Waage mit digitaler Gewichtsanzeige Der Patentanspruch des Hauptpatents betrifft eine Waage, bei der die Zahlen und Teilstriche einer an einem Waagebalken angeordneten Mikroskala mittels einer optischen Vorrichtung vergrössert auf eine mit einer festen Marke versehene Mattscheibe projiziert werden, wobei die feste Marke zwischen zwei photo elektrischen Wandlern angeordnet ist, welche in einer Differenzschaltung betrieben werden, die in Abhängig keit von der Lage eines Teilstriches der Skalenprojek tion in bezug auf die feste Marke ein Signal abgibt, das einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.
Bei einer im Hauptpatent beschriebenen Ausfüh rungsform dieser Waage, mit digitaler Gewichtsanzeige, erfolgt die Einstellung der letzten Gewichtsdezimalen durch eine mit einem den Projektionsstrahl verschwen denden Bauteil zusammenwirkende Feinstelleinrichtung, wobei die Differenzschaltung bei Nicht-Kongruenz eines Teilstriches der Skalenprojektion mit der festen Marke eine Spannung erzeugt, die einem elektromechanischen Antriebselement zugeführt wird, welches das den Pro jektionsstrahl verschwendende Bauteil so lange selbst tätig verschwenkt, bis Kongruenz erreicht ist. Der dabei zurückgelegte Verschwenkweg dient als Mass für die letzte Gewichtsdezimale und kann in Gewichtseinheiten digital zur Anzeige gebracht werden.
Bei dieser im Hauptpatent beschriebenen Ausfüh rungsform der Waage ist eine Verschwendung des Pro jektionsstrahls jedoch nur gewährleistet, wenn sich ein Teilstrich der Mikroskala im Wirkungsbereich der pho toelektrischen Wandler befindet. Ist dies nicht der Fall, kommt also das Wandlerpaar zwischen zwei Teilstriche zu liegen, dann wird dem elektromechanischen Antriebs element keine Spannung zugeführt, so dass dasselbe in Stillstand verharrt und somit keine Verschwendung des Projektionsstrahles stattfindet.
Nach der vorliegenden Erfindung, die eine Waage der oben erwähnten Ausführungsform zum Gegenstand hat, wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass das elektromechanische Antriebselement ein von einer Lo gikschaltung erzeugtes einmaliges oder periodisches Signal zur Verschwenkung des Projektionsstrahls erhält, wenn ein projizierter Teilstrich ausserhalb des Wir kungsbereiches der photoelektrischen Wandler abgebil det wird, und dass die Verschwenkung des Projektions strahls unter dem Einfluss dieses Signals so lange er folgt, bis ein Teilstrich wieder in den Wirkungsbereich der photoelektrischen Wandler kommt.
Vorteilhafterweise sind an den Enden des Ver- schwenkbereiches Endschalter angeordnet, durch wel che das Antriebselement gestoppt und die Verschwenk- richtung umgekehrt wird. Die Anordnung der Endschal- ter erfolgt am günstigsten im Bereich der oberen und unteren Kante des strahlenverschwendenden Bauteiles, wie z. B. eines Spiegels.
