Die vorliegende Erfindung betrifft eine balkenlose Kraftmess- oder Wägevorrichtung mit elektromagnetischer Kraftkompensation, mit einer in dem Arbeitsluftspalt eines ortsfesten Topfmagneten beweglichen Arbeitsspule und einem mit der Arbeitsspule starr verbundenen, auslenkbaren Lastaufnehmer, der durch zwei eine Parallelführung bildende Lenker mit der Konsole der Vorrichtung verbunden ist, wobei die in zwei parallelen Ebenen angeordneten Lenker je an einer Stelle mit dem Lastaufnehmer und je an zwei Stellen mit der Konsole durch elastische Biegegelenke verbunden sind. Dabei wird eine Parallelführung angewandt, wie sie beispielsweise aus der CH-PS 524 869 und der CH-PS 618 509 bekannt ist.
Eine Vorrichtung dieser Art mit ähnlicher Parallelführung ist in der DE-AS 2 518 022 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung befindet sich der Hauptteil der Magnetanordnung in dem von den Lenkern begrenzten Raum. Der Lastaufnehmer besteht aus einem Verbindungsglied, das die beiden Lenker ausserhalb der Magnetanordnung miteinander verbindet, und einem vom oberen oder unteren Ende des Verbindungsglieds ausgehenden starren Arm, der sich in den Bereich der Magnetanordnung erstreckt und an seinem freien Ende den Spulenkörper mit der Arbeitsspule trägt. Letztere taucht also von oben oder unten her in das einseitig offene Topfmagnetsystem ein.
Falls der die Arbeitsspule tragende Arm sich am unteren Ende des Verbindungsglieds befindet, kann am oberen Ende desselben ein weiterer, gleichartiger Arm für die Einleitung der zu messenden Kraft vorgesehen sein, wobei die Wirkungslinie dieser Kraft mit der Spulenachse zusammenfallen soll.
Die Arbeitsspule, welche im Betrieb der Vorrichtung Wärme entwickelt, ist bei der beschriebenen bekannten Vorrichtung in bezug auf die Parallelführung in deren vertikaler Ausdehnung unsymmetrisch angeordnet. Dieser Umstand kann eine ungleichmässige Erwärmung und Wärmeausdehnung der beiden Lenker zur Folge haben, wodurch die Geometrie der Parallelführung gestört und damit die Messgenauigkeit der Vorrichtung beeinträchtigt wird. Insbesondere bei höher auflösenden Waagen können sich solche Störungen unangenehm bemerkbar machen. Eine Erwärmung des die Arbeitsspule tragenden Arms oder im Falle zweier Arme eine ungleichmässige Erwärmung derselben kann sich ebenfalls ungünstig auf die Messgenauigkeit auswirken.
Für die Erwärmung der Lenker ist in erster Linie der Wärmeübergang durch Konvektion massgebend, die durch die offene Anordnung der Arbeitsspule ermöglicht wird, während für die Erwärmung der Arme ein Anteil an Wärmeleitung hinzukommt.
Die Erfindung hat den Zweck, die nachteiligen Wärmewirkungen der Arbeitsspule zu vermindern und die Vorrichtung noch kompakter zu gestalten, um einerseits geringere Temperaturgradienten zu erzielen und anderseits die Abmessungen der Vorrichtung weiter zu verringern und damit sowohl die Handhabung bzw. Bedienung der Vorrichtung zu erleichtern als auch deren Anwendungsbereich zu erweitern.
Dieser Zweck lässt sich bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erfüllen, dass erfindungsgemäss der Lastaufnehmer gänzlich im zentralen Bereich des von der Parallelführung begrenzten Raumes angeordnet und als Träger der Arbeitsspule ausgebildet ist, dass die Lenker in diesem Bereich je eine \ffnung für den Durchlass des Lastaufnehmers aufweisen und dass die die Lenker mit dem Lastaufnehmer verbindenden Biegegelenke je in einer Lenkerebene innerhalb der Lenkeröffnung angeordnet sind.
Aus der CH-PS 530 624 ist zwar eine Kraftmessvorrichtung bekannt, bei der der Lastaufnehmer ebenfalls gänzlich im zentralen Bereich des von der Parallelführung begrenzten Raumes angeordnet und als Träger der Arbeitsspule ausgebildet ist. Die hier angewandte Parallelführung ist jedoch von ganz anderer Art, indem dazu runde Federscheiben vorgesehen sind, welche sich in ihrer Mitte auf der Konsole abstützen und an ihrem Umfang je mit einem Ende eines hohlzylindrischen Lastaufnehmers verbunden sind. Parallelführungen dieser Art zeigen insbesondere unter Wärmeeinfluss ein unstabiles Verhalten. Sie sind ausserdem geometrisch nicht justierbar und daher für Waagen mit höherer Auflösung ungeeignet.
