DE2934878A1 - Air level - Google Patents

Description

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Patentanwalt Or.-Ing. Oipl.-Ing. G. Riebling

Wasserwaage

Bei hochpräzisen Wasserwaagen ist es erforderlich, die Libelle sehr genau relativ zu der Bezugsfläche bzw. Messfläche des Gehäuses mit Hilfe von Justiermitteln auszurichten. Nur bei Wasserwaagen einer niedrigeren Genauigkeitsklasse ist es ausreichend, die Libelle nach dem Ausrichten mittels kleiner Keilstücke, die zwischen die Libelle und einem Gehäusehohlraum eingeschoben werden, durch Eingiessen einer sich schnell verfestigenden Masse, z.B. Gips oder flüssigem Schwefel, in den Spaltraum zwischen den Lamellenenden und dem Gehäusehohlraum zu fixieren. Um eine Feinjustierung zu ermöglichen, werden bisher rohrförmige Libellen in einem metallischen Hülsenkörper angeordnet und auf ähnliche Weise durch Vergiessen in ihm fixiert und anschliessend in eine Bohrung des Gehäuses eingesetzt und durch Justiermittel in radialer Richtung ausgerichtet. Der Durchmesser der Gehäusebohrung ist dabei ausreichend grosser als der Aussendurchmesser des Hülsenkörpers, so dass eine solche Radialjustierung möglich ist. Die Justiermittel bestehen beispielsweise aus mindestens drei Justierschrauben, die mit gleichem Winkelabstand voneinander ein Hülsenende zwischen sich einschliessen. Durch Verdrehen der mit einem Feingewinde versehenen Justierschrauben ergibt sich eine Radialverstellung des Endes des Hülsenkörpers in Richtung der jeweils betätigten radial gerichteten Justierschraube, und der Hülsenkörper schwenkt um sein gegenüberliegendes Ende, so dass sich der Winkel gegenüber der Bezugsfläche des Gehäuses so weit ändern lässt, bis die Libellenachse genau parallel oder vertikal

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zu dieser Bezugsfläche bzw. Messfläche gerichtet ist. Eine gleichartige Verstellmöglichkeit kann auch am gegenüberliegenden Ende des Hülsenkörpers vorgesehen sein, falls dort keine zentrierende Lagerung vorgesehen ist.

Die Justierung mittels Justierschrauben, die an mindestens drei Umfangsstellen des Hülsenkörpers angreifen, hat den Nachteil, dass die Grosse der durch die Justierschraube erzeugten Kraft unkontrolliert ist. Dabei deformiert sich die Hülse und das Verhältnis zwischen elastischer und plastischer Verformung, zum Teil auch an der Hülsenoberfläche, ändert sich nach einiger Zeit, insbesondere auch durch Erschütterungen, so dass die Genauigkeit der Wasserwaage nicht konstant bleibt. Insbesondere ist es durch die unbestimmte Grosse der auftretenden Kräfte nicht möglich, . auf einen die Libelle einschliessenden Hülsenkörper zu verzichten, da die üblicherweise aus Glas bestehenden Libellen nur geringe örtliche Druckkräfte aufnehmen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasserwaage zu finden, die sich mit hoher Genauigkeit auf einfache Weise justieren lässt und eine nahezu konstante Genauigkeit aufweist. Weiterhin soll sie leicht herstellbar sein sowie eine Ausführungsform ermöglichen, durch die eine Justierbarkeit auch um die Längsachse einer röhrenförmigen Libelle gegeben ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wasserwaage entsprechend der Definition des Anspruchs 1. Die Unteransprüche definieren vorteilhafte Ausführungsformen dieser Wasserwaage .

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 einen Vertikalschnitt in Richtung der Libellenlängsachse durch eine Wasserwaage,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Darstellung in Fig. 2 einer abgewandelten Ausführungsform der prinzipiellen Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lagerung des Endes einer Röhrenlibelle, das dem mit Justiermitteln versehenen Libellenende gegenüberliegt,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Lagerung dieses Libellenendes,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Libellenendes, an dem die Justiermittel angreifen,

Fig. 7 einen Teillängsschnitt durch eine Wasserwaage, deren Libelle einerseits unmittelbar an einer Gehäuseinnenwand und andererseits unmittelbar an den Justiermitteln anliegt,

Fig. 8 ein Libellenende mit einem für den Kontakt mit den Justiermitteln ausgebildeten Verschlussstück, und

Fig. 9 einen Teil einer Röhrenlibelle mit einem aufgesetzten Endstück für den Eingriff der Justiermittel.

