten Neigungswaage der erwähnten Bauart die Empfindlichkeit
und Genauigkeit beträchtlich zu erhöhen, ohne daß die oben kurz skizzierten Mängel
auftreten. Dies wird bei einer Waage, bei welcher der Waagebaiken am Gestell der
Waage drehbar gelagert ist, der Schalenträger am Waagebalken drehbar aufgehängt
und mit einer oberhalb des Waagebalkens befindlichen Waageschale versehen ist und
ferner der Schalenträger mittels eines Lenkhebels in der Art einer Parallelogrammführung
geführt wird, dadurch erreicht, daß der Lenkhebel am Schalenträger mittels eines
Kardangelenkes und am Gestell der Waage mittels eines weiteren Kardangelenkes angelenkt
ist. Zweckmäßig besitzt hierbei das eine der beiden Kardangelenke drei zueinander
senkrechte Drehachsen, und beide Kardangelenke haben vorzugsweise je eine Drehachse,
die waagerecht und parallel zur Drehachse liegen, mit welcher der Schalenträger
am Waagebalken aufgehängt ist; beide Kardangelenke haben zweckmäßig hierbei noch
je eine lotrechte Drehachse.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung
schematisch dargestellt, wobei für das Verständnis der Erfindung nicht unmittelbar
erforderliche Teile der Waage aus Gründen der Übersichflichkeit in der Zeichnung
nicht angegeben sind.
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Das Gestell der Waage enthält wie üblich einen in der Zeichnung nicht
näher dargestellten Sockel, auf welchem der im Schnitt dargestellte Träger I aufgeschraubt
ist. Der Träger 1 ist an seinem oberen Ende mit einer V-förmig vertieften Pfanne2
versehen, in welcher die im Waagebalken 3 befestigte Schneide 4 drehbar gelagert
ist. Der rechte, nicht vollständig eingetragene Arm des Waagebalkens 3 ist mit einem
nicht veranschaulichten Gegengewicht versehen, während der linke, kurze Arm eine
Außenschneide 5 hat, deren Schneidenkante möglichst genau parallel zur Schneidenkante
der Mittelschneide 4 verläuft. Der Schalenträger 6 ist mittels der gleichfalls V-förmigen
Pfanne 7 drehbar auf der Schneide 5 des Waagebalkens aufgehängt, wobei diese Drehachse
auf der Zeichnungsebene senkrecht steht und durch die wie üblich waagerecht verlaufende
Schneidenkante der Schneide 5 geht. An seinem oberen Ende ist auf dem Schalenträger
6 eine Waageschale 8 aufgesteckt, die sich oberhalb des Waagebalkens 3 erstreckt.
Die Länge der Waagebalkenschneiden 5 in der Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene
ist dabei etwa gleich groß wie der Durchmesser der meistens kreisförmigen Waageschale
8, und die Mitte der Waageschale 8 wird wenigstens näherungsweise über der Mitte
der Außenschneide 5 angeordnet. Die Pfannen 2, 7 können dieselbe Länge wie die Schneiden4,
5 haben; meistens wird man jedoch jede der beiden Pfannen 2 und 7 aus je zwei gleichachsig
angeordneten Teilpfannen aufbauen, die gegeneinander in der Richtung der Schneidenkanten
der Schneiden 4 und 5 versetzt sind. Das unten bügelförmig ausgebildete Endeg des
Schalenträgers 6 wird nun mittels eines Lenkhebels 10 in der Art einer Parallelogrammführung
geführt, damit die jeweilige Neigung des Waagebalkens 3, die ein Maß für das Gewicht
des auf die Waageschale 8 gelegten Gegenstandes darstellt, unabhängig davon wird,
an welcher Stelle der zu wägende Gegenstand auf die Waageschale8 aufgesetzt ist.
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Der Lenkhebel 19 ist am Teilg des Schalenträgers 6 mittels eines
Kardangelenkes angelenkt, dessen eine Drehachsell parallel zur Schneidenkante der
Schneide 5 und dessen zweite strichpunktierte Drehachse 12 lotrecht angeordnet ist.
