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Universal-Druckwaage oder Totgewicht-Messer Die Erfindung bezieht
sich auf eine Universal-Druckwaage oder Totgewicht-Messer mit einem Zylinder und
einem Kolben, einer Hochdruckleitung, die den Zylinder mit einer Quelle von Hochdruckflüssigkeit
verbindet, einem mit dem Kolben verbundenen Gewichtsträger, auf dem eine Anzahl
Gewichte angeordnet sind, und Antriebsmittel zur Erzielung einer relativen Drehbewegung
zwischen dem Kolben und dem Zylinder um eine Drehachse, die mit der Kolbenachse
zusammenfällt.
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Um bei bekannten Geräten dieser Art den gewünschten bzw. zu messenden
Flüssigkeitsdruck zu erhalten, müssen die Gewichte in verschiedenen Kombinationen
von Hand in das Gerät eingesetzt und entfernt werden. Dieses Auswechseln der Gewichte
ist umständlich, zumal die Gewichte ziemlich schwer sein können. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, bei welchem das Entnehmen der Gewichte
aus dem Gerät und das Wiedereinsetzen der Gewichte nicht mehr erforderlich sind.
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Die Lösung der Aufgabe besteht in Einrichtungen zum einzelnen und
unabhängig voneinander möglichen Abheben mindestens einiger der Gewichte von dem
Gewichtsträger und in der Verwendung von Gewichten, deren Werte mindestens teilweise
eine geometrische Reihe bilden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sitzt der Gewichtsträger mit
Spiel um den Zylinder herum und stützt sich koaxial auf den Kolben, während die
äußere Oberfläche des Gewichtsträgers mit einer Anzahl von Flanschen versehen ist,
die je mindestens eine Gewichtsscheibe mit zentralem Loch tragen, und für jede Gewichtsscheibe
ein Hebemittel angeordnet ist, das aus einem Ring besteht, der an der einen Seite
über Rollen mit einer horizontalen Oberfläche der entsprechenden Gewichtsscheibe
zusammenarbeitet und an der entgegengesetzten Seite eine keilförmige Oberfläche
hat, derart, daß bei Drehbewegung des Ringes die Gewichtsscheibe von ihrem Tragflansch
abgehoben wird.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden leicht zu bedienende
Mittel zum Heben und Senken der Gewichte, wobei die Bedienungsperson leicht erkennt,
daß jede Gewichtsscheibe sich entweder in ihrer Arbeits- oder in ihrer Ruhestellung
befindet, dadurch erhalten, daß der Hebering für jede Gewichtsscheibe mindestens
drei keilförmige Flächen aufweist, die gleichmäßig auf dem Umfang des Ringes angeordnet
sind, wobei jede Oberfläche mit einer Rolle zusammenarbeitet und nach dem einen
Ende der keilförmigen Fläche einen Ausschnitt
aufweist, in welchen die entsprechende
Rolle eingreift, wobei das Ende der Oberfläche der angehobenen Stellung der Gewichtsscheibe
entspricht.
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Diese und weitere Besonderheiten der Erfindung sind im folgenden
beschrieben und in den Fig. 1 bis 3 dargestellt.
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F i g. 1 ist ein schematischer Schnitt der prinzipiellen Konstruktion
einer Universal-Druckwaage bzw. eines Totgewicht-Messers; Fig.2 ist ein Teilschnitt
durch einen Abschnitt der Einrichtung zum Heben und Senken der Gewichtselemente;
F i g. 3 ist ein Teilschnitt durch den unteren Abschnitt des Gewichtsträgers.
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Die Druckwaage bzw. der Totgewichts-Messer hat ein Gehäuse 1 mit
einer Grundplatte 2, auf der eine zentrale Säule 3 sitzt. Nahe dem oberen Ende der
Säule 3 ist ein Zylinder 4 mit einem Kolben 5 angeordnet. Das aus dem Zylinder 4
herausstehende Ende des Kolbens 5 sitzt konisch in dem Mittelteil 6 eines haubenförmigen
Gewichtsträgers 7. Dieser Gewichtsträger hat einen im ganzen zylindrischen röhrenförmigen
Teil 8, der mit Spiel um die zentrale Säule 3 herum sitzt. An der äußeren Oberfläche
des Teiles 8 des Gewichtsträgers befinden sich in axialem Abstand eine Anzahl flanschartiger
Vorsprünge
9. Auf diesen Flanschen 9 oder etwas angehoben darüber
ruht eine Anzahl von Gewichtsscheiben 10 bis 17. Nahe der Grundplatte 2, koaxial
mit der zentralen Säule 3 ist ein konischer Flansch 19 angesetzt. Dieser Flansch
19 kann, wie bei der F i g. 3 im einzelnen beschrieben, mit dem röhrenförmigen Teil
8 in Eingriff kommen. An der Grundplatte 2 ist ein Elektromotor 20 angebaut, der
ein Friktionsrad 21 hat, das an die Randzone des Flansches 19 angreift. Eine Leitung
22, die teilweise in das Innere der zentralen Säule 3 hineinreicht, verbindet den
Zylinder 4 mit der Druckflüssigkeitsquelle, die allgemein mit 23 bezeichnet ist.