Um beim Durchlauf der Mikroskala ein ständiges Ein- und Ausschalten des Antriebselementes zu vermei den, empfiehlt es sich, Mittel zur Bewegungskontrolle vorzusehen, welche eine Betätigung des Antriebselemen tes für die Feinstelleinrichtung erst dann ermöglichen, wenn die Bewegung der Teilstriche eine vorbestimmbare Grenzgeschwindigkeit unterschreitet. Zur Bewegungs kontrolle kann z. B. ein photosensitives Element vorge sehen sein, das von den Teilstrichen überlaufen wird, wobei jeder Teilstrich am Ausgang dieses photosensiti ven Elementes einen elektrischen Impuls erzeugt, der z. B. einem in der Zeitkonstante variablen Integrator zugeführt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann das den Projektionsstrahl verschwendende Bauteil in der Grund stellung am einen Ende des Verschwenkbereiches an einem gehäusefesten Anschlag verharren und die An ordnung so getroffen sein, dass die Verschwendung des Projektionsstrahles nach einem Freigabesignal von den Bewegungskontrollmitteln immer nur von der Grund- stellung aus in Richtung zum anderen Bereichsende er folgt und beim Durchlauf eines Teilstriches über die feste Marke gestoppt wird und die erfolgte Verschwen- kung von der Grundstellung aus zur Anzeige gebracht wird.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann auch mit der Antriebsachse einer die letzte Gewichtsdezimale anzeigenden Zahlenrolle ein elektrischer Messwertgeber gekoppelt sein, welcher eine elektrische Ablesung der Stellung der Zahlenrolle ermöglicht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er findung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 schematisch den mechanisch-optischen Auf bau der Anzeigeeinrichtung einer erfindungsgemässen Waage; Fig. 2 ein Blockschaltbild der zugehörigen Elek tronik; Fig. 3 die Lage eines Teilstriches ausserhalb des Wirkungsbereiches der photoelektrischen Wandler; Fig. 4 eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Ein fangens eines Teilstriches.
Nach Fig. 1 liegt die am Waagebalken 40 ange brachte, ausschnittsweise dargestellte Mikroskala 2 im Projektionsstrahlengang 8 der aus einer Lampe 41, einem Kondensor 42 und einem Objektiv 43 bestehen den Optik. Auf der Mikroskala 2 sind die Masszahlen 16 und diesen einzeln zugeordnete Teilstriche 3 ange ordnet. Die Masszahlen 16 und Teilstriche 3 werden über ein strahlenverschwenkendes Bauteil, im vorliegen den Beispiel einen Spiegel 17, auf eine Mattscheibe 18 projiziert. Der Spiegel 17 ist um die Achse 19 drehbar gelagert und wird durch ein elektromechanisches An triebselement, z. B. einen Servomotor 20 mit Getriebe 21, verschwenkt.
Die Verschwenkung wird durch ein Getriebe 22 auf die Achse 23 übertragen, welche die Zahlenrolle 24 sowie einen Schleifkontakt 25 antreibt. Die Zahlenrolle 24 ist räumlich hinter der Mattscheibe 18 so angeordnet, dass neben den projizierten Mass- zahlen 16 die auf der Zahlenrolle 24 angeordneten Zif fern 26 erscheinen. Die Mattscheibe 18 ist abgedeckt und die Masszahlen 16 und Ziffern 26 erscheinen in einem Fenster 27 der Abdeckung. Die Teilstriche 3 werden hinter der Mattscheibe 18 auf ein Paar photo elektrischer Wandler 1 projiziert.
Dieses Wandlerpaar 1 kann durch die beiden aktiven Flächen einer sogenann ten Photowechseldiode (Prospekt der Fa. Raytheon- Elsi, Palermo, Italien, z. B. Typ REP-11D) oder durch zwei dicht übereinander angeordnete Photowiderstände oder Phototransistoren gebildet sein, deren Ausgänge 28 und 29 an einen Differenzverstärker 4 führen, wie Fig. 2 zeigt. Die Ausgangsspannung führt zu dem Trig- ger 5, welcher mit einer Logikschaltung 30 verbunden ist. Wenn beide photoelektrischen Wandler des Wand- lerpaares 1 gleich stark beleuchtet sind, so wird die Ausgangsspannung am Differenzverstärker 4 Null sein.
Bei ungleicher Beleuchtung der photoelektrischen Wandler tritt entweder eine positive oder negative Span nung am Ausgang des Differenzverstärkers 4 auf, wel che beim überschreiten einer gewissen Höhe durch den Trigger 5 ein Signal an die Logikschaltung 30 abgibt. Die Logikschaltung 30 ist über einen elektronischen Schalter 31 mit dem Servomotor 20 verbunden. Wird z. B. ein Teilstrich 3 auf den oberen der photoelektri schen Wandler abgebildet, dann wird mittels Differenz verstärker 4, Trigger 5 und Logikschaltung 30 der Ser vomotor 20 so gesteuert, dass sich der Spiegel 17 um die Achse 19 so weit verschwenkt, dass der Teilstrich 3 zu der eine feste Marke darstellenden Mitte des photo elektrischen Wandlerpaares 1 läuft.
