Waage mit gasdichtem Waagengehäuse
Es sind Waagen mit gasdichtem Waagengehäuse bekannt, um Wägungen im Vakuum, bei Unterdruck, bei Überdruck oder in einer besonderen Gasatmosphäre vornehmen zu können. Das gasdichte Waagengehäuse umschliesst dabei wenigstens den Waagebalken und das am Waagebalken aufgehängte Gehänge, an welch letzterem der zur Aufnahme der zu wägenden Probe vorgesehene Probenträger befestigt ist. Weitere Einzelheiten des Mechanismus der Waage, wie zum Beispiel die Arretiervorrichtung zur Arretierung des Waagebalkens, die Ablesevorrichtung zur Bestimmung der jeweils vorhandenen Neigung des Waagebalkens, sind dabei ebenfalls ganz oder teilweise innerhalb des gasdichten Waagengehäuses der Waage untergebracht. Die Bedienung der Waage findet über gasdicht herausgeführte Wellen oder Schubstangen oder gegebenenfalls vermittels elektrischer Fernsteuerung statt.
Die nähere Bauart des Waagengehäuses selbst lehnt sich dabei im wesentlichen an die üblichen Ausführungen desselben an, und zum Einbringen oder Herausnehmen der zu wägenden Probe weist das Waagengehäuse eine gas dicht ver schliessbare Türe auf. Die zu wägende Probe und der Waagebalken sowie das Gehänge befinden sich dabei praktisch innerhalb desselben vom Waagengehäuse umschlossenen Hohlraumes.
Für zahlreiche Untersuchungen sollte die Probe jedoch unter Versuchsbedingungen gewogen werden können, die erheblich von denjenigen Betriebsbedingungen abweichen, unter welchen die verschiedenen vom Waagengehäuse umschlossenen Teile der Waage im Hinblick auf die gewünschte Genauigkeit und Empfindlichkeit noch zuverlässig arbeiten. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Probe bei sehr hohen oder sehr tiefen Temperaturen zu wägen ist.
Um diesen und ähnlichen Anforderungen zu entsprechen, hat man die Probe nicht mehr in den Innenraum des Waagengehäuses eingeführt, sondern in einer am Waagengehäuse lösbar befestigten Glocke untergebracht, die sich vom Waagengehäuse aus nach unten erstreckt. Das Waagengehäuse weist dementsprechend eine von der Glocke überfangene Durchtrittsöffnung auf, durch welch letztere der Probenträger nach unten hindurchragt. Die Durchtrittsöffnung ist dabei von einem Flansch umgeben, an dem die Glocke gasdicht befestigt ist. Die meistens aus Glas oder Keramik bestehende Glocke hat üblicherweise die Form eines längeren unten geschlossenen Rohres, und der Probenträger ragt so weit nach unten, dass die Probe sich im untersten Teil des Hohlraumes der Glocke befindet.
Um die Probe bei Temperaturen zu wägen, die von der normalen Zimmertemperatur stark abweichen, wird der untere und äussere Teil der Glocke in eine Kühl- oder Heizvorrichtung eingetaucht.
Diese auch als Thermowaage bezeichnete Bauart von Waagen mit gasdichtem Waagengehäuse und einer am letzteren befestigten Glocke haben nun erfahrungsgemäss noch verschiedene Mängel, welche eine breitere praktische Anwendbarkeit erschweren.
Es zeigt sich nämlich, dass zwar Wägungen bei tiefen Aussentemperaturen von etwa ; bis zu -200 Grad Celsius des unteren Teiles der Glocke noch befriedigend ausgeführt werden können. Taucht jedoch die Glocke mit ihrem unteren Teil in einen Ofen ein und werden Temperaturen von einigen Hundert Grad Celsius angewendet, so wird die vom Ofen längs der Glocke aufsteigende Wärmemenge so gross, dass sie in kurzer Zeit das oberhalb der Glocke befindliche Waagengehäuse in unzulässiger Weise aufheizt. An sich kann man zwar diese störenden Nebenwirkungen etwa dadurch herabsetzen, dass man die Länge der nach unten ragenden Glocke erheblich vergrössert und zwischen dem Ofen und dem Waagengehäuse zu sätzliche Leitbleche oder kaminartige Abzüge anbringt, die in Verbindung mit einem Ventilator die aufsteigende Warmluft absaugen.
