DE102020130092A1

DE102020130092A1 - Magnet coil system

Info

Publication number: DE102020130092A1
Application number: DE102020130092.1A
Authority: DE
Inventors: Jan Gottfriedsen; Tobias Stellwagen; Jan-David Klingelhöfer
Original assignee: Wipotec GmbH
Current assignee: Wipotec GmbH
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-05-19
Also published as: JP2022078977A; DE202021106182U1; CN113963885A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnet-Spule-System mit wenigstens einem Permanentmagneten und wenigstens zwei schneckenförmigen elektrischen Spulen, die in Leiterplattenbauweise auf einem Träger aufgebracht sind.The invention relates to a magnet-coil system with at least one permanent magnet and at least two helical electric coils, which are mounted on a carrier in the form of a printed circuit board.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnet-Spule-System, insbesondere zur Verwendung in Waagen, die nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation arbeiten.The present invention relates to a magnet-coil system, in particular for use in scales that work according to the principle of electromagnetic force compensation.

Für solche Wagen ist es bekannt, zylinderförmig (auf einen Spulenkörper) gewickelte Spulen beweglich im Magnetfeld eines (in der Regel ortsfesten) Permanentmagneten anzuordnen und mit einem Kompensationsstrom zu beaufschlagen, um einen mit der Spule gekoppelten Hebel mit einer stromabhängigen Kraft parallel zur üblicherweise vertikal ausgerichteten Spulenachse zu beaufschlagen. Zur gezielten Führung des Magnetfelds des Permanentmagneten ist häufig eine Polplatte innerhalb des Spulendurchmessers bzw. des Spulenkörpers angeordnet. Die zylinderförmige Bauart der Spule bestimmt mit ihrem Außendurchmesser und dem zugehörigen Permanentmagneten allerdings die Mindestbreite der Wägezelle. Ein mehrspuriges Wägesystem mit mehreren, nebeneinander angeordneten Wägezellen dieser Art ist daher nachteiligerweise relativ breit.For such cars, it is known to move cylindrical coils (wound on a coil body) in the magnetic field of a (usually stationary) permanent magnet and to apply a compensation current to it in order to force a lever coupled to the coil with a current-dependent force parallel to the usually vertically aligned one apply to the coil axis. For targeted guidance of the magnetic field of the permanent magnet, a pole plate is often arranged within the coil diameter or the coil body. However, the cylindrical design of the coil with its outer diameter and the associated permanent magnet determines the minimum width of the load cell. A multi-track weighing system with a plurality of load cells of this type arranged next to one another is therefore disadvantageously relatively wide.

Bekannt ist es ferner, zum Bau schmaler Wägezellen flache gewickelte Spulen der genannten Bauart zu verwenden, deren Spulenachse aber horizontal verläuft. Ein angrenzend an die Spule positionierter Permanentmagnet tritt mit der stromdurchflossenen Spule in elektromagnetische Wechselwirkung und lenkt den mit der Spule gekoppelten Hebel nach oben oder unten aus.It is also known to use flat wound coils of the type mentioned for the construction of narrow load cells, but the coil axis of which runs horizontally. A permanent magnet positioned adjacent to the coil interacts electromagnetically with the current-carrying coil and deflects the lever coupled to the coil up or down.

Auch eine solche Spule ist in ihren physikalischen Eigenschaften bzw. Parametern unveränderlich festgelegt, und die mit ihr erzeugbare elektromagnetische Kraft ist lediglich über den durch die Spule fließenden Strom variierbar. Für unterschiedliche Wägezellenkonfigurationen bzw. Wiegebereiche sind daher jeweils unterschiedliche Spulen vorzusehen, was die Teilezahl und auch die Anzahl der Wägezellen-Konstruktionen nachteilig erhöht.Such a coil is also fixed invariably in terms of its physical properties or parameters, and the electromagnetic force that can be generated with it can only be varied via the current flowing through the coil. Different coils are therefore to be provided for different load cell configurations or weighing ranges, which disadvantageously increases the number of parts and also the number of load cell designs.

Darüber hinaus sind gewickelte Spulen meist auf einige wenige geometrische Formen (rund oder eckig gewickelt) beschränkt, verwenden isolierten (z.B. mehrfach lackierten) Draht und müssen aufwändig auf einen Träger gewickelt werden, ohne die Isolierung (Lackierung) zu beschädigen.In addition, wound coils are usually limited to a few geometric shapes (wound round or square), use insulated (e.g. multiply coated) wire and have to be laboriously wound onto a carrier without damaging the insulation (coating).