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Jede dieser Gewichtsscheiben 10 bis 17 hat eine zentrale Bohrung
24 sowie einen ringförmigen Ansatz 25 um den äußeren Umfang herum. Die Bohrung 24
liegt mit Spiel um den Gewichtsträger 7.
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Der ringförmige Vorsprung 25 arbeitet mit Hebemitteln 26 zusammen.
Wie man aus der F i g. 1 sieht, sind die Hebemittel für die Scheiben 10 sowie 12
bis 17 in Ruhestellung, während die Hebemittel für die Scheibe 11 in Arbeitsstellung
sind; dies bedeutet, daß die Scheibe 11 von ihrem Flansch 9 angehoben ist, so daß
sie nicht länger zu der Kraft beiträgt, die auf den Kolben 5 ausgeübt wird.
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Wie man klar aus der F i g. 1 sieht, haben die Gewichtsscheiben ungleiche
Dicke, so daß jede dieser Scheiben einen unterschiedlichen Druckwert darstellt.
Im Prinzip sind die Gewichte der Scheiben so abgestimmt, daß eine geometrische Reihe
mit dem Faktor 2 erhalten wird, so daß mit Hilfe von sieben Gewichten eine maximale
Kombination von 127 Schritten möglich ist. Aus praktischen Gründen ist jedoch die
Scheibe größten Gewichtes in zwei Hälften aufgeteilt, von denen jede das Gewicht
der unmittelbar folgenden Scheibe in der Reihe aufweist.
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Diese drei Gewichtsscheiben müssen nicht selektiv angehoben werden,
so daß man jederzeit mit dem Heben der obersten Gewichtsscheibe 15 beginnen kann,
dann die Scheibe 16 und schließlich die Bodenscheibe 17 hebt. Eine weitere Folge
ist, daß die Gewichtsscheiben 15 bis 17 aufeinandergelegt werden können, so daß
man an vertikaler Höhe spart. Es sei darauf hingewiesen, daß die untersten drei
Scheiben in üblicher Weise aufeinandergelegt sind im Gegensatz zu der charakteristischen
Anordnung der anderen Scheiben 10 bis 14.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel können die Gewichte folgende
Werte haben, und zwar ausgedrückt in Druckeinheiten, die man im Zylinder 4 erhält.
Ein Druckbereich bis herauf zu 3225 kg/cm2 wird durch das (Minimal-) Gewicht des
Gewichtsträgers 7 und acht Gewichtsscheiben erhalten, wobei sich folgende Druckunterteilungen
ergeben: 50 kg/cm2 (Gewichtsträger) 800 kg/cm2 800 kg/cm2 800 kg/cm2 400 kg/cm2
200 kg/cm2 100 kg/cm2 50 kg/cm2 25 kg/cm2 Diese Reihe gestattet die Unterteilung
des Bereiches von 50 bis 3225 kg/cm2 in 127 Stufen von je 25 kg/cm2.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Gewichtsscheiben auch folgende
Reihen bilden können: 1, 2, 4, 5, 10, 20, 40, 50 (A) oder 1, 1, 3, 3, 9, 9, 27,
27. (B) In beiden Fällen bilden die Einzelgewichte keine geometrische Reihe, jedoch
wird im Falle A eine Folge von geometrischen Reihen gebildet. Im Falle B bilden
die Gruppen gleicher Gewichte eine geometrische Reihe. Die Kombination nach A und
B sind weniger günstig als das in der Fig.1 dargestellte Beispiel, obwohl sie auch
Verwendung finden können.
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Das Hebesystem für die Gewichte ist im einzelnen in der F i g. 2
dargestellt; es besteht aus einem Ring 27, der an seiner Oberseite mit Hilfe von
Rollen 27A mit den Scheiben zusammenarbeitet, welche zu dem System gehören. Der
Ring 27 hat an seiner unteren Seite eine keilförmige Oberfläche 28. Diese keilförmige
Oberfläche arbeitet mit einer Rolle 29 zusammen, die drehbar an dem Träger 30 befestigt
ist, der mit der Grundplatte 2 verbunden ist. Jeder der Ringe 27 hat drei dieser
keilförmigen Oberflächen, die gleichmäßig verteilt auf dem Umfang des Ringes liegen.
An jedem Ring ist ein Handgriff 31 befestigt, der aus dem Gehäuse 1 hervorsteht
und in einem nicht dargestellten Schlitz in der Wandung des Gehäuses 1 verschiebbar
ist. Die Bemessung des Schlitzes ist dabei der Neigung und Länge der keilförmigen
Oberflächen 28 angepaßt.
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Um der Bedienungsperson zu zeigen, daß das Hebesystem sich in einer
der Endstellungen befindet und um diese zu fixieren, hat die Oberfläche 28 eine
Einbuchtung 31' nahe ihrem unteren Ende, in welcher die Rolle 29 gehalten wird,
wenn die Gewichtsscheibe sich in ihrer angehobenen Stellung befindet. In der unteren
Stellung des Hebesystems stößt der nicht ausgeschnittene Teil des Ringes 27 gegen
die Rolle 29, so daß die Bedienungsperson klar erkennt, daß sich das System in einer
der Endstellungen befindet.
