Präzisionswaage.
Es sind Waagen bekannt, bei denen das Gewicht aus der rücktreibenden Kraft von Federn ermittelt wird. Bei diesen Waagen wird der durch das Gewicht herabgezogene Balken durch die Federkraft auf die ursprüng. liche Nullage zurückgebracht und die hierfür notwendige Spannung bzw. Verdrehlmg der Feder an der Skala abgelesen. Das Gewicht wird demnach nicht, wie dies bei den gleicharmigen Waagen der Fall ist, mittels bekann- ter Gewichte und dem auf der Reiterbahn verschiebbaren Reiter für die letzten Dezimalen aus dem Ausschlag ermittelt, sondern ans der Federkraft, die zum Ausgleichen des Crewieh- tes der Last erforderlich ist.
Der Vorteil soleher Wagen ist in der ausserordentlich schnell durchführbaren Wägung gelegen. Nachteile derselben sind jedoch ihre geringe Belastbarkeit und ihr kleiner Wägebereich. Grobe Fe- dern lassen sich zwar stärker belasten, sie sind aber weniger empfindlich, das heisst, sie sprechen nicht mehr auf kleine Gewichte an.
Es sind solche Waagen bei einem Wägebereich und einer Belastbarkeit von 500 mg zum Wä- gen bis auf 0,2 mg genau praktisch brauchbar oder bei einer Belastung von etwa 50 mg mit einer Wägegenauigkeit von etwa 0,02 mg verwendbar. Die relative wägegenauigeit beträgt daher 500/0,2 bzw. 50/0,02= 25,102 gegenüber den gebräuchlichen Analysenwaagen, bei welchen die Belastbarkeit 200 g, die ,Yäge genauigkeit 0,1 mg, bzw. gegenüber den mikrochemischen Waagen, bei welchen bei vermin- derter Belastbarkeit von 20 g die Wägegenauigkeit + 0 002 mg, das heisst, die relativ Wägegenauigkeit 2.106 bzw. 107 beträgt.
Die relative Wägegenauigkeit ist demnach bei den bekannten Federwaagen um 3 bis 4 Zehnerpotenzen kleiner.
Bei einer der bekannten Präzisionswaagen, welche zur Gewichtsanzeige die zur Rüekfüll- rung des belasteten Waagebalkens in die Nulllage zn überwindende Gegenkraft eines elastiseh zu verformenden Organes verwenden, besteht dieses Organ aus einem Torsionsdraht, der die drehachse des Waagebalkens bildet und dessen eines Ende fest eingespannt ist, während das andere Ende mit einer Vorrichtung verbunden ist, welche das Zurückdrehen des Torsionsdrahtes bis zum Einspielen des Waagebalkens in die Nullage ermöglicht und durch diese Rückdrehung das Gewicht anzeigt.
Bei diesen bekannten Präzisionswaagen ist der Waagebalken zwar zweiarmig ausgebildet, jedoch unsymmetrisch, nachdem nur der eine Balkenarm mit einem Haken zum Einhängen der Tara und Last, der andere Balkenarm mit einer quer zur Schwingebene stehenden Fläche ausgestattet ist, die zum Dämpfen der Schwingungen des Balkens dient. Überdies verläuft senkrecht zum Waagebalken noch ein Nullpunktzeiger, der durch ein zur andern Seite der Torsionsdrahtachse liegendes Gegengewicht ausgeglichen ist.
Diese bekannten Waagen sind wegen der Unsymmetrie ihres Waagebalkens sehr tempe raturempfindlich und von Temperaturschwankungen stark abhängig. Die Unsymmetrie des schwingenden Systems ergibt bei Temperatur änderungen ungleiche Ausdehnungen der verschiedenen Arme, die, wenn sie auch nur einige tansendstel Millimeter betragen, so doch eine das Gleichgewicht der Waage empfindlich störende und damit die Präzision der Waage herabsetzende Verlagerung des Schwerpunktes des schwingenden Systems bedingen. Ferner wird zufolge der nur einseitigen Aufhänge möglichkeit an den Waagebalken der Torsionsdraht nicht allein durch die Last, sondern auch durch die Tara auf Verdrehung beansprucht.