Die Wasserwaage 2 nach Fig. 1 hat eine rohrförmige Libelle 4 aus Glas mit einem in einem Stück geformten Boden 6. Das dem Boden gegenüberliegende Ende 8 der Libelle ist nach dem Füllen mit z.B. Alkohol zugeschmolzen, wie der Schliess-

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zipfel 10 zeigt. An der Oberseite 12 der Libelle befinden ι

sich zwei Skalenbereiche 14, 16, so dass die Position beider j

in Libellenlängsrichtung einander gegenüberliegender Enden . ; der eingeschlossenen Luftblase 18 ablesbar ist. Diese Luftblase hat das Bestreben, an die höchste Stelle einer an der ■
Libelleninnenwand eingeschliffenen Wölbung mit grossem Radius :
zu wandern. Diese Wölbung ist so gering, dass sie in der
Darstellung der Fig. 1 nicht sichtbar ist. Diese Darstellung
entspricht ausserdem nicht einer massstäblichen Wiedergabe
der Grosse der Einzelteile, insbesondere ist der Durchmesser
der Libelle bei der dargestellten Grosse der Wasserwaage
üblicherweise wesentlich geringer. .:

Die Libelle 10 ist in einem Hülsenkörper .20 eingeschlossen j

und fixiert. Die Fixierung der Libelle in dem Hülsenkörper j

20 kann durch Umgiessen der Libellenenden mittels einer ί '

starren, nicht dargestellten Masse erfolgen, die in den i

Raum zwischen Libellenaussenwand und Innenwand des Hülsen- !

körpers bis zu einem Dichtring 22 eindringt und sich an- \.

schliessend verfestigt. I

Der Hülsenkörper 20 ist seinerseits in einer Aufnahmebohrung !

24 des Gehäuses 26 der Wasserwaage 2 gehalten und lässt sich j

durch eine Justiereinrichtung 28 mit hoher Genauigkeit ί

relativ zu der Bezugsfläche 30 der Wasserwaage ausrichten. f

Um den Blick auf die Skalenbereiche 14, 16 der Libelle 4 . {

zu ermöglichen, ist sowohl in dem Hülsenkörper 20 als auch [ in dem Gehäuse 26 oben eine längliche Oeffnung 32 bzw. 34
vorhanden.

Das eine Ende des Hülsenkörpers 20 liegt mit seinem Umfangs- I

rand 36 an dem kugelförmig ausgebildeten Ende 38 der Gehäuse- j>

aufnalimebohrung 24 an und ist somit schwenkbar gelagert und \

zentriert. Im Bereich des anderen Endes des Hülsenkörpers 20 f

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befindet sich ein konischer oder in Libellenlängsrichtung gewölbter Innenrand 40, an dem das konische Ende 4 2 mindestens einer Justierschraube 44 (Fig. 2) bzw. 46, 48 (Fig. 3) sowie das gekrümmte Ende 50 eines Federstabes 51 bzw. 53 anliegt. Dabei befindet sich die Kontaktstelle des Federstabes genau der Justierschraube 44 oder den Justierschrauben 46, 48 gegenüberliegend, so dass die radial gerichtete Federkraft des Federstabes der radial zum Hülsenkörper 20 gerichteten Stellkraft der Justierschraube 44 entgegenwirkt. Im Beispiel nach Fig. 3 wirkt der radialen Verstellkraft beider Justierschrauben 46, 48 eine entgegengerichtete Komponente der Kraft des Federstabes 53 entgegen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Stellkraft der Justierschrauben nicht grosser sein kann als. die Federkraft des Federstabes und folglich eine Formveränderung des Hülsenkörpers durch radiale und axiale Kräfte von Justierschrauben verhindert wird. Diese Federkraft bleibt auch nach langer Zeit unverändert, so dass auch bei Schlageinwirkungen keine Veränderung der Justierung auftritt. Die Begrenzung der Stellkraft der Justierschrauben macht schliesslich auch die Verwendung eines Hülsenkörpers 20 überflüssig, da die auftretenden Stellkräfte auch durch die Libelle 4 aufgenommen werden können. Entsprechende Ausführungsformen der Erfindung sind in den Fig. 4 bis 9 gezeigt.

