Elektromagnetische Waage
Diese Erfindung betrifft eine elektromagnetische Waage mit einer Waagschale.
Es sind d schon elektromagnetische Mittel in Präzi- sionswaagen zum Erleichtern des Bestimmens des Gewichtes von Wägegut eingesetzt worden. Typische Ausführungen derartiger Waagen sind Gleichgewichtswaagen, bei denen das zu wägende Gut in eine Waagschale gegeben, wodurch das Gleichgewicht gestört wird und eine Auslenkung eines Teiles der Waage bewirkt. Unter der Einwirkung eines magnetischen Feldes, erzeugt durch einen Elektromagneten, wird die Waage wieder in die ursprüngliche Lage gebracht. Aus der Stärke, des zur Rückführung benötigten, magnetischen Feldes, kann das Gewicht, des auf der Waagschale liegenden Gutes, hergeleitet werden.
Andere bekannte Waagen, die elektromagnetische Mittel aufweisen, enthalten einen Elektromagneten in der Form einer Erregerwicklung. Das Gewicht, des zu wägenden Gutes, wirkt auf einen, in das Innere der Erregerwicklung eingeführten Ankers, so dass dieser teilweise aus der Erregerwicklung herausgezogen wird.
Dieser Bewegung wirkt das Magnetfeld entgegen und das Gewicht des Gutes lässt sich durch Messen des Verschiebungsweges des Ankers bestimmen.
Eine allgemeine Eigenschaft derartiger Waagen mit elektronischen Mitteln ist, dass die genaue Bestimmung des dynamischen Gleichgewichtes eines Teiles der Waage, welches Gleichgewicht vom Gewicht des Gutes beeinflusst wird, zur Bestimmung des Gewichtes des Wägegutes herangezogen wird. Die Genauigkeit des Wägevorganges ist hauptsächlich von der exakten Erfassung der anfänglichen Lage der den Gleichgewichtszustand anzeigenden Teile und der Lage dieser Teile nach dem Auflegen des Wägegutes abhängig.
Beim erstgenannten bekannten Ausführungsbeispiel wird jene elektromagnetische Kraft bestimmt, welche nötig ist, um die Waage in ihre ursprüngliche Lage zurückzuversetzen. Wird der Ausgleich ein wenig vor oder nach dem Erreichen der Gleichgewichtslage beendet, dann ist die Anzeige entsprechend verfälscht.
Beim zweiten bekannten Ausführungsbeispiel ist, wenn genaue Messwerte erzielt werden sollen, ein genauer Vergleich der anfänglichen und der nachfolgenden dynamischen Gleichgewichtslage erforderlich, erst anschliessend kann durch die Messung des magnetischen Kraftfeldes das Gewicht bestimmt werden.
Die erwähnten Lagebestimmungen können von einer Bedienungsperson mit ihren Augen wahrgenommen werden, indem sie die relative Lage eines, durch das Gewicht des Gutes beeinflussten, Gliedes der Waage gegenüber einer festen Skala beobachtet. Dieses Verfahren schhesst menschliche Unzulänglichkeiten nicht aus, und es können falsche Resultate abgelesen werden. Es sind schon optische Fühler, z. B. lichtempfindliche Zellen, zur Anwendung vorgeschlagen worden, aber derartige Ausführungen, mit den dazu notwendigen Stromkreisen sind kompliziert und teuer. Es können trotzdem Fehler entstehen, die von der Dauer, welche ein Glied der Waage benötigt, um in den Fühlerbereich einzutreten und jenen Punkt zu erreichen, an welchem der Fühler in Aktion tritt, abhängen.
Mechanische Fühlervorrichtungen sind mit den gleichen Fehlerquellen behaftet.
Der Zweck der Erfindung ist, eine elektromagnetische Waage zu schaffen, die eine genaue Bestimmung des Gewichtes eines Wägegutes erlaubt, welche die Nachteile der oben erwähnten Waagen nicht aufweist und bei der sich die Bestimmung des Gewichtes nur auf das Bestimmen der elektromagnetischen Kraft beschränkt.