Die erfindungsgemässe Lösung ermöglicht demgegenüber den Aufbau einer hochauflösenden Wägezelle mit kürzerer Baulänge und zugleich besserem Wärmeverhalten.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit den genannten Eigenschaften besteht darin, dass der als Träger der Arbeitsspule ausgebildete Lastaufnehmer einen hohlzylindrischen Spulenkörper und zwei senkrecht zur Achse des Spulenkörpers verlaufende Endflanschen aufweist, dass die Endflanschen je in einer Lenkerebene innerhalb der Lenkeröffnung angeordnet und durch je ein Biegegelenk mit dem dem Lastaufnehmer zugeordneten Lenkerende verbunden sind, dass der Spulenkörper durch achsial verlaufende Stege mit den Endflanschen fest verbunden ist und dass die Arbeitsspule symmetrisch zu den beiden Lenkerebenen auf dem Spulenkörper angebracht ist.
Wenn dazu noch die die Lenker mit der Konsole verbindenden Biegegelenke an dem zentralen Bereich der Parallelführung zugewandten Seiten der diesseitigen Lenkerpartie angeordnet sind, befinden sich alle beweglichen Teile der Vorrichtung innerhalb des Raumes, dessen Länge durch die Lenkerlänge bestimmt ist, also auch die an die Lenker angeschlossenen Biegegelenke. Dadurch vermindert sich die Baulänge des aktiven Teils der Vorrichtung bei gleichbleibender Lenkerlänge um die Länge der Biegegelenke und deren Verankerung an der Konsole bzw. dem Lastaufnehmer.
Im weiteren lässt sich die Empfindlichkeit auf Wärmeeinflüsse dadurch vermindern, dass der Topfmagnet im Raum zwischen den Endflanschen des Lastaufnehmers angeordnet ist und in symmetrischem Aufbau den Spulenkörper vollständig umschliesst, wobei in zwei endseitigen Jochplatten \ffnungen vorgesehen sind, durch welche die vom Spulenkörper ausgehenden Stege zu den Endflanschen des Lastaufnehmers geführt sind.
Durch die Abkapselung der im Betrieb der Vorrichtung als Wärmequelle wirkenden Arbeitsspule und durch deren symmetrische Anordnung zwischen den beiden Lenkerebenen wird erreicht, dass einerseits die Ausbreitung der in der Ar beitsspule erzeugten Wärme vor allem durch Wärmeleitung stattfindet, während eine Wärmekonvektion bei geringem Spalt zwischen den genannten \ffnungen und Stegen praktisch vermieden wird, und andererseits die vertikale Wärmeausbreitung keine Vorzugrichtung hat, also beide Lenker in gleichem Masse beeinflusst. Auch thermisch bedingte Längenänderungen des Lastaufnehmers haben keinen Einfluss auf die Symmetrie der Parallelführung und der Lage der Arbeitsspule, so dass thermisch bedingte Nullpunktfehler erheblich vermindert werden.
Der Einfluss der Stromwärme auf das Messverhalten ist auch infolge der möglichen kompakteren Bauweise geringer, da kleinere Temperaturgradienten auftreten. Dieser Umstand erlaubt es unter Umständen sogar, den Strombelag der Arbeitsspule zu erhöhen. Dadurch verringern sich die Abmessungen der Magnetanordnung, was nicht nur den Kostenaufwand herabsetzt, sondern eine weitere, auch das Wärmeverhalten wiederum verbessernde Verminderung der Baugrösse der Vorrichtung zulässt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann über einen an sich bekannten elektrooptischen Positionsdetektor für die Erfassung der Position des Lastaufnehmers verfügen. Im Hinblick auf die hier allgemein angestrebte bauliche Symmetrie, die zu einem wesentlichen Teil zur Verminderung des Wärmeeinflusses auf das Messverhalten der Vorrichtung beiträgt, ist es vorteilhaft, auch den Positionsdetektor in gleicher Weise symmetrisch aufzubauen und anzuordnen, um thermisch bedingte Nullpunktschwankungen zu vermeiden. Solche störenden Schwankungen können z.B. dann auftreten, wenn am beweglichen Teil der Vorrichtung eine einzelne Fahne vorgesehen ist, welche in den Strahlengang einer stationären Detektoroptik eintaucht.
Sobald sich die Länge dieser Fahne unter Wärmeeinfluss ändert, verändert sich die Eintauchtiefe derselben, so dass der Lastaufnehmer in der Gegenrichtung ausgelenkt werden muss, um wieder in die durch den Positionsdetektor definierte Gleichgewichtslage zu gelangen. Dazu ist bei gleichbleibender Last eine entsprechende Änderung des ein Mass für die messende Kraft darstellenden Kompensationsstroms erforderlich.