Die Stellschrauben 44, 46, 48. sind mit einem Feingewinde jeweils in ein Gewindeloch eines zylindrischen Abschlusskörpers 52 eingeschraubt, der in einem erweiterten Teil 54 der Gehäusebohrung eingesetzt und durch eine in eine umlaufende Kerbe 56 eingreifende Andruckschraube 58 in seiner Lage gesichert ist. In dem Körper 52 ist ausserdem der Federstab 51 bzw. 53 gehalten, der verschiedene Querschnittsformen, z.B. rund, rechteckförmig usw., aufweisen kann.

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Vorzugsweise ist in dem Innenrand 40 des Hülsenkörpers 20 eine Vertiefung 60 vorgesehen, in der das Ende 50 des Federstabes anliegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine Verdrehung des Abschlusskörpers 52 um seine Achse auf den Hülsenkörper 20 übertragen wird und eine Justierung der Winkelposition der Libelle um ihre Längsachse möglich ist. Die verschiedenen Verdrehpositionen des Abschlusskörpers 52 lassen sich durch die Andruckschraube 58 fixieren.

Für eine Begrenzung der Justierbewegung der Justierschrauben sind diese mit einem Kopf 62 versehen, der durch eine Senkbohrung 64 des Abschlusskörpers 52 aufgenommen wird. Am Rand der Senkbohrung können skalenartige Markierungen vorgesehen sein, und eine Markierung am Schraubenkopf ermöglicht ein genaues Einstellen einer bestimmten Justierbewegung der Justierschraube.

Durch das Feingewinde der Justierschrauben und den Konuswinkel des Schraubenendes ergibt sich ein grosses Uebersetzungsverhältnis von der Drehbewegung der Schraube auf die Radialbewegung des Endes des Hülsenkörpers 20 und eine entsprechend genaue Justiermöglichkeit. Das Schraubenende 4 2 kann statt konisch auch in Längsrichtung konvex oder konkav gekrümmt sein, und das gleiche gilt für den konischen oder in Längsrichtung gewölbten Innenrand 40 des Hülsenkörpers 20. Dabei wird die Formgebung möglichst so gewählt, dass sich trotz der Verstellung der Justierschrauben in ihrer axialen Richtung der Kontaktpunkt zwischen dem Schraubenende 42 und dem Innenrand 40 des Hülsenkörpers in der gleichen Radialebene befindet wie der Kontaktpunkt zwischen dem Ende 50 des Federstabes und dem Innenrand 40, so dass auf den Hülsenkörper keine Biegekräfte einwirken.

Die Fig. 4 bis 6, 8 und 9 zeigen Ausführungsbeispiele der Wasserwaage, bei denen statt eines Hülsenkörpers 20, in dem die Libelle befestigt ist, an den Enden des Libellen-Glas-

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körpers Halterungsstücke 66, 68, 70, 72 bzw. 74 befestigt |

sind. Diese Ausführungsformen sind möglich, da der Glas- !

körper der Libelle die an einem Ende auftretenden Justier- I

kräfte auf das andere Ende bzw. das gegenüberliegende ι

Halterungsstück übertragen kann. Im Beispiel nach Fig. 9 j

wird ein Libellenkörper entsprechend der Darstellung in j

Fig. 1 verwendet, der durch die Glaswand an beiden Enden j

geschlossen ist. Die Libellenenden, von denen in Fig. 9 j

nur eines dargestellt ist, werden hierbei in einem i

Fassungsteil 76 starr gehalten, indem sie in diesem einge- !

