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PATENTANSPRÜCHE Elektrische Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit einer Waagschale, einem Übersetzungshebel und einer am Übersetzungshebel angebrachten Flachspule, die sich im Feld eines ortsfesten Permanentmagnetsystems befindet, dessen Weicheisenrückschluss einen teilweise geschlossenen Kasten bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene der Flachspule (10) senkrecht zur Drehachse des Übersetzungshebels (7) steht und dass der kastenförmige Weicheisenrückschluss (20, 21, 21', 28) mindestens eine, zumindest teilweise offene Seite in der Längsrichtung des Übersetzungshebels (7) zu dessen Drehachse hin aufweist.
2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachspule (10) einen rechteckigen Querschnitt besitzt.
3. Elektrische Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachspule (10) an ihrer kürzeren Seite so mit dem Übersetzungshebel (7) verbunden ist, dass sie dessen Verlängerung bildet.
4. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der kastenförmige Weicheisenrückschluss (20, 21, 21', 28) auf beiden Seiten in der Längsrichtung des Übersetzungshebels (7) wenigstens teilweise offen (31, 29) ist.
5. Elektrische Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kastenförmige Weicheisenrückschluss aus einem U-förmig gebogenen Stanz-Biege-Teil (21) und einer ebenen Platte (20) besteht (Fig. 2).
6. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kastenförmige Weicheisenrückschluss aus einem Stanz-Biege-Teil (21 '), das an drei Seiten abgewinkelt ist, und einer ebenen Platte (20) besteht, wobei die offene Seite des Kastens in der Längsrichtung des Übersetzungshebels (7) zu dessen Drehachse hin angeordnet ist (Fig. 3).
7. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kastenförmige Weicheisenrückschluss aus einem Stanz-Biege-Teil (28), das an vier Seiten (28', 28", 28"', 28"") abgewinkelt ist, und einer ebenen Platte (20) besteht, wobei die in der Längsrichtung des Übersetzungshebels (7) zu dessen Drehachse hin befindlichen Seite 28"" eine Ausnehmung (29) aufweist, die mindestens dem Querschnitt der Flachspule (10) entspricht (Fig.
4).
8. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Platte (20) rechtekkige Ausnehmungen (25) aufweist, in die entsprechende Nasen (26) des U-förmig gebogenen Stanz-Biege-Teiles (21) bzw. des an drei Seiten abgewinkelten Stanz-Biege-Teiles (21') bzw. des an vier Seiten abgewinkelten Stanz-Biege Teiles (28) hineinragen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit einer Waagschale, einem Übersetzungshebel und einer am Übersetzungshebel angebrachten Flachspule, die sich im Feld eines ortsfesten Permanentmagnetsystems befindet, dessen Weicheisenrückschluss einen teilweise geschlossenen Kasten bildet.
Waagen dieser Art sind z.B. aus der DE-OS 3 127939 bekannt. In der dort gezeigten Ausführungsform liegen Permanentmagnet und Flachspule waagerecht, was eine sehr geringe Bauhöhe erlaubt, jedoch eine Kraftumlenkung durch einen Winkelhebel erforderlich macht. Ausserdem erstreckt sich der längere Hebelarm des Winkelhebels in senkrechter Richtung, so dass seine Hebellänge und damit das erreichbare Ubersetzungsverhältnis sehr begrenzt ist.
Weiter ist es aus dem DE-GM 8007390 bekannt, einen kastenförmigen Magneten mit zwei seitlichen Öffnungen (senkrecht zur Hebellängsachse) zu benutzen, in dem sich eine Spule befindet, deren Achse in Richtung der Hebellängsachse verläuft. Diese Bauart bedingt eine zusätzliche dritte Öffnung im Weicheisenrückschluss, um die Spule mit dem Übersetzungshebel zu verbinden. Diese Verbindung kann erst nach Montage des Magneten und des Übersetzungshebels in der Waage erfolgen; dabei besteht die Gefahr, dass die empfindlichen Lager des Übersetzungshebels beschädigt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs genannt Art so auszubilden, dass einfache Bauteile benutzt werden können, dass eine problemlose Montage möglich ist und dass die Länge des Übersetzungshebels nicht eingeschränkt ist.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Ebene der Flachspule senkrecht zur (waagerechten) Drehachse des Übersetzungshebels steht und dass der kastenförmige Weich- eisenrückschluss mindestens eine, zumindest teilweise offene Seite in der Längsrichtung des Übersetzungshebels zu dessen Drehachse hin aufweist.
