CH712509B1 - Komparatorwaage und Verfahren zu deren Betrieb. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Komparatorwaage zur vergleichenden Gewichtsmessung eines Testgewichtsstücks (20) gegen ein Gegengewichtsstück (32) nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation, umfassend ein schwenkbeweglich an einer Basis (14) gelagertes Hebelsystem (12) mit einem Lastarm (121), der eine Lastaufnahme (18) zur Aufnahme des Testgewichtsstücks (20) trägt, und mit einem Gegenlastarm (122), der eine Gegenlastaufnahme (30) zur Aufnahme eines Gegengewichtsstücks (32) trägt, wobei die Basis (14) eine erste Sensoranordnung (24) mit einer ersten Tauchspuleneinheit (22) trägt, deren beweglicher Teil (221) mit dem Gegenlastarm (122) gekoppelt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an der Basis (14) eine zweite Tauchspuleneinheit (34) angeordnet ist, deren beweglicher Teil (341) mit dem Lastarm (121) gekoppelt oder koppelbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Komparatorwaage zur vergleichenden Gewichtsmessung eines Testgewichtsstücks gegen ein Gegengewichtsstück nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation, umfassend ein schwenkbeweglich an einer Basis gelagertes Hebelsystem mit einem Lastarm, der eine Lastaufnahme zur Aufnahme des Testgewichtsstücks trägt, und mit einem Gegenlastarm, der eine Gegenlastaufnahme zur Aufnahme eines Gegengewichtsstücks trägt, wobei die Basis eine erste Sensoranordnung mit einer ersten Tauchspuleneinheit trägt, deren beweglicher Teil mit dem Gegenlastarm gekoppelt ist.

[0002] Die Erfindung bezieht sich weiter auf verschiedene Verfahren zum Betrieb einer solchen Komparatorwaage.

Stand der Technik

[0003] Komparatorwaagen, die dem Fachmann seit langem bekannt sind, dienen der präzisen Messung von Gewichtsdifferenzen. Wie bei modernen Präzisionswaagen üblich, arbeiten sie in der Regel nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation. In einem Wägesystem, welches häufig monolithisch ausgebildet ist, ist ein schwenkbar an einer Basis angelenktes Hebelsystem realisiert, welches zumindest einen Lastarm und einen Gegenlastarm aufweist. Im einfachsten Fall umfasst das Hebelsystem nach Art einer Balkenwaage zwei symmetrische, einfache Arme. Es sind jedoch auch Varianten mit asymmetrischer und/oder komplex gefalteter Hebelführung bekannt. Der Lastarm trägt eine Lastaufnahme, auf welcher die zu verwiegenden Gewichtsstücke aufgelegt werden können. Der Gegenlastarm ist mit einer ersten Sensoranordnung gekoppelt, die insbesondere eine Tauchspuleneinheit und einen Lagesensor umfasst. Die Tauchspuleneinheit besteht typischerweise aus einer mit dem Gegenlastarm verbundenen und daher relativ zur Basis beweglichen, elektrischen Spule und einem basisfesten Permanentmagneten, in dessen Feld die Spule eintaucht. Bestromung der Spule mit einem geregelten Kompensationsstrom führt zu einer Kraft auf den Gegenlastarm, der die Gewichtskraft des auf der Lastaufnahme positionierten Gewichtsstücks idealerweise exakt kompensiert. Dabei dient das Sensorsignal des Positionssensors als die auf eine vorgegebene „Nullstellung“ einzuregelnde Regelgröße des Regelkreises. Der zur Kompensation des Testgewichts erforderliche Kompensationsstrom dient zugleich als für die gemessene Kompensationskraft repräsentative Messgröße. Um den Kompensationsstrom und mit diesem Aufheizeffekte und Rauschen möglichst niedrig halten zu können, trägt der Gegenlastarm bei Komparatoren ein Gegengewichtsstück auf einer Gegenlastaufnahme, dessen Nominalgewicht dem des Gewichtsstücks auf der Lastaufnahme entspricht. Die Anordnung befindet sich somit bei aufgelegtem Testgewichtsstück im Wesentlichen im Gleichgewicht, sodass der zur präzisen Kompensation erforderliche Spulenstrom und daher der Messstrom lediglich die geringe Gewichtsdifferenz zwischen dem Gewicht am Lastarm und dem Gegengewicht am Gegenlastarm repräsentiert. Zum Kalibrieren eines Testgewichtsstücks sind daher stets zumindest zwei Messungen erforderlich, nämlich eine Differenzmessung des Testgewichts gegen das Gegengewicht und eine Messung eines präzise bekannten Referenzgewichts ebenfalls gegen das Gegengewicht. Ein Vergleich der beiden Differenzmessungen führt zur Bestimmung der Gewichtsdifferenz zwischen Testgewicht und Referenzgewicht.

