Ablesevorrichtung an einer Waage
Es ist an Waagen und insbesondere an Analysenwaagen bekannt, am Waagebalken eine mit Zahlen und Teilstrichen beschriftete Messplatte anzubringen.
Vermittels einer Beleuchtungsvorrichtung und einer Vergrösserungsoptik wird das jeweils im optischen Strahlengang befindliche Teilstück der Messplatte auf eine zur Ablesung vorgesehene Mattscheibe optisch vergrössert abgebildet. Dort, wo auf der Mattscheibe die optisch vergrösserten Teilstriche der Messplatte erscheinen, ist auf der Mattscheibe eine Markierung angebracht. Im optischen Strahlengang befindet sich ferner noch ein strahlenversetzendes Element, wie zum Beispiel ein Drehspiegel oder eine schwenkbare planparallele Platte, welches vermittels einer von Hand zu bedienenden Einstellvorrichtung verstellt werden kann, um einen der auf der Mattscheibe sichtbaren Teilstriche genau in der Markierung zentrieren zu können. Die dazu erforderliche Verstellung des strahlenversetzenden Elementes stellt ein Mass für die letzten Gewichtsdezimalen des zu wägenden Gegenstandes dar.
Dementsprechend ist die Einstellvorrichtung mit einer drehbaren Skalenscheibe ausgerüstet, welche neben der Mattscheibe angeordnet ist und von welcher in direkter Ablesung die letzten Gewichtsdezimalen entnommen werden können.
Bei einer Waage und insbesondere bei einer Analysenwaage sind nun die Abmessungen der am Waagebalken befestigten Messplatte im wesentlichen durch die zulässigen Ausschwenkungen des Waage- balkens gegeben. Soll daher die Messplatte mit einer grossen Anzahl von Zahlen beschriftet werden, so müssen diese Zahlen sehr geringe Abmessungen haben, und es ist eine dementsprechend hohe optische Vergrösserung erforderlich. Anderseits muss die optische Vergrösserung ihrem Betrag nach sehr konstant sein, damit die auf der Mattscheibe sichtbaren Teilstriche stets genau denselben scheinbaren Abstand voneinander haben. Dem Betrag der optischen Vergrösserung sind daher nur schon aus diesen Gründen Grenzen gesetzt.
Dazu kommt, dass infolge der Wirkung der Arretiervorrichtung der Waage der Waagebalken nie ganz genau gleich auf die Pfanne abgesetzt wird, so dass auch der massgebende Abstand zwischen der Messplatte und dem Objektiv der Vergrösserungsoptik gewissen Schwankungen unterworfen ist. Ferner können auch die Abmessungen der Skalenscheibe der Einstellvorrichtung nicht beliebig gross gewählt werden, so dass auch hier die Anzahl der unterzubringenden Zahlen beschränkt ist. Alle diese mit dem grundsätzlichen Aufbau einer Waage zusammenhängenden Einzelheiten sind dafür verantwortlich, dass unter Verwendung der bisher bekannten Ablesevorrichtungen insbesondere zur Bestimmung der letzten Gewichtsdezimalen Strichskalen vermittels Noniusteilungen, Ableselupen oder anderen zusätzlichen Hilfsmitteln abgelesen-werden müssen.