Der Erfindungsgegenstand ist gekennzeichnet durch einen an der Waagschale befestigten Weicheisenanker, durch einen über dem letzteren angeordneten Elektromagneten, dessen Pole einen Anschlag für den Anker bilden, durch Mittel zum Erregen des Elektromagneten, durch Mittel zum Einstellen der magnetischen Feldstärke zwischen einem Minimal- und Maximalwert und durch Mittel zum Anzeigen des Momentanwertes einer der Feldstärke entsprechenden Grösse.
Die Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer elektromagnetischen Waage, von deren Gehäuse ein Teil weggeschnitten ist,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Waage entlang der Linie 2-2 in der Fig. 1,
Fig. 3 eine Seiten, ansicht eines Fühlkontaktes mit einer schematischen Darstellung eines zugehörigen Stromkreises und
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Stromkreises der elektromagnetischen Waage.
Eine elektromagnetische Präzisionswaage enthält einen am Rahmenträger befestigten Elektromagneten und Mittel zum Speisen des Elektromagneten in der Weise, damit eine Bedienungsperson die Feldstärke des Elektromagneten zwischen hohen und niederen Werten einstellen kann. Eine das zu wägende Gut aufnehmende Waagschale ist mit einem Anker des Elektromagneten mechanisch verbunden. Der Anker wird durch magnetische Kraft gegen einen Anschlag gezogen und die Schwerkraft wirkt auf den Anker, die Waagschale und das Wägegut in entgegengesetzter Richtung ein.
Es sind Mittel zum Anzeigen der veränderlichen Grösse, welche eine Funktion der Stärke des magnetischen Feldes ist, vorgesehen.
Beim Wägen eines Gutes wird zuerst ein relativ starkes Magnetfeld eingestellt und nachher das zu wägende Gut in die Waagschale gelegt. Der Anker wird durch die magnetische Kraft, entgegen der Schwerkraftwirkung, an den Anschlag gezogen.
Danach verringert die Bedienungsperson das magnetische Feld, indem sie hiezu geeignete Mittel bedient, bis die Feldstärke einen Wert erreicht, bei welchem die magnetische Kraftwirkung auf den Anker geringer als die auf den Anker und die Waagschale mit dem zu wägen den Gut einwirkende, Schwerkraft ist. Der Anker löst sich dann mit einem Ruck vom Anschlag. Die Feldstärke, die gerade beim Abfallen des Ankers wirksam gewesen ist, welche von den anzeigenden Mitteln abgelesen werden kann, stellt ein Mass für das Gewicht des Gutes dar.
In der Zeichnung ist die elektromagnetische Waage mit 10 bezeichnet. Sie enthält ein Gehäuse 12, in dessen Innern die andern Teile der Waage untergebracht sind. Das Gehäuse kann auf jeder horizontalen flachen Unterlage, z. B. einem Tisch, vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material, wie holz oder Kunststoff, aufgestellt werden. Im Gehäuse ist eine von aussen zugängliche, horizontale Grundplatte 14 untergebracht.
Diese Grundplatte 14 und die obere Wand 16 des Gehäuses begrenzen einen Teil einer Aussparung, in welcher der Wägevorgang durchgeführt wird.
Die Waage 10 enthält ferner einen Elektromagneten 18 mit einem lamellierten Weicheisenkern 20 und einer um den mittleren Teil des Kerns angeordneten Erregerwicklung 22. Der Weicheisenkern 20 ist von U-förmiger Gestalt. Seine e Polsehenkel sind nach unten gerichtet, so dass die Polflächen 24 und 26 in derselben horizontalen Ebene liegen. Der Abstand der Pol.- schenkel ist relativ klein, damit kein allzu grosses Streufeld entsteht und dass fremde Einflüsse auf das Nützfeld so klein wie möglich sind, um damit die Genauigkeit der Waage zu steigern. Der Elektromagnet 18 ist mit einer Bride 28 auf der unteren Seite der oberen Wand 16 der Waage befestigt.