Durch die senkrecht stehende Flachspule ergibt sich direkt eine senkrechte Kompensationskraft, so dass auf eine Kraftumlenkung durch einen Winkelhebel verzichtet werden kann. Damit ist auch die Länge des Übersetzungshebels frei wählbar. Durch die Anordnung der Flachspule senkrecht zur Drehachse des Übersetzungshebels - Flachspule und Übersetzungshebel also in einer Ebene - kann die offene Seite des kastenförmigen Weicheisenrückschlusses in der Längsrichtung des Übersetzungshebels zu dessen Drehachse hin liegen.
Bei der Montage lässt sich dadurch die bereits mit dem Übersetzungshebel verbundene Flachspule leicht in das ebenfalls bereits fertig zusammengesetzte Permanentmagnetsystem hineinschieben.
Die Flachspule weist vorteilhafterweise einen rechteckigen Querschnitt auf, da in diesem Fall keine seitlichen Kraftkomponenten entstehen, die nicht zur resultierenden Kompensationskraft beitragen. Zweckmässigerweise ist dabei die Flachspule mit ihrer kürzeren Seite so mit dem Übersetzungshebel verbunden, dass sie dessen Verlängerung bildet.
In diesem Fall erzeugt die längere Spulenseite die Kompensationskraft, so dass sich eine optimale Ausnutzung des Kompensationsstromes ergibt. Dadurch, dass die Flachspule in der Verlängerung des Übersetzungshebels angeordnet ist, ragt der Übersetzungshebel nicht in den kastenförmigen Weicheisenrückschluss hinein; die Grösse des kastenförmigen Weicheisenrückschlusses braucht also nur für die Grösse der Flachspule und die Grösse der Permanentmagnete dimensioniert zu sein.
Die Herstellung des kastenförmigen Weicheisenrückschlusses und seine Montage am Wägesystem ist besonders einfach, wenn er aus einem U-förmig gebogenen Stanz-Biege Teil und einer ebenen Platte zusammengesetzt ist. Die Verbindung dieser beiden Teile erfolgt vorteilhafterweise so, dass die ebene Platte rechteckige Ausnehmungen aufweist, in die entsprechende Nasen des U-förmig gebogenen Stanz Biege-Teils hineinragen. Durch ein Anstauchen dieser Nasen ergibt sich eine einfache und dauerhafte Verbindung der beiden Teile.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung besteht der kastenförmige Weicheisenrückschluss aus einer ebenen Platte und aus einem Stanz-Biege-Teil, das nicht nur an zwei Seiten - wie in der ersten Ausgestaltung - sondern an drei Seiten abgewinkelt ist. Die verbleibende offene Seite des
kastenförmigen Weicheisenrückschlusses ist dabei in Längs richtung-des Übersetzungshebels zu dessen Drehachse hin angeordnet. Die zusätzlich geschlossene hintere Seite des Weicheisenrückschlusses ergibt eine verbesserte magnetische Abschirmwirkung, besonders nach hinten. Auch wenn sich in der hinteren Seite evtl. notwendige, kleinere Löcher aus Ausnehmungen befinden, bleibt doch eine Verbesserung der Abschirmwirkung bestehen.