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Die auf der Zeichnungsebene senkrecht stehende Drehachse II des Kardangelenkes
wird durch ein einreihiges Kugellager gebildet, dessen Kugeln I3 in rinnenförmigen
Führungsbahnen laufen, die sowohl im inneren Kugellagerring 14 als auch im äußeren
Kugellagerring 15 angebracht sind, jedoch in der Zeichnung nicht näher veranschaulicht
wurden. Der innere Kugellagerring 14 ist unmittelbar am Lenkhebel Io befestigt,
während der äußere Kugellagerring 15 auf entgegengesetzten Seiten zwei konische
Vertiefungen I6 hat. In diese konischen Vertiefungen I6 greifen die vorn abgerundeten
Enden von zwei Schraubenspindeln I7, die im bügelförmigen Teil 9 des Schalenträgers
6 eingeschraubt und mittels Gegenmuttern I8 gegen Verdrehung gesichert sind. Der
äußere Kugellagerring 15 ist damit um die strichpunktierte Achse I2 mit Hilfe von
zwei Konusgleitlagern drehbar, welche Konusgleitlager durch die abgerundeten En!den
der Schraubenspindeln 17 und durch die konischen Vertiefungen 16 gebildet werden.
Die Spindeln 17 sind so weit angezogen, daß der Kugellagerring 15 sich ohne jedes
Spiel gerade noch leicht um die strichpunktierte Achse I2 drehen läßt.
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An anderen Ende des Lenkhebels 10 ist ein weiteres Kardangelenk befestigt,
welches drei zueinander senkrecht stehende Drehachsen I9, 20, 2I aufweist. Die auf
der Zeichnungsebene senkrecht stehende Drehachse 19 ist parallel zur Richtung der
Schneidenkante der Schneide 5 und wird durch das aus den Kugeln 22, dem inneren
Kugellagerring 23 und dem äußeren Kugellagerring 24 gebildete Kugellager bestimmt.
Dieses Kugellager 22, 23, 24 ist gleich ausgebildet wie das Kugellager I3, 14 15
und
der innere Ring 23 ist unmittelbar am Lenkhebel 10 befestigt. Die zweite lotrechte
Drehachse 20 des Kardangelenkes ist durch zwei Konusgleitlager gegeben, welche durch
im äußeren Kugellagerring 24 angebrachte konische Vertiefungen 25 und durch in dieselben
eingreifende, vorn abgerundete Schraubenspindeln 26 gebildet werden. Die Schraubenspindeln
26 sind dabei in einem bügelförmigen Zwischenteil 27 eingeschraubt und durch Gegenmuttern
28 gesichert. Die beiden Gleitlager 25, 26 sind wie die Gleitlager I6, I7 ausgebildet
und derart eingestellt, daß der äußere Kugellagerring 24 sich gerade noch leicht
um die strichpunktierte Drehachse 20 drehen läßt, sonst aber keinerlei Spiel hat.
Die dritte an sich waagerechte Drehachse 2r des Kardangelenkes steht senkrecht auf
der Richtung der Schneidenkante der Schneide 5 und wird durch zwei Konusgleitlager
gebildet. Zu diesem Zweck ist am bügelförmigen Zwischenteil 27 ein Bolzen 29 befestigt,
der vorn mit einem Gewinde 30 versehen ist. Der Träger I des Gestelles der Waage
hat eine Bohrung 31, durch welche der Bolzen 29 mit Spiel hindurchragt. Die Bohrung
3I ist dabei beidseitig mit je einer geschliffenen konischen Ansenkung 32 versehen.