Die Waage enthält ausserdem einen mit dem Elek tromagneten 18 zusammenarbeitenden Weicheisenane ker 30. Dieser Anker ist rechteckförmig und gegenüber den Polflächen 24, 26 des Elektromagneten 18 angeordnet. Um den Anker 30 nach jedem Abfallen wieder in die gleiche Lage gegenüber den Polflächen 24, 26 zu bringen, sind an den Polschenkeln zwei nicht magnetische Führungsstücke 32 auf den Aussenseiten derselben befestigt. Durch diese Führungsstücke 32 wird der Anker 30 während dem Anzug in die richtige Lage geführt. Die Polschuhe bilden einen Anschlag zum Begrenzen der Aufwärtsbewegung des Ankers, wenn der Elektromagnet 18 erregt wird.
Eine aus nichtmagnetischem Material hergestellte Waagschale 34, zum Aufnehmen des zu wägenden Gutes 36, ist am Anker 30 befestigt. Die Waagschale enthält eine horizontal angeordnete Scheibe 38, auf welche das Gut 36 gelegt werden kann, und ein Paar senkrechte Träger 40, die am Rand der Scheibe 38 befestigt und die mit dem Anker 30 fest verbunden sind. Wenn die Feldstärke des Elektromagneten auf einen grossen Wert eingestellt ist, wird der Anker 30 fest gegen die Polflächen 24 und 26 des Elektromagne ten gezogen und d in dieser Lage gehalten. Der Elektro- magnet hält demnach die Waagschale 34, den Anker 30 und irgend ein zu wägendes Gut, welches sich auf der Waagschale befindet, im angezogenen Zustand.
Der elektromagnetischen Kraftwirkung wirkt die Schwerkraft entgegen, welche den Anker, die Waagschale und das Wägegut nach unten ziehen möchte. So lange die elektromagnetische Kraftwirkung g grösser als die Wirkung der Schwerkraft ist, oder anders ausgedrückt, grösser als das Gewicht des Ankers, der Waagschale und des Wägegutes ist, liegt der Anker an dem durch die Polschenkel gebildeten Anschlag auf.
Geeignete Mittel gestatten der Bedienungsperson die Feldstärke des Elektromagneten durch Verändern der dem Elektromagneten zugeführten Energie zu steuern.
Die Feldstärke kann zwischen einem hohen und einem niedrigen Wert verändert werden. Der hohe Wert ist vom grössten Gewicht des zu wägenden Gutes abhängig und der niedere Wert kann null sein, wenn beispielsweise der Elektromagnet nicht erregt ist. In der Fig. 4 ist der Stromkreis für die Erregung des Elektromagneten dargestellt. Er enthält eine Wechselstromquelle 42, deren Spannung an einen Widerstand 44 angelegt ist. Dieser Widerstand ist ein Teil eines Potentiometers 46. Ein verschiebbarer Abgriff 48 des Potentiometers ist über einen veränderbaren Widerstand 57 mit einem Anschluss der Erregerwicklung 22', die um den Kern 20' angeordnet ist, verbunden. Der andere Anschluss der Erregerwicklung ist mit einem Ende des Widerstandes 44 verbunden.
Der Elektromagnet 18' wirkt über einen Anker 30' auf die Waagschale 34', auf der sich das zu wägende Gut 36' befindet. Zur Konstanthaltung der Betriebsspannung für die Speisung des Widerstandes 44 ist, in Reihenschaltung mit der Wechselstromquelle, noch ein Spannungsregulator 50 vorgesehen.
Die Verschiebung des Abgriffes 48 kann durch die Bedienungsperson, indem sie einen mit dem Potentiometer verbundenen Knopf dreht, eingeleitet werden.
Auf einer Skala 54 kann die durch einen auf dem Knopf angeordneten Zeiger 56 markierte magnetische Feldstärke abgelesen werden. Die zugehörige Skala kann irgendeine Einteilung aufweisen, sie wird aber vorzugsweise in Gewichtseinheiten geeicht. Eine zu sätzliche Feinablesung ist mit Hilfe des veränderbaren Widerstandes 57 möglich. Auf einer Skala 57' ist ein Schieber 57a verschiebbar angeordnet. Auch diese Skala wird vorzugsweise auf Gewichtseinheiten geeicht.