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine universell einsetzbare, flache bzw. schmale elektrische Spule anzubieten, die bevorzugt für unterschiedliche Anwendungen der elektromagnetischen Krafterzeugung, insbesondere Kraftkompensation, konfigurierbar ist, kostengünstig herstellbar und bevorzugt gegen äußere Einflüsse, wie z.B. Feuchtigkeit, gut geschützt ist.The object of the invention was therefore to offer a universally applicable, flat or narrow electrical coil that can be configured for different applications of electromagnetic force generation, in particular force compensation, can be produced inexpensively and is preferably well protected against external influences such as moisture.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, eine für unterschiedliche Anwendungen leicht konfigurierbare Spule schaffen zu können mithilfe eines Spulensystems, welches einen Grundkörper mit wenigstens zwei Spulen umfasst. Die Spulen sind als Leiterbahnen ausgebildet, erstrecken sich jeweils in einer zugehörigen Spulenebene und sind dabei schneckenförmig um ein Spulenzentrum angeordnet. Der Grundkörper und jede Spulenebene erstrecken sich dabei im Wesentlichen in einer ersten Ebenenrichtung X und einer dazu orthogonalen zweiten Ebenenrichtung Y, wobei die einzelnen Spulenebenen zueinander parallel verlaufen. In einer Waage der vorgenannten Art wird der Grundkörper bevorzugt so an einem Hebel einer Kraftuntersetzung angeordnet, dass die Schwenkebene des Hebels parallel zu einer Spulenebene verläuft. Senkrecht zu den Ebenenrichtungen X und Y, und damit in Richtung der Breite des Grundkörpers, verläuft die Querrichtung Z.The invention is based on the finding that a coil that can be easily configured for different applications can be created using a coil system that includes a base body with at least two coils. The coils are designed as conductor tracks, each extend in an associated coil plane and are arranged in a helical shape around a coil center. The base body and each coil plane extend essentially in a first plane direction X and a second plane direction Y orthogonal thereto, with the individual coil planes running parallel to one another. In a scale of the aforementioned type, the base body is preferably arranged on a lever of a power reduction unit in such a way that the pivoting plane of the lever runs parallel to a plane of the coil. The transverse direction Z runs perpendicular to the plane directions X and Y, and thus in the direction of the width of the base body.

„Schneckenförmig“ im Sinne dieser Anmeldung bedeutet, dass sich die Leiterbahn innerhalb jedes vollständigen Umlaufs um das Spulenzentrum diesem Spulenzentrum um ein Maß annähert oder sich davon entfernt, wobei das Maß mindestens mehr als die (vorzugsweise konstante) Breite der Spulenleiterbahn selbst beträgt. Die Spule kann dabei - mit Blick auf die Spulenebene - eine im Wesentlichen runde Form haben. Denkbar und bevorzugt ist aber auch eine sonstige geometrische, zweidimensionale Form, beispielsweise im Wesentlichen oval oder rechteckig, so dass innerhalb einer Windung dieser Spule die Länge der Leiterbahn in einer ersten Ebenenrichtung größer ist als in der dazu geschaffenen senkrechten zweiten Ebenenrichtung. Der Grundkörper mit seinen Spulen kann dann beispielsweise lang und flach ausgebildet werden."Snail-shaped" in the sense of this application means that the trace within each complete revolution around the coil center approaches this coil center or moves away from it by an amount that is at least more than the (preferably constant) width of the coil trace itself. In this case, the coil can—with a view to the plane of the coil—have an essentially round shape. However, another geometric, two-dimensional shape is also conceivable and preferred, for example essentially oval or rectangular, so that within one turn of this coil the length of the conductor track in a first plane direction is greater than in the second plane direction created perpendicular thereto. The base body with its coils can then be made long and flat, for example.

Erfindungsgemäß werden die wenigstens zwei Spulen nicht aus einem gewickelten und isolierten (lackierten) Draht gebildet, sondern jeweils als flache Leiterbahn, die auf einer ebenen Trägerschicht aufgebracht wird. Die Trägerschicht kann daher auch als Leiterplatte oder Platine verstanden werden, auf welche erfindungsgemäß die Leiterbahn als schneckenförmige Spule aufgebracht ist. Die Begriffe „Leiterbahn“, „Leiterplatte“ oder „Leiterplattenbauweise“ sollen dabei auch auf die Technik der additiven Fertigung bezogen werden insoweit, als eine Leiterbahn auch durch diese Technik (vereinfacht auch 3D-Druck bezeichnet) auf einen Träger aufgebracht („gedruckt“) werden kann. Auch eine Trägerschicht oder sogar der gesamte Grundkörper lässt sich bevorzugt auf diese Weise herstellen, wobei bedarfsweise verschiedene Materialien für den Druck einer Trägerschicht, einer Isolation und einer Spule verwendet werden. Die additive Fertigung ermöglicht es außerdem, mehrere Trägerschichten bzw. Spulen auf eng zueinander beabstandeten Ebenen nah beieinander zu fertigen, um einen besonders schmalen Grundkörper mit mehreren Spulen auszubilden.According to the invention, the at least two coils are not formed from a wound and insulated (varnished) wire, but each as a flat conductor track that is applied to a flat carrier layer. The carrier layer can therefore also be understood as a printed circuit board or circuit board, to which, according to the invention, the conductor track is applied as a helical coil. The terms "conductor track", "printed circuit board" or "printed circuit board construction" should also refer to the technology of additive manufacturing insofar as a conductor track is also applied ("printed") to a carrier using this technology (also referred to simply as 3D printing). can be. A carrier layer or even the entire base body can preferably be produced in this way, with different materials being used for printing a carrier layer, an insulation and a coil, if necessary. Additive manufacturing also makes it possible to create multiple carriers to produce layers or coils on closely spaced planes close together in order to form a particularly narrow base body with several coils.