klebt oder durch eine Giessmasse befestigt sind. Das äussere j

Ende des Halterungsstückes 74 ist mit einem konischen Innen- I

rand 40' versehen entsprechend dem Innenrand 40 des Ausfüh- S

rungsbeispieles nach Fig. 1. S

i Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 bis 6 und 8 j

dient das Halterungsstück 66, 68, 70, 72 gleichzeitig als '^:

Verschlusskörper für jeweils ein Ende eines Glasrohres 78, \

80, 82, 84, das zusammen mit seinen beiden Verschluss- ■

körpern eine Libelle bildet. Die Verschlusskörper greifen j

entweder in das Glasrohr ein, wie in den Beispielen nach ί

Fig. 4, 5 und 8, oder umschliessen es mit einem Fassungs- j rand 86 wie im Beispiel nach Fig. 6. Für eine zuverlässige

Abdichtung ist zwischen den Kontaktflächen ein dichtendes

Klebematerial 88 vorgesehen. Der für den Kontakt mit dem }

Ende 42' einer Justierschraube 44' vorgesehene Innenrand \

90 des Halterungsstückes 68 nach Fig. 3 ist konvex ge- [

wölbt und ebenfalls mit einer Vertiefung 92 für den Ein- \

griff eines nicht dargestellten Federstabes versehen. \

ϊ Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele' der >

schwenkbaren und zentrierenden Lagerung des einen Libellen- \

endes, wobei ein Kugelkörper 94 bzw. 96 mit einer konischen \

Fläche 98 bzw. 100 zusammenwirkt. Im Beispiel nach Fig. 4 '

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ist der Kugelkörper 94 am Ende eines zylindrischen Lagerkörpers 102 vorgesehen, der durch eine Andruckschraube 104 gesichert am Ende der Gehäusebohrung 106 gehalten ist.

Der Teilschnitt nach Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Wasserwaage, bei der sowohl ein Hülsenkörper 20 als auch Halterungsstücke an den Enden eines Glasrohres vermieden werden, indem der Innenrand 106 für die Anlage des Endes 108 mindestens einer Justierschraube sowie ein konischer Endrand 110 am anderen Ende der Libelle unmittelbar an einem Glasrohr 112 angeformt sind, das die Libelle bildet. Die Libellenflüssigkeit ist zwischen zwei Dichtkörpern 114, 116 eingeschlossen, die in die Enden des Glasrohres 112 eingeschoben und mit seiner Innenwand dicht verbunden sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Ende 108 der Justierschraube mit einer Umfangsflache versehen, die in Richtung der Schraubenlängsachse konvex gekrümmt ist, während der Innenrand 106 konisch ausgebildet ist. Das andere Ende 110 des Glasrohres 112 liegt an einer Kugelfläche 118 im Boden der Aufnahmebohrung 12 0 des Gehäuses an.

Da die Libelle aufgrund ihrer Herstellung .aus einem durchsichtigen Material wie Glas, Kunststoff u.dgl. besteht und in der Regel einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Gehäuse 26 aufweist, würden sich bei Temperaturschwankungen Aenderungen der eingestellten Justierposition ergeben. Indem jedoch der Abschlusskörper 52 als gesonderter Teil vorhanden ist, kann dessen Material und damit dessen Wärmeausdehnungskoeffizient so gewählt werden, dass die unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen der Libelle und dem Gehäuse kompensiert wird.

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Claims (11)

1. 293A878 -/- /10'