Eine im Sinne obiger Ausführungen vorteilhafte Lösung dieses Teilproblems besteht darin, dass im Strahlengang der Detektoroptik eine aus zwei gegeneinandergerichteten Fahnen gebildete Spaltblende vorgesehen ist, wobei die Fahnen mit den Endflanschen des Lastaufnehmers verbunden sind und der Spalt zwischen den einander zugewandten Enden der Fahnen sich in der Symmetrieebene bezüglich der beiden Lenkerebenen erstreckt, wobei die Fahnen mit den Endflanschen je aus einem Stück bestehen können.
Bei der Auslenkung des Lastaufnehmers aus seiner Gleichgewichtslage entstehen Biegespannungen an den Biegestellen der Lenker, welche die Parallelführung bilden. Es hat sich gezeigt, dass diese Biegespannungen bei der Rückstellung des Lastaufnehmers in seine Gleichgewichtslage nicht restlos verschwinden, sondern durch eine Art Hysteresewirkung zum Teil aufrechterhalten bleiben. Die daraus resultierenden Restkräfte werden bei der nächsten Wägung von der Kraftmessanordnung miterfasst und können das angezeigte Wägeresultat unter Umständen erheblich verfälschen. Insbesondere davon betroffen sind hochauflösende Waagen, bei denen die Resultatabweichungen ein Vielfaches der Anzeigeeinheit betragen können, wobei sich der Anzeigefehler je nach Grösse und Richtung der vorangegangenen Auslenkung des Lastaufnehmers jeweils verändert.
Um den beschriebenen Mangel zu beseitigen, ist man bestrebt, den Bewegungsbereich des Lastaufnehmers zu begrenzen. Dieser Absicht stellt sich jedoch eine ander Schwierigkeit in den Weg. Um die genannten Restkräfte in hochauflösenden Waagen hinreichend klein zu halten, muss der Bewegungsbereich des Lastaufnehmers auf eine Wegstrecke begrenzt werden, deren Mass (z.B. 0,1 mm) mit den Toleranzwerten des Lagensensors vergleichbar ist. Dies bedeutet, dass die durch den Lagensensor definierte Gleichgewichtslage des Lastaufnehmers (Fehlersignal des Lagensensors = Null) von der Mitte eines für den Lastaufnehmer festgelegten Bewegungsbereichs so stark abweichen kann, dass der Lastaufnehmer in der einen Auslenkrichtung viel mehr Bewegungsraum hat als in der anderen Auslenkrichtung.
Infolgedessen ergeben sich unterschiedliche Einschwingzeiten des Lastaufnehmers, je nachdem dieser in der einen oder anderen Richtung ausgelenkt worden ist. Für den Wägebetrieb ist jedoch von Nachteil, wenn z.B. das Einschwingen der Waage bei Belastung derselben viel länger dauert als bei Entlastung derselben, oder umgekehrt.
Eine Lösung, welche die genannten Nachteile vermeidet, besteht in an sich bekannter Weise darin, dass zwei Anschläge vorhanden sind, welche den Bewegungsbereich des Lastaufnehmers in beiden Auslenkrichtungen begrenzen, und dass den Anschlägen eine Vorrichtung zur gemeinsamen Justierung derselben zugeordnet ist, um damit den Bewegungsbereich des Lastaufnehmers mit der durch den Positionsdetektor definierten Gleichgewichtslage des Lastaufnehmers zu koordinieren.
Im Zusammenhang mit dem zuvor vorgeschlagenen Positionsdetektor lässt sich eine besonders praktische Ausführung der genannten Lösung dadurch erzielen, dass an der Spaltblende zwei mit Abstand in Auslenkrichtung einander zugewandte Anschlagflächen vorhanden sind und dass an einem feststehenden Teil der Vorrichtung ein Stellzylinder drehbar gelagert ist, der einen exzentrisch zu seiner Drehachse angeordneten zylindrischer Ansatz aufweist, der mit dem für die Auslenkung des Lastaufnehmers erforderlichen Spiel in den Raum zwischen den genannten Anschlagflächen ragt.
Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine balkenlose Wägevorrichtung, die als sog. Wägezelle in Waagen verschiedener Nennlast oder z.B. in Prozessstrassen zum Einsatz kommen kann. Die das Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Draufsicht der Wägevorrichtung, ohne Abdeckung;
Fig. 2 Vertikalschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 Vertikalschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1;
Fig. 4 Frontalansicht der Wägevorrichtung, von links in Fig. 1; und
Fig. 5 Positionsdetektor der Wägevorrichtung nach Fig. 1, im Horizontalschnitt.