Die vorliegende Erfindung befasst sich nun mit einer Ablesevorrichtung an einer Waage zur ziffernmässigen Ablesung des Gewichtes eines zu wägenden Gegenstandes, bei welcher am beweglichen Messglied der Waage eine mit Zahlen und Teilstrichen beschriftete Messplatte befestigt ist, bei welcher vermittels einer Vergrösserungsoptik das jeweils im optischen Strahlengang befindliche Teilstück der Messplatte optisch vergrössert auf einen Bildschirm geworfen wird, bei welcher im optischen Strahlengang das strahlenversetzende Element einer von Hand bedienbaren Einstellvorrichtung angeordnet ist und bei welcher ferner diese Einstellvorrichtung ein mitbewegtes und mit Zahlen beschriftetes Anzeigeorgan aufweist, an welchem die letzten Gewichtsdezimalen des zu wägenden Gegenstandes ab gelesen werden können,
sobald durch entsprechende Verstellung des strahlenversetzenden Elementes vermittels der Einstellvorrichtung das optisch vergrösserte Bild eines der Teilstriche der Messplatte in einer feststehend angebrachten Markierung zentriert worden ist. Eine rein ziffernmässige Ablesung aller Gewichtsdezimalen lässt sich erfindungsgemäss dadurch erzielen, dass die sich jeweils im optischen Strahlengang befindenden Ziffern und Teilstriche der Messplatte vermittels einer ersten Vergrösserungsoptik auf einen mit der Markierung versehenen Zwischenträger optisch vergrössert abgebildet werden, dass das mitbewegte Anzeigeorgan der Einstellvorrichtung derart in bezug auf den genannten Zwischenträger angeordnet ist,
dass die vom Anzeigeorgan abzulesenden Ziffern sich in unmittelbarer Nähe der genannten Markierung und wenigstens näherungsweise in der optischen Abbildungsebene dieser ersten Vergrösserungsoptik befinden, dass das strahlenversetzende Element in optischer Hinsicht zwischen dem genannten Zwischenträger und dem Objektiv der ersten Vergrösserungsoptik angebracht ist und dass ferner eine zweite Vergrösserungsoptik angebracht ist, vermittels welcher das am Ort des Zwischenträgers vorhandene Abbild der Teilstriche und das Abbild der Zahlen der Messplatte, die am Zwischenträger angebrachte Markierung sowie die vom Anzeigeorgan abzulesenden Zahlen optisch vergrössert auf den Bildschirm in ziffernmässig richtiger Reihenfolge abgebildet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte Draufsicht auf die Montageplatte einer Analysenwaage, welche insbesondere den optischen Strahlengang der Ablesevorrichtung erkennen lässt,
Fig. 2 eine Ansicht des im optischen Strahlengang befindlichen Teilstückes der Messplatte in einem gegenüber der Fig. 1 etwa zwanzigfach vergrösserten Massstab,
Fig. 3 eine Ansicht des im optischen Strahlengang befindlichen Teilstückes des mit der Markierung versehenen Zwischenträgers in einem gegen über der Fig. 1 etwa zehnfach vergrösserten Massstab,
Fig. 4 eine Ansicht des im optischen Strahlengang befindlichen Teilstückes des Anzeigeorganes in einem der Fig. 3 gleichen Massstab und
Fig. 5 eine Frontansicht auf die Mattscheibe und den Bedienungsknopf der Einstellvorrichtung in einem der Fig.
1 gleichen Massstab.
Auf der Montageplatte 6 einer Analysenwaage ist eine kurze Säule 7 vorgesehen, die an ihrem oberen Ende die Pfanne 8 für die Unterstützung der Mittelschneide 9 des Waagebalkens 10 trägt.
Der kürzere Arm 11 des Waagebalkens 10 weist die Aussenschneide 12 auf, auf welcher das die Waageschale und die Schaltgewichte tragende Gehänge abgestützt ist. Dieses Gehänge, die Waageschale, die Schaltgewichte sowie die Schaltvorrichtung zum Aufsetzen und Abheben der Schaltgewichte sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher veranschaulicht. Der längere Waagebalkenarm 13 ist mit einem an ihm befestigten Gegengewicht 14 sowie an seinem Ende mit einer Messplatte 15 versehen. Die Messplatte besteht beispielsweise aus Glas und erstreckt sich in der Be wegungsrichtung des längeren Waagebalkenarmes 13.
