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Torsionsfederwaage
Gegenstand des Stammpatentes ist eine Torsionsfederwaage mit Gewichtsabgleich mittels eines
Stellmotors, der selbsttätig bei Auslenkung des Waagebalkens aus der Nullage eingeschaltet und bei Wie- dererreichen der Nullage abgeschaltet wird. Diese Waage eignet sich vor allem zur automatischen Wä- gung kleiner Gewichte von z. B. 0 bis 100 mg oder 0 bis 1000 mg. Die Stellung des Waagebalkens soll dabei möglichst berührungslos, insbesondere über photoelektrische Schaltelemente, abgetastet wenden.
Beim Einschalten liegt der Waagebalken regelmässig an einem von zwei seinen Bewegungsbereich begrenzenden Anschlägen an, so dass die Motordrehrichtung durch eine abgedeckte oder freigegebene
Photozelle bestimmt ist. Der Motor läuft nun mit möglichst grosser Drehzahl an, so dass sich der Waage- balken mit entsprechend grosser Geschwindigkeit der Nullage nähert. Anstatt nun die Motorgeschwindig- keit bei Annäherung an die Nullage schon herabzusetzen, wie dies beispielsweise durch Verwendung von vier Photozellen möglich wäre, lässt man diese Nullage durchfahren, schaltet dann eine Wirbelstrom- bremse ein und polt den Motor um, wenn durch Hinauslaufen des Waagebalkens über die Nullage das
Richtungskommando geändert worden ist. Der Waagebalken wird mit herabgesetzter Geschwindigkeit zum zweiten Mal in die Nullage gebracht und daraufhin der Motor abgeschaltet.
Wirbelstrombremsen sind bekanntlich drehzahlabhängig. Um das Stellgetriebe kurzzeitig bis in die Nähe des Stillstandes abbremsen zu können, muss daher der Motor eine möglichst kleine Masse haben.
Hiezu eignet sich beispielsweise ein Ferrarismotor, an dem der Bremsmagnet unmittelbar angreifen kann.
Solche Motoren sind aber ausserordentlich teuer. Bei grösserer Masse des Motors muss die Wirbelstrombremse durch ein Übersetzungsgetriebe angetrieben werden, was wieder einen gesteigerten Aufwand und grössere Massenkräfte mit sich bringt.
Erfindungsgemäss wird nun eine Relaissteuereinrichtung vorgesehen, durch welche der Stellmotor nach dem ersten Durchgang des Waagebalkens durch die Nullage durch Gegenstrom abgebremst und mit langsamer Drehgeschwindigkeit in der entgegengesetzten Drehrichtung in Gang gesetzt wird, bis der Waagebalken zum zweiten Male die Nullage erreicht. Auf diese Weise kann nicht nur der Aufwand verringert, sondern auch infolge kräftigerer Bremsung die Wägezeit herabgesetzt werden.
Als Stellmotoren eignen sich erfindungsgemäss vor allem solche Elektromotoren, insbesondere Gleichstrommotoren, bei denen die Anschlüsse der Feld- und Ankerwicklung frei zugänglich aus dem Motor herausgeführt sind. Über diese Anschlüsse lassen sich dann mittels der photoelektrischen Schalter Anker- und Feldwicklung an die gleiche oder an voneinander unabhängige Stromquellen anschliessen.
Die gewünschte langsame Motordrehzahl für den Feinabgleich der Waage kann man gegebenenfalls durch Reduzieren des Ankerstromes und/oder Erhöhen des Feldstromes, insbesondere durch Zuschalten oder Kurzschliessen eines Widerstandes, erzielen.
Wenn der Motor unmittelbar nach Durchfahren der Nullage des Waagebalkens umgepolt wird, so erhält man ein hohes, bis zum Stillstand des Motors wirkendes Bremsmoment, woraufhin der Motor ohne besondere Schaltvorgänge mit reduzierter Drehzahl im Gegensinn anläuft, Vor allem wird durch diese Schaltung ein verhältnismässig kurzer Überlaufweg erzielt. Umschaltstösse und die damit verbundenen mechanischen Erschütterungen für die Waage werden praktisch ganz vermieden.