Die gezeigte Wägevorrichtung hat eine Konsole 1 in Form eines quaderförmigen Leichtmetallblocks, der diverse Ausnehmungen aufweist, in denen die verschiedenen Organe der Wägevorrichtung angeordnet sind, welche dadurch von Teilen der Konsole 1 weitgehend umschlossen sind. Diese raumfüllende, massive Konstruktion der Konsole 1 soll dazu beitragen, die Temperaturgradienten innerhalb der Wägevorrichtung auf einem möglichst tiefen Wert zu halten.
An der Front- und Oberseite der Konsole 1 sind deren Abschlussflächen 2 bzw. 3 bis auf eine verbleibende Randleiste 4 bzw. 5 zurückgesetzt. Auf diese Abschlussflächen kommt eine abgewinkelte Abdeckung (nicht dargestellt) zum Schutz vor äusseren Einflüssen zu liegen.
Im Zentrum der Konsole 1 befindet sich der ortsfeste Topfmagnet 6, der ein geschlossenes, symmetrisch aufgebautes Magnetsystem darstellt. Dieses besteht gemäss Fig. 2 aus einem Kern, der durch zwei scheibenförmige Permanentmagnete 7, 8 und eine dazwischenliegende Polscheibe 9 gebildet ist, und einem Mantel, der durch einen Polring 10 mit dem ringförmigen Polschuh 11 und zwei Jochplatten 12 und 13 gebildet ist. Zwischen dem Polschuh 11 und der Polscheibe 9 befindet sich der Arbeitsluftspalt, in welchem die Arbeitsspule 14 achsial beweglich angeordnet ist. Die untere Jochplatte 13 ist rund und hat den gleichen Aussendurchmesser wie der Polring 10, während die obere Jochplatte 12 quadratische Form hat und als Befestigungsflansch zur Befestigung des Topfmagneten 6 an der Konsole 1 ausgebildet ist.
Das ganze Paket aus den das Magnetsystem bildenden Teilen 7 bis 13 ist durch Schrauben 15 zusammengehalten, von denen in Fig. 1 nur zwei sichtbar sind. Der Topfmagnet 6 ist in eine durchgehende Bohrung 16 der Konsole 1 eingelassen und ruht mit der quadratischen Jochplatte 12 auf einer abgesetzten, durch die Kontur 17 begrenzten Montagefläche 18, an der die Jochplatte 12 an deren vier Ecken mit Schrauben 19 befestigt ist.
Der auslenkbare Lastaufnehmer der Wägevorrichtung ist als Träger der Arbeitsspule 14 ausgebildet und besteht aus einem hohlzylindrischen Spulenkörper 20, den der Topfmagnet 6 vollständig umschliesst, und zwei senkrecht zur Achse des Spulenkörpers verlaufende, rechteckförmige Endflanschen 21 und 22. An den achsialen Enden des Spulenkörpers 20 sind je zwei Stege 23, 24 bzw. 25, 26 vorgesehen, welche den Spulenkörper 20 mit den Endflanschen 21 und 22 verbinden und an den letzteren mit Schrauben 27 befestigt sind.
An den beiden Jochplatten 12 und 13 des im Raum zwischen den beiden Endflanschen angeordneten Topfmagneten 6 sind durch je zwei seitliche Ausnehmungen 28, 29 bzw. 30, 31, die bis an den Kern des Magnetsystems reichen, \ffnungen gebildet, durch welche die vom Spulenkörper ausgehenden Stege 23, 24 bzw. 25, 26 zu dem betreffenden Endflansch 21 bzw. 22 des Lastaufnehmers geführt sind.
Der Lastaufnehmer 20, 21, 22 ist durch zwei Lenker 32 und 33, die eine Parallelführung bilden, mit der Konsole 1 verbunden. In Fig. 1 ist der obere Lenker 32 durch Flächenschraffur visuell hervorgehoben. Die in zwei parallelen Ebenen angeordneten, an sich starren Lenker 32 und 33 sind T-förmig ausgebildet und je an einer Stelle durch elastische Biegegelenke 34 bzw. 35 mit den Endflanschen 21 und 22 des Lastaufnehmers und je an zwei Stellen durch elastische Biegelemente 36 bzw. 37 mit der Konsole 1 verbunden. Zur Befestigung der Biegegelenke 34 bis 37 dienen an der Konsole 1, an den Lenkern 32, 33 und an den Endflanschen 21, 22 angeschraubte Klemmplättchen 38, 39 bzw. 40, 41, 42, 43 bzw. 44, 45.