[0004] Entspricht das nominelle Testgewicht nicht dem nominellen Gegengewicht, sondern ist insbesondere geringer als letzteres, wird eine sogenannte Substitution erforderlich. Dies bedeutet, dass zusätzlich zu dem Testgewichtsstück bzw. Referenzgewichtsstück sogenannte Substitutionsgewichtsstücke auf die Lastaufnahme aufgelegt werden, sodass das nominelle Gesamtgewicht auf der Lastschale dem nominellen Gegengewicht entspricht. Im Übrigen erfolgt die Messung wie oben beschrieben. Eine solche Komparatorwaage ist bspw. aus der DE 10 2006 031 194 B3 bekannt.

[0005] Nachteilig bei solchen Komparatorwaagen ist der hohe Aufwand, der mit dem Wechsel der Substitutionsgewichte verbunden ist. Diese müssen zum einen aufwändig bevorratet werden. Zudem ergibt sich bei der konkreten Substitution neben dem Zeitaufwand stets das Risiko einer unpräzisen Positionierung auf der Lastaufnahme, was wiederum zu sogenannten Ecklastfehlern führen kann.

Aufgabenstellung

[0006] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Komparatorwaage derart weiterzubilden, dass ihr Betrieb einfacher und zuverlässiger wird.

Darlegung der Erfindung

[0007] Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass an der Basis eine zweite Tauchspuleneinheit angeordnet ist, deren beweglicher Teil kraftübertragend mit dem Lastarm koppelbar oder gekoppelt ist.

[0008] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind gegenstand der abhängigen Ansprüch Bevorzugte Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 7 - 9.

[0009] Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die exakte Größe der für die Substitution erforderlichen, zusätzlichen Kraft auf den Lastarm nicht präzise bekannt sein muss. Ebenso haben die Erfinder erkannt, dass die Herkunft dieser Substitutionskraft nicht von Bedeutung ist. Entscheidend ist lediglich ihre ungefähre Größe und vor allem ihre Konstanz. Wie erläutert muss sie ungefähr so groß wie die Differenz zwischen den Nominalgewichten von Test- bzw. Referenzgewichtsstück einerseits und Gegengewichtsstück andererseits sein. Eine hohe zeitliche Konstanz ist insofern erforderlich, als die oben erläuterten Messungen von Testgewichtsstück und Referenzgewichtsstück unter denselben Substitutionsbedingungen erfolgen müssen. Dies kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung gewährleistet werden. Dabei wird die beim Stand der Technik mechanisch erzeugte und durch die Gewichtskraft der aufgesetzten Substitutionsgewichtsstücke hervorgerufene Substitutionskraft durch eine elektrisch erzeugte Substitutionskraft ersetzt. Es kann auch von „virtuellen Substitutionsgewichtsstücken“ gesprochen werden. Wie bei den mechanischen Substitutionsgewichtsstücken, deren tatsächliches Gewicht in den seltensten Fällen mit derselben Präzision bekannt ist, mit der die Messung durchgeführt wird, so ist auch die elektrisch erzeugte Substitutionskraft, insbesondere ihre Abhängigkeit von dem an die zweite Tauchspuleneinheit angelegten Substitutionsstrom, nur wenig präzise bestimmbar. Diese elektrische Substitutionskraft über einen längeren Zeitraum auf einem exakt konstanten Niveau zu halten, ist für den Fachmann jedoch ohne weiteres möglich, hier bedarf es lediglich einer präzisen Konstantstromquelle, die an die zweite Tauchspuleneinheit angeschlossen wird.