Wenigstens zwei, vorzugsweise alle Spulen des erfindungsgemäßen Spulensystems sind im Wesentlichen zweidimensional, nämlich entlang der jeweiligen Spulenebene, ausgebildet. Lediglich die Dicke der die Spule bildenden Leiterbahn bestimmt die Ausdehnung senkrecht zur Spulenebene, und vorzugsweise liegen alle Windungen einer Spule (mit Blick auf die Spulenebene) ineinander bzw. nebeneinander, nicht vor- oder hintereinander.At least two, preferably all, coils of the coil system according to the invention are essentially two-dimensional, namely along the respective coil plane. Only the thickness of the conductor track forming the coil determines the expansion perpendicular to the coil plane, and preferably all turns of a coil (with a view of the coil plane) lie inside or next to one another, not in front of or behind one another.

Die erfindungsgemäß im Grundkörper vorgesehenen wenigstens zwei Spulen ermöglichen die Ausbildung unterschiedlicher Spulenkonfigurationen, indem die Spulen entweder einzelnen oder miteinander verbunden/verschaltet genutzt werden, beispielsweise parallel oder in Serie. So kann ein Grundkörper allein durch die gewählte Verschaltung der Spulen für unterschiedliche Anwendungen bzw. Wägezelle-Typen konfiguriert werden.The at least two coils provided according to the invention in the base body enable different coil configurations to be formed, in that the coils are used either individually or connected/connected to one another, for example in parallel or in series. In this way, a base body can be configured for different applications or load cell types simply by the selected wiring of the coils.

Zweckmäßigerweise kann eine Trägerschicht mit darauf angeordneter Spule in Querrichtung sehr flach bzw. schmal ausgebildet werden, so dass eine Vielzahl von Spulen mit jeweils geringem Abstand (in Querrichtung gesehen) nebeneinanderliegend im Grundkörper ausgebildet sein können. Die in Querrichtung gemessene Breite des gesamten Grundkörpers kann daher vorteilhaft sehr gering ausfallen, wodurch auch eine geringe Gesamtbreite einer Wägezelle möglich wird, die einen erfindungsgemäßen Grundkörper nutzt.A carrier layer with a coil arranged thereon can expediently be made very flat or narrow in the transverse direction, so that a large number of coils can be formed next to one another in the base body, each with a small spacing (seen in the transverse direction). The width of the entire base body, measured in the transverse direction, can therefore advantageously turn out to be very small, as a result of which a small total width of a weighing cell that uses a base body according to the invention is also possible.

Bevorzugt ist der Grundkörper gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Gasen mit einer Umhüllung möglichst hermetisch, jedenfalls weitgehend, umschlossen, so dass die wenigstens zwei Spulen vor Umwelteinflüssen und z.B. gegen das Eindringen explosionsfähiger Gase im Betrieb gut geschützt sind. Aufgrund der kompakten, vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmigen Bauweise des Grundkörpers ist dessen Umhüllung leichter herstellbar als für eine aus dem Stand der Technik bekannte, gewickelte Spule. Mit den Mitteln der additiven Fertigung lässt sich der Grundkörper besonders einfach mit einer Umhüllung versehen. Die Umhüllung kann jedoch auch auf anderem Wege realisiert werden.The base body is preferably enclosed as hermetically as possible, at least to a large extent, in a cover to prevent the ingress of moisture and gases, so that the at least two coils are well protected from environmental influences and, for example, from the ingress of explosive gases during operation. Due to the compact, preferably essentially cuboid construction of the base body, its casing can be produced more easily than for a wound coil known from the prior art. With the means of additive manufacturing, the base body can be provided with a cover in a particularly simple manner. However, the encapsulation can also be realized in other ways.