Thermowaagen dieser Bauart stellen aber infolge der benötigten Zusatzgeräte sperrige und unhandliche Instrumente dar, die zudem noch kostspielig sind. Davon abgesehen ist es aus technischen Gründen unerwünscht, ausser einer verhältnismässig langgestreckten Glocke auch einen dementsprechend langen Probenträger am Gehänge der Waage befestigen zu müssen.
Die vorliegende Erfindung befasst sich demgemäss mit einer Waage mit gasdichtem Waagengehäuse, einem innerhalb dieses Waagengehäuses befindlichen Waagebalken, einem am Waagebalken aufgehängten Gehänge, an welchem der zur Aufnahme der zu wägenden Probe vorgesehene Probenträger befestigt ist, sowie mit einer am Waagengehäuse befestigten Glocke, die eine im Waagengehäuse angebrachte Durchtrittsöffnung überfängt, durch welche der Probenträger in die Glocke hineinragt. Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Bau einer Thermowaage zu ermöglichen, welche die vorerwähnten Mängel der bisher üblichen Thermowaagen nicht mehr aufweist.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Waagengehäuse eine obere und lotrecht oberhalb des Gehänges befindliche Durchtrittsöffnung sowie eine untere und lotrecht unterhalb des Gehänges befindliche Durchtrittsöffnung aufweist, dass das Gehänge Befestigungsmittel besitzt, welche das Anbringen eines nach oben durch die obere Durchtrittsöffnung hinausragenden Probenträgers sowie eines nach unten durch die untere Durchtrittsöffnung hinausragenden Probenträgers gestatten, und dass ferner das Waagengehäuse Auflagemittel hat, die je eine der beiden Durchtrittsöffnungen umschliessen und den Anschluss einer Glocke oder eines Abschlussdeckels oberhalb und/oder unterhalb des Waagengehäuses ermöglichen.
Im Bereich der beiden Durchtrittsöffnungen ist das Waagengelläuse vorzugsweise doppelwandig ausgeführt, und es werden Anschlüsse vorgesehen, welche die Zirkulation eines Kühl- oder Heizmittels im Hohlraum zwischen den beiden Mänteln des Waagengehäuses ermöglichen. Ferner sind zweckmässig eines oder mehrere Zusatzgewichte vorgesehen, welche durch die untere Durchtrittsöffnung eingeführt und am Gehänge befestigt werden können.
Ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung schematisch und teilweise im Schnitt dargestellt, wobei die Fig. 1 die Waage mit oberhalb ihres Waagengehäuses befindlicher Glocke und die Fig. 2 dieselbe Waage mit unterhalb ihres Waagengehäuses befindlicher Glocke veranschaulicht.
Das Waagengehäuse weist einen zylindrischen Innenmantel 3 und einen dazu koaxialen zylindrischen Aussenmantel 4 auf, die einen Hohlraum 5 begrenzen. An den beiden Stirnseiten des zylindrischen Doppelmantels 3, 4 sind kreisförmige Seitenwände 6 und 7 in lösbarer Weise befestigt, so dass ein Waagengehäuse entsteht, dessen Innenraum 8 gasdicht nach aussen abgeschlossen ist. Die Befestigungsmittel für die kreisförmigen Seitenwände 6 und
7 sind in den Fig. 1 und 2 nicht näher veranschau licht. In den Seitenwänden 6 und 7 sind ferner Rohr stücke 9 und 10 eingesetzt, die beide in den Hohlraum 5 münden und damit die Zu- und Wegführung eines den Hohlraum 5 durchstömenden Kühl- oder Heizmittels gestatten, um den Innenraum 8 des Waagengchäuses auf einer vorgegebenen Temperatur halten zll können.