[0010] Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Konstantstromquelle eine schaltbare Widerstandsbank von Präzisionswiderständen umfasst, sodass die nominelle Stromstärke und daher die nominelle Substitutionskraft in kleinen Stufen variierbar ist - ähnlich einem Magazin von gestuften Substitutionsgewichtsstücken. Wesentlich für die Erfindung ist, dass bei einer substituierten Gewichtsmessung eine Kraft übertragende Kopplung zwischen der zweiten Tauchspuleneinheit und dem Lastarm gegeben ist. Diese kann dauerhaft sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der bewegliche Teil der zweiten Tauchspuleneinheit reversibel mit dem Lastarm koppelbar. Dies ermöglicht, wie weiter unten noch näher geschildert, besondere Anwendungsformen der erfindungsgemäßen Komparatorwaage.

[0011] Wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, ist die Lastaufnahme bevorzugt als unterschalige Waagschale ausgebildet. Die zweite Tauchspuleneinheit ist dabei bevorzugt oberhalb des Lastarms positioniert. Die unterschalige Waagschalenausgestaltung der Lastaufnahme ist vorteilhaft im Hinblick auf dadurch vermeidbare Ecklastfehler. Die zweite Tauchspuleneinheit hingegen wird bevorzugt ähnlich einer oberschaligen, zusätzlichen Lastaufnahme positioniert. Oberhalb des Lastarms ist typischerweise genug Bauraum vorhanden. Zudem ergibt sich beim Aufbringen eines „virtuellen Substitutionsgewichts“ kein Ecklastproblem, da der bewegliche und der unbewegliche Teil der Tauchspuleneinheit ohnehin berührungslos miteinander gekoppelt sind und der Kraftangriffspunkt der Tauchspuleneinheit am Lastaufnehmer sehr konstant ist.

[0012] Gleichwohl empfiehlt es sich, insbesondere im Fall der reversiblen Koppelbarkeit, einen Koppelpunkt am Lastarm zu wählen, der in vertikaler Richtung mit dem Anlenkpunkt der Lastaufnahme fluchtet. Dies führt zur Einbringung sowohl der „mechanischen“ Gewichtskraft des Test- bzw. Referenzgewichtsstücks einerseits und der „virtuellen“ Gewichtskraft durch die zweite Tauchspuleneinheit am selben effektiven Krafteinleitungspunkt des Lastarms.

[0013] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Tauchspuleneinheit Bestandteil einer zweiten Sensoranordnung und reversibel mit einer Kalibrieranordnung koppelbar ist, mittels welcher ihr beweglicher Teil auslenkbar und seine Geschwindigkeit relativ zu ihrem festen Teil messbar ist. Dabei ist es besonders günstig, wenn die zweite Sensoranordnung und die Kalibrieranordnung in einem Nachrüstmodul zusammengefasst sind. Dies ermöglicht nämlich die einfache Aufrüstbarkeit herkömmlicher Komparatoren zu erfindungsgemäßen Komparatoren in einer besonders bevorzugten Ausführungsform. Die Wirkungen und Vorteile der genannten Weiterbildung sollen weiter unten im Zusammenhang mit einem besonderen Betriebsverfahren erläutert werden.