Zur Ablesung der durch die jeweilige Neigung des Waagebalkens 10 gegebenen Gewichtsdezimalen des zu wägenden Gegenstandes ist die Messplatte 15 mit einer Folge 16 von fortlaufenden ganzen Zahlen und einer Folge 17 von korrespondierenden Teilstrichen versehen, wie dies das in der Fig. 2 dargestellte kurze Teilstück der Messplatte 15 veranschaulicht. Dabei ist angenommen, dass die Zahlenfolge die Zahlen 0 bis 99 aufweist und jeder dieser Zahlen ein Teilstrich zugeordnet ist. Aus Gründen der optischen Abbildung der Zahlenplatte 15 sind die Zahlen seitenverkehrt angebracht. Die Zahlenfolge 16 und die Teilstrichfolge 17 erstrecken sich längs kurzen Kreisbogenstücken, deren Mittelpunkt in der Mittelschneide 9 des Waagebalkens 10 liegt.
In der Bewegungsrichtung des längeren Waagebalkenarmes 13 gesehen, hat die Messplatte 15 eine Abmessung von grössenordnungsmässig einem bis zwei Zentimeter, da dies dem üblichen Ausschlag des Waagebalkens einer Analysenwaage entspricht.
Die Zahlen selbst haben demzufolge Abmessungen von einigen Hundertstehnillimetern, und die Abstände aufeinanderfolgender Teilstriche sind dementsprechend gering. Da in der Darstellung der Fig. 2 nur ein kurzes Teilstück der Messplatte 15 gezeigt ist, sind die kreisbogenförmigen Krümmungen der Zahlenfolge 16 und der Teilstrichfolge 17 nicht erkennbar.
Zur optischen Abbildung der Zahlenplatte 15 sind auf der Montageplatte 6 eine Lampe 18 und eine Beleuchtungsoptik 19 aufgebaut. Ferner trägt die Montageplatte 6 eine erste Vergrösserungsoptik, welche die bikonvexe Objektivlinse 20, das Umlenkprisma 21 und die plankonvexe Kollektivlinse 22 umfasst. Diese erste Vergrösserungsoptik ist so bemessen, dass die im optischen Strahlengang befindlichen Zahlen 16 und Teilstriche 17 mit reellem Bild optisch vergrössert auf der ebenen Fläche der plankonvexen Kollektivlinse 22 abgebildet werden.
Die sich ergebende Abbildung ist in Fig. 3 veranschaulicht, wobei die optisch vergrösserte Abbildung der Zahlen 16 mit 16' und die optisch vergrösserte Abbildung der Teilstriche 17 mit 17' bezeichnet ist.
An der Stelle, wo die optisch vergrösserten Teilstriche 17'erscheinen, ist die ebene Fläche der plankonvexen Kollektivlinse 22 mit einer Markierung 23 versehen, welche die Form von zwei dunkel erscheinenden Dreiecken hat, die sich in geringem Abstand voneinander mit parallelen Seiten gegen überstehen. Wird der Waagebalken 10 leicht um seine Mittelschneide 9 geschwenkt, so dass sich die Messplatte 15 hebt oder senkt, so laufen in der Darstellung der Fig. 3 die optisch vergrösserten Teilstriche 17' in einer Richtung von oben nach unten bzw. von unten nach oben über die Markierung 23 hinweg. Die den Teilstrichen zugeordneten Zahlen machen diese Bewegung im Raum neben der Markierung 23 mit.
Die durch diese erste Vergrösserungsoptik 20 bis 22 gegebene Vergrösserung wird zweckmässig nicht sehr gross gewählt; eine lineare Vergrösserung von etwa zehn hat sich als geeignet erwiesen. Die Zahlen 16' erscheinen daher am Ort der plankonvexen Kollektivlinse 22 mit Abmessungen von einigen Zehntelmillimetern, und die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Teilstrichen 17' sind dementsprechend. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, sollen die Abmessungen der Markierung 23 gegenüber den Abständen der aufeinanderfolgenden Teilstriche 17'hinreichend klein sein. An sich könnte als Zwischenträger für die Markierung 23 nicht die dargestellt plankonvexe Kollektivlinse 22, sondern einfach eine planparallele Platte aus Glas oder dergleichen dienen.
Die Verwendung einer plankonvexen Kollektivlinse 22 ergibt jedoch eine sehr wünschenswerte grössere Helligkeit des optisch vergrösserten Teilstückes der Messplatte 15 sowie kontrastreichere Bilder der Zahlen 16' und der Teilstriche 17'.