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Gegebenenfalls kann zur Unterstützung der elektrischen Bremsung noch eine elektrisch gesteuer- te mechanische Bremse vorgesehen werden. Diese Bremse braucht lediglich beim Schnellauf geöffnet zu sein und kann sonst geschlossen bleiben. Damit ist der Vorteil verbunden, dass das Stellgetriebe auch bei abgeschaltetem Stellmotor in einer eindeutigen Stellung festgehalten wird, was vor allem bei der Anschaltung eines Zählwerkes oder Registrierwerkes erwünscht ist.
Die mechanische und die elektrische Bremsanordnung kann über ein gemeinsames Relais gesteuert werden, das beim ersten Durchfahren der Nullage des Waagebalkens stromlos wird. Besonders zweckmä- ssig ist es hiebei, das Relais mit einer impulsgesteuerten Einschaltspule und einer HaltesDule zu versehen, deren Stromkreis über parallelliegende Kontakte zweier vom Waagebalken gesteuerter Relais geführt ist.
Beim ersten Durchfahren der Nullage wird daher der Haltekreis des Relais unterbrochen, wodurch sich beide Bremsen einschalten.
Die Zeichnung gibt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wieder. Es zeigen Fig. 1 eine räumliche Darstellung der Waage mit Zähl- und Druckwerk, Fig. 2 eine Ansicht der vollständigen Waa- ge in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1, mit abgenommenen oder weggebrochenen Deckeln, Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht der Waagebalkenanordnung in Richtung des Pfeiles III in Fig. l, Fig. 4 einen Schnitt durch die optisch-elektrische Abtastvorrichtung für die Stellung des Waagebalkens entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild der elektrischen Anordnung und Fig. 6 eine Abwandlung zum Schaltbild gemäss Fig. 5.
In der Zeichnung ist mit l der Sockel einer erfindungsgemässen Torsionswaage bezeichnet, in dem zwei Einschübe 2,3 mit Griffbügeln 4 angeordnet sind. Der Einschub 2 nimmt den elektrischen Netzteil auf und weist einen Kippschalter 5 und zwei Glühlampen 6,7 auf. Im Einschub 3"t der Steuerteil unter- gebracht. An die gehäusefesten elektrischen Einrichtirgen sind die Einschübe über Steckverbindungen angeschlossen, die beim Einbringen selbsttätig geschlossen werden. Von drei Sockelfüssen 8 sind die bei- den in Fig. 1 erkennbaren verstellbar ausgebildet, so dass der Sockel genau in einer waagrechten Ebene ausgerichtet werden kann.
Auf dem Sockel 1 sitzen ein Waagebalkengehäuse 9 und ein Zähl- und Druckwerk 10. Der da- zwischenliegende Raum ist durch einen Deckel 11 abgeschlossen. 12 ist eine Platte, die das Waagebal- kengehäuse, das auch fest mit dem Sockel verbunden sein kann, nach rechts in der Zeichnung abschliesst und ein Fenster 13 aufweist, das zur Beobachtung der Nullage des Waagebalkens und damit zum Justieren dient. 14 ist eine Waaserwaage mit einer sphärischen Glashaube, auf der ein Kreis 15 markiert ist. Der
Sockel mit der Waage liegt horizontal, wenn die unter der Glashaube eingeschlossene Luftblase 14a zen- trisch zum Kreis 15 liegt.
Der Waagebalken 16 ist über zwei Blattfedern 17 und 18, die jeweils über Verbindungsstücke 19 und
20 am Gehäuse und 21,22 am Waagebalken angeschlossen sind, so gelagert, dass seine Drehachse mit der Achse einer Stellwerksw."-23 zusammenfällt. Eine Torsionsfeder 24 ist mit ihrem äusseren Ende über ein Winkelstück 25 am Waagebalken und mit ihrem inneren Ende unmittelbar an der Welle 23 be- festigt.