Die Lenker 32, 33 weisen in ihrem Mittelsteg 46 je eine längliche \ffnung 47 bzw. 48 für den Durchlass des Lastaufnehmers auf, wobei die Endflanschen 21, 22 des Lastaufnehmers und die diesen mit den Lenkern 32, 33 verbindenden Biegegelenke 34 bzw. 35 je in der betreffenden Lenkerebene verlaufen und sich innerhalb der genannten \ffnung 47 bzw. 48 erstrecken. Die Arbeitsspule 14 befindet sich in der Mitte des Spulenkörpers 20 und ist bezüglich der Endflanschen 21, 22 und damit auch bezüglich der beiden Lenkerebenen symmetrisch angeordnet. Sämtliche Biegegelenke 34 bis 37 weisen, von den Lenkern ausgehend, gegen den zentralen Bereich des von der Parallelführung begrenzten Raumes hin, in dem der Lastaufnehmer 20, 21, 22 und der Topfmagnet 6 angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine äusserst kompakte Bauform der Wägevorrichtung.
Die beschriebene Wägevorrichtung verfügt über einen elektrooptischen Positionsdetektor für die Erfassung der Position des Lastaufnehmers. Dieser Positionsdetektor besteht in an sich bekannter Weise aus einer stationären Detektoroptik mit Lichtquelle und Photozelle sowie einer am beweglichen Teil der Wägevorrichtung angebrachten Fahne, die in den Strahlengang der Detektoroptik hineintaucht und durch ihre Eintauchtiefe das Mass der Lichtübertragung bestimmt. Im vorliegenden Beispiel befindet sich die Detektoroptik an einem Träger 49, der an der Frontseite der Wägevorrichtung innerhalb eines Hohlraumes 50 mittels Schrauben 51 an der Konsole 1 befestigt ist. Zugleich damit ist eine vor dem Träger 49 angeordnete Leiterplatte 52 befestigt, welche einen insbesondere dem Positionsdetektor zugeordneten Teil der elektronischen Ausrüstung (nicht dargestellt) der Wägevorrichtung trägt.
Der Träger 49 besitzt zwei nach innen gerichtete Tragarme 53 und 54, die sich in einen Durchgang 55 erstrecken, der die Bohrung 16 mit dem Hohlraum 50 der Konsole 1 verbindet. In passenden Bohrungen der Tragarme 53 und 54 sitzen eine Lichtquelle 56 und eine Photozelle 57. Im Strahlengang der Detektoroptik befindet sich eine aus zwei gegeneinandergerichteten Fahnen 58 und 59 gebildete Spaltblende, wobei die Fahne 58 mit dem Endflansch 21 und die Fahne 59 mit dem Endflansch 22 des Lastaufnehmers verbunden ist bzw. mit diesem jeweils aus einem Stück besteht. Der Spalt 60 zwischen den einander zugewandten Enden der Fahnen 58, 59 erstreckt sich in der Symmetrieebene bezüglich der beiden Lenkerebenen.
Zur Begrenzung des Bewegungsbereichs des Lastaufnehmers 20, 21, 22 in beiden Auslenkrichtungen sind an der Spaltblende 58, 59 zwei mit Abstand in Auslenkrichtung einander zugewandte Anschlagflächen 61, 62 vorhanden. Am Träger 49 des Positionsdetektors ist ein Stellzylinder 63 drehbar gelagert, der einen exzentrisch zur Drehachse des Stellzylinders 63 angeordneten zylindrischen Ansatz 64 aufweist.
Der Ansatz 64 ragt mit dem für die Auslenkung des Lastaufnehmers erforderlichen Spiel in den Raum zwischen den genannten Anschlagflächen 61, 62. Durch Drehen des Stellzylinders 63 kann der Mittelpunkt des Bewegungsbereichs des Lastaufnehmers in vertikaler Richtung verschoben und auf die durch den Positionsdetektor definierte Gleichgewichtslage des Lastaufnehmers eingestellt werden. Durch eine zentrale Bohrung in der Leiterplatte 52 ist ein geschlitzter Kopf 65 des Stellzylinders 63 geführt, so dass der Stellzylinder 63 von der Frontseite der Wägevorrichtung aus durch Ansetzen eines Schraubenziehers am Kopf 65 leicht betätigbar ist.
Am oberen Endflansch 21 des Lastaufnehmers ist ein Gewindeansatz 66 vorgesehen, an den, wie in Fig. 2 angedeutet, ein Kraftübertragungsbolzen 67 angeschraubt werden kann, welcher beispielsweise eine Lastschale (nicht dargestellt) trägt.
The present invention relates to a beamless force measuring or weighing device with electromagnetic force compensation, with a work coil movable in the working air gap of a fixed pot magnet and a deflectable load receiver which is rigidly connected to the work coil and is connected to the console of the device by two links forming a parallel guide. the links arranged in two parallel planes are each connected at one point to the load receiver and at two points to the console by elastic bending joints. A parallel guide is used, as is known for example from CH-PS 524 869 and CH-PS 618 509.