Es müssen daher durch Rückdrehung des Torsionsdrahtes mittels der gewiehtsanzei- genden Vorrichtung das Gewicht der Last und das der Tara ausgeglichen werden. Derartige grosse Gewichte ergeben auch bei kürzeren und dickeren Torsionsdrähten einen grossen Vordrehwinkel und machen daher einen grossen Rückdrehwinkel erforderlich, der bei den bekannten Waagen mit Torsionsdraht zwischen 180 und 2500 liegt. Durch diese grossen Verdrehwinkel wird vor allem die Dauerfestigkeit des Torsionsdrahtes stark vermindert; es kommt verhältnismässig bald zu Ermüdungs erscheinungen des Drahtmaterials, welche die Wägegenauigkeit der Waage beeinträchtigen.
Die grossen Verdrehwinkel machen aber aneh die Ermittlung der Gewichtsskala auf empirischem Wege notwendig, da nur bei kleinen Verdrehungswinkeln vollkommene Proportionalität zwischen Drehwinkel und gewicht besteht. Eine solche empirische Ermittlung ist aber äusserst umständlich und zeitraubend.
Schliesslich ist der Wägebereich der bekannten Waagen mit aus einem Torsionsdraht bestehender Drehachse für den Waagebalken ein kleiner, da die verhältnismässig schweren Taren, wie sie von Chemikern in Verwendung genommen werden, einen erheblichen Teil des Verdrehungswinkels für sich in Anspruch nehmen, so dass nur das Ende der Gewichtsskalen für die Last zur Verfügung bleibt.
Die Erfindung betrifft eine Präzisionswaage mit die Drehachse des Waagebalkens bildendem Torsionsdraht, dessen eines Ende mit einer das Zurückdrehen des Torsionsdrahtes bis zum Einspielen des Waagebalkens 11 die Nullage ermöglichenden nnd durch diese Rückdrehung das Gewicht anzeigenden Vor richtig verbunden ist. Die Erfindung be zareekt, eine Torsionswaage dieser Art zu schaffen, die von Teniperaturschwankungen weitestgehend nnabhängig ist und bei grosser Belastbarkeit grosse Wägeempfindlichkeit und Wägegenauigkeit besitzt.
Der Erfindung gemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Waagebalken als gleicharmiger Hebel mit beiclerends angeordneten Aufhängemitteln :ür Taren, Lasten und Gewichten an, gebildet ist und ein Übersetzungsantrieb zwischen Anzeigeorgan und Torsionsdraht angeordnet isi, derart, dass eine Verdrehimg des ersteren eine in bezng auf diese kleine Verdrehullg des Torsionsdrahtes bewirkt.
Durch die Ausbildung des waagebalkens als gleieharmiger Hebel mit beiderends angeordneten Aufhängemitteln, also beiderends angeordneten Endschneiden in Verbindung mit dem als Drehachse wirkenden Torsionsdraht, wird es möglich gemacht, durch beiderseitiges Einhängen gleichgeformter und ungefähr gleich schwerer Taren, sowie durch Einbringen der Last einerends und eines dieser Last möglichst nahekommenden Gewichtes anderends einen rohen Gewichtsausgleich zu erhalten, so dass sich die Torsionsbeanspru- chung des Drahtes nur auf die verbleibende kleine Gewichtsdifferenz beschränkt.
Diese zu wiegenden kleinen Gewichte ergeben, dickere und daher hochbelastbare Torsionsdrähte vor- ausgesetzt, nur kleine Ausschläge und daher auch nur kleine Torsionsbeanspruchungen des Drahtes, so dass Überbeanspruchungen und Ermündungen desselben ausgeschlossen sind. Die kleinen Torsionsbeanspruchungen bleiben auch in den Grenzen, wo unter allen Umständen volle Proportionalität zwischen Drehwinkel und Gewieht besteht. Die kleinen Torsions beanspruchungen verlangen allerdings auch nur kleine Rückdrehbewegungen, die aber dank des Vergrösserungsgetriebes ins Grosse übersetzt und dadurch deutlich gemessen und abgelesen werden können, zumal die Ablese- skala im ganzen Wägebereich wegen der erwähnten Proportionalität linear ist.