In einer dritten vorteilhaften Ausgestaltung besteht der kastenförmige Weicheisenrückschluss aus einer ebenen Platte und aus einem Stanz-Biege-Teil, das an vier Seiten abgewinkelt ist. Dadurch würde eigentlich ein allseitig geschlossener Kasten entstehen. Da jedoch in der vierten abgewinkelten Seite - diejenige in Längsrichtung des Übersetzungshebels zu dessen Drehachse hin - eine Ausnehmung ausgestanzt ist, verbleibt eine Öffnung, durch die die Flachspule eingeschoben werden kann. Diese Ausgestaltung verbessert die magnetische Abschirmwirkung nochmals, besonders nach vorn zum Übersetzungshebel hin. Die Verbindung zwischen Platte und Stanz-Biege-Teil erfolgt in allen Ausgestaltungen vorteilhafterweise über rechteckige Ausnehmungen und entsprechende Nasen, wie bereits bei der ersten Ausgestaltung beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beispielsweise beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 die elektrische Waage in einem Längsschnitt, wobei auch die wesentlichen elektrischen Baugruppen als lBlock- schaltbild eingezeichnet sind,
Fig. 2 einen Schnitt durch das Permanentmagnetsystem und die Flachspule längs der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der beiden Teile des kastenförmigen Weicheisenrückschlusses aus Fig. 1 vor der Montage und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der beiden Teile des kastenförmigen Weicheisenrückschlusses in einer anderen Ausgestaltung vor der Montage.
Die elektronische Waage in Fig. 1 enthält einen gehäusefesten Stützteil 1, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Der Lastaufnehmer trägt in seinem oberen Teil die Lastschale 3 zur Aufnahme des Wägegutes und überträgt die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein Koppelelement 9 auf den kürzeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7. Der Übersetzungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Stützteil 1 gelagert.
Am längeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7 ist die Flachspule 10 befestigt. Das Permanentmagnetsystem, in dessen magnetischen Feld sich die Flachspule befindet, besteht aus mindestens zwei quaderförmigen Permanentmagneten 11 und 12, die an einer weichmagnetischen Platte 20 befestigt sind. Den weiteren magnetischen Rückschluss bildet ein U-förmig gebogenes Teil 21, das in Fig. 1 nur mit seinen beiden angeschnittenen Schenkeln oben und unten erkennbar ist. Dieses Permenentmagnetsystem wird weiter unten anhand der Fig. 2 und 3 noch näher beschrieben.
Der Kompensationsstrom für die Flachspule 10 wird von einem Regelverstärker 14 geliefert und dieser über bewegliche Zuleitungen 13 zugeführt. Die Grösse des Kompensationsstromes wird in bekannter Weise durch den Lagensensor 15 und den Regelverstärker 14 so geregelt, dass Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Wägegutes und der elektromagnetischen Kompensationskraft herrscht. Der Kompensationsstrom erzeugt an einem Messwiderstand 16 eine Messspannung, die einem Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einem Mikroprozessor 18 übernommen und in der Anzeige 19 digital angezeigt. Fig. 2 zeigt das Permanentmagnetsystem und die Flachspule 10 im Schnitt. Als tragendes Teil des Per manentmagnetsystems dient eine Weicheisenplatte 20, die mit Schrauben 22 am Stützteil 1 befestigt ist.
Auf dieser Weicheisenplatte 20 ist ein U-förmig gebogenes Teil 21 aus Weicheisen befestigt. Diese Befestigung erfolgt gemäss Fig. 3 durch vorstehende Nasen 26 im U-förmig gebogenen Teil 21, die in entsprechende rechteckige Ausnehmungen 25 in der ebenen Platte 20 hineinragen. In bekannter Weise werden dann durch einen Stauchvorgang die Nasen 26 so auseinan dergedrückt, dass sie sich in den Ausnehmungen 25 verkeilen und eine feste Verbindung entsteht. In Fig. 3 sind vier solcher
Verbindungsstellen vorgesehen, ihre Anzahl kann jedoch auch höher gewählt werden.
Die Platte 20 und das U-förmig gebogene Teil 21 bilden den magnetischen Rückschluss für die vier Permanentmag nete 11, 12, 23 und 24, die von innen an diesem magnetischen
Rückschluss befestigt sind. Die Magnetisierungsrichtung ist in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet: Die beiden oberen
Permanentmagnete 11 und 23 sind in einer Richtung magnetisiert, die beiden unteren Permanentmagnete 12 und 24 in der entgegengesetzten Richtung. Die Windungen der Flach- spule 10 befinden sich also mit ihren oberen und unteren Schenkeln in magnetischen Feldern entgegengesetzter Richtung, sodass der in beiden Schenkeln in entgegengesetzter Richtung fliessende Kompensationsstrom überall eine senkrechte Kompensationskraft gleicher Richtung erzeugt.