Der in der Zeichnung rechte arm 16a des Waagebalkens ragt durch eine Aussparung 26 des Gehäu- ses 9 und der linke Arm 16b durch eine Aussparung 27. Der Arm 16a weist eine Öse 28 zum Einhängen von Gegengewichten und eine Schiene 29 mit einem kleineren verschiebbaren Ausgleichsgewicht 30 auf.
Die Last kann in den Haken 31 des Armes 16b eingehängt werden. Damit die Aufnahmevorrichtung dem jeweils zu wiegenden Gut leicht angepasst werden kann, ist der Arm 16b bzw. das Aufnahmemittel aus- wechselbar vorgesehen.
Ein Markenträger 32 mit einer Marke 32a ist am Gehäuse 9 befestigt und greift vor den Arm 16b des
Waagebalkens. Über der Marke 32a spielt ein am Waagebalken befestigter Zeiger 33. Diese Anordnung ist im Fenster 13 sichtbar und dient zum Ausjustieren bzw. Eintarieren der Waage.
Den Übergang zum Waagebalkenarm 16a bildet ein Steuerlineal 34 mit einer oberen Steuerkante 34a und einer unteren Steuerkante 34b. Der Bewegungsbereich des Steuerlineals ist begrenzt durch zwei An- sehläge35, 36andenden Waagebalken übergreifenden gehäusefesten Vorsprüngen 37,38. An diesen Vorsprüngen sitzen in Fig. 4 links am Steuerlineal 34 zwei Lampengehäuse 39 mit Doppelblenden 40 und Glühlampen 41, 42. Auf der gegenüberliegenden Seite sind zwei Photozellen 43,44 angeordnet, die ebenfalls durch Blenden 45 abgeschirmt sind. Es kann auch eine Lichtquelle in Verbindung mit einem oder zwei Spiegeln verwendet werden, um eine Differenz der auf beide Photozellen auftreffenden Lichtströme zu vermeiden.
Der genaue Mittenabstand zwischen den Glühlampen 41,42 bzw. den Photozellen 43,44, insbesondere den Blenden 40,45, entspricht der Breite des Steuerlineals 34 oder dem Abstand
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der beiden Steuerkanten 34a, 34b. Wenn der Waagebalken die gezeichnete Mittelstellung einnimmt, er- hält jede Photozelle den halben Lichtstrom, und der Zeiger 33 steht in der Mitte der Marke 32a.
Bei abgeschalteter Waage ist der Waagebalken 16 über eine Stützgabel 46 mit zwei Anschlägen 46a und 46b in der Mittellage arretiert. Die Stützgabel ist über einen Schlitz 47 an zwei gehäusefesten
Schraubenbolzen 48 geführt. In einem schräg zum Schlitz 47 verlaufenden Steuerschlitz 49 greift ein
Stift 50 eines Hebels 51 ein, der an einem gehäusefesten Bolzen 52 gelagert ist und durch eine Zwei- schenkelfeder 53, die sich an einem Stift 54 abstützt, nach links in der Zeichnung verschwenkt wird. An diesem Hebel 51 greift der Stempel 55 eines elektrischen Lösemagneten 56 an, der nach Einschaltung den
Hebel 51 nach rechts verschwenkt, dadurch über 50,49 die Arretiergabel 46 nach unten zieht und den
Waagebalken 16 frei gibt. Sobald man den Magneten 56 abschaltet, wird durch die Feder 53 der gezeig- te Zustand wieder hergestellt.
Dabei wird über einen an der Arretiergabel 46 sitzenden Winkel- anschlag 57 ein Schalter 58 geschlossen, der in noch näher zu beschreibender Weise ein Registrierwerk einschaltet.
In Fig. 2 ist mit 59 der Stellmotor bezeichnet, der über ein Untersetzungsgetriebe 60 das Zähl- und
Registrierwerk 10 antreibt, welches wieder formschlüssig mit der Welle 23 verbunden ist. 61 ist ein
Druckmotor, der am Ende der Messung ein nicht weiter gezeigtes Stempelwerk betätigt. Gegebenenfalls kann in die Verbindung zwischen 10 und 23 eine justierbare Kupplung angeschaltet werden. Weiterhin kann die Welle 23, z. B. über Kurvenscheiben, Schalter 62,63 steuern, die den Motor abschalten, wenn die Torsionsfeder nach der einen oder andern Richtung überdreht wird bzw. ein Signal auslösen, wenn ein vorgegebener Toleranzbereich überschritten wird.