Die Zeiehnungen zeigen Ausführungsbei- spiele der Präzisionswaage gemäss der Erfin dunh; es zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform der Waage in schaubildlicher Ansicht mit teihveise weggebrochener Skalenscheibe und mit in strichpunktierten Linien angedeutetem Kasten,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsforin der Waage,
Fig. 3 die vom Kasten umschlossene Waage in schauhildlicher Ansicht,
Fig. 4 einen Querschnitt nach der vertika- len Ebene IV-IV der Fig. 2,
Fig.
5 einen durch die Vertikalebene V-V der F'ig. 2 geführten Schnitt, Fig. 6 eine dritte Ausführungsform der Waage,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Mit- tefteil der Waage nach Linie VII-VII der Fig. 8
Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7.
Bei den zwei Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 1 bis 5 ist mit einem Torsionsdraht 1, z. B. aus Stahl, ein gleieharmiger Waagebalken 2 in seiner Seite bei 3 drehfest verbunden.
Der Torsionsdraht erstreckt sich somit nach beiden Seiten des Waagebalkens. Das eine Ende 4 des Torsionsdrahtes ist zentrisch in der Nabe 5' eines Armes 5 einer Vorrichtung zum Einstellen des Waagebalkens in die Nullage befestigt Das andere Ende 6 des Drahtes 1 ist in der Nahe 7' eines Armes 7 zentrisch be befestigt, der an seinem freien Ende ein Segment 7" trägt. Dieses Segment wird durch eine mit tels einer Druekfeder 9 (Fig. 4) federnd an das Segment angedrückte Friktionsscheibe 8 angetrieben, die mit einer Skalenscheibe 10 drehfest verbunden ist.
Zur Verdrehung zwecks Rückführung des belasteten Waagehalkens 2 unter Torsion des Drahtes 1 in die Nullage dient ein gegen den Umfang der Ska lenscheibe 10 durch eine Druckfeder 11 federnd angedrücktes Reibrad 12, das auf einer Ifohlwelle 19 befestigt ist, die einen Drehknopf 42 trägt.
Der Arm 5 wird durch ein Friktions- getriebe 13, 14 verstellt. Dieses Friktionsgetriebe besteht aus einem Segment 13, das am freien Ende des Armes 5 angeordnet ist und mit einem Friktionsrad 14 zusammenwirkt, das durch eine Feder 15 in Reibungsschluss mit dem Segment 13 gehalten wd. Das Friktionsrad 14 ist mit einer Scheibe 16 drehfest verbunden, mit deren Umfang ein durch eine Druckfeder 20 angedrücktes Friktionsrad 17 zusammenwirkt; letzteres sitzt drehfest auf der Welle 18, die durch die Hohlwelle 19 des Reibrades 12 verläuft.
Gelenkig in die Enden des Waagebalkens 2 eingesetzte I-Iaken 21 dienen zum Einhängen gleicher Taren, z. B. Waageschalen 23 mittels Gehängen 22. An dem einen Ende des Waage balkens ist ein Zeiger 24 vorgesehen, der sieh über eine Skala 25 bewegt. Vor der auf einer Glasscheibe aufgezeichneten Skala 25 befindet sich eine Vergrösserungsoptik 26, hinter der Skala 25 eine Beleuchtungsoptik 27.
Die vorstehend beschriebenen Einriehtlm- gen der Waage werden von einem Rahmen 30 getragen, der auf einem Griindbett 31 befestigt ist. Anf dem obern Querstüek des Rahmens 30 ist eine Tragsehiene 32 befestigt, die der Länge nach über den Waagebalken 2 sich erstreckt und die an ihrem einen Ende einen Schlitz 33 zum einstellbaren Befestigen einer die Skala 25 tragenden Lasehe aufweist. Tn den Kopf dieser Lasche ist eine Querstange 3@ eingesetzt, auf der eine und feststellbar die Optiken 26, 27 befestigt sind.