[0014] In der Grundform der erfindungsgemäßen Komparatorwaage betrifft das bevorzugte Betriebsverfahren ein Verfahren zum Messen einer Gewichtsdifferenz zwischen dem Testgewicht eines Testgewichtsstücks bekannten Nominalgewichts und dem Referenzgewicht eines Referenzgewichtsstück gleichen Nominalgewichts. Die zweite Tauchspuleneinheit, insbesondere deren beweglicher Teil ist dabei an den Lastarm angekoppelt. Sofern auch eine zweite Sensoranordnung vorgesehen ist, ist die Tauchspuleneinheit von deren Kalibriereinheit abgekoppelt. Das bevorzugte Messverfahren umfasst sodann die folgenden Schritte: Rechnerisches Ermitteln eines Differenzgewichtes zwischen dem Nominalgewicht und dem nominellen Gegengewicht des Gegengewichtsstücks, Bestromen der zweiten Tauchspuleneinheit mit einem Substitutionsstrom, der zu einer dem ermittelten Differenzgewicht entsprechenden Substitutionskraft auf den Lastarm führt, Auflegen des Testgewichtsstücks auf die Lastaufnahme, Messen der Gewichtsdifferenz zwischen der Summe aus Testgewicht und Substitutionskraft einerseits und dem Gegengewicht andererseits mittels der ersten Sensoranordnung, Abheben des Testgewichtsstücks von der Lastaufnahme, Auflegen des Referenzgewichtsstücks auf die Lastaufnahme, Messen der Gewichtsdifferenz zwischen der Summe aus Referenzgewicht und Substitutionskraft einerseits und dem Gegengewicht andererseits mittels der ersten Sensoranordnung, Abheben des Referenzgewichtsstücks von der Lastaufnahme, Rechnerisches Ermitteln der Gewichtsdifferenz zwischen dem Testgewicht und dem Referenzgewicht durch Vergleich der gemessenen Gewichtsdifferenzen.

[0015] Dies entspricht im Wesentlichen einer herkömmlichen Komparatormessung, wobei jedoch die „mechanische“ Substitution durch eine „virtuelle“, elektrische Substitution ersetzt ist.

[0016] Ein häufiges Problem bei Komparatorwaagen ist, dass wegen des vergleichsweise großen Gegengewichts einerseits und der vergleichsweise klein ausgelegten Kompensationskraft der ersten Sensoranordnung, insbesondere der ersten Tauchspuleneinheit, andererseits das Abheben des Test- bzw. Referenzgewichtsstücks oder eines größeren Substitutionsgewichtsstücks zu einem zu großen Ausschlag des Hebelsystems führen kann, der zu einem Anschlagen der empfindlichen mechanischen Teile an der Basis führen kann. Um dies abzumildern sind häufig Polsterungen der Anschläge und/oder piezzoelektrische Puffer vorgesehen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Komparatorwaage kann jedoch zur vollständigen Verhinderung eines unerwünschten Anschlagens genutzt werden. Hierzu ist vorgesehen, dass die zweite Tauchspuleneinheit im Fall, dass die erste Sensoranordnung eine übermäßige Auslenkung des Gegenlastarms registriert, automatisch mit einem kompensierenden Substitutionsstrom bestromt wird. Dies entspricht einem instantanen Auflegen eines das abgehoben Gewichtsstück ersetzenden Gewichtsstückes auf der Lastaufnahme, sodass das Hebelsystem insgesamt im Wesentlichen im Gleichgewicht bleibt. Diese Kopplung der zweiten Tauchspuleneinheit mit der ersten Sensoranordnung ist nur auf den ersten Blick widersprüchlich. Wie oben erläutert soll ja erfindungsgemäß gerade eine konstante, elektrische Substitutionskraft erzeugt werden. Es sind jedoch Schaltungen denkbar, in denen die konstante Bestromung der zweiten Tauchspuleneinheit lediglich in kritischen Fällen, d.h. wenn ein die Vorrichtung insgesamt gefährdendes Anschlagen des Hebelsystems droht, als Rettungsmaßnahme von der erläuterten Anschlagsverhinderungsschaltung übersteuert wird.

[0017] Bei einer dritten Verfahrensvariante wird das Vorhandensein der oben erläuterten zweiten Sensoranordnung mit Tauchspuleneinheit und Kalibrieranordnung vorausgesetzt. Das Verfahren startet in einem Zustand, in dem die zweite Tauchspuleneinheit von dem Lastarm abgekoppelt und an die Kalibrieranordnung angekoppelt ist. Es umfasst sodann die folgenden Schritte: Auslenken der zweiten Tauchspuleneinheit mittels einer Aktoreinheit der Kalibrieranordnung, Messen der resultierenden Geschwindigkeit des beweglichen Teils der Tauchspuleneinheit relativ zu ihrem festen Teil sowie der resultierenden Spulenspannung und Ermitteln des Kalibrierfaktors der zweiten Tauchspuleneinheit aus den gemessenen Größen, Abkoppeln der zweiten Tauchspuleneinheit von der Kalibrieranordnung und Ankoppeln an den Lastarm, Auflegen eines Testgewichts auf die Lastaufnahme und Durchführen einer Gewichtsmessung mittels der zweiten Sensoreinheit.