A device of this type with a similar parallel guidance is described in DE-AS 2 518 022. In this known device, the main part of the magnet arrangement is in the space delimited by the handlebars. The load receiver consists of a connecting link that connects the two links outside of the magnet arrangement to one another, and a rigid arm extending from the upper or lower end of the connecting link, which extends into the region of the magnet arrangement and carries the bobbin with the work coil at its free end. The latter therefore dips from above or below into the pot magnet system, which is open on one side.
If the arm carrying the work coil is located at the lower end of the connecting link, a further, similar arm can be provided at the upper end of the same for the introduction of the force to be measured, the line of action of this force being intended to coincide with the coil axis.
The work coil, which develops heat during operation of the device, is arranged asymmetrically with respect to the parallel guide in its vertical extension in the known device described. This circumstance can result in uneven heating and thermal expansion of the two links, which disrupts the geometry of the parallel guide and thus impairs the measuring accuracy of the device. Such disturbances can make themselves noticeably noticeable, especially with higher-resolution scales. Heating the arm carrying the work coil or, in the case of two arms, uneven heating of the same can also have an unfavorable effect on the measurement accuracy.
For the heating of the handlebars, primarily the heat transfer by convection is decisive, which is made possible by the open arrangement of the work coil, while for the heating of the arms there is a portion of heat conduction.
The invention has the purpose of reducing the adverse heat effects of the work coil and making the device even more compact, on the one hand to achieve lower temperature gradients and on the other hand to further reduce the dimensions of the device and thus both to facilitate the handling and operation of the device and expand their scope.
This purpose can be achieved in a device of the type mentioned at the outset in that, according to the invention, the load receiver is arranged entirely in the central region of the space delimited by the parallel guide and is designed as a carrier for the work coil in that the handlebars each have an opening for the passage in this region of the load receiver and that the bending joints connecting the links to the load receiver are each arranged in a link level within the link opening.
From CH-PS 530 624 a force measuring device is known, in which the load receiver is also arranged entirely in the central area of the space delimited by the parallel guide and is designed as a carrier for the work coil. However, the parallel guide used here is of a completely different kind, in that round spring washers are provided, which are supported in the middle on the console and are connected at their circumference to one end of a hollow cylindrical load receiver. Parallel guides of this type show unstable behavior, particularly when exposed to heat. They are also not geometrically adjustable and are therefore unsuitable for scales with a higher resolution.
In contrast, the solution according to the invention enables the construction of a high-resolution load cell with a shorter overall length and at the same time better thermal behavior.
A preferred embodiment of the device according to the invention with the properties mentioned is that the load receiver designed as a carrier of the work coil has a hollow cylindrical coil body and two end flanges running perpendicular to the axis of the coil body, that the end flanges are each arranged in a handlebar plane within the handlebar opening and by one each Bending joint are connected to the handlebar end assigned to the load receiver, that the coil body is firmly connected to the end flanges by means of axially extending webs, and that the work coil is attached to the coil body symmetrically to the two handlebar levels.
If, in addition, the bending joints connecting the handlebars to the console are arranged on the central area of the side of the handlebar part facing the parallel guide, all movable parts of the device are located within the space, the length of which is determined by the handlebar length, that is to say also those on the handlebars connected bending joints. As a result, the overall length of the active part of the device is reduced by the length of the flexible joints and their anchoring on the console or the load receiver, with the handlebar length remaining the same.
Furthermore, sensitivity to the effects of heat can be reduced by arranging the pot magnet in the space between the end flanges of the load receiver and completely enclosing the coil body in a symmetrical structure, openings being provided in two end-side yoke plates through which the webs extending from the coil body are closed the end flanges of the load receiver.
By encapsulating the working coil acting as a heat source during operation of the device and by its symmetrical arrangement between the two handlebar levels, it is achieved that, on the one hand, the heat generated in the working coil is spread primarily through heat conduction, while heat convection with a small gap between the above Openings and webs is practically avoided, and on the other hand the vertical heat spread has no preferred direction, i.e. affects both handlebars to the same extent. Even thermally induced changes in the length of the load receiver have no influence on the symmetry of the parallel guide and the position of the work coil, so that thermally induced zero point errors are considerably reduced.
The influence of the current heat on the measurement behavior is also less due to the possible more compact design, since smaller temperature gradients occur. This circumstance may even allow the current on the work coil to be increased. This reduces the dimensions of the magnet arrangement, which not only reduces the cost, but also permits a further reduction in the size of the device, which also improves the thermal behavior.