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In der F i g. 2 ist der Abstand zwischen unterster und oberster Stellung
des Hebesystems mit h bezeichnet. Man erreicht dieses Heben durch Drehen des Ringes
26 um 760. Der Wert von h ist bei der beschriebenen Anordnung 19 mm. Wie bei jeder
Druckwaage in Betrieb sinkt das Kolben-Gewichtssystem während der Druck-Gleichgewichts-Bedingung
infolge des Abflusses von öl neben dem Kolben. Daher hat jede Druckwaage einen »Niveaubereich«
im Hinblick auf die Stellung des Kolben-Gewichtssystems. Bei der Waage nach der
vorliegenden Erfindung ist die Bewegung des Gewichtssystems zwischen den Extremlagen
des Niveaubereiches durch Drucklager 18 und 18 A begrenzt. Unabhängig von der Stellung
des Gewichtsträgers innerhalb des Niveaubereiches muß das Gewichtshebesystem immer
seine Funktion erfüllen, d. h. daß, wenn der Niveaubereich mit a bezeichnet wird,
folgende Gleichung erfüllt sein muß: a<h.
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Tatsächlich ist der Niveaubereich 12 mm.
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Die Extremlagen des Niveaubereiches a sind an einem durchsichtigen
Rohr 32 markiert, in dem sich ein Niveauanzeiger 33 befindet, der auf dem zentralen
Teil
6 des Gewichtsträgers 7 befestigt ist. Der Anzeiger 33 trägt an seinem oberen Ende
eine sechseckige rote Scheibe, die jeweils zwischen zwei Marken auf der durchsichtigen
Röhre 32 während des Betriebes der Waage zu sehen ist.
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Obwohl die Universal-Druckwaage nach der Erfindung in erster Linie
dafür bestimmt ist, Druckmesser, wie z. B. Manometer 74, 75, zu prüfen und zu eichen,
kann sie auch als Laboratoriumsinstrument zum Messen und Einstellen von willkürlichen
Drücken Verwendung finden. In diesem letzteren Falle trägt der Niveauanzeiger 33
eine kleinen Behälter (nicht dargestellt), der einen willkürlichen Betrag kleiner
Gewichte enthält. Der effektive Durchmesser des Kolbens ermöglicht es der Bedienungsperson,
diese zusätzlichen Gewichte in Druck auszudrücken. Mit dieser Anordnung ist die
Druckwaage nicht auf feste Druckschritte beschränkt.
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Wie bereits im vorstehenden ausgeführt, wird der Gewichtsträger 7
durch einen Elektromotor 20 gedreht. Fig. 3 zeigt, wie diese Drehung von dem Flansch
19 auf den zylindrischen Teil 8 des Gewichtsträgers 7 übertragen wird. Der Flansch
19 hat einen zylindrischen Vorsprung 35, der von zwei Lagern 36 drehbar getragen
wird, die um den unteren Teil der zentralen Säule 3 herum liegen. Koaxial mit dem
zylindrischen Vorsprung 35 und von ihm getragen, sitzt eine zylindrische Hülse 37,
die drehbar mit dem zylindrischen Vorsprung 35 durch zwei Stifte 38 verbunden ist.
Die Hülse 37 hat an ihrem oberen Ende zwei kleine Lager oder Rollen 39 gegenüber
dem äußeren Ring, gegen den das Stück 40 stoßen kann, das an der unteren Seite des
zylindrischen Teiles 8 des Gewichtsträgers 7 in der Gegend des Lagers 18 sitzt.
Der Drehimpuls der durch den Motor 20 und das Friktionsrad 21 dem konischen Flansch
19 erteilt wird, wird über die Stifte 38 auf die zylindrische Hülse 37 übertragen
und von da über die Rollen 39 und die Stücke 40 auf den zylindrischen Teil 8 des
Gewichtsträgers 7. Die Rollen 39 schalten jede Reibung aus, die von einer Vertikalbewegung
des Gewichtsträgers 7 (innerhalb des Niveaubereiches a) auftreten kann, und die
Stifte 38 gestatten eine leichte Neigungsbewegung der Hülse 37, so daß in jedem
Falle beide Stücke oder Stifte 40 bei der Übertragung der Drehbewegung von dem konischen
Flansch 19 auf die Gewichtsträger 7 zusammenarbeiten.
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Während Druckgleichgewicht herrscht, hat der Motor 20 lediglich die
Reibung des Kolbens 5 in der Wand des Zylinders 4 und die Reibung des zylindrischen
Vorsprungs 35 mit seinen Lagern 36 zu überwinden (von der zu vernachlässigenden
Luftreibung abgesehen).
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Die Druckwaage oder der Totgewicht-Messer ist (Fig. 1) mit der Quelle
23 der Druckflüssigkeit durch eine Leitung 22 verbunden.