Mit 64 ist noch eine mechanische Bremse bezeich- net, die durch eine Feder 65 belastet ist und durch einen Lüftmagneten 66 gesteuert wird. Über einen
Stecker 67 kann ein weiteres Registrierwerk, z. B. ein Kartenlocher, angeschlossen werden.
In Fig. 5 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen der Stellmotor 59 und das Zähl- und Registrier- werk 10, unmittelbar auf der Welle 23 sitzend, dargestellt. Auch die Anordnung an der Arretiergabel 46 ist vereinfacht wiedergegeben.
Der elektrische Teil im Einschub 2 ist über einen Netzstecker 68 an das Stromnetz angeschlossen.
Über den Schalter 5 wird die Primärspule 69 eines Transformators 70 an Spannung gelegt, wobei durch Einstellen eines Kontaktes 71 die Primärwicklung des Transformators an die vorhandene Netzspannung angepasst werden kann. Über eine erste Sekundärspule 72 erhält die Lampe 6 Spannung, die anzeigt, dass die Waage messbereit ist. Dieser Sekundärspule liefert über Leitungen 73,74 Strom für die Glühlampen 41,42 und die von den Photozellen 43, 44 gesteuerten Verstärker Va und Vb. Eine weitere Sekundärspule 75 liefert über einen Gleichrichter 76 und die Leitungen 77, 78 den Anodenstrom für die beiden Verstärker, Diese steuern wieder Relais A, B mit als Polwender geschalteten Kontakten A1, A2, Bl, B2.
Ein Bremsrelais C weist eine EinschaltspuleCa und eine Haltespule Cb und weiterhin Kontakte Cl und C2 auf, während ein Motorrelais D mit einer Einschaltspule Da, einer Haltespule Db und Kontakten D1 und D2 versehen ist. Der Einschaltstromkreis für die Spulen Ca und Da führt über einen Handschalter 79, dem ein Stecker bzw. eine Steckbuchse 80 für Fernsteuerung parallelgeschaltet ist.
Ein Gleichrichter 81, der von einer dritten Sekundärspule 82 gespeist wird, liefert über die Leitung 83 positive Spannung und über die Leitung 84 negative Spannung für die Steuerung des Motors 59 und für die Relais C, D. Mit 59 soll im folgenden auch die Ankerwicklung bezeichnet werden. Hier ist der Motor als Hauptstrommotor mit einer Feldwicklung 85 ausgebildet, die über eine Leitung 86 ständig an positiver Spannung liegt. In dieser Leitung ist ein regelbarer Widerstand 87 eingeschaltet, dem der Arbeitskontakt Cl parallelgeschaltet ist. Weiterhin ist über den Arbeitskontakt C2 der Lüftmagnet 66 zwischen die Leitungen 86 und 84 eingeschaltet. Parallel zur Haltespule Db ist ein Kondensator Dc angeordnet, der bewirkt, dass das Relais D bei kurzzeitigem Unterbrechen der Halteleitung nicht abfällt.
Die Halteleitungen Cb und Db liegen in einer Leitung 88, welche über den Arbeitskontakt D1 die Leitung 84 mit den Kontakten B1 und A2 verbindet. An die Kontakte B2 und Al ist die Klemme E der Feldwicklung 85 angeschlossen. Der Kontakt D2 steuert wieder über Leitungen 89, 90 den Lösemagneten 56. An die Leitung 90 ist der Schalter 58 angeschlossen, der über Leitungen 91,92 das Zähl- und Registrierwerk 10 steuert.
Vor Beginn des Wägevorganges hat regelmässig die Last den Waagebalken 16 aus seiner Nullage ausgelenkt. Dabei wird z. B. die Photozelle 43 abgedeckt, während die Photozelle 44 beleuchtet wird und über den Verstärker Vb das Relais B einschaltet. Wenn man jetzt kurzzeitig den Schalter 79 drückt, so werden die Relais C, D über ihre Spulen Ca, Da eingeschaltet und halten sich über ihre Spulen Cb, Db, die über den Kontakt D1 an Spannung gelegt sind. Dieser Schaltzustand ist in der Zeichnung dargestellt.