Vorzugsweise besteht die Umhüllung aus Kupfer, weil das statische Magnetfeld eines Permanentmagneten die Kupferumhüllung ebenso durchdringt wie die Kupferwindung der stromdurchflossenen Spule, so dass beide Komponenten zur Erzeugung einer Kraft leicht in Wechselwirkung treten können.The sheath is preferably made of copper because the static magnetic field of a permanent magnet penetrates the copper sheath as well as the copper winding of the current-carrying coil, so that both components can easily interact to generate a force.

Erfindungsgemäß umfasst das Magnet-Spulen-System wenigstens einen Permanentmagneten. Permanentmagnet und Grundkörper sind beweglich zueinander angeordnet. Bevorzugt soll der Grundkörper im Raum beweglich angeordnet sein, beispielsweise verbunden mit einem Hebel einer Wägezelle. Der Permanentmagnet hingegen soll bevorzugt ortsfest positioniert sein. Gleichwohl ist auch der umgekehrte Fall denkbar, bei dem der Permanentmagnet beispielsweise mit einer beweglichen Komponente der Waage gekoppelt ist, während der Grundkörper ortsfest positioniert wird.According to the invention, the magnet-coil system comprises at least one permanent magnet. Permanent magnet and base body are movably arranged relative to each other. The base body should preferably be arranged so that it can move in space, for example connected to a lever of a load cell. The permanent magnet, on the other hand, should preferably be positioned in a stationary manner. However, the reverse case is also conceivable, in which the permanent magnet is coupled to a movable component of the scale, for example, while the base body is positioned in a stationary manner.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegen die wenigstens zwei Spulen in Querrichtung Z nebeneinander und sind dabei jeweils durch eine elektrische Isolierung voneinander getrennt. Vorzugsweise wird die elektrische Isolierung unmittelbar durch eine Trägerschicht gebildet. Eine Trägerschicht kann auch beidseitig mit einer Spule bestückt sein, so dass zwei Spulen nicht jeweils eine eigene, sondern eine gemeinsame, dazwischen liegende und isolierende Trägerschicht nutzen. Die Trägerschicht kann jedoch auch selbst elektrisch und/oder wärmeleitfähig sein, dann ist eine andere Isolationsschicht zwischen Spule und Trägerschicht vorzusehen.According to an advantageous embodiment of the invention, the at least two coils are located next to one another in the transverse direction Z and are each separated from one another by electrical insulation. The electrical insulation is preferably formed directly by a carrier layer. A carrier layer can also be fitted with a coil on both sides, so that two coils do not each use their own carrier layer, but rather a common insulating carrier layer lying in between. However, the carrier layer can also be electrically and/or thermally conductive itself, in which case another insulating layer must be provided between the coil and the carrier layer.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Grundkörper wenigstens eine als Kühlkörper wirkende Wärmeableitfläche, um Wärme aus dem Inneren des Grundkörpers nach außen abzuführen. Dabei kann es sich um Elemente oder Schichten innerhalb des Grundkörpers handeln, die zusätzlich zu den Trägerschichten bzw. Spulen vorgesehen sind. Bevorzugt reichen diese Elemente oder Schichten bis auf die Außenfläche des Grundkörpers, um dort Wärme an die Umgebung abzugeben. Denkbar ist es ferner, eine eine Spule tragende Trägerschicht zugleich als Kühlkörper zu verwenden. Auch eine nicht von einer Spule belegte Trägerschicht oder nicht von der Spulenwicklung belegte Fläche der Spulenebene („teilweise eine Leiterbahnschicht“) kann als Kühlkörper dienen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the base body comprises at least one heat dissipation surface acting as a heat sink in order to dissipate heat from the interior of the base body to the outside. These can be elements or layers within the base body that are provided in addition to the carrier layers or coils. These elements or layers preferably extend to the outer surface of the base body in order to give off heat to the environment there. It is also conceivable to use a carrier layer carrying a coil as a heat sink at the same time. A carrier layer that is not occupied by a coil or an area of the coil plane that is not occupied by the coil winding (“partially a conductor track layer”) can also serve as a heat sink.