Die ganze Waage ist in einem auf das Grundbrett 31 aufsetzbaren Kasten 35 angeordnet, dessen Vorderwand mit Glas abgedeckte Fenster 36, 37 besitzt, hinter denen die Waage schalen mit dem Gehänge sich befinden. Ferner weist die Vorderwand des Kastens eine rnit Glas abgedeckte Öffnung 38 auf, die ungefähr zentrisch zu den Optiken 26, 27 liegt; und die die Beobachtung des Zeigers 24 und der Skala 25 ermöglicht. Eine segmentförmige, mit Glas abgedeckte und eine Vergrösserungslinse aufweisende Öffnung 39 dient zur Beobachtung der Skalenscheibe 10 und eines dieser Skala zugeordneten, auf dem Rahmen 30 be festigten Zeigers 40.
Durch die Vorderwand verlaufen die Achse der Skalenscheibe 10 sowie die Welle 18 und die Hohlwelle 19. Auf dem Ende der Achse der Skalenscheibe 10 ist ein Drehknopf 41 zum Grobverstellen der Scheibe 10, auf dem Ende der Hohlwelle 19 ein Drehknopf 42 zum Feineinstellen der Skalenscheibe 10 und auf dem Ende der Welle 18 ein Drehknopf 43 zum Betätigen des Friktionsgetriebes 17, 16 und damit zum Verdrehen des hintern Endes des Torsionsdrahtes 1 befestigt. Stützfüsse 45, 46, die an der unteren Seite des Grundbrettes befestigt sind, dienen zum Aufstellen der Waage auf eine Unterlage, z. B. einen Tisch oder dergleichen.
Von diesen Stütfzfüssen sind die beiden hintern Füsse 46 höhenverstellbar ausgebildet. In den beiden Stirnseiten des Kastens 35 sind Türen 47 zum Einbringen der Taren, Gewichte und der Last vorgesehen. Unter dem Grundbrett 31 verläuft der Länge naeh eine Welle 48, die einen seitlich des Grundbrettes herausragenden Handknopf 49 trägt und durch Hubdaumen 50 mit Feststelltellern 51 zusammenwirkt, die in der angehobenen Stellung die Waageschalen stützen.
Sowohl zur Begrenzung des Aussehlages des Waagebalkens auf einen sehr kleinen Schwingbereich, wie auch zur Arretierung des Waagebalkens bei nicht gebrauchter Waage, z. B. bei deren Transport, ist eine Arretie- rungesvorrichtung vorgesehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 besteht die Arretierimgsvorrichtung aus Gabeln 55, deren Schenkel 56 die Arme des Waagebalkens nahe deren Enden umgreifen.
Die Gabelschenkel 56 sind divergierend ausgebildet und in waagrechter Richtung zu und von lotrechten, hinter dem Waagebalken stehenden Gabeln 57 bewegbar. Diese waagrechte Bewegung der Gabeln 55 wird durch Drehung einer Spindel 58 bewirkt, die durch einen Gewindeteil in einer die Gabeln 55 tragenden Schiene 60 eingeschraubt ist. Die Schiene 60 ist entlang des Querstückes des Rahmens 30 geführt. Wird die am Orte sich drehende Spindel 58 in dem einen Drehsinn bewegt, so schieben sich die divergierenden Schenkel 56 von der Seite her auf die Waagebalkenenden auf und drücken diese gegen die lotrechten Gabeln 57, wodurch der Waagebalken festgehalten ist. Bei der gegenläufigen Drehung der Spindel 58 werden die Gabeln 55 von den lotrechten Gabeln 57 wegbewegt und die divergierenden Schenkel 56 geben den Waagebalken frei.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 besteht die Arretierungsvorrichtung zum Fest stellen des Waagebalkens aus Gabeln 62, die in Längsschlitzen 63 der über dem Waagebalken 2 verlaufenden Tragschiene 32 verstellbar und feststellbar sind. Die Gabeln 62 wirken mit den keilförmig naeh aussen sich verjüngenden Armen des Waagebalkens 2 zusammen, derart, dass die Gabeln in der äussern Lage ein begrenztes freies Spiel des Waagebalkens zulassen. Werden dagegen die Gabeln 62 in den Schlitzen 63 gegen die innern Enden der letzteren zu verschoben, so schieben sich die Gabeln auf die keilförmigen Arme des Waagebalkens auf und bewirken die Feststellung des letzteren.