Im optischen Strahlengang der ersten Vergrösserungsoptik 20 bis 22 ist noch ein strahlversetzendes Element in der Form einer dickeren planparallelen und genau geschliffenen Glasplatte 24 eingefügt. Die planparallele Platte 24 ist in einem Halter 25 gelagert, der seinerseits auf zwei Stiften 26 und 27 schwenkbar ist, die in der Montageplatte 6 befestigt sind. Um eine genaue Verschwenkbarkeit des Halters 25 ohne jedes seitliche Spiel zu gewährleisten, hat dieser auf seiner Unterseite eine konische Bohrung 28, in welcher der oben scharf zugespitzte Stift 26 eingreift, sowie eine keilförmige Ausnehmung 29, in welcher der ebenfalls scharf zugespitzte Stift 27 eingreift. Die planparallele Platte 24 ist somit um eine Drehaxe schwenkbar, welche durch die Spitzen der beiden Stifte 26 und 27 verläuft.
Durch diese Verschwenkbarkeit wird bewirkt, dass die optisch vergrösserten Teilstriche 17' in der Darstellung der Fig. 3 zusätzlich so weit angehoben oder gesenkt werden können, bis einer dieser Teilstriche 17' genau zwischen den beiden als Markierung dienenden Dreiecken zentriert ist. Die Verschwenkung des Halters 25 wird mit Hilfe einer Einstellvorrichtung herbeigeführt, die vermittels des von Hand zu bedienenden Drehknopfes 30 betätigt wird. Über eine Zahnraduntersetzung 31, 32 wird eine Welle 33 gedreht, auf welcher eine Kurvenscheibe 34 mit schraubenförmiger Leitfläche 35 sitzt. An dieser Leitfläche 35 steht ein im Halter 25 befestigter Stift 36 an, der vermittels einer Feder 37 leicht angedrückt wird. Die Feder 37 ist eine Spiralfeder, deren unteres Ende in einem in der Montageplatte 6 befestigten Haken eingehängt ist.
In der Darstellung der Fig. 1 ist dieser Haken durch den Stift 36 verdeckt. Die Feder 37 hat dann das Be streben, nicht nur den Stift 36 an die Leitfläche 35, sondern auch den Halter 25 an die Tragstifte 26 und 27 anzudrücken. Durch Drehung des Knopfes 30 wird somit nach Massgabe der sich dadurch ergebenden Drehung der Leitfläche 35 die Neigung des Halters 25 und damit des strahlenversetzenden Elementes 24 verändert. Dabei ist die durch die Spitzen der Tragstifte 26 und 27 gegebene Drehaxe, um welche das strahlenversetzende Element 24 geschwenkt werden kann, am besten horizontal und parallel zur ebenen Fläche der plankonvexen Kollektivlinse 22 angeordnet. An sich wäre es möglich, anstelle der planparallelen Platte 24 auch einen im Halter 25 befestigten Drehspiegel oder ein spitzwinkliges Umlenkprisma zu verwenden.
Dadurch würde aber bei der Betätigung der Einstellvorrichtung 30 bis 37 der Winkel geändert, mit welchem die Lichtstrahlen auf die plankonvexe Kollektivlinse 22 fallen, wodurch die angestrebte Verbesserung der Bildhelligkeit weitgehend verlorenginge.
Besteht das strahlenversetzende Element 24 aber wie angegeben aus einer planparallelen Platte, so werden die Lichtstrahlen nur parallel zu sich selbst angehoben oder gesenkt und man kann die Kollektivlinse 22 im Hinblick auf grosse Lichtstärke der ersten Vergrösserungsoptik 20 bis 22 ausbilden.
Diejenige Verschwenkung des strahlenversetzenden Elementes 24, welche erforderlich ist, um gemäss der Fig. 3 einen der optisch vergrösserten Teilstriche 17' genau in der Markierung 23 zu zentrieren, stellt nun offenbar ein Mass für die letzten Gewichtsdezimalen des zu wägenden Gegenstandes dar.