The device according to the invention can have an electro-optical position detector known per se for detecting the position of the load receiver. In view of the structural symmetry generally sought here, which contributes to a significant extent to reducing the influence of heat on the measuring behavior of the device, it is advantageous to also set up and arrange the position detector symmetrically in the same way in order to avoid thermally induced zero point fluctuations. Such disturbing fluctuations can e.g. then occur when a single flag is provided on the movable part of the device, which plunges into the beam path of a stationary detector optics.
As soon as the length of this flag changes under the influence of heat, its immersion depth changes, so that the load receiver must be deflected in the opposite direction in order to return to the equilibrium position defined by the position detector. For this purpose, a corresponding change in the compensation current, which is a measure of the measuring force, is required with a constant load.
An advantageous solution to this sub-problem in the sense of the above is that a slit diaphragm formed from two oppositely directed flags is provided in the beam path of the detector optics, the flags being connected to the end flanges of the load receiver and the gap between the facing ends of the flags being in the Plane of symmetry with respect to the two handlebar planes, the flags with the end flanges can each consist of one piece.
When the load receiver is deflected from its equilibrium position, bending stresses occur at the bending points of the handlebars, which form the parallel guide. It has been shown that these bending stresses do not completely disappear when the load receiver is returned to its equilibrium position, but are partly maintained by a kind of hysteresis effect. The resulting residual forces are also recorded by the force measuring arrangement during the next weighing and can, under certain circumstances, significantly falsify the weighing result displayed. High-resolution scales are particularly affected, in which the result deviations can be a multiple of the display unit, the display error changing depending on the size and direction of the previous deflection of the load receiver.
In order to eliminate the deficiency described, efforts are made to limit the range of motion of the load receiver. There is another difficulty in the way of this intention. In order to keep the above-mentioned residual forces sufficiently small in high-resolution scales, the range of motion of the load receiver must be limited to a distance whose dimension (e.g. 0.1 mm) is comparable to the tolerance values of the position sensor. This means that the equilibrium position of the load receiver (error signal of the position sensor = zero) defined by the position sensor can deviate so much from the center of a range of motion defined for the load receiver that the load receiver has much more movement space in one direction of deflection than in the other direction of deflection.
As a result, there are different settling times of the load receiver, depending on whether it has been deflected in one direction or the other. However, it is disadvantageous for weighing operation if e.g. it takes much longer for the scale to settle when it is loaded than when it is unloaded, or vice versa.
A solution which avoids the disadvantages mentioned is, in a manner known per se, that there are two stops which limit the range of motion of the load receiver in both deflection directions, and that the stops are assigned a device for common adjustment thereof, so that the range of motion to coordinate the load receiver with the equilibrium position of the load receiver defined by the position detector.
In connection with the previously proposed position detector, a particularly practical embodiment of the above-mentioned solution can be achieved in that there are two stop faces facing each other at a distance in the deflection direction on the slit diaphragm and that an actuating cylinder is rotatably mounted on a fixed part of the device, which eccentrically to its axis of rotation arranged cylindrical approach, which projects into the space between the abovementioned stop surfaces with the play required for the deflection of the load receiver.
The exemplary embodiment of the invention described below relates to a beamless weighing device which is used as a so-called load cell in scales of different nominal loads or e.g. can be used in process lines. The drawings showing the exemplary embodiment show:
Fig. 1 top view of the weighing device, without cover;
Fig. 2 vertical section along the line II-II in Fig. 1;
Fig. 3 vertical section along the line III-III in Fig. 1;
Fig. 4 frontal view of the weighing device, from the left in Fig. 1; and
Fig. 5 position detector of the weighing device according to Fig. 1, in horizontal section.
The weighing device shown has a console 1 in the form of a cuboid light metal block which has various recesses in which the various organs of the weighing device are arranged, which are thereby largely enclosed by parts of the console 1. This space-filling, massive construction of the console 1 is intended to help keep the temperature gradients within the weighing device at the lowest possible value.
At the front and top of the console 1, its end faces 2 and 3 are set back to a remaining edge strip 4 and 5. An angled cover (not shown) is placed on these end faces to protect against external influences.
In the center of the console 1 is the stationary pot magnet 6, which represents a closed, symmetrically constructed magnet system. 2 consists of a core, which is formed by two disc-shaped permanent magnets 7, 8 and an intermediate pole disc 9, and a jacket, which is formed by a pole ring 10 with the annular pole piece 11 and two yoke plates 12 and 13. The working air gap, in which the working coil 14 is arranged to be axially movable, is located between the pole shoe 11 and the pole disk 9. The lower yoke plate 13 is round and has the same outside diameter as the pole ring 10, while the upper yoke plate 12 has a square shape and is designed as a fastening flange for fastening the pot magnet 6 to the console 1.
