Präzisionswaagen im Eigenbau

mit Beiträgen von St1; R. K. (Arizona) – Übersetzung Juliana Tatcheva, Hartwin Rohde

Viele Beiträge in diesem Journal beziehen sich auf die Analyse chemischer Substanzen oder -bei empirischer Forschung- auf die möglichst genaue Angabe des Gewichtes des verwendeten Pflanzenmaterials. Wenn man der glückliche Besitzer einer elektronischen Feinwaage ist, so sind solche Anforderungen kein Problem. Oft jedoch reicht entweder die Genauigkeit der Waage nicht aus, oder der recht erhebliche Preis eines solchen Gerätes hat die Anschaffung noch verhindert. Besonders unglücklich sind natürlich solche Pechvögel, denen ihr teures Gerät kaputt geht – wie es dem Leser von „The Entheogen Review“ erging, dessen Bericht als Startsignal für die nun folgende kleine Serie zu sehen ist. In den nächsten Ausgaben wird in loser Folge immer mal wieder eine möglichst präzise Bauanleitung für hochempfindliche Waagen erscheinen. Wir werden uns bemühen, nicht ausschließlich Balkenwaagen zu beschreiben, auch wenn diese natürlich am einfachsten zu bauen sind und die Serie mit einem solchen Gerät startet.

Ich habe meine Waage gehimmelt!

von R. K. (AZ), Übersetzung Juliana Tatcheva – T.E.R. Vol. XI, #1

Nachdem ich in der Frühjahrsausgabe 1999 der ER das Interview mit Jonathan Ott gelesen hatte, zog ich los und kaufte eine Waage wie die, von der er erwähnte, dass sie für 150$ zu bekommen sei. So billig habe ich keine gefunden, nicht einmal für 279,99 $, wie die Herausgeber der ER meinten. Das billigste Angebot, was ich finden konnte, waren 295,00 $ (plus Versandkosten 13,00 $). Ja, ich habe 308,00 $ für eine Tanita 1210-100 Carat Waage ausgegeben, die +- 2 mg genau wiegt. Nun war diese Waage nichts, was ich sehr oft in Gebrauch hatte, dennoch gab es Momente, wo sie sehr wichtig war, um mich vor einer Überdosis zu schützen. Die Menge gewisser, sehr potenter Chemikalien sollte man nicht nur ungefähr abschätzen; also dachte ich, das Geld wäre gut investiert. Zumindest bis ich etwas ziemlich dummes tat. Normalerweise habe ich keinen Grund, etwas auf dieser Waage zu wiegen, das eine so hohe Dosis verlangt, aber ich wollte herausfinden, wieviel Gramm GHB-Pulver in einen gestrichenen Teelöffel passen. Ich habe die Menge abgewogen und schaltete danach die Waage aus. Das nächste mal, als ich meine Waage benutzen wollte, bekam ich eine Fehlanzeige. Einfach „ERR“, was in der Gebrauchsanweisung mit den möglichen Fehlanzeigen und zugehörigen Korrekturmaßnamen nicht erwähnt war. Ich habe den Hersteller angerufen und sprach mit einem Techniker, der mir erklärte, dass ich wahrscheinlich die Hauptplatine durchgefeuert hätte, und dass sie so etwas bei diesen Waagen überhaupt nicht reparieren. (Solange sie unter Garantie sind, werden sie einfach durch eine neue ausgetauscht – natürlich war die Garantiefrist längst abgelaufen.) Ich vermute, dass eine winzige Menge GHB in den Schlitz unter der Schale gefallen ist und so zum darunterliegenden Stromkreis gelangt ist. Da GHB extrem hydrophil ist, hat es wahrscheinlich Wasser aufgenommen und den Stromkreis kurzgeschlossen. (Einfache Korrosion könnte auch ein Faktor gewesen sein; ein Freund, der Deering -Waagen aus Plaste zum wiegen von GHB benutzt, hatte Korrosionsnarben auf der Waagschale bemerkt.) Warum ich diese Geschichte hier erzähle? Na ja, hauptsächlich als Kuriosität. Wiegen Sie kein GHB oder andere hydrophile Chemikalien auf dieser Waage! Es könnte auch einen anderen Grund dafür geben, dass meine Waage den Geist aufgegeben hat, mir fällt allerdings keiner ein. Das Ende der Geschichte ist nicht ganz so tragisch. Tanita verkauft bei Rückgabe einer solchen Waage eine neue für 145,00 $. So hat mich meine Ersatzwaage etwas weniger als die Hälfte vom Neupreis gekostet. Dennoch fand ich, dass diese Lektion kostspielig genug war, um sie den Lesern von ER weiterzugeben.

