Wage

Von den Präzisionswagen dienen diejenigen erster Klasse fast nur zur Vergleichung von Gewichtsstücken höchster Präzision.

1. Präzisionswage von Rueprecht.

Sie besitzen als charakteristisches Merkmal Mechanismen zur Vertauschung der Gewichte und in der Regel auch solche zur Zulage kleiner Gewichte bei geschlossenem Gehäuse. Fig. 1 zeigt eine von Rueprecht in Wien gebaute Wage ersten Ranges von höchster Feinheit. Sie gestattet, zwei Kilogrammstücke mit einer Genauigkeit von ±0,015 mg zu vergleichen. Die Ablesung geschieht nach der Wildschen Methode, um einseitige Erwärmung durch den Beobachter und die Skalenbeleuchtung mit Sicherheit auszuschließen. Ein mit dem Balken verbundener Spiegel liegt horizontal, und über ihm befindet sich ein total reflektierendes rechtwinkliges Prisma. Das Spiegelbild einer nahezu in gleicher Höhe wie das Prisma befindlichen, 1–3 m vor der Wage gelegenen Skala sieht man in einem dicht unter derselben befindlichen Fernrohr. Eine Stückrathsche Wage von 25 kg Maximallast gestattet die Vergleichung zweier 20-Kilogrammstücke mit einer Genauigkeit von mindestens 1 mg; für 10-Kilogrammstücke beträgt der mittlere Fehler sogar nur 0,3 mg.

Zur Ausführung von Gewichtsbestimmungen allerfeinster Art, wie solche vornehmlich an metrologischen Instituten zur dauernden Sicherung der wissenschaftlichen Grundlagen des Maß- und Gewichtswesens ausgeführt werden müssen, dient die Vakuumwage. Die Notwendigkeit, solche Wägungen in einem vollständig luftabgeschlossenen Raum anzustellen, ergibt sich aus mehreren Gesichtspunkten. Einmal ist es erforderlich, alle Luft- und Temperaturströmungen, wie sie sich bei der Öffnung des Wagekastens und dem vom Beobachter mit der Hand auszuführenden Vertauschen oder Aufsetzen der abzuwägenden Körper nicht vermeiden lassen, auszuschließen, und ferner wünschte man bei Körpern von sehr verschiedener Dichte, also großen Volumunterschieden, den Fehler zu beseitigen, der infolge der Unsicherheit der Methoden zur Bestimmung des Luftgewichts, die also besonders in der Schwierigkeit der genauen Ermittelung der Temperatur und des Feuchtigkeitsgehalts der umgebenden Luft gipfeln, den Wägungen bei Reduktion auf den leeren Raum noch anhaftet. Für den Chemiker ist das Wägen im luftabgeschlossenen Raume noch in dem Falle von Bedeutung, wo es sich um die Abwägung stark hygroskopischer Substanzen handelt und dafür gesorgt werden muß, daß der Innenraum der Wage mit ganz trockener Luft gefüllt ist und auch während der ganzen Wägungsdauer bleibt. Aus diesen Gründen ergibt sich die Notwendigkeit, den Beobachter durch geeignete, an der Wage anzubringende Bewegungsmechanismen in den Stand zu setzen, alle Manipulationen, die im Verlauf einer vollständigen Wägung vorkommen, also Aufsetzen und Vertauschen der Gewichte, Arretierung des Wagebalkens und der Gehänge, Auflegen und Abheben der Zulagegewichte, die zur Ausgleichung der Belastung beider Schalen erforderlich sind, in einiger Entfernung (2–5 m) von der Wage vorzunehmen.