Um diese letzten Gewichtsdezimalen kenntlich zu machen, ist auf der Welle 33 ein aus einer Glasscheibe 38 bestehendes Anzeigeorgan befestigt. Diese Glasscheibe 38 ist entsprechend der Fig. 1 so angeordnet, dass ihre Peripherie die plankonvexe Kollektivlinse 22 überdeckt und ihre der Kollektivlinse 22 zugewendete ebene Fläche von der Kollektivlinse 22 einen möglichst geringen Abstand hat und parallel zur ebenen Stirnfläche der Kollektivlinse 22 verläuft.
Diese zweckmässig kreisrunde Glasscheibe 38 ist auf ihrer der Kollektivlinse 22 zugewendeten Oberfläche mit einer die letzten Gewichtsdezimalen des zu wägenden Gegenstandes anzeigenden Zahlenfolge - beispielsweise mit den Zahlen 0 bis 999 - versehen. Diese Zahlenfolge ist auf der Glasscheibe 38 längs einer Kreislinie angebracht welche in der unmittelbaren Nähe der Markierung 23 vorbeiläuft. In der Fig. 4 ist ein Ausschnitt dieser Glasscheibe 38 gezeigt, und in diesem Ausschnitt sind die Zahlen 466 bis 470 erkennbar, wobei die Zahlenfolge selbst mit 39 bezeichnet ist.
Blickt man durch die Glasscheibe 38 in Richtung auf die Kollektivlinse 22 hindurch, so ergibt sich das in der Fig. 4 veranschaulichte Bild. Links neben der Zahlenfolge 39 ist die auf der Kollektivlinse 22 befindliche Markierung 23 sowie die optisch vergrösserte Folge der Teilstriche 17' sichtbar. Noch weiter links verläuft schliesslich die optisch vergrö sserte Folge 16' der im optischen Strahlengang befindlichen Zahlen der Messplatte 15. Wie die Fig. 4 weiterhin erkennen lässt, sollen die Abmessungen der Zahlen der auf der Glasscheibe 38 angebrachten Zahlenfolge 39 höchstens gleich gross, zweckmässig aber erheblich kleiner sein als die Abmessungen der Zahlen des Abbildes 16' der optisch vergrösserten Zahlenfolge 16.
Die Zahlen 39 auf der Glasscheibe 38 haben demnach lineare Abmessungen, die ebenfalls grössenordnungsmässig nur einige Zehntelmillimeter betragen, so dass man selbst für eine Zahlenfolge von 0 bis 999 mit einem vergleichsweise geringen Durchmesser der Glasscheibe 38 auskommt.
Aus den Fig. 1 bis 4 ist schliesslich zu entnehmen, dass die erste Vergrösserungsoptik 20 bis 22 so bemessen ist, dass auch die neben der Markierung 23 sichtbaren Zahlen der Zahlenfolge 39 von den von der Lampe 18 ausgehenden und gebündelten Lichtstrahlen kräftig beleuchtet werden.
Das gemäss der Fig. 4 sich ergebende Gesamtbild wird nun vermittels einer zweiten Vergrösse- rnngsoptik optisch nachvergrössert auf eine Mattscheibe 40 projiziert, welche beispielsweise in einer an der Montageplatte 6 befindlichen Stirnwand 41 eingelassen ist. In der dargestellten Ausführungsform wird in der zweiten Vergrösserungsoptik eine getrennte Vergrösserung für die Zahlenfolge 16' einerseits und für die Strichfolge 17', die Markierung 23 und die Zahlenfolge 39 anderseits verwendet. Zu diesem Zweck ist unmittelbar hinter der Glasscheibe 38 ein rhombisches Prisma 42 angebracht, vermittels welchem der der Zahlenfolge 16' entsprechende optische Strahlengang nach links versetzt wird.