No-Cost Präzisionsbalkenwaage von St1

Vorüberlegungen

Es ist eine Balkenwaage aufzubauen, die den Bedürfnissen eines Forschers entspricht, dem gerade seine beste Waage gestorben ist. Sie sollte also eine gewisse Empfindlichkeit und einen großen Messbereich bei reproduzierbaren Ergebnissen aufweisen. Die Handhabung sollte nicht zu kompliziert sein. Da es sich um eine Notfallösung handelt, sollte die Waage natürlich möglichst billig sein, am besten gar nichts kosten. Die Anfälligkeit gegen Umwelteinflüsse sollte gering sein und die Konstruktion der Waage mit einfachen Mitteln und mit durchschnittlichem handwerklichen Geschick durchführbar sein.

Die Empfindlichkeit einer Balkenwaage hängt sehr stark von der Geometrie des Aufbaus ab, insbesondere von der Länge des Balkens und der Anordnung der Aufhängung.

Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse hängt stark von den verwendeten Materialien bei bewegten Teilen (also von Reibungsverlusten) und der Genauigkeit der Anzeige ab. Es ist also bei allen Lagern und Achsen ein möglichst hartes Material mit geringem Reibungskoeffizienten zu wählen. Rollreibung ist der Gleitreibung vorzuziehen. Die Lagerlasten sollten möglichst gering gehalten werden. Die Anzeige sollte eine starke Winkelabhängigkeit aufweisen, was z.B. bei einer Libelle der Fall wäre, wenn man das Geld dafür ausgibt.

Um die Empfindlichkeit der Waage zu steigern, ist ein möglichst langer Hebelweg (langer Balken) zu wählen. Die Drehachse der Waage und die Aufhängung der Waagschalen sollten einen möglichst geringen vertikalen sowie möglichst hohen horizontalen Abstand haben. Diese Anordnung ist horizontal soweit wie nur irgend möglich symmetrisch zu halten, vertikal liegt die Drehachse eine Winzigkeit über den beiden Waagschalenaufhängungen (ca. 1 bis 2 mm).

Wie zu erkennen ist, stehen sich bei einer Balkenwaage einige Faktoren von Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit gegenseitig im Weg (z.B. lange Hebelwege und geringe Lagerlasten). In solchen Fällen ist abzuwägen, welche der Eigenschaften wichtiger ist.

Eigenschaften

Die heute beschriebene Ausführung beinhaltet folgende Punkte:

✧ Preiswert, da nur minimale (evtl. gar keine) Materialkosten anfallen

✧ Die Genauigkeit beträgt wenige Milligramm und ist abhängig von der Fertigungsgenauigkeit, der Messbereich entspricht den vorhandenen Referenzgewichten sowie der Stabilität der verwendeten Baumaterialien (also bis zu mehreren Kilogramm)

✧ Sie ist im verpackten Zustand (eine Tüte) sehr unempfindlich gegen Stöße

✧ Wasser stört diese überhaupt nicht, wenn man rostfreie Stahlteile verwendet

✧ Sie ist leicht zu reparieren, schlimmstenfalls baut man sich eben schnell das benötigte Teil neu.

✧ Sie funktioniert in jeder erdenklichen Umgebung zuverlässig, gewisse Sonderbedingungen unter Wasser sollten allerdings beachtet werden. 🙂

✧ Die Bedienung ist kinderleicht.

✧ Die Vorbereitungen begrenzen sich einmalig auf die „Zubereitung“ von Referenzgewichten, des weiteren benötigt die Waage vor jeder Messung einen Punkt, wo sie möglichst erschütterungsfrei aufgehängt werden kann und ggf. eine kurze Eichung mit Hilfe von Gewicht (Sand), Schere oder ähnlichem.