Denkbar ist ferner die Anordnung einer schneckenförmigen Wärmeableitfläche (Kühlspirale), die sich zwischen und entlang den Windungen einer Spule erstreckt. Dann wird die Leiterbahn der Spule bzw. deren Windungen zu beiden Seiten von den Windungen der Kühlspirale eingefasst, so dass die Wärme der Spulenleiterbahn beidseitig gut abgeführt werden kann in die Kühlspirale. Die Kühlspirale selbst kann beispielsweise per wärmeleitfähiger Durchkontaktierung mit einer Wärmeableitfläche auf der gegenüberliegenden Seite der zugehörigen Trägerschicht verbunden sein, um mit dieser (vorzugsweise vollflächig ausgebildeten) Wärmeableitfläche auf eine Außenoberfläche des Grundkörpers geführt zu werden, wo die Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann.Also conceivable is the arrangement of a snail-shaped heat dissipation surface (cooling spiral) which extends between and along the windings of a coil. Then the conductor track of the coil or its windings is bordered on both sides by the windings of the cooling spiral, so that the heat of the coil conductor track can be easily dissipated into the cooling spiral on both sides. The cooling spiral itself can be connected to a heat dissipation surface on the opposite side of the associated carrier layer, for example by thermally conductive through-contacting, in order to be guided with this (preferably full-surface) heat dissipation surface to an outer surface of the base body to be where the heat can be dissipated to the environment.

Leiterbahnen auf Platinen können erzeugt werden aus einer zunächst vollflächig vorgesehenen dünnen Kupferschicht auf der Platine, deren nicht zur Leiterbahn gehörende Bereiche weggeätzt werden. Aufgrund der guten thermischen Leiteigenschaften von Kupfer könnte als Kühlkörper bzw. Trägerschicht daher zum Beispiel eine nicht geätzte Platine mit vollflächiger Kupferbeschichtung im Grundkörper vorgesehen werden. Denkbar ist es auch, auf einem beidseitig kupferbeschichteten Platinenrohling nur einseitig eine erfindungsgemäße Spule auszubilden bzw. herauszuätzen, während die gegenüberliegende Seite als durchgehende Kupferschicht beibehalten wird. Die Trägerschicht übernimmt in diesem Fall die Doppelfunktion als Kühlkörper und als Spulenträger.Conductor tracks on printed circuit boards can be produced from a thin copper layer that is initially provided over the entire surface of the circuit board, and the areas of which do not belong to the conductor track are etched away. Due to the good thermal conductivity properties of copper, a non-etched printed circuit board with a full-surface copper coating could be provided in the base body as a heat sink or carrier layer, for example. It is also conceivable to form or etch out a coil according to the invention on only one side of a circuit board blank that is copper-coated on both sides, while the opposite side is retained as a continuous copper layer. In this case, the carrier layer assumes the dual function of heat sink and coil carrier.

Die einzelnen Spulen des Grundkörpers können baugleich sein, also in ihren geometrischen Abmessungen, der Anzahl und dem Wickelsinn der Windungen übereinstimmen. The individual coils of the base body can be structurally identical, ie they can match in terms of their geometric dimensions, the number and the direction of winding of the turns.

So könnte eine Trägerschicht mit einer darauf aufgebrachten Spule als Standardelement verwendet werden, und der Grundkörper könnte mehrere solcher identischer Trägerschichten umfassen, die in Querrichtung hintereinanderliegen. Dies reduziert die Herstellungs- und Lagerkosten und gestattet die Kombination gleichartiger Spulen zur Ausbildung von Spulengruppen (s.u.). Der Wicklungssinn benachbarter Spulen könnte gleich oder entgegengesetzt sein.For example, a carrier layer with a coil applied thereto could be used as the standard element, and the base body could comprise a plurality of such identical carrier layers which lie one behind the other in the transverse direction. This reduces the production and storage costs and allows the combination of coils of the same type to form coil groups (see below). The winding sense of adjacent coils could be the same or opposite.

Einige oder alle Spulen des Grundkörpers können sich aber auch voneinander unterscheiden, beispielsweise in der Anzahl ihrer Windungen oder ihrer maximalen oder minimalen Ausdehnung in der jeweiligen Spulenebene. Beispielsweise könnte der Grundkörper mehrere Spulen mit einer ersten Anzahl von Windungen und zusätzlich weitere Spulen mit einer zweiten Anzahl von Windungen enthalten. Alternativ oder ergänzend können die Windungen einiger der Spulen beispielsweise annähernd kreisförmig oder auch in einer anderen Geometrie (oval oder rechteckig oder in sonstiger polygoner Form) verlaufen und dabei identische oder verschiedene äußere oder innere Abmessungen aufweisen. Denkbar ist es außerdem, in einer Ebene zwei oder mehr Spulen anzuordnen, indem beispielsweise eine innerste Spule von einer oder mehreren, in radialer Richtung jeweils weiter außen liegenden Spulen umlaufen wird. Ferner können sich zwei Spulen auch hinsichtlich anderer Merkmale unterscheiden, etwa in den Abmessungen des Querschnitts der Leiterbahnen, der Materialstruktur der Leiterbahn, ihrer elektrischen Eigenschaften, ihres Wicklungssinnes, dem Ort ihrer Anschlusskontaktierung usw.However, some or all coils of the base body can also differ from one another, for example in the number of turns or their maximum or minimum extent in the respective coil plane. For example, the base body could contain multiple coils with a first number of turns and additional coils with a second number of turns. Alternatively or in addition, the turns of some of the coils can run, for example, in an approximately circular manner or also in a different geometry (oval or rectangular or in some other polygonal shape) and have identical or different external or internal dimensions. It is also conceivable to arrange two or more coils in one plane, for example by having one or more coils, each lying further outside in the radial direction, run around an innermost coil. Furthermore, two coils can also differ with regard to other characteristics, such as the dimensions of the cross-section of the conductor tracks, the material structure of the conductor track, its electrical properties, its winding direction, the location of its connection contacts, etc.