Mit Hilfe eines ersten Objektives 43 erfolgt eine optische Nachvergrösserung der Zahlenfolge 16' allein, so dass der Mattscheibe 40 ganz links das Abbild 16" erscheint, gemäss welchem die Ziffer 94 in der Mitte der Mattscheibe sichtbar wird. Vermittels eines zweiten Objektives 44 findet die gemeinsame optische Nachvergrösserung der Markierung 23, der Strichfolge 17' sowie der Zahlenfolge 39 statt. Es ergeben sich damit auf der Mattscheibe 40 nach rechts anschliessend die optische Abbildung 39' der Zahlenfolge 39 und die optische Abbildung 17" der Strichfolge 17' zusammen mit der optischen Abbildung 23' der Markierung 23 in der aus der Fig. 5 ersichtlichen Anordnung.
Die optische Vergrösserung vermittels des ersten Objektives 43 ist dabei geringer gewählt als die optische Vergrösserung vermittels des zweiten Ojektives 44. Dadurch wird erreicht, dass auf der Mattscheibe 40 die Zahlen der Zahlenfolge 39' gleich gross erscheinen wie die Zahlen der Zahlenfolge 16". Ferner sind dann aber auch die scheinbaren Abstände aufeinanderfolgender Teilstriche 17" auf der Mattscheibe 40 nunmehr grösser als die Abstände aufeinanderfolgender Zahlen der Zahlenfolge 16". Dies ist im Hinblick auf genauere Zentrierung eines der Teilstriche 17" in der Markierung 23' von Vorteil.
In der praktischen Ausführung der Ablesevorrichtung hat sich eine etwa fünffache optische Vergrösserung vermittels des ersten Objektives 43 und eine etwa zwanzigfache optische Vergrösserung für das zweite Objektiv 44 als zweckmässig erwiesen.
Um das abzulesende Resultat - im dargestellten Fall der Fig. 2 bis 5 die Ziffer 94 468 - gut erkennbar zu machen, kann auf der Mattscheibe 40 eine ganz oder teilweise lichtundurchlässige Abdeckschicht 45 (Fig. 5) aufgebracht sein, welche lediglich die drei veranschaulichten Fenster frei lässt; es ist indessen auch möglich, diese Abdeckschicht sowie die von ihr frei gelassenen Fenster auf der ebenen Fläche der plankonvexen Kollektivlinse 22 anzubringen.
Im Raum links von der Mattscheibe 40 ist in der Stirnwand 41 in der Regel ein weiteres Fenster ausgespart, in welchem die ersten Gewichtsdezimalen des zu wägenden Gegenstandes erschienen, die durch die aufgelegten oder abgehobenen Schaltgewichte der Waage bestimmt sind. Diese weiteren Mittel sind in der Zeichnung aus Gründen der Ubersichtlich- keit indessen nicht näher veranschaulicht. Rechts und gegebenenfalls noch etwas unterhalb der Mattscheibe 40 ragt zweckmässig der Bedienungsknopf 30 der Einstellvorrichtung 30 bis 37 hervor, um eine bequeme Handhabung zu ermöglichen.
Schliesslich besteht eine etwas einfachere Variante der erfindungsgemässen Ablesevorrichtung darin, dass das rhombische Prisma 42 und die erste Objektivlinse 43 weggelassen werden. Die gesamte optische Nachvergrösserung hat dann vermittels des zweiten Objektives 44 zu erfolgen. Damit unter diesen Umständen auf der Mattscheibe 40 ebenfalls die in der Fig. 5 gezeigte ziffernmässig richtige Anordnung aller Zahlen erscheint, muss in den Fig. 3 und 4 die Zahlenfolge 16' rechts von der Zahlenfolge 39 verlaufen, und auf der Messplatte 15 wäre die Zahlenfolge 16 rechts von der Strichfolge 17, d. h. in radialer Richtung gesehen, aussen anzubringen.
Auch bei dieser Variante ergeben sich die gleichen grundsätzlichen Vorteile; die erzielbare Genauigkeit ist praktisch nur durch die zeitliche Konstanz der linearen Vergrösserung der ersten Vergrösserungsoptik 20 bis 22 gegeben, während an die Konstanz der zweiten Vergrösserungsoptik 42 bis 44 keine hohen Anforderungen gestellt werden müssen.