Der Stromkreis ist ferner mit einem von Hand bedienbaren Schalter 58 zum Aus- und Einschalten des Stromkreises versehen.
Überdies sind noch Mittel zum Anzeigen, ob Ider Anker 30 mit der Waagschale 34 unter dem Einfluss der Schwerkraft vom Elektromagneten 18 abgefallen ist, oder nicht, vorgesehen. Dadurch wird der bestimmte Zustand, bei welchem der vorerst statische Zustand plötzlich ändert, erfassbar und zeigt an, wann die Ablesung des Gewichtes an den vorerwähnten Ska len erfolgen soll. Diese Mittel bestehen aus einem bei angezogenem Anker 30 geöffneten Kippschalter 60, der auf der Unterseite der Grundplatte 14 befestigt ist (Fig. 3). Der Kippschalter wird durch einen Fühler 62, dessen Kopf ein wenig über die Grundplatte 14 nach oben vorsteht, betätigt, wenn die Waagschale 34 auf der Grundplatte 14 aufliegt.
In Reihe mit dem Kippschalter 60 ist eine Lampe 66 mit der Wechselstromquelle 42 verbunden. Anstelle der Lampe kann auch ein Summer eingeschaltet werden. Das Abfallen des Ankers 30 und somit der Waagschale 34 auf die Grundplatte bewirkt, dass dieser Stromkreis geschlossen wird und die Lampe 66 aufleuchtet. Der Zwischenraum zwischen der Unterseite der Waagschale im angezogenen Zustand des Ankers und der Oberseite der Grundplatte ist klein, z. B. 3 mm, so dass das Fallen der Waagschale durch die Anzeigevorrichtung möglichst sofort gemeldet wird und ausserdem nur wenig Lärm verursacht.
Die Waage wird auf nachstehende Weise bedient:
Erst wird der Schalter 58 eingeschaltet, wodurch der Elektromagnet 18 erregt wird. Das Potentiometer 46 und d der Widerstand 57 werden so eingestellt, dass die Erregerwicklung maximal erregt wird. Der Anker 30 und die Waagschale 34 werden dadurch angehoben und in dieser Lage gehalten. Das zu wägende Gut wird auf die Waagschale gelegt. Indem die Bedienungsperson den Knopf 52 und/oder den Widerstand 57 allmählich verändert, wird die an die Erregerwicklung angelegte Spannung langsam abnehmen, wodurch die auf den Anker einwirkende magnetische Kraft schwächer wird. In einer bestimmten Stellung des Knopfes 52 und des Schiebers 57a wird der Anker und damit die e Waagschale durch die Wirkung der Schwerkraft auf die Grundplatte fallen.
Dieser Vorgang wird durch die Lampe 66 angezeigt. Die in diesem Moment durch den Zeiger 56 des Knopfes 52 auf der Skala 54 und durch den Schieber 57a auf der Skala 57' angezeigten Werte entsprechen dem Gewicht des auf der Waagschale liegenden Gutes. Mit Hilfe der Skala 57' ist, wie schon erwähnt, eine Feinablesung g möglich.
Zum Drehen des Potentiometers 46 kann ein Servomotor eingesetzt werden, der das Potentiometer in jener Richtung dreht, dass die Feldstärke des Elektromagneten abnimmt. Dieser Servomotor kann selbsttätig durch den Kippschalter 60 ausgeschaltet werden. Auf diese Weise kann das Wägen eines Gutes automatisch erfolgen, man muss nur noch den Wert des Gewichtes auf den Skalen ablesen. Es können auch andere Messkreise zum Bestimmen der Feldstärke des magnetischen Feldes für die Gewichtsabstimmung eines Gutes bestimmt werden, z. B. kann anstelle des Bestimmens des Drehwinkels des Potentiometers mit einem Strommesser der durch die Erregerwicklung fliessende Strom gemessen werden. Von diesem Strom ist die Stärke des magnetischen Feldes abhängig, so dass die Anzeige des diesen Strom messenden, Instrumentes auch für die Bestimmung des Gewichtes des Wägegutes ausgenützt werden kann.