✧ Die Waage kann zusammengelegt und in eine Tüte gepackt werden. Das größte und schwerste Bauteil ist der Balken. Sie dürfte in fast allen Schubfächern und Rucksäcken Platz finden.

 

Bauanleitung

Wir benötigen:

✧ 3 Stahlnadeln

✧ 1 Plastiklineal (sinnvoll wegen Millimetereinteilung)

✧ Zwirnsfaden (etwas mehr – von der Rolle)

✧ stabilen Draht (z.B. Kupferdraht ca. 1-2mm Durchmesser, keine Litze)

✧ dünne, biegesteife Plastikfolie (stabile Schulhefter) oder zwei gleichartige Becherdeckel und etwas, was als Zeiger genutzt werden könnte (z.B. Stricknadel)

✧ kleines Gewicht (Steinchen, alter Schlüssel oder sowas)

✧ klemmbares Gewicht als Tariergewicht (z.B. Büroklammer) sinnvolles (teilweise notwendiges) Werkzeug:

✧ Kombizange

✧ Feuerzeug, Gasherd bzw. irgendetwas, das punktuell heizt

✧ ggf. Säge, Feile

✧ Stift, vierte Stahlnadel, Zirkel (Anreißwerkzeug)

✧ dicken Stift, Zylinder o.ä. (Durchmesser ca. 25cm)

✧ Sekundenkleber

Montage: Zunächst wird das Lineal so vorbereitet, dass es ein ordentlicher Quader ohne Löcher oder Firmenprägungen ist. Störendes kann ggf. mit der Säge entfernt werden. Hinterher mit der Feile die Sägeränder entgraten!

  1. Nun wird mit einer der Stahlnadeln der Mittelpunkt / Schwerpunkt des Lineals ausbalanciert und markiert (anreißen / körnen).
  2. Linie parallel zu einer der Kanten über die gesamte Länge des Lineals durch den Schwerpunkt ziehen.
  3. zwei weitere Punkte unterhalb dieser Linie markieren (ca. 1 bis 2mm), die jeweils den gleichen Abstand vom Linealschwerpunkt haben (hier ist Genauigkeit gefragt, es kann ein Zirkel oder ein Faden genutzt werden). Sie sollten ca. 1cm von den Linealenden entfernt sein. Je geringer der Abstand der äußeren Nadeln zur Mittellinie ist, um so empfindlicher wird die Waage, desto länger dauert es jedoch auch bis sie auspendelt.
  4. Einsetzen der Stahlnadeln (siehe Bild)

5.1 eine Nadel mit der Kombizange fassen

5.2 Spitze der Nadel mit Feuerzeug erhitzen (nicht zuviel)

5.3 Nadel an einer der Markierungen mit ihrer Spitze senkrecht durch das Lineal schmelzen (mit der Kombizange ordentlich durchdrücken)Achse der Waage

5.4 Nadel bis ca. zu ihrer Mitte durchschieben

5.5 Nadel senkrecht festhalten, bis sie und das Lineal an dieser Stelle erkaltet sind

Welcher Hirni hat seine Nadeln mit dem Kopf voran durchs Lineal gebohrt? Um doch noch zu fixieren kann der Sekundenkleber genutzt werden, auch wenn die Nadeln trotz richtiger Bohrrichtung wackeln.

5.6 weiter mit 5.1, bis alle Nadeln eingesetzt sind.

6. Bau der Waagschalen (je Waagschale einmal)
6.1 vom Zwirnsfaden zwei gleichlange Stücken (ca. 40-80 cm Länge, je nachdem, wie lang die Aufhängungen der Schalen sein sollen)
6.2 Aus Plastikfolie zwei gleichgroße Scheiben ausschneiden (oder Becherdeckel verwenden)
6.3 vier Markierungen setzen (als Quadrat auf einem Durchmesser, dazu ist der Zirkel da) und an diesen Stellen Löcher erzeugen
6.5 einen Zwirnsfaden von 6.1 so durch die Löcher fädeln, dass der Faden zwei gekreuzte Hängeschlaufen bildet (siehe Bild)7. Aufhängung der Waagschalen an das Lineal
7.1 zwei gleichlange Zwirnsfadenstücke (ca. 20cm) abschneiden und jeweils zu einem Ring verknoten