[0018] Die erste Sensoranordnung hat hierbei keine Funktion. Vielmehr erfolgt die Messung allein über die zweite Sensoranordnung, die allerdings wegen der exakten Bestimmung des Kalibrierfaktors der zweiten Tauchspuleneinheit keines Anschlusses an mechanische Referenzgewichte bedarf, sondern auf rein elektrische Größen rückführbar ist. Die insbesondere zusammen mit der Kalibrieranordnung in einem Nachrüstmodul zusammengefasste zweite Sensoranordnung kann außerdem, falls benötigt, für Wegmessungen, Positionieraufgaben und/oder die Aufnahme von Kraft/Weg-Kennlinien genutzt werden.

[0019] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0020] Es zeigen: Figur 1: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Komparatorwaage, Figur 2: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Komparatorwaage.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

[0021] Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.

[0022] Figur 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung den grundlegenden Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Komparatorwaage 10.

[0023] Das Hebelsystem 12 der Komparatorwaage 10 ist hier in Form eines einfachen, symmetrischen Balkens dargestellt, der an einer Basis 14 angelenkt ist. Ein Gelenk 16 unterteilt den Balken 12 in einen Lastarm 121 (links in Figur 1) und einen Gegenlastarm 122 (rechts in Figur 1). Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass in der Praxis das Hebelsystem 12 typischerweise komplizierter ausgebildet ist und insbesondere ein zur Wegübersetzung gefaltetes Hebelsystem sein kann.

[0024] Der Lastarm 121 trägt eine unterschalige Lastaufnahme 18, die der Aufnahme eines Test- oder Referenzgewichtsstücks 20 dient. Der Gegenlastarm 122 trägt hingegen eine Tauchspule 221, die in das Magnetfeld eines basisfesten Permanentmagneten 222 eintaucht. Gemeinsam bilden die Tauchspule 221 und der Permanentmagnet 222 eine erste Tauchspuleneinheit 22. Die Tauchspuleneinheit 22 ist Bestandteil einer ersten Sensoranordnung 24, die außer der ersten Tauchspuleneinheit 22 auch einen Lagesensor 26 umfasst, mittels dessen die Auslenkungslage des Gegenlastarms 122 erfassbar ist. Die erste Sensoranordnung 24 ist steuer- und messtechnisch mit einer Steuereinheit 28 verbunden. Insbesondere ist ein Regelkreis realisiert, mittels dessen ein Kompensationsstrom durch die Tauchspule 222 derart geregelt wird, dass eine durch das Test- oder Referenzgewicht 20 verursachte Auslenkung des Gegenlastarms 122 instantan derart kompensiert wird, so dass der vom Lagesensor 26 überwachte Lageindikator des Gegenlastarms 122 in seiner „Nulllage“ verbleibt. Der hierfür notwendige Kompensationsstrom wird zugleich als Messstrom genutzt. Er repräsentiert die erforderliche Kraft, um das Hebelsystem 12 im Gleichgewicht zu halten.

[0025] Weiter trägt der Gegenlastarm 122 eine Gegenlastaufnahme 30 zur Aufnahme eines Gegengewichtsstücks 32. Ein derartiger Komparator ist primär dazu geeignet, Test- bzw. Referenzgewichtsstücke mit einem Nominalgewicht, welches dem nominellen Gegengewicht des Gegengewichtsstücks 32 entspricht, im Vergleich zu dem Gegengewicht zu messen. Nominalgewicht des Test- bzw. Referenzgewichtsstücks 20 und Nominalgewicht des Gegengewichtsstücks 32 müssen dabei nicht vollkommen identisch sein. Es genügt eine Ähnlichkeit, die in den Bereich des in den von der ersten Sensoranordnung 26 abgedeckten Messfensters fällt.