Die eine Seitenwand 6 ist ausser dem mit einem Einlass 11 versehen, der in den Innenraum 8 des Waagengehäuses mündet und mittels eines Hahnes oder Ventilschiebers 12 abschliessbar ist. Schliesslich ist im zylindrischen Teil
3, 4 des Waagengehäuses ein ebenfalls in den Innenraum 8 des Waagengehäuses mündender Pumpenanschluss 13 von grösserem Querschnitt angebracht, der über einen weiteren Hahn oder Ventilschieber 14 an eine Pumpe 15 angeschlossen ist. Der mit dem Ventilschieber 12 versehene Einlass 11 sowie der mit dem weiteren Ventilschieber 14 und der Pumpe 15 versehene Pumpenanschluss 13 dienen in an sich bekannter Weise dazu, im Innenraum 8 des Waagengehäuses einen vorgegebenen Druck eines Füllgases von geeigneter Zusammensetzung aufrecht zu erhalten oder gegebenenfalls das Waagengehäuse zu evakuieren.
Im Innenmantel 3 des Waagengehäuses ist eine Säule oder ein Träger 16 befestigt, auf welchem der Waagebalken 17 schwenkbar gelagert wird. Der Waagebalken 17 hat zweckmässig die unsymmetrische Bauart, und auf der Aussenschneide seines kürzeren Waagebalkenarmes sitzt das übliche und in der Regel bügelförmige Gehänge 18. Weitere Teile der Waage, wie zum Beispiel die Arretiervorrichtung zum Arretieren des Waagebalkens 17 und des Gehänges 18 sowie die meistens optisch wirkende Einrichtung zur Ablesung der jeweiligen Neigung des Waagebalkens sind ebenfalls ganz oder teilweise innerhalb des Innenmantels 3 des Waagengehäuses vorgesehen; aus Gründen der Übersichtlichkeit sind sie jedoch in der Zeichnung nicht eingetragen.
Im Bereich lotrecht oberhalb des Gehänges 18 ist ein Rohr 19 in das Waagengehäuse eingebaut, welches die Mäntel 3 und 4 durchsetzt und dessen Durchtrittsöffnung 20 in den Innenraum 8 des Waagengehäuses mündet. Das Rohr 19 hat an seinem oberen Ende einen seitlich auskragenden ebenen Flansch 21, der als Auflage entweder für eine Glocke 22 (Fig. 1) oder für einen Abschlussdeckel 23 (Fig. 2) ausgebildet ist und dementsprechende Befestigungsmittel wie Schrauben, Klemmstücke und dergleichen aufweist. In entsprechender Weise ist im Bereich lotrecht unterhalb des Gehänges 18 im Waagengehäuse das Rohr 24 mit Durchtrittsöffnung 25 und Flansch 26 vorgesehen, um entweder eine nach unten ragende Glocke 27 (Fig. 2) oder einen unteren Abschlussdeckel 28 (Fig. 1) gasdicht befestigen zu können.
Das Gehänge 18 weist an seinem oberen Ende eine gegebenfalls mit einem Innengewinde oder einem Konus versehene Hülse 29 auf, in welcher ein von oben her durch die Durchtrittsöffnung 20 eingeführter Probenträger 30 (Fig. 1) befestigt werden kann, der an seinem oberen Ende den die Probe aufnehmenden Tiegel 31 aufweist. Damit das Gehänge 18 bei einem nach oben ragenden Probenträger 30 (Fig. 14 sich im stabilen Gleichgewicht befindet, ist an seinem unteren Ende eine Gewindestange 32 befestigt, auf welcher Zusatzgewichte 33 aufgereiht und gegebenenfalls festgeschraubt werden können. Die Zusatzgewichte 33 haben solche äussere Abmessungen, dass sie von unten her durch die untere Durchtritts öffnung 25 einführbar sind.
Anderseits gestattet die Gewindestange 32 auch die Befestigung eines nach unten durch die untere Durchtrittsöffnung 25 hinabragenden Probenträgers 34, der an seinem unteren Ende den zur Aufnahme der Probe vorgesehenen Probentiegel 35 aufweist, wie dies die Fig. 2 veran schaulicht. Hierbei sind die Zusatzgewichte 33 an sich nicht unbedingt erforderlich; sie können in diesem Fall auch ganz oder teilweise entfernt werden, um beispielsweise eine Grobtarierung zu ermöglichen.