Bevorzugt sind für jede dieser Spulen eigene Anschlusskontakte auf die Außenseite des Grundkörpers geführt. Dadurch wird es möglich, einzelne Spulen gezielt auszuwählen und elektrisch zu kontaktieren, während andere Spulen ungenutzt bleiben können. Ferner ist es möglich, wahlweise einige oder alle Spulen frei wählbar miteinander zu einer oder mehreren kombinierten Spule(n) (im Weiteren auch „Spulengruppe“ genannt), zu verschalten. Die Spulen können untereinander beliebig parallel oder in Serie, bedarfsweise auch in Verbindung mit weiteren elektronischen Bauelementen, verschaltet werden, um eine Spulengruppe mit gezielt ausgewählten physikalischen Eigenschaften (Induktivität, Abmessung, Leitungswiderstand etc.) zu schaffen. Ein erfindungsgemäßer Grundkörper kann dann als universeller Standardkörper hergestellt und auch in unterschiedliche Wägezellen eingesetzt werden, wobei durch individuelle Beschaltung der Spulen je nach Typ der Wägezelle die dafür jeweils erforderliche Spulenkonfiguration wählbar ist.Separate connection contacts are preferably routed to the outside of the base body for each of these coils. This makes it possible to select individual coils in a targeted manner and to contact them electrically, while other coils can remain unused. Furthermore, it is possible to optionally connect some or all of the coils to one another to form one or more combined coil(s) (hereinafter also referred to as “coil group”). The coils can be connected to one another in parallel or in series, if necessary also in connection with other electronic components, in order to create a coil group with specifically selected physical properties (inductance, dimensions, line resistance, etc.). A base body according to the invention can then be produced as a universal standard body and also used in different load cells, with the coil configuration required for each type of load cell being selectable by individual wiring of the coils.

Alternativ ist es denkbar, wenigstens zwei Spulen bereits innerhalb des Grundkörpers zu einer Spulengruppe parallel oder in Serie zusammen zu schalten, ohne dass die Anschlusskontakte jeder einzelnen Spule auch auf die Außenfläche des Grundkörpers geführt werden müssen. Das kann geschehen, indem ein Anschlusskontakt einer ersten Spule über eine geeignete elektrische Leitung im Inneren des Grundkörpers unmittelbar mit einem Anschlusskontakt einer zweiten Spule verbunden wird, beispielsweise um eine serielle Verschaltung beider Spulen zu realisieren. Lediglich die verbleibenden Anschlusskontakte der so gebildeten Spulengruppe müssen dann zur Kontaktierung nach außen geführt werden. Dieser Fall kann dann sinnvoll sein, wenn die gewünschten physikalischen Eigenschaften der Spulengruppe durch eine einzelne Spule (beispielsweise aufgrund geometrischer Beschränkungen) nicht gegeben sind, aber auf die externe Zusammenschaltung der Spulen einfachheitshalber verzichtet werden soll.Alternatively, it is conceivable for at least two coils to be connected in parallel or in series to form a coil group inside the base body, without the connection contacts of each individual coil also having to be routed to the outer surface of the base body. This can be done by directly connecting a connection contact of a first coil to a connection contact of a second coil via a suitable electrical line inside the base body, for example in order to connect the two coils in series. Only the remaining connection contacts of the coil group formed in this way then have to be routed to the outside for contacting. This case can be useful if the desired physical properties of the coil group are not given by a single coil (for example due to geometric restrictions), but external interconnection of the coils should be avoided for the sake of simplicity.