Auf der Seite des bügelförmigen Zwischenteiles 27 hat der Bolzen 29 einen Fuß 33
von größerem Durchmesser, dessen gewölbte Stirnfläche in der einen konischen Ansenkung
32 anliegt. In der anderen konischen Ansenkung 32 liegt eine entsprechend gewölbte
Stirnfläche eines mit einem Sechskant versehenen Teiles 34 an, der mit Gewinde versehen
auf dem Bolzengewinde 30 aufgeschraubt und mittels einer Gegenmutter 35 gesichert
ist. Der Teil 34 ist hierbei mittels der Gegenmutter 35 derart auf dem Bolzen 29
fixiert, daß der bügelförmige Teil 27 sich gerade noch leicht um die strichpunktierte
Drehachse 21 drehen kann, sonst aber gegenüber dem Träger I keinerlei Spiel besitzt.
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Zunächst ist klar ersichtlich, daß der Schalenträger 6 auf eine Art
und Weise geführt ist, welche jegliche Klemmungen zwischen den verschiedenen Gelenken
verunmöglicht. Der Schalenträger 6 ruht daher mit seiner Pfanne 7 ohne jeden Zwang
auf der Schnelide 5 des Waagebalkens 3. Außerdem enthält die beschriebene Parallelführung
keinerlei Teile, die eine irgendwie unbestimmte Lage einnehmen können oder bei welchen
die Gefahr besteht, daß slie aus Führungsnuten od. dgl. aushängen, wie dies bei
den bisher üblichen Parallelführungen gelegentlich der Fall ist. Die Führung des
Schalenträgers 6 mit Hilfe des Lenkhebels 10 ist absolut eindeutig und zudem völlig
unabhängig davon, welche Lage der Schalenträger 6 jeweils einnimmt.
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Es können daher keine Klemmungen entstehen, wenn sich etwa der Schalenträger
6 mit seiner Pfanne 7 auf der Schneide 5 etwas in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene,
d. h. in der Längsrichtung der Schneidenkante der Schneide 5 verschiebt. Eine solche
Verschiebung, die praktisch in der Größenordnung von einigen Zehntelmillimetern
stets zugelassen werden muß, hat daher lediglich eine entsprechend geringe Drehung
der Kugellagerringe I5 und 24 bezüglich ihrer strichpunktiert eingetragenen Drehachsen
12 und 20 zur Folge. Da außerdem die Schneidenkanten der Schneiden 4 und 5 sowie
die rinnenförmigen V-artigen Vertiefungen in den Pfannen 2 und 7 nie durch mathematisch
genaue Geraden oder Ebenen begrenzt werden, können die tatsächlich vorhandenen Drehachsen
zwischen dem Waagebalken 3 und dem Träger I sowie zwischen dem Schalenträger 6 und
dem Waagebalken 3 bezüglich ihrer Winkellage gegenüber der Zeichnungsebene gewissen
geringen Schwankungen unterworfen sein.
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Diese Drehachsen stehen mit anderen Worten nie genau senkrecht auf
der Zeichnungsebene, und die Folge davon ist, daß auch die Drehachsen 12 und 20
der Kardangelenke am Lenkhebel 10 die obengenannten Schwankungen mitmachen. Aber
hierdurch können gleichfalls Klemmungen nicht entstehen, daRnderungen der Neigung
der Drehachsen 12 und 20 gegenüber der Zeichnungsebene lediglich dementsprechend
geringe Drehungen des bügelförmigen Teiles 27 um die Drehachse 2I zur Folge haben.
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Wie bei jeder Waage mit Parallelführung des Schalenträgers ist es
wesentlich, daß die wirksame Länge des Lenkhebels 10 stets gleich groß ist wie die
wirksame Länge des Waagebalkenarmes, an welchem der Schalenträger 6 aufgehängt ist.