Die beschriebene Waage ist nun in vielseitiger Weise venvendbar, ohne dass sperrige und kostspielige Zusatzeinrichtungen benötigt werden. Sind beispielsweise Wägungen bei höherer Temperatur der zu wägenden Probe auszuführen, wie dies etwa bei Untersuchungen über die thermische Zersetzung chemischer Verbindungen, bei Dampfdruckmessungen, bei Messungen von Bildungsenthalpien oder bei der Bestimmung von Aktivierungsenergien der Fall ist. dann wird gemäss Fig. 1 die Glocke 22 auf dem oberen Flansch 21 des Waagengehäuses befestigt und die untere Durchtrittsöffnung 25 vermittels des Abschlussdeckels 28 gasdicht verschlossen.
Ferner sind auch die erforderlichen Zusatzgewichte 33 am Gehänge 18 in der dargestellten Weise anzubringen. Um die im Tiegel 31 befindliche Probe auf die gewünschte Temperatur zu bringen, wird aussen über den oberen Teil der Glocke 22 ein elektrischer Ofen 36 gestülpt, wie dies die Fig. 1 bereits veranschaulicht. Die von diesem Ofen 36 entwickelte Wärme strömt nun jedoch ohne Zuhilfenahme weiterer Massnahmen nach oben ab, so dass sie das Waagengehäuse nicht mehr bestricht. Der verbleibende, durch reine Strahlung auftretende Anteil kann zudem durch die Zirkulation eines den Hohlraum 5 durchsetzenden Kühlmittels abgeführt werden, und man erhält auf diese Weise im Innenraum 8 des Waagengehäuses Betriebsbedingungen für die massgebenden Teile der Waage, die auch über längere Zeitabshnitte weitgehend konstant gehalten werden können.
Die Anwendung einer oberhalb des Waagengehäuses befindlichen Glocke 22 gemäss Fig. 1 kann jedoch auch dann vorteilhaft sein, wenn die Probe bei normaler Temperatur zu wägen ist und der Ofen 36 weggelassen werden kann. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn mittels fortlaufender Wägung der , Probe Verdampfungsgeschwindigkeiten zu bestimmen sind.
Sind anderseits Wägungen bei tiefer Temperatur der Probe vorzunehmen, wie dies beispielsweise bei magnetischen Messungen, bei Messungen betreffend die Gefriertrocknung oder die Tieftemperaturdestillation der Fall ist, dann wird nach Fig. 2 eine Glocke 27 am unteren Flansch 26 des Waagengehäuses befestigt und die obere Durchtrittsöffnung 20 vermittels des Abschluss deckels 23 verschlossen.
Die Glocke 27 kann mit ihrer unteren Hälfte unmittelbar in ein Kühlmittel getaucht oder von einem doppelwandigen das Kühlmittel enthaltende Behälter 37 umgeben sein. Die vom Kühlmittel bewirkte Kälte hat das Bestreben, nach unten abzuströmen, so dass sie einen schädlichen Einfluss auf das oberhalb der Glocke 27 befindliche Waagengehäuse nicht mehr auszuüben vermag. Gegebenenfalls kann man schliesslich durch den Hohlraum 5 des doppelwandigen Mantels 3, 4 ein Heizmittel zirkulieren lassen, um die Temperatur im Innenraum 8 des Waagengehäuses konstant zu halten.
Schliesslich ist die Verwendung einer unterhalb des Waagengehäuses befindlichen Glocke 27 gemäss Fig. 2 auch dann angezeigt, wenn bei normaler Temperatur Wägungen für Sedimentationsmessungen, Dichtmessungen in Schmelzen, Messungen der Oberflächenspannung und dergleichen auszuführen sind.
Für derartige Untersuchungen kann der in Fig. 2 gezeigte Behälter 37 entfallen.