Beim Durchgang durch die Mitte sind beide photoelektrischen Wandler gleich stark beleuchtet, so dass der Servomotor 20 von der Logikschaltung 30 keine Spannung mehr erhält und der Spiegel 17 somit in einer solchen Stellung verharrt, dass der Teilstrich 3 genau auf die feste Marke proji ziert wird. Sollte die Verschwenkung des Spiegels 17 infolge einer gewissen Trägheit des mechanischen Sy stems zu weit erfolgt sein, wäre der Teilstrich 3 über die Mitte hinaus auf den unteren der photoelektrischen Wandler 1 gewandelt, was automatisch zu einer Um kehr der Ausgangsspannung am Differenzverstärker 4 führt und bewirkt, dass der Servomotor 20 in umge kehrter Richtung erregt wird.
Der Spiegel 17 wird also sofort seine Schwenkrichtung wieder umkehren, bis der Teilstrich 3 genau in der Mitte zwischen den photo elektrischen Wandlern 1 liegt. Der Teilstrich 3 wird so mit von den photoelektrischen Wandlern 1 eingefangen. Gleichzeitig wird über das Getriebe 22 die Zahlenrolle 24 verstellt und die entsprechende Ziffer 26 der Zahlen rolle im Fenster 27 angezeigt.
Der Einfangbereich für einen Teilstrich 3 erstreckt sich aber nur über die Breite bzw. Höhe des photo elektrischen Wandlerpaares 1. Wenn ein Teilstrich aus- serhalb dieser Breite liegt, erhält der Servomotor 20 kein Signal. über die Leitung 32 wird nun mittels eines Verstärkers 6 der Beleuchtungszustand des photoelek trischen Wandlerpaares 1 abgefühlt und der Logikschal tung 30 in Form eines weiteren Signals zugeführt. Die volle Beleuchtung der photoelektrischen Wandler 1 be wirkt über die Logikschaltung 30, dass der Servomotor 20 eine Spannung erhält, welche verursacht, dass der Spiegel 17 den nächsten, werthöheren Teilstrich 3, im Beispiel nach Fig. 1 mit dem Wert 14 der Masszahl 16, gegen die feste Marke bewegt.
In dem Augenblick, in dem der Teilstrich 3 mit dem Wert 14 in den Wirkungs bereich des oberen der photoelektrischen Wandler 1 kommt, wird der Teilstrich 3 wieder in der vorher be schriebenen Weise eingefangen.
In der Fig. 3 ist der Fall dargestellt, wo die Projek tion der Teilstriche 3 ausserhalb des Wirkungsbereiches der photoelektrischen Wandler 1 erfolgt, diese also zwi schen den Teilstrichen 3 mit den Masszahlen 13 und 14 liegen. Wieder wird über den Verstärker 6 und die Logikschaltung 30 an den Servomotor 20 ein Signal gegeben, welches bewirkt, dass der Projektionsstrahl 8' so verschwenkt wird, dass er den werthöheren Teilstrich 3, im Beispiel den mit der Masszahl 14, in den Wir kungsbereich des photoelektrischen Wandlers 1 schwen ken möchte.
Da nun der Spiegel 17 nur innerhalb eines begrenzten Bereiches verschwenkt werden kann, der durch die Linien 33, 34 angedeutet ist, kann die Mass- zahl 14 nur bis zu Linie 33 verschwenkt werden, würde also nicht in den Wirkungsbereich der photoelektrischen Wandler 1 kommen. Mit der Verschwenkung wird gleichzeitig der Schleifkontakt 25 auf der Achse 23 des unbeweglichen Messwertgebers 35 (Fig. 1) gegen den Endkontakt 36 laufen, dessen Verbindung mit der Logikschaltung 30 bewirkt, dass der Servomotor 20 in seiner Drehrichtung umgesteuert wird.