2. Vakuumwage von Stückrath.

Fig. 2 zeigt die innere Einrichtung einer von Stückrath in Friedenau gefertigten Vakuumwage, die zu Vergleichungen von Gewichten von 200 g bis 1 kg dient. Ihre Balken, Gehänge und Schalenkreuze bestehen aus Messing und sind vergoldet, die Schneiden sind aus Stahl, die Pfannen aus Achat hergestellt. Die Wage steht auf einem massiven Messingteller M. Durch den Teller reichen vier durch Stopfbuchsen abgedichtete Bewegungsstangen (I-IV), die von dem etwa 3 m entfernt sitzenden Beobachter gedreht und etwas hin und her bewegt werden können. Diese Stangen übertragen ihre Bewegung auf geeignete Mechanismen innerhalb des Messingtellers und vollziehen dadurch im einzelnen die folgenden Operationen. Durch Drehung der Stange I wird die Arretierungsvorrichtung R des Balkens W und der Gehänge g sowie der Transporteur T gesenkt; hierdurch setzen sich die vorher über den Aussparungen des Transporteurs aufgestellten Gewichte auf die Schalenkreuze der Gehänge, und die Wage vermag frei zu schwingen. Durch die einfache Form der Gewichtsträger verbietet sich bei solchen Wagen das gleichzeitige Aufsetzen von mehreren Gewichtsstücken, weshalb man bei Vergleichung von Kombinationen aus mehreren Gewichten dieselben auf Hilfsschalen oder Platten auf den Transporteur setzen muß. Der Transporteur zeigt die Einrichtung, daß nacheinander zwei Paare von Gewichten zusammen verglichen werden können. Die Drehung der Stange IV überträgt sich auf ein Zahnrad, wodurch eine Drehung des Transporteurs um 180° und somit eine Vertauschung der Gewichte herbeigeführt werden kann. Die Stangen II und III tragen an ihrem Ende im Innern der Wage eine Anzahl von metallenen Daumen, die um bestimmte Winkel gegeneinander verschoben sind. Durch seitliche Bewegung sowie durch Drehung der Stangen können die Daumen sowohl von oben wie von unten gegen Ansätze der Hebel H drücken und dieselben dadurch hoch- oder herunterdrücken. Auf die Enden der Hebel sind die Zulage- und Empfindlichkeitsgewichte gehängt, die sich beim Senken der Hebel auf einen Rechen, der unter den Gewichtsträgern angebracht ist, aufsetzen, während sie beim Hochdrücken der Hebel von dem Rechen wieder abgehoben werden. Als solche Zulage- und Empfindlichkeitsgewichte dienen Reiter in Hufeisenform aus Platin- oder Aluminiumdraht; da durch die Raumverhältnisse im Innern der Vakuumwage die Anzahl der Reiter beschränkt ist, sind ihre Gewichte so gewählt, daß sie, von 1 mg anfangend, sich wie die Potenzen von drei verhalten, diese Reihe gewährt die Möglichkeit, jede beliebige Anzahl von Milligrammen bis zur Summe der Gewichte sämtlicher Reiter auf einer Seite zuzulegen. Zur Bestimmung der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit enthält die Wage im Innern ferner zwei Thermometer t sowie ein Haarhygrometer h. Beim Gebrauch wird auf den Messingteller eine luftdicht abschließende Kupferglocke, die seitlich und oben je ein kleines Glasfenster trägt, gesetzt. Die Ablesung der Schwingungen des Wagebalkens geschieht vom Platze des Beobachters aus mit Hilfe eines Fernrohrs und darüber angebrachter Skala. Gleichzeitig mit dem Wagebalken schwingt ein kleiner horizontaler Spiegel s, auf dem mittels eines über dem obern Glasfenster der Kupferglocke angebrachten totalreflektierenden rechtwinkligen Prismas ein Bild der Ableseskala geworfen wird. Wird nun der Wagebalken und damit auch das Spiegelchen in Schwingungen versetzt, so erscheint im Ablesefernrohr ein sich hin und her bewegendes Bild der Skala, deren Umkehrpunkte am Fadenkreuz des Fernrohrs bestimmt werden. Soll im luftverdünnten Raume gewogen werden, so kann die Wage mit einer Luftpumpe sowie einem Manometer verbunden werden. Mit einer Vakuumwage ganz ähnlicher Konstruktion sind seinerzeit die Anschlußwägungen des ältern deutschen Urgewichts und der Prototypkopien an das neue deutsche Kilogrammprototyp ausgeführt worden.

Die Analysenwagen, die eine Tragfähigkeit von 100–200 g besitzen und bei Belastung mit 100 g eine Genauigkeit von 0,05 mg ergeben, werden gegenwärtig im Interesse der Schnelligkeit, aber auch der Genauigkeit, meist mit Balken von höchstens 15 cm Länge gebaut. Am gebräuchlichsten ist der hoch abgestreifte Dreiecksbalken nach Bunge, der aus Phosphorbronze, platiniertem Neusilber, auch aus Magnalium hergestellt wird und sich durch seine Steifheit bei geringer Masse auszeichnet. Die Schneiden werden jetzt bei allen bessern Wagen geradlinig, die Pfannen eben hergestellt, und zwar erstere aus Stahl, letztere aus Achat oder Bergkristall. Bei chemischen Wagen rosten Stahlschneiden, und man fertigt daher auch sie aus Achat. Die Zunge, die vorteilhaft aus winklig gebogenem Blech hergestellt wird, spielt mit ihrer Spitze vor einer Skala aus Elfenbein, Zelluloid oder versilbertem Metall. Zur genauern Messung des Ausschlages kommen feinere optische Hilfsmittel (mikroskopischer Spiegel) zur Verwendung. Sie gestatten, ohne der Genauigkeit Abbruch zu tun, die absolute Empfindlichkeit des Instruments in demselben Maße herabzusetzen, in dem man die Ablesungsgenauigkeit erhöht. Dadurch wird eine geringere Schwingungsdauer sowie eine größere Konstanz der Empfindlichkeit bei wechselnder Belastung erzielt. Auch durch Verwendung einer langen Zunge erreicht man diese Ziele in ziemlich hohem Grade. Fig. 3 zeigt eine analytische Wage von Paul Bunge in Hamburg für eine Maximalbelastung von 200 g. Der Balken besteht aus vergoldetem oder verplatiniertem, hartgewalztem Neusilberblech, die Achsen, Lager wie sämtliche Kontaktstellen des Balkens, der Gehänge und der Schalen aus Achat. Das Reiterlineal besitzt Einkerbungen oder, falls aus Elfenbein, schwarze Striche. Die Arretierung erfolgt seitlich. Bei allen Belastungen bis zum Maximum gibt die Wage für 0,1 mg einen Grad Ausschlag.