The whole package of the parts 7 to 13 forming the magnet system is held together by screws 15, of which only two are visible in FIG. 1. The pot magnet 6 is inserted into a through bore 16 of the bracket 1 and rests with the square yoke plate 12 on a remote mounting surface 18 delimited by the contour 17, on which the yoke plate 12 is fastened at its four corners with screws 19.
The deflectable load receiver of the weighing device is designed as a carrier of the work coil 14 and consists of a hollow cylindrical coil body 20, which is completely enclosed by the pot magnet 6, and two rectangular end flanges 21 and 22 running perpendicular to the axis of the coil body Two webs 23, 24 and 25, 26 are provided, respectively, which connect the coil body 20 to the end flanges 21 and 22 and are fastened to the latter with screws 27.
On the two yoke plates 12 and 13 of the pot magnet 6 arranged in the space between the two end flanges, openings are formed by two lateral recesses 28, 29 and 30, 31, respectively, which extend as far as the core of the magnet system, through which openings are formed from the coil body outgoing webs 23, 24 and 25, 26 are guided to the relevant end flange 21 and 22 of the load receiver.
The load receiver 20, 21, 22 is connected to the console 1 by two links 32 and 33, which form a parallel guide. In Fig. 1, the upper link 32 is visually highlighted by hatching. The links 32 and 33, which are rigid in themselves and are arranged in two parallel planes, are T-shaped and each have elastic bending joints 34 and 35 at one point with the end flanges 21 and 22 of the load receiver and two points each by elastic bending elements 36 and 37 connected to the console 1. Clamping plates 38, 39 and 40, 41, 42, 43 and 44, 45, which are screwed onto the bracket 1, the links 32, 33 and the end flanges 21, 22, are used to fasten the bending joints.
The links 32, 33 each have an elongated opening 47 or 48 in their central web 46 for the passage of the load receiver, the end flanges 21, 22 of the load receiver and the bending joints 34 and 35 connecting them to the links 32, 33, respectively run in the relevant handlebar plane and extend within the opening 47 or 48 mentioned. The work coil 14 is located in the center of the coil body 20 and is arranged symmetrically with respect to the end flanges 21, 22 and thus also with respect to the two handlebar planes. All bending joints 34 to 37 point, starting from the handlebars, towards the central area of the space delimited by the parallel guide, in which the load receiver 20, 21, 22 and the pot magnet 6 are arranged. This results in an extremely compact design of the weighing device.
The weighing device described has an electro-optical position detector for detecting the position of the load receiver. This position detector consists in a known manner of a stationary detector optics with light source and photocell and a flag attached to the movable part of the weighing device, which plunges into the beam path of the detector optics and determines the amount of light transmission by its immersion depth. In the present example, the detector optics are located on a carrier 49, which is fastened to the console 1 by means of screws 51 on the front of the weighing device within a cavity 50. At the same time, a circuit board 52 arranged in front of the carrier 49 is fastened, which carries a part of the electronic equipment (not shown) of the weighing device which is in particular associated with the position detector.
The carrier 49 has two inwardly directed support arms 53 and 54 which extend into a passage 55 which connects the bore 16 with the cavity 50 of the console 1. A light source 56 and a photocell 57 are seated in suitable bores in the support arms 53 and 54. A slit diaphragm is formed in the beam path of the detector optics, the slit diaphragm being formed from two opposing flags 58 and 59, the flag 58 with the end flange 21 and the flag 59 with the end flange 22 the load receiver is connected or consists of one piece with this. The gap 60 between the mutually facing ends of the flags 58, 59 extends in the plane of symmetry with respect to the two handlebar planes.
In order to limit the range of motion of the load receiver 20, 21, 22 in both deflection directions, two stop surfaces 61, 62 facing each other at a distance in the deflection direction are provided on the slit diaphragm 58, 59. An actuating cylinder 63 is rotatably mounted on the carrier 49 of the position detector and has a cylindrical extension 64 arranged eccentrically to the axis of rotation of the actuating cylinder 63.
The extension 64 projects with the play required for the deflection of the load receiver into the space between the abovementioned stop surfaces 61, 62. By turning the actuating cylinder 63, the center of the movement range of the load receiver can be shifted in the vertical direction and to the equilibrium position of the load receiver defined by the position detector can be set. A slotted head 65 of the actuating cylinder 63 is guided through a central bore in the printed circuit board 52, so that the actuating cylinder 63 can be easily actuated from the front of the weighing device by attaching a screwdriver to the head 65.
A threaded shoulder 66 is provided on the upper end flange 21 of the load receiver, to which, as indicated in FIG. 2, a force transmission bolt 67 can be screwed, which carries, for example, a load shell (not shown).