Die elektrische Verbindung zweier Spulen innerhalb des Grundkörpers kann erfolgen mittels Durchkontaktierung, bei der eine elektrische Verbindung von einer Seite einer Trägerschicht auf die andere Seite geschaffen wird, um beispielsweise zwei zu beiden Seiten der Trägerschicht angeordnete Spulen in Querrichtung miteinander zu verbinden. Solche nicht nach außen geführten bzw. von außen nicht sichtbaren Kontaktierungen, die auch über mehrere Trägerschichten hinweg geführt werden können, werden auch als „vergrabene“ Verbindung bezeichnet. Alternativ oder ergänzend ist es jedoch auch möglich, für einige oder alle Spulen Durchkontaktierungen bis auf die Außenseite des Grundkörpers zu führen. Ausgehend von der jeweiligen Spulenebene bzw. der die Spule tragenden Trägerschicht erstreckt sich die zugehörige Durchkontaktierung dann (in der Regel senkrecht zur Spulenebene und damit in Querrichtung) bis zur Außenfläche des Grundkörpers. Natürlich sind die Durchkontaktierungen innerhalb des Grundkörpers abseits der Windungen oder Kontakte anderer Spulen zu führen, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Die in einer bestimmten Tiefe bzw. Spulenebene endende und bis nach außen geführte Durchkontaktierung wird auch als „sichtbare“ Verbindung bezeichnet. Zwei einander unmittelbar gegenüberliegende Spulen (ohne dazwischen liegende Trägerschicht) lassen sich intern ebenfalls elektrisch verbinden.The electrical connection of two coils within the base body can be made by means of through-contacting, in which an electrical connection is created from one side of a carrier layer to the other side, for example to connect two coils arranged on both sides of the carrier layer to one another in the transverse direction. Such contacts that are not routed to the outside or are not visible from the outside and that can also be routed across several carrier layers are also referred to as “buried” connections. As an alternative or in addition, however, it is also possible for some or all of the coils to have plated-through holes on the outside of the base body. Starting from the respective coil level or the coil-bearing tray In the second layer, the associated via then extends (usually perpendicular to the plane of the coil and thus in the transverse direction) to the outer surface of the base body. Of course, the vias within the base body must be routed away from the windings or contacts of other coils in order to avoid short circuits. The via plating ending at a certain depth or coil level and leading to the outside is also referred to as a "visible" connection. Two coils directly opposite each other (without a carrier layer in between) can also be electrically connected internally.

Zweckmäßigerweise sind die zu einer Spulengruppe verbindbaren Spulen des erfindungsgemäßen Grundkörpers so kontaktierbar, dass ein in die Spulengruppe eingeleiteter elektrischer Strom alle Spulen der Spulengruppe gleichsinnig durchströmt, so dass sich die durch den Stromfluss entstehenden Kräfte jeder Spule addieren.The coils of the basic body according to the invention that can be connected to form a coil group can be contacted in such a way that an electric current introduced into the coil group flows through all coils of the coil group in the same direction, so that the forces generated by the current flow add up to each coil.

Eine eine Spule ausbildende Leiterbahn hat vorzugsweise einen rechteckigen oder dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt.A conductor forming a coil preferably has a rectangular or triangular or trapezoidal cross section.

Eine erfindungsgemäße Waage ist mit einem Grundkörper der vorgenannten Art ausgestattet. Vorzugsweise ist der Grundkörper an einem Hebel einer Kraftuntersetzungseinrichtung befestigt, wobei die Verwendung auch vorteilhaft (weil Gewichtseinsparend) für sogenannte direkt tragende Systeme ohne Hebel geeignet ist. In diesem Fall ist der Grundkörper unmittelbar mit dem Lastaufnehmer der Wägezelle gekoppelt.A scale according to the invention is equipped with a base body of the aforementioned type. The base body is preferably fastened to a lever of a power reduction device, the use of which is also advantageous (because it saves weight) suitable for so-called directly supporting systems without a lever. In this case, the base body is coupled directly to the load cell's load receptor.

Vorzugsweise ist der Lastaufnehmer oder ein mit diesem gekoppelter, den Grundkörper tragender Hebel in einer Schwenkebene beweglich, die parallel zu den Spulenebenen des Grundkörpers verläuft. Die Schwenkebene steht in der Regel vertikal, so dass sich die Querrichtung des Grundkörpers in horizontaler Richtung erstreckt. In Querrichtung gesehen seitlich neben dem Grundkörper ist erfindungsgemäß wenigstens ein Permanentmagnet angeordnet. Der Abstand zwischen dem Magneten und dem Grundkörper ist bevorzugt sehr gering (beispielsweise kleiner als 2 Millimeter), um eine starke Wechselwirkung des von dem Permanentmagneten erzeugten Magnetfelds mit dem von einer stromdurchflossenen Spule des Grundkörpers erzeugten Magnetfeld zu gewährleisten.Preferably, the load receiver or a lever that is coupled to it and carries the base body can be moved in a pivoting plane that runs parallel to the coil planes of the base body. The pivot plane is usually vertical, so that the transverse direction of the base body extends in the horizontal direction. According to the invention, at least one permanent magnet is arranged laterally next to the base body, viewed in the transverse direction. The distance between the magnet and the base body is preferably very small (for example less than 2 millimeters) in order to ensure a strong interaction of the magnetic field generated by the permanent magnet with the magnetic field generated by a current-carrying coil of the base body.