Die Brückenwagen, bei denen man gewöhnlich der Last mit einem zehn- oder hundertmal kleinern Gewicht das Gleichgewicht hält, sind Kombinationen von ungleicharmigen Hebeln. Sie müssen so beschaffen sein, daß die Last an jedem Punkt der Tafel das gleiche Gegengewicht erfordert, und dies wird erreicht, wenn die Tafel während ihres Spieles immer genau horizontal bleibt. Um dies wenigstens mit möglichster Annäherung zu erreichen, benutzt man zahlreiche Hebelverbindungen. Am gebräuchlichsten ist die 1821 von dem Straßburger Mechaniker Quintenz angegebene und von Rolle und Schwilgué verbesserte Wage. Die sogen. Brücke g h (Fig. 4) bildet, von oben gesehen, eine trapezförmige Plattform, die von entsprechenden Hebeln getragen und von einem starken Pfostenrahmen t umgeben wird, an dessen schmaler Seite sich ein Pfosten r erhebt, der zur Aufnahme des Hauptwagebalkens a b c d bestimmt ist. Von letzterm gehen Zugstangen c e und d f vertikal abwärts, durch welche die beiden ebenfalls trapezförmigen eisernen Brückenrahmen e h und f i mit dem Hauptbalken in geeigneter Weise verbunden werden. Durch das Längenverhältnis der Arme, die vom Drehpunkt einerseits bis zur Schale, anderseits bis zur ersten Zugstange reichen, wird die Verjüngung der Gegengewichte bestimmt, die hier ausschließlich ¹/₁₀ oder ¹/₁₀₀ der Last ist.

3. Analytische Wage von Paul Bunge in Hamburg.

Man baut auch Dezimalwagen nach Art der Laufgewichtswagen (Schnellwagen) zum Teil mit selbsttätigem Registrierapparat, wie die Chameroywage. Beim Wägen verschiebt man das Laufgewicht auf einem Hebel, bis das Gleichgewicht annähernd hergestellt ist, wobei die Schneiden des Gewichts in eine der auf dem Hebel befindlichen Kerben greift. Jede Kerbe entspricht einer runden Zahl. Das genaue Gleichgewicht wird dann durch Vorschieben eines Riegels hergestellt. An der untern Seite des Hebels und des Riegels sind erhaben gearbeitete Zahlen angebracht, die den an der Seite des Hebels und des Riegels befindlichen Skalen entsprechen.

4. Brückenwage.

Nach Feststellung des Hebels, auf dem das Gewicht läuft, kann man einen Abdruck der Zahlen auf einer Karte herstellen. Zum Abwägen großer Lasten auf Eisenbahnen, z.B. beladener Eisenbahnwagen, Lokomotiven, Vieh, werden Zentesimalwagen derart in das Eisenbahngleis eingebaut, daß die Schienen nicht unterbrochen werden, zur Schonung der Schneiden entlastet, d.h. letztere für den Ruhezustand aus den Pfannen gehoben und zur leichten Bedienung ausbalanciert und in der Regel mit Laufgewichten sowie sehr oft mit Registriervorrichtungen versehen, die das Gewicht auf Kärtchen drucken. Eine sehr viel verwendete Wage dieser Art von Schenck in Darmstadt zeigt Fig. 5 im Querschnitt, und zwar in der Wägestellung. Die Wagebrücke B befindet sich zwischen den Eisenbahnschienen s, s, getragen von einem Hebelsystem, das an den untern Wagenbalken C in bekannter Weise angeschlossen und von dem Gewicht G am Hebel H entlastet wird. Wenn nicht gewogen wird, befindet sich der Hebel H mit Gewicht G in der punktiert angedeuteten Lage H₁ und die Brücke B gesenkt, so daß die Waggonräder A über der letztern schweben.