[0026] Soll ein Test- oder Referenzgewichtsstück 20 gewogen werden, welches um mehr als die Messfensterbreite kleiner ist als das Nominalgewicht des Gegengewichtsstücks 32, bedarf es einer Substitution, d.h. der Lastarm 121 muss mit einer zusätzlichen Substitutionskraft belastet werden, die so groß ist, dass das Hebelsystem 12 in etwa im Gleichgewicht ist, d.h. sich die erste Sensoranordnung 24 innerhalb ihres Messfensters befindet.

[0027] Hierzu ist erfindungsgemäß eine zweite Tauchspuleneinheit 34 vorgesehen, deren zweite Tauchspule 341 in das Magnetfeld eines zweiten, basisfesten Permanentmagneten 342 eintaucht und mit dem Lastarm 121 kräfteübertragend gekoppelt ist. Die Tauchspule 341 ist mittels eines wählbaren Konstantstroms aus einer Konstantstromquelle 36 bestrombar. Von der Konstantstromquelle ist in Figur 1 lediglich eine Bank schaltbarer Präzisionswiderstände dargestellt, die dazu dienen, den Konstantstrom in kleinen Schritten einzustellen. Der Konstantstrom dient als Substitutionsstrom, um mittels der zweiten Tauchspuleneinheit 34 eine Substitutionskraft auf den Lastarm 121 auszuüben, die mittels des Substitutionsstroms erzeugte Substitutionskraft kann genauso verwendet werden, wie die durch mechanische Substitutionsgewichtsstücke auf der Lastaufnahme 18 beim Stand der Technik.

[0028] Hierzu ist keine Verbindung mit der Steuereinheit 28 erforderlich, wie durch die Unterbrechung der Steuer- und Messstrecke zwischen der Steuereinheit 28 und der Konstantstromquelle 36 in Figur 1 angedeutet. Gleichwohl kann es Ausführungsformen geben, in denen eine derartige Verbindung vorteilhaft ist. Insbesondere kann im Rahmen eines erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens vorgesehen sein, dass die zweite Tauschspuleneinheit 34 in Fällen, in denen die erste Sensoranordnung 24 einen übermäßigen Ausschlag des Gegenlastarms 122 registriert, kompensatorisch bestromt wird, so dass das Hebelsystem 12 nicht hart an einem basisfesten Anschlag anschlägt.

[0029] Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Komparatorwaage 10, deren nachfolgend erläuterte Besonderheiten auch in Kombination mit den oben in Kontext von Figur 1 beschriebenen Eigenschaften und Elementen einsetzbar sind. Die zweite Tauchspuleneinheit 34 ist bei dieser Ausführungsform Bestandteil einer zweiten Sensoranordnung 38, die außer besagter zweiter Tauchspuleneinheit 34 auch einen zweiten Lagesensor 40 aufweist, der bevorzugt als ein Interferometer ausgebildet ist. Die zweite Tauchspule 341 ist einerseits über eine erste Koppelstelle 42 reversibel mit dem Lastarm 121 und andererseits über eine zweite Koppelstelle 44 ebenfalls reversibel mit einem Aktor 46 gekoppelt. Eine derartige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Komparatorwaage ist auch ohne den Einsatz der ersten Sensoranordnung 24 betreibbar, wie durch die Unterbrechung der Steuer- und Messstrecke zwischen der ersten Sensoranordnung 24 und der Steuereinheit 28 in Figur 2 angedeutet. Dabei wird in einem ersten Schritt die zweite Tauchspule 341 vom Lastarm 121 abgekoppelt. Andererseits wird sie jedoch an den Aktor 46 angekoppelt. In diesem Zustand wird die zweite Tauchspule 341 mittels des Aktors 46 relativ zum Permanentmagneten 342 ausgelenkt, vorzugsweise in einer periodischen, besonders bevorzugt in einer harmonischen Schwingung. Dabei wird einerseits die in der zweiten Tauchspule 341 induzierte Spannung gemessen. Andererseits wird die Geschwindigkeit der zweiten Tauchspule 341 relativ zur Basis mittels des interferometrischen Lagesensors 40 gemessen. Hieraus kann der Kalibrierfaktor „BI“ der zweiten Tauchspuleneinheit 34 bestimmt werden. Dies erlaubt es, in einer nachfolgenden Gewichtsmessung, bei der die zweite Tauchspule 341 vom Aktor 46 abgekoppelt und an den Lastarm 121 angekoppelt ist, den Kompensations-/Messstrom ohne Anschluss an ein Gewichtsnormal und unter Rückführung auf rein elektrische Größen in eine Kraft umzurechnen. Diese Kraft entspricht dem Differenzgewicht zwischen dem auf den Lastarm 121 wirkenden Gewicht des Test- oder Referenzgewichtsstücks und dem auf den Gegenlastarm 122 wirkenden Gewicht des Gegengewichtsstücks 32.