Der Motorstromkreis ist über die Kontakte Bl, B2 geschlossen, und der Motor 59 läuft, z. B. im Rechts-
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drehsinne, mit grosser Geschwindigkeit an, da der Widerstand 87 durch den Kontakt C1 kurzgeschlossen ist.
Die Verstärker Va und Vb sind so eingestellt, dass der bei halber Beleuchtungsstärke von den Photo- zellen 43,44 gelieferte Strom nicht ausreicht, die zugehörigen Relais zu halten bzw. zum Ansprechen i zu bringen. Beim Durchfahren der Nullage fällt daher auch das Relais B ab, und kurzzeitig sind beide
Relais A, B abgeschaltet. Da hiebei der Stromkreis für die Haltespulen Cb und Db unterbrochen wird, fällt das Relais C ab, öffnet über den Kontakt C2 den Stromkreis des Lüftmagneten 66. Von da ab bleibt die Bremse 64 über ihre Feder 65 bis zu Beginn eines neuen Messvorganges geschlossen. Gleichzeitig wird der Kontakt Cl geöffnet und schaltet den Widerstand 87 in den Motorstromkreis ein.
Das Relais D hält sich jedoch über seinen Kondensator Dc, bis das Relais A anspricht und den Mo- tor 59 in entgegengesetzter Drehrichtung mit vorgeschaltetem Widerstand 87 anschaltet. Der Motor wird bis zum Stillstand durch Gegenstrom und die Bremse 64 abgebremst und läuft dann mit langsamer Dreh- zahl im Linksdrehsinne zurück, bis der Waagebalken 16 die Nullage erreicht hat und auch das Relais A abfällt. Durch die Bremse 64 wird das gesamte Stellgetriebe augenblicklich angehalten. Nunmehr fällt auch das Relais D ab und öffnet über den Kontakt D2 den Stromkreis für den Lösemagneten 56. Der Waa- gebalken 16 wird über die Feder 53 arretiert, und durch den Schalter 58 wird der Stromkreis für das Zähl- und Registrierwerk 10 geschlossen. Das Messergebnis wird gedruckt und gegebenenfalls auf einer Lochkar- te festgehalten.
Dabei erlischt auch die zu Beginn des Messvorganges über den Kontakt Dl eingeschaltete
Lampe 7 und zeigt das Ende der Wägung an. Das Registrierwerk schaltet sich selbsttätig ab, und die Waa- ge ist für eine neue Messung bereit.
Zum Unterschied von Fig. 5 ist nach Fig. 6 die Feldwicklung 85 in den Nebenschluss gelegt und par- allel zu den Steuerkontakten der Relais A, B angeordnet. Mit 93 ist eine zweite Feldwicklung eines Ver- bundmotors bezeichnet, die an Stelle der Brücken 94 und 95 wahlweise hinter oder vor den Steuerkontak- ten der Relais A, B in den Ankerstromkreis eingeschaltet werden kann. Im Ankerstromkreis ist noch ein weiterer regelbarer Widerstand 95 vorgesehen, der sich zur genauen Einstellung der jeweils gewünschten
Motordrehzahl verwenden lässt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Torsionsfederwaage mit Gewichtsabgleich mittels eines Stellmotors der selbsttätig bei Auslen- kung des Waagebalkens aus der Nullage eingeschaltet und bei Wiedererreichen der Nullage abgeschaltet wird, nach Patent Nr. 220387, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relaissteuereinrichtung vorgesehen ist, durch welche der Stellmotor (59) nach dem ersten Durchgang des Waagebalkens (16) durch die Nullage durch Gegenstrom abgebremst und mit langsamer Drehgeschwindigkeit inder entgegengesetzten Dreh - richtung in Gang gesetzt wird, bis der Waagebalken zum zweiten Male die Nullage erreicht.