Durch Niederlassen von G mittels des Windewerkes F und Zahnstange wird B gehoben zur Aufnahme der Last A, die dann von dem Wagebalken C aufgenommen wird. Dieser ist durch eine Kette an den andern Wagebalken D mit Laufgewicht E (Fig. 6) angehängt, so daß durch Verschiebung des Gewichts E und des Lineals a für Bruchteile eines Kilogramms die Einstellung auf die Schneiden i erfolgt. Von dem Hebel H aus stellt sich zugleich die Signalscheibe S ein.

5. Waggonwage ohne Gleisunterbrechung in Wägestellung.

Nach dem Wägen wird durch einen Handhebel das Windewerk F wieder in umgekehrter Richtung bewegt und die Brücke B gesenkt. Bei diesen Laufgewichtswagen bedient man sich jetzt allgemein eines Registrierapparats, der das Gewichtsergebnis auf eine Karte von obenstehender Art abdruckt.

Der in das Laufgewicht E eingeschlossene Apparat besitzt je nach der Tragkraft und Genauigkeit der Wage 3–6 runde Stahlscheiben, die auf einer gemeinsamen Welle drehbar sitzen und auf ihrem Umfang in gleichen Abständen die gravierten Ziffern 0–9 tragen.

6. Wagebalken mit Laufgewicht.

Die Zifferscheiben entsprechen den Einer-, Zehner-, Hunderter-, Tausenderstellen oder den ersten und zweiten Dezimalstellen der Zahl, die das Gewichtsergebnis darstellen; sie sind mit Zahnrädern fest verbunden, die durch den unten verzahnten Wagebalken, bez. die verzahnten Laufgewichtsschieber gedreht werden. Eine Verschiebung des Laufgewichts beispielsweise um 100 kg entspricht einer Zehnteldrehung der Tausenderzifferscheibe u.s.f. In dem Gehäuse des Laufgewichts befindet sich unterhalb der Zifferscheiben ein Schlitz, durch den eine Karte eingeschoben werden kann. Ein darunter angeordneter Exzenterhebel ermöglicht es, die Karte an die Zifferscheiben anzudrücken und den gewünschten Abdruck zu erzielen. Ein vor dem Schlitz sitzender Schieber mit zwei gegeneinander versetzten Öffnungen gestattet es, zwei Gewichtsergebnisse (Brutto und Tara) auf eine Karte untereinander zu drucken, je nachdem man die obere oder die untere Öffnung des Schiebers zum Einführen der Karte benutzt. Durch Subtraktion ermittelt man dann bequem das gewünschte Nettogewicht und schreibt es noch auf dieselbe Karte. Der Schencksche Apparat druckt die Gewichtszahlen in einer Reihe mit nebeneinander stehenden Ziffern deutlich ab und gestattet es, je nach Wunsch noch das kleinste Gewicht, etwa ¹/₁₀ oder ¹/₁₀₀ kg, auszudrücken. Für Wägungen, die sich in schneller Reihenfolge wiederholen, und solche Betriebe, bei denen täglich Hunderte von Förderwagen mit ungefähr gleicher Ladung zu verwiegen sind, ist die Wage so ausgebildet, daß das Wägen und Registrieren bei verschließbarem Apparat ganz selbsttätig erfolgt, während der Wagen über die Brücke fährt, und daß der Wägeapparat das Gewicht auf eine Karte abdruckt, die ausgeworfen wird, oder fortlaufend summiert, so daß man zu jedem Augenblick das verwogene Gesamtgewicht erfahren kann. Zur Unterbringung des Wägeapparats für größere Lasten, z.B. solche, die in Kranen hängend gewogen werden sollen (Kranwage), dient ein Kasten nach Art der Fig. 7, der mit dem Haken H an der Krankette hängt, mit J die Last aufnimmt und zweckmäßig ebenfalls einen Registrierapparat E erhält.

7. Kranwage.

Automatische Wagen haben unter anderm den Zweck, kleinkörniges Material selbsttätig in gleichen Gewichtsmengen abzuwägen und das Ergebnis der Wägungen auf einem Zählwerk anzugeben, z.B. zur Kontrolle verbrauchter oder gewonnener Stoffmengen, wie in Brauereien, Brennereien, Speichern, Zementfabriken etc., und sind zugleich derart eingerichtet, daß ein Gefäß, dem das Material zuläuft, in dem Augenblick, in dem es eine bestimmte Menge Material aufgenommen hat, in Bewegung gerät und diese Bewegung auf ein Organ am Zulauf überträgt, das letztern schließt, worauf das Meßgefäß sich leert und beim Wiederaufsteigen den Zulaß öffnet, um das Spiel zu wiederholen. Die Zahl dieser Spiele wird durch ein Zählwerk angegeben.