[0030] Wie durch den strichpunktierten Kasten in Figur 2 angedeutet, sind die zweite Sensoranordnung 38 und der Aktor 46 bevorzugt als Nachrüstmodul 48 zusammengefasst. Bei Ausführungsformen ohne Aktor 46 kann auch die zweite Sensoranordnung 36 allein, d.h. die zweite Tauchspuleneinheit 34 zusammen mit dem zweiten Lagesensor 40, in einem Nachrüstmodul zusammengefasst sein.

[0031] Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere sind die Betriebsverfahren für eine erfindungsgemäße Komparatorwaage nicht auf die explizit beschriebenen Beispiele beschränkt. Denkbar sind insbesondere außer Kraftmessungen auch Wegmessungen, Positionieraufgaben und die Aufnahme von Kraft-/Weg-Kennlinien.

Bezugszeichenliste

[0032] 10 Komparatorwaage 12 Hebelsystem 121 Lastarm von 12 122 Gegenlastarm von 12 14 Basis 16 Gelenk 18 Lastaufnahme 20 Test-/Referenzgewichtsstück 22 erste Tauchspuleneinheit 221 erste Tauchspule 222 erster Permanentmagnet 24 erste Sensoranordnung 26 erster Lagesensor 28 Steuereinheit 30 Gegenlastaufnahme 32 Gegengewichtsstück 34 zweite Tauchspuleneinheit 341 zweite Tauchspule 342 zweiter Permanentmagnet 36 Konstantstromquelle 38 zweite Sensoranordnung 40 zweiter Lagesensor 42 erste Koppelstelle 44 zweite Koppelstelle 46 Aktor der Kalibrieranordnung 48 Nachrüstmodul

Claims (9)

1. Komparatorwaage zur vergleichenden Gewichtsmessung eines Testgewichtsstücks (20) gegen ein Gegengewichtsstück (32) nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation, umfassend ein schwenkbeweglich an einer Basis (14) gelagertes Hebelsystem (12) mit einem Lastarm (121), der eine Lastaufnahme (18) zur Aufnahme des Testgewichtsstücks (20) trägt, und mit einem Gegenlastarm (122), der eine Gegenlastaufnahme (30) zur Aufnahme eines Gegengewichtsstücks (32) trägt, wobei die Basis (14) eine erste Sensoranordnung (24) mit einer ersten Tauchspuleneinheit (22) trägt, deren beweglicher Teil (221) mit dem Gegenlastarm (122) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Basis (14) eine zweite Tauchspuleneinheit (34) angeordnet ist, deren beweglicher Teil (341) kraftübertragend mit dem Lastarm (121) gekoppelt oder koppelbar ist.

2. Komparatorwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (341) der zweiten Tauchspuleneinheit (34) reversibel mit dem Lastarm (121) koppelbar ist.

3. Komparatorwaage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastaufnahme (18) als unterschalige Waagschale ausgebildet ist und die zweite Tauchspuleneinheit (34) oberhalb des Lastarms (121) positioniert ist.

4. Komparatorwaage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Koppelpunkt (22) zur reversiblen Ankopplung des beweglichen Teils (341) der zweiten Tauchspuleneinheit (34) vertikal mit dem Anlenkpunkt der Lastaufnahme (18) fluchtend am Lastarm (121) angeordnet ist.