Es muß folglich der senkrechte Abstand zwischen den Drehachsen II und 19 der beiden
Kardangelenke genau gleich dem senkrechten Abstand zwischen den Schneidenkanten
der Schneiden 4 und 5 gemacht werden. Die restliche Justierung der Parallelführung
erstreckt sich dann bei der beschriebenen Einrichtung nur noch darauf, daß das eine
oder andere Paar der Schraubenspindel I7 oder 26 so eingestellt wird, daß der Abstand
der Drehachse II von der Schneidenkante der Schneide 5 genau gleich groß ist wie
der Abstand der Drehachse 19 von der Schneidenkante der Schneide 4. Die Justierung
ist damit praktisch durchgeführt; es muß aber ausdrücklich erwähnt werden, daß es
bei der beschriebenen Einrichtung im Gegensatz zu den bisher üblichen Parallelführungen
nicht notwendig ist, daß die Drehachsen II und 19 genau parallel zu den Schneidenkanten
der Schneiden 4 und 5 zu verlaufen brauchen. Es genügt eine nur näherungsweise parallele
Lage der letzteren gegenüber den ersteren.
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Ist die Justierung in solcher Weise bewerkstelligt, dann wird bei
einer Belastung der Waageschale 8 sich der Schalenträger 6 wie üblich entsprechend
dem Gewicht des Gegenstandes nach unten bewegen. Bei einer solchen Bewegung ändern
hierbei praktisch nur die über die Drehachsen 1 1 und I9, nicht aber die über die
Drehachsen I2, 20, 21 miteinander gelenkig verbundenen Teile der Kardangelenke ihre
gegenseitige Lage. Die wirksame Reibung der Parallelführung bei der Durchführung
einer Wägung ist daher weitgehend nur durch die Reibung der beiden Kugellager I3,
14, I5 und 22, 23, 24 gegeben, wenn man von der Reibung
zwischen
Pfanne 2 und Schneide 4 sowie von derjenigen zwischen Pfanne 7 und Schneide 5 absieht.
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An sich könnte nun eine klemmungsfreie Par- -allelführung des Schalenträgers
6 auch dann erreicht werden, wenn die Drehachsen II und 19 nicht parallel zu den
Schneidenkanten der Schneiden 4 und 5 verlaufen. Es könnten beispielsweise die Drehachsen
11 und 19 die Zeichnungsebene in einem Winkel bis zu 450 durchstoßen, und man könnte
ferner auch die Drehachsen 12 und 20 gegenüber der Zeichnungsebene schiefwinklig
an bringen, so daß sie mit den Drehachsen II und 19 nicht rechtwinklige, sondern
selbst auch schiefwinklige Kreuze darstellen. Das gleiche gilt auch für die weitere
Drehachse 21, die nicht unbedingt waagerecht und parallel zur Zeichnungsebene zu
verlaufen braucht. Bei einer normalen, durch eine Wägung bedingten Bewegung des
Schalenträgers 6 würden sich aber jeweils alle Teile der Kardangelenke bezüglich
ihrer gegenseitigen Lage verschieben. Zur Vermeidung einer zu großen Gesamtreibung
müßten dann alle fünf Drehachsen II, I2, I9, 20, 21 durch Kugellager gebildet werden.
Um eine konstante, wirksame Länge des Lenkhebels IO zu erhalten, wäre auch erforderlich,
daß sich die Drehachsen II und I2 in einem Punkt schneiden, und es müßten sich ferner
die Drehachsen 19, 20 und 21 in einem zweiten Punkt schneiden, wobei die wirksame
Länge des Lenkhebels IO durch die Distanz dieser beiden Schnittpunkte gegeben wäre.
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Legt man jedoch die beiden Drehachsen II und 19 wenigstens näherungsweise
parallel zu den beiden Schneidenkanten der Schneiden 4 und 5 und werden die weiteren
Drehachsen I2 und 20 wenigstens näherungsweise lotrecht angeordnet, dann erhält
man nicht nur eine geringere Gesamtreibung der Parallelführung, sondern auch einen
einfacheren und weniger kritischen Aufbau derselben. Insbesondere brauchen sich
dann die Drehachsen II und I2 einerseits und die Drehachsen 19, 20, 21 anderseits
nicht mehr zu schneiden, und die Justierung wird, wie oben erläutert, einfacher.
Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt demnach eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, welche mit vergleichsweise geringem Aufwand eine hohe
Genauigkeit der Parallelführung des Schalenträgers der Waage zu erzielen gestattet.