   Patentansprüche

   1J Wasserwaage mit einer in einem Gehäuse (26) angeordneten zylindrischen Libelle (4) und mindestens eine Justierschraube aufweisenden Justiermitteln (28) zum Feinjustieren der Libelle relativ zu der Bezugsfläche (30) des Gehäuses, wobei die Libelle an einer Seite schwenkbar gehalten ist und die Justiermittel an einer dieser Seite gegenüberliegenden Seite der Libelle angreifen, wobei die Justiermittel mindestens eine Justierschraube (44, 46, 48) mit einer konischen oder in Schraubenlängsrichtung gewölbten Umfangsflache (42, 42', 108) aufweisen, die an der Libelle (4, 112) oder einem starr mit ihr verbundenen Teil (20, 68, 72, 74) anliegt und der Justierkraft der Schraube (44, 46, 48) die Federkraft eines Federorgans (51, 53) entgegengerichtet ist, das mit Abstand von der Kontaktstelle der Schraubenumfangsflache (42, 42', 108) an der Libelle unmittelbar oder einem starr mit ihr verbundenen Teil unter Federvorspannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Justierschraube (44, 46, 48) mindestens angenähert achsparallel zu der Libelle (4) verläuft und ihre Umfangsflache (42, 42', 108) und das Federorgan im Bereich einer Umfangsflache (40, 40', 90, 106) der Libelle oder eines starr mit ihr verbundenen Teiles (20, 68, 72, 74) anliegt, dessen Durchmesser grosser ist als der Innendurchmesser der Libelle, wobei die Justierschraube und das Federorgan (51, 53) in einem gemeinsamen Körper (52) gehalten sind, der um eine mit der Libellenachse gleich verlaufende Achse drehbar und in verschiedenen Drehpositionen durch Feststellmittel (58) fixierbar ist.
2. 2. Wasserwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federorgan die Form eines Biegestabes (52, 54) hat.

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3. 3. Wasserwaage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federorgan (51, 53) in eine Vertiefung (60) der zur Libelle fixierten Umfangsflache (40, 40', 90, 106) eingreift, so dass die Winkelposition der Libelle, bezogen auf ihre Längsachse, durch das Federorgan fixiert ist.
4. 4. Wasserwaage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Libelle fixierte Umfangsflache (40, 40', 90, 106) an einem konischen oder in Richtung der Libellenachse gekrüminten Innenrand vorgesehen ist.
5. 5. Wasserwaage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das an der zur Libelle fixierten Umfangsf lache (40, 40', 90, 106) anliegende Ende (50) des Biegestabes (51) gekrümmt ist, wobei sich die Kontaktstelle des Stabendes mit der Umfangsflache an der Krümmungsaussenseite befindet.
6. 6. Wasserwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem mit der Justiereinrichtung versehenen Ende gegenüberliegende Ende der Libelle durch eine Kugelfläche (38, 94, 96, 118) schwenkbar zentriert ist, die sich in dem Gehäuse (Fig. 1 u. 7) oder der Libelle oder einem an ihr fixierten Teil (70) befindet.
7. 7. Wasserwaage nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Libelle aus einem mindestens an einer Seite durch ein Halterungsstück (66, 68, 70, 72, 74) verschlossenen Glasrohr (78, 80, 82, 84) besteht, an dem sich eine Kontaktfläche für die schwenkbare und zentrierende Lagerung eines Libellenendes oder die zur Libelle fixierte Umfangsflache (90) befindet.

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8. 8. Wasserwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, j dass mindestens ein Ende der Libelle in der Fassung (76) J eines Halterungsstückes (74) gehalten ist, das eine Kontakt- j fläche für die schwenkbare und zentrierende Lagerung des j Libellenendes oder die zur Libelle fixierte Umfangsflache |

   (40') aufweist. j
9. 9. Wasserwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ι dass die Libelle durch ein Glasrohr (112) gebildet ist, ! dessen eines Ende (110) an der Wand (118) einer Bohrung j (120) des Gehäuses anliegt und dessen anderes Ende die zur

   Libelle fixierte Umfangsflache (106) aufweist, wobei die \

   Libellenflüssigkeit zwischen zwei in das Rohr eingeführten ·

   Dichtkörpern (114, 116) eingeschlossen ist. ·
10. 10. Wasserwaage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, ; dass der Körper (52), in dem die mindestens eine Justier- \ schraube (44, 46, 48) und das Federorgan (51, 53) gehalten j sind, eine zylindrische Aussenflache aufweist und in einer j Gehäusebohrung geführt ist. ■
11. 11. Wasserwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, j dass für die vertikale und die horizontale Justierung j eines Endes der Libelle je eine Justierschraube (46, 48) j

    vorhanden ist, die im Winkelabstand von 90° um die Libellen- ί

    achse angeordnet sind. [

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