5. Komparatorwaage nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 4, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Tauchspuleneinheit (34) Bestandteil einer zweiten Sensoranordnung (38) und reversibel mit einer Kalibrieranordnung (46) koppelbar ist, mittels welcher ihr beweglicher Teil (341) auslenkbar und seine Geschwindigkeit relativ zu ihrem festen Teil (342) messbar ist.

6. Komparatorwaage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoranordnung (34) und die Kalibrieranordnung (46) in einem Nachrüstmodul zusammengefasst sind.

7. Verfahren zum Messen einer Gewichtsdifferenz zwischen dem Testgewicht eines Testgewichtsstücks bekannten Nominalgewichts und dem Referenzgewicht eines Referenzgewichtsstücks gleichen Nominalgewichts mittels einer Komparatorwaage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die zweite Tauchspuleneinheit (34) an den Lastarm (121) angekoppelt und, sofern vorhanden, von der Kalibrieranordnung (46) abgekoppelt ist, umfassend die Schritte: - Rechnerisches Ermitteln eines Differenzgewichtes zwischen dem Nominalgewicht und dem nominellen Gegengewicht des Gegengewichtsstücks (32), - Bestromen der zweiten Tauchspuleneinheit (34) mit einem Substitutionsstrom, der zu einer dem ermittelten Differenzgewicht entsprechenden Substitutionskraft auf den Lastarm (121) führt, - Auflegen des Testgewichtsstücks auf die Lastaufnahme (18), - Messen der Gewichtsdifferenz zwischen der Summe aus Testgewicht und Substitutionskraft einerseits und dem Gegengewicht andererseits mittels der ersten Sensoranordnung (24), - Abheben des Testgewichtsstücks von der Lastaufnahme (18), - Auflegen des Referenzgewichtsstücks auf die Lastaufnahme (18), - Messen der Gewichtsdifferenz zwischen der Summe aus Referenzgewicht und Substitutionskraft einerseits und dem Gegengewicht andererseits mittels der ersten Sensoranordnung (24), - Abheben des Referenzgewichtsstücks von der Lastaufnahme (18), - Rechnerisches Ermitteln der Gewichtsdifferenz zwischen dem Testgewicht und dem Referenzgewicht durch Vergleich der gemessenen Gewichtsdifferenzen.

8. Verfahren zur Verhinderung eines Anschlagens des Hebelsystems (12) im Betrieb einer Komparatorwaage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die zweite Tauchspuleneinheit (34) an den Lastarm (121) angekoppelt und, sofern vorhanden, von der Kalibrieranordnung (46) abgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Tauchspuleneinheit (34) im Fall, dass beim Abheben eines Gewichtsstücks (20) von der Lastaufnahme (18) die erste Sensoranordnung eine über ein vorbestimmtes Maß hinausgehende Auslenkung des Gegenlastarms (122) registriert, zur Verhinderung eines Anschlagens des Hebelsystems (12) automatisch mit einem kompensierenden Substitutionsstrom bestromt wird.

9. Verfahren zum Betrieb einer Komparatorwaage nach einem der Ansprüche 5 bis 6, bei der die zweite Tauchspuleneinheit (34) von dem Lastarm (121) abgekoppelt und an die Kalibrieranordnung (46) angekoppelt ist, umfassend die Schritte: - Auslenken der zweiten Tauchspuleneinheit (34) mittels einer Aktoreinheit (46) der Kalibrieranordnung, Messen der resultierenden Geschwindigkeit des beweglichen Teils (341) der zweiten Tauchspuleneinheit (34) relativ zu ihrem festen Teil (342) sowie der resultierenden Spulenspannung und Ermitteln des Kalibrierfaktors der zweiten Tauchspuleneinheit (34) aus den gemessenen Größen, - Abkoppeln der zweiten Tauchspuleneinheit (34) von der Kalibrieranordnung (46) und Ankoppeln an den Lastarm (121), - Auflegen eines Testgewichts auf die Lastaufnahme (18) und - Durchführen einer Gewichtsmessung mittels der zweiten Sensoreinheit (38).