7.2 je einen Ring durch die Hängeschlaufen der Waagschalen fädeln – es entstehen zwei Henkel als Waagschalenaufhängung (siehe Bild oben), die später auf den äußeren Stahl-nadeln hängen

8. Waagenaufhängung / Lager

8.1 den stabilen (Kupfer)Draht ca. 20-30 cm abschneiden

8.2 den zugeschnittenen Draht mit der Zange (oder Handschuhen) biegen, so dass zwei parallele Ringe mit einer Verbindungsbrücke entstehen (siehe Bild rechts unten). Der Biegevorgang kann durchgeführt werden, indem zuerst der Kupferdraht zu einem Ring gelegt wird, und die beiden Enden des Drahtes sich ein bisschen überlappen. Dann wird der Ring zu einer Acht verdreht, wobei sich die Drahtenden auf der Taille der Acht befinden. Diese Verschränkung wird so oft widerholt, bis sich ein schöner Steg mit zwei Ringen an den Enden bildet. Die beiden Enden des Drahtes, die ja in der Mitte des Steges sind, werden zu einem schicken Haken gebogen und der Steg wird gekrümmt, so dass die beiden Ringe parallel und im rechten Winkel zum Steg stehen, deren Abstand nicht größer als die Länge einer Stahlnadel ist.

8.3 Dieses Gebilde wird nun justiert; der tiefste Punkt beider Ringe muss waagerecht bleiben, wenn man es am Haken aufhängt. Hierbei bitte äußerst penibel sein!

9. Zusammensetzen

9.1 Die Waagschalenaufhängung über die äußeren Stahlnadeln des Lineals hängen.

9.2 Das Lineal mit der mittleren Nadel in den beiden Drahtschlaufen auflegen (deshalb sollten die beiden Ringe auch nicht weiter auseinanderstehen als eine Stahlnadel lang ist).

9.3 Aus dünner, stabiler Plastikfolie einen Zeiger ausschneiden, der ein möglichst gleichschenkliges, sehr spitzwinkliges Dreieck sein sollte. Je länger der Zeiger ist, desto höher ist auch die Empfindlichkeit der Waage, allerdings verfälscht das Zeigergewicht auch im wachsenden Maße das Ergebnis mit zunehmender Zeigerlänge. Der Zeiger wird angebracht, indem die Linie zwischen Mitte der kurzen Seite und Spitze direkt an der mittleren Stahlnadel endet und senkrecht zur Verbindungslinie der beiden äußeren Stahlnadeln steht. Zu diesem Zwecke kann Sekundenkleber gute Dienste leisten.

9.4 Die Waage muss nun noch austariert werden. Dazu die Waage aufhängen und das Tariergewicht auf dem Lineal applizieren. Die Lage des Tariergewichtes so lange verändern, bis der Zeiger absolut senkrecht steht. Um dies nachzuprüfen, kann aus einem Stück Zwirnsfaden und dem kleinen Gewicht (Steinchen / Schlüssel) ein Lot gebaut werden.


 

Die Waage ist nun komplett. Sicher wird in einer der folgenden Ausgaben noch eine Luxusversion für Balkenwaagen beschrieben, doch die grundlegenden Verfahrensschritte sind universell.Die Waagenaufhängung sollte akribisch justiert werden, so dass die Achse der Waage unter Arbeitsbedingungen absolut waagerecht im Lager liegt.


Benutzung:

Eine wunderschöne Waage bringt natürlich ohne Gewichte überhaupt nichts. Mit zunehmender Präzision der Waage sollten natürlich auch die Gewichte immer genauer werden. Eine der einfachsten und seit langer Zeit gängigsten Methoden, solche genauen Gewichtsmaße zu erhalten, ist die sinnvolle Zusammenstellung von Münzen verschiedenen Wertes. Diese Münzen sind mit hoher Präzision hergestellt und das Gewicht der einzelnen Werte ist exakt festgelegt. Um eine Verfälschung der Gewichte zu vermeiden sollten jedoch in jedem Falle nur möglichst neuwertige Münzen Verwendung finden. Es ist davon auszugehen, dass Goldwährungen, wie z.B. der Krügerrand oder der Goldrubel, exakter gefertigt werden als Gebrauchtswährungen wie Euro, Drachmen oder Südseemuscheln. Standardwährungen sollten jedoch für die meisten Ansprüche genügen. Idealerweise kann man sich eigene Standardgewichte zulegen – die örtliche Apotheke wird sicher bereit sein, eine Hand voll Münzen genau auszuwiegen.