Die Waage gemäss den Fig. 6 bis 8 ist im allgemeinen hinsichtlich ihrer Banart gleich den Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 1 bis 5 und sind die gleichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Unter- schiedlich ist nur die Ausbildung des über- setzungsgetriebes zwischen dem Ende 6 des Torsionsdrahtes 1 und der Skalenscheibe 10.
Das bei der Waage gemäss den Fig. 6 bis 8 verwendete Übersetzun gsgetriebe besteht aus einem Hebelarm 65, in dessen Nabe zentrisch das Ende 6 des Torsionsdrahtes befestigt ist.
Der Hebelarm 65 erstreckt sich über die Drehachse der Skalenscheibe 10 hinaus und ist durch einen Drehbewegungen der Skalenscheibe in Schwenkbewegungen des Hebelarmes umsetzenden Trieb mit der Skalenscheibe verbunden. Die wirksame Länge des Hebelarmes ist grösser als der Abstand zwi- schen dem Torsionsdraht und der Achse der Skalenscheibe. Auf diese Weise wird eine grosse Übersetzung erhalten. Auf der Achse der Skalenscheibe 10 sitzt drehfest eine schmale Trommel 66, um die in einigen Win dungen ein drahtförmiges Zugorgan 67 ge sehlungen ist. Dieses Zugorgan verläuft in Form eines Seilviereekes über Rollen 68 und ist mit seinen beiden Enden bei 69 in der Nähe des untern Endes des Armes 65 befestigt.
Die Rollen 68 sind verschiebbar in einem Führungsrohr 70 gelagert und werden durch eine in diesem Rohr liegende Feder 71 gleichmässig nach aussen gedrückt. Der Befestigungs- punkt 69 ist zweckmässig einstellbar, um die wirksame Länge des Armes fi5 verändern zu können. An Stelle des Drahtes 67 kann auch ein anderes biegsames sonst aber zugfestes Zugorgan, z. B. ein Stahlband oder derglei chen, vorgesehen sein. Im Prinzip stellen die Teile 65 bis 71 ein Vergrösserungsgetriebe rwi- sehen der Skalenscheibe 10 und dem einen Ende 4 des Torsionsdrahtes dar, das einen besonders langen Stellann 65 besitzt und dessen wirksame Länge überdies verändert werden kann, wodurch es möglich wird, die Skalenscheibe 10 zu eichen.
Die Wirkungsweise der Waage bei Durchführung eines Wägevorganges ist folgende:
Es werden beiderseits in die Haken 21 gleiche Taren, z. B. Waagesehalen 23 oder Tiegel, Kolben und dergleichen, zur Aufnahme der Last eingehängt. Hierauf wird die Null- lage des Waagebalkens an der Skala 25 überprüft und durch Verdrehung des Drehknopfes 43 über 18, 17, 16, 14, 13, 5, 4, 1 allenfalls genau eingestellt.
Sodann wird in eine der Waageschalen die Last eingebracht und in die andere Waageschale die der Last annähernd entsprechenden Gewichte gelegt, worauf zur Feineinstellung mittels des Knopfes *2 die Skalenselleibe 10 so lange unter Torsion des Drahtes 1 verdreht wird, bis der Waage- balkenzeiger 24 auf den Nullpunkt der Skala 25 einspielt. Der Betrag der Verdrehung der direkt in Gewichten geeichten Skalenseheibe 10, der durch die Vcrgrösserungslinse im Fenster 39 gut und genau ablesbar ist, plus aufgelegte Gewichte gibt daini das genaue Ge wicht der Last an. Bei kleiner Last, z.
B. bis etwa 10 mg, kann man ohne Gewiehtsauflage arheiten, wobei der Betrag der Verdrehung der Skalenscheibe 10 das Mass für das Ge wicht der in einer austarierten Waagschale eingelegten oder am Haken aufgehängten Last angibt. Vor Durchführung der Feineinstellung der Skalensehelbe 10 mittels des Drehknopfes 42 kann gegebenenfalls mittels des Orehknopfes 41 eine Grobeinstellung der Skalenseheibe vorgenommen werden.