Der Spiegel 17 schwenkt dadurch in die andere Richtung, und der Teil strich mit der Masszahl 13 bewegt sich gegen das pho toelektrische Wandlerpaar 1. Sobald dieser Teilstrich mit der Masszahl 13 in den Wirkungsbereich der photo elektrischen Wandler 1 kommt, wird dieser eingefangen und mit der Zahlenrolle 24 die entsprechende Ver- schwenkung des Spiegels 17 angezeigt.
Damit beim Einschwingen des Waagebalkens 40 und damit beim Ablauf der Masszahlen 16 und Teil striche 3 der Servomotor 20 und somit der gesamte Einstellmechanismus nicht ständig in Funktion ist, sind Mittel zur Bewegungskontrolle (Fig. 2), bestehend aus einem photosensitiven Element 37, einem Verstärker 38, einem Gleichrichter 39, einem Integrierer 44 und einem Trigger 45, vorgesehen. Beim Bewegungsablauf der Teilstriche 3 über das photosensitive Element 37 wird dieses abwechselnd beleuchtet und verdunkelt. Am Ausgang des Verstärkers 38 entstehen somit Impulse, die alle über den Gleichrichter 39 gleichgerichtet in den Integrierer 44 gegeben werden.
Der Trigger 45 gibt ein Signal an den elektronischen Schalter 31, wenn die Aus gangsspannung am Integrierer 44 einen bestimmten Wert unterschritten hat. Dies bedeutet, dass die Einschwing zeit des Waagebalkens 40 gering oder Null ist. In die sem Augenblick wird der elektronische Schalter 31 ge schlossen und der Servomotor 20 mit der Logikschal tung 30 verbunden. Der Servomotor 20 beginnt also erst am Ende des Einschwingvorganges des Waagebal kens 40 zu arbeiten.
Eine weitere mögliche Art des Einfangens der Teil striche 3 zeigt die Fig. 4 im Schaltbild, wobei beschrie bene Details in den anderen Figuren ersichtlich sind. Dabei steht der Spiegel 17 und somit die Zahlenrolle 24 am unteren Ende des Verschwenkbereiches. Die Zahlen rolle 24 wird also den Wert Null anzeigen. Nach dem Einschwingen des Waagebalkens 40 und der Abgabe eines Freigabesignals von den Bewegungskontrollmitteln 37, 38, 39, 44 und 45 beginnt der Servomotor 20 zu laufen und schwenkt den Spiegel 17 so, dass die Teil striche 3 nach unten weglaufend verschoben werden. Die Verschiebung geschieht so lange, bis ein Teilstrich 3 in den Wirkungsbereich der photoelektrischen Wandler 1 gelangt ist, was in diesem Fall durch den Verstärker 46, einen Trigger 47 und die Bremse 48, welche auf der Achse 23 angeordnet ist, bewirkt wird.
Die Zahlen rolle 24 und die Verschwenkung des Spiegels 17 werden dadurch gestoppt, die durchlaufene Strecke entspricht dem durch die Zahlenrolle 24 angezeigten Wert. Wenn die Waagebalkenstellung sich während des Verschwen- kens des Spiegels 17 so ändert, dass innerhalb des Schwenkbereiches kein Teilstrich 3 in den Wirkungs bereich der photoelektrischen Wandler 1 fällt, dann wird am Bereichsende durch den Schleifkontakt 25, den Endkontakt 36' und der Logikschaltung 30 der Servomotor 20 in seiner Drehrichtung wieder umge kehrt, so dass die Teilstriche 3 nach oben verschoben werden.
Da der Schwenkbereich des Spiegels 17 einer Intervallbreite, d. h. dem Abstand von einem Teilstrich 3 zum nächsten Teilstrich 3 entspricht, wird gewähr leistet, dass in jedem Fall ein Teilstrich 3 vom photo elektrischen Wandlerpaar 1 eingefangen wird. Vorteil hafterweise sind auf dem Messwertgeber 35 weitere Kontakte 360 angeordnet, die eine elektrische Ablesung jeder Stellung der Zahlenrolle 24 ermöglichen.