Durch Kombination verschiedener Münzen auf den beiden Waagschalen kann man nun sehr exakte Messungen durchführen. Die Balkenwaage zeigt nur die Differenz der beiden Münzstapel an, ist ein

#!/usr/bin/perl -w use strict;

my $wunschgewicht = $ARGV[0]; die „Bitte Wunschgewicht angeben!n“ unless $wunschgewicht;

my (@ary, %decl_hash, $erklaer, $best, $cent); my $diff = 200;

# Hier die gewuenschten Gewichtsbezeichnungen und Gewichte angeben $cent->{„ „} = 0.00; $cent->{„1Cent“} = 2.30; $cent->{„2Cent“} = 3.06; $cent->{„5Cent“} = 3.92; $cent->{„10Cent“} = 4.10; $cent->{„20Cent“} = 5.74; $cent->{„50Cent“} = 7.80; $cent->{„1Euro“} = 7.50; $cent->{„2Euro“} = 8.50;

# fill combinational array: 3 coins are combined to a sum and stored # in @ary. The explanations are put into %decl_hash.

foreach my $r (keys %$cent){

foreach my $s (keys %$cent){

foreach my $t (keys %$cent){

my $w1 = $cent->{$r};

my $w2 = $cent->{$s};

my $w3 = $cent->{$t};

my $w = $w1 + $w2 + $w3;

push @ary, $w;

$decl_hash{$w} =“$r + $s + $t“;

}

}

}

# test combinations: The composed weights are combined with eachother

# and the best combination is held in $best respectively $erklaer.

foreach my $i (@ary){

Stapel 1mg leichter als der andere, so kann in dieser Waagschale noch 1mg Material untergebracht werden, bis die Waage wieder im Gleichgewicht ist.

Das Kombinieren verschiedener Münzen zu diesem Zwecke ist jedoch ein mühseliges Unterfangen, welches sich mittels eines Computers vereinfachen lässt. Glücklicherweise schrieb St1 ein PERL-Programm, welches diese Arbeit automatisiert. Freundlicherweise dürfen wir den Quelltext hier abdru cken. Wer Internetzugang hat, kann sich die jeweils aktuellste Version auch bei http://timestream.org/ data/euro-gewicht2 holen. Die Benutzung des Programmes ist simpel, es wird nur die Angabe des Wunschgewichtes gefordert, also ‚programmname 0.5‘ würde als Ausgabe zwei Münzstapel haben, die um 0,5g differieren. Aus ungeklärtem Grund legt das Programm sporadisch mal einen Euro auf beide Waagschalen drauf. Die Ergebnisse sind also in ihrer Plausibilität zu prüfen und gegebenenfalls per Hand zu korregieren.

Natürlich kann man auch andere Gewichte nutzen. Destilliertes Wasser lässt sich z.B. in Größenordnungen von zehntel oder hundertstel Milliliter mit Einwegspritzen (Apotheke) abmessen.

foreach my $j (@ary){

my $combin = $i – $j;

my $d = abs($combin – $wunschgewicht);

if($d < $diff){

$best = $combin;

$diff = $d;

$erklaer = „( $decl_hash{$i} ) – ( $decl_hash{$j} )“;

}elsif(($d == $diff) &&

length(„( $decl_hash{$i} ) – ( $decl_hash{$j} )“) <

length($erklaer)){

$best = $combin;

$diff = $d;

$erklaer = „( $decl_hash{$i} ) – ( $decl_hash{$j} )“;

}

}

}

$erklaer =~ s# *+ ++ *# + #g; $best = sprintf(„%.5f“, $best);

 

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