Statt der vier Permanentmagnete I 1,12,23 und 24 auf beiden Seiten der Flachspule 10 reichen selbstverständlich auch zwei Permanentmagnete (beispielsweise 11 und 12), die entsprechend dicker ausgebildet sind.
Die Flachspule 10 ist auf einen Spulenkörper 27 (Fig. 2) gewickelt, der aus einem Blech besteht, aus dem zwei Blechstreifen abgewinkelt sind. Selbstverständlich sind auch andere Spulenkörper oder auch freitragende Spulen möglich
Die Platte 20 und das U-förmig gebogene Teil 21 des magnetischen Rückschlusses bilden einen Kasten, der zwei offene Seiten in Längsrichtung des Übersetzungshebels aut- weist - in Fig. 1 also links und rechts. Durch diese offenen Seiten kann der Übersetzungshebel 7 mit der Flachspule bei der Montage leicht in das Permanentrnagnetsystem eingeschoben werden. Weitere Öffnungen im magnetischen Riick- schluss sind nicht nötig.
Bei entsprechender Ausgestal':urg des Stützteiles 1 und mit einem Lagensensor 15, der z.B. zwischen Flachspule 10 und Drehgelenk 8 am ijbersetzungs hebel 7 befestigt ist, lässt sich auch das Permanentmagnetsy- stem bei der Montage über das sonst fertig montierte Wägesystem schieben. In diesem Fall kann auch die in Fig. 3 unsichtbare Seite des Weicheisenrückschlusses rechts hinten durch ein zusätzliches abgewinkeltes Blechteil 30 verschlossen werden. Dieses Stanz-Biege-Teil 21' weist dann drei abgewin kelte Seiten auf. Auf diese Weise ergibt sich eine verbesserte magnetische Abschirmung.
Aber auch wenn sich der Lagensensor 15 rechts von der Flachspule 10 - gemäss der in Fig. 1 gezeichneten Lage - befindet, kann das zusätzliche Blechteil beibehalten werden, es muss nur ein kleines Loch 31 aufweisen, durch das Lagensensor 15 und Spulenkörper 27 verbunden werden können.
Eine weitere Verbesserung der Abschirmwirkung lässt sich durch eine Ausgestaltung des kastenförmigen Weicheisenrückschlusses gemäss Fig. 4 erzielen. Das Stanz-Biege-Teil 28 weist hierbei an allen vier Seiten abgewinkelte Bleche 28', 28", 28"', 28"" auf. Im vorderen abgewinkelten Blech 28"" ist eine rechteckige Ausnehmung 29 vorhanden, durch die nach der Montage des kastenförmigen Weicheisenrückschlusses die Fachspule 10 eingeschoben werden kann. Die hintere, in Fig. 4 nicht sichtbare Seite des kastenförmigen Weicheisenrückschlusses ist entweder ganz geschlossen oder weist nur ein kleines Loch 31 für die Befestigung der Abtastung am Spulenkörper auf.
Die Verbindung zwischen dem Stanz-Biege-Teil 28 und der ebenen Platte 20 erfolgt wieder durch vorstehende Nasen 26 am Stanz-Biege-Teil 28, die in entsprechende Ausnehmungen 25 in der ebenen Platte 20 hineinragen und dort verkeilt werden. Trotz der guten magnetischen Abschirmwirkung benötigt auch diese Ausgestaltung nur einfache Teile, die eine leichte Montage ermöglichen.
Die Erfindung wurde im vorstehenden am Beispiel einer elektrischen Waage mit Parallelführung und Übersetzungshebel erläutert. Die erfindungsgemässen Vorteile ergeben sich jedoch auch bei einer elektrischen Waage mit Wägebrücke und nachgeschalteten Übersetzungshebel(n).