Die Auslenkung des Grundkörpers aus einer vorgegebenen Nulllage kann mithilfe eines Positionsdetektors erfasst und als Signal an einen Regler weitergeleitet werden. Abhängig von der Größe der Auslenkung erzeugt der Regler einen Kompensationsstrom in einer Spule bzw. einer Spulengruppe des Grundkörpers, um durch das dabei entstehende Magnetfeld eine auf den Grundkörper einwirkende Rückstellkraft senkrecht zur Querrichtung zu erzeugen, in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Permanentmagnete.The deflection of the base body from a specified zero position can be detected using a position detector and forwarded as a signal to a controller. Depending on the size of the deflection, the controller generates a compensation current in a coil or a coil group of the base body in order to use the resulting magnetic field to generate a restoring force acting on the base body perpendicular to the transverse direction, in interaction with the magnetic field of the permanent magnets.

Herkömmliche, nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation arbeitende Waagen verwenden eine zylindrische Spule mit einem dazu versetzt angeordneten Permanentmagneten. Zur Umlenkung des magnetischen Flusses wird dabei häufig eine Polplatte vorgesehen. Das Magnet-Spule-System der Erfindung ermöglicht dagegen den Verzicht auf eine solche Polplatte (die immer eine Feld-schwächende räumliche Distanz erzeugt), wodurch eine besonders schmale Bauform des gesamten Magnet-Spulen-Systems möglich wird. Der Permanentmagnet und der Grundkörper (bzw. dessen Spulen) können ohne eine dazwischen liegende Polplatte in einem sehr geringen Abstand zueinander angeordnet werden.Conventional scales that work according to the principle of electromagnetic force compensation use a cylindrical coil with a permanent magnet arranged in an offset manner. A pole plate is often provided to deflect the magnetic flux. The magnet-coil system of the invention, on the other hand, makes it possible to dispense with such a pole plate (which always produces a spatial distance that weakens the field), as a result of which a particularly narrow design of the entire magnet-coil system becomes possible. The permanent magnet and the base body (or its coils) can be arranged at a very small distance from one another without a pole plate lying in between.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waage trägt der Grundkörper eine Komponente des Positionsdetektors, beispielsweise eine Differenz-Fotodiode. Ein von einer ortsfesten Lichtquelle auf die Fotodiode gerichteter Lichtstrahl beleuchtet die Fotodiode je nach Auslenkung des Grundkörpers aus der Nulllage mehr oder weniger stark. Ein von der Beleuchtungsintensität abhängiges Signal der Fotodiode kann dem vorgenannten Regler zur Erzeugung der Rückstellkraft zugeführt werden. Anders als im Stand der Technik kann die Fotodiode integraler Bestandteil des Grundkörpers sein, indem sie beispielsweise auf einer außen liegenden Trägerschicht bzw. Platinenschicht des Grundkörpers als elektronisches Bauteil vorgesehen wird. Die separate Bereitstellung und ortsfeste Anordnung der Fotodiode, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann dabei vorteilhaft entfallen. Dadurch reduziert sich auch die Breite der Wägezelle, denn es ist nicht mehr nötig, auf einer Seite des Hebels bzw. des Grundkörpers eine Lichtquelle und auf der anderen Seite die Fotodiode (oder einen anderen geeigneten Sensor) vorzusehen.According to an advantageous embodiment of the scale according to the invention, the base body carries a component of the position detector, for example a differential photodiode. A light beam directed from a stationary light source onto the photodiode illuminates the photodiode to a greater or lesser extent depending on the deflection of the base body from the zero position. A signal from the photodiode that is a function of the illumination intensity can be supplied to the aforementioned controller to generate the restoring force. In contrast to the prior art, the photodiode can be an integral part of the base body, for example by being provided as an electronic component on an external carrier layer or printed circuit board layer of the base body. The separate provision and stationary arrangement of the photodiode, as is known from the prior art, can advantageously be omitted. This also reduces the width of the load cell, because it is no longer necessary to provide a light source on one side of the lever or the base body and the photodiode (or another suitable sensor) on the other side.

Nachfolgend soll eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnet-Spulen-Systems anhand von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt

1 eine schematische Draufsicht auf eine Trägerschicht mit darauf angeordneter Spule;
2 einen erfindungsgemäßen Grundkörper mit mehreren Spulen bzw. Trägerschichten,
3 einen schematischen Querschnitt durch ein Magnet-Spulen-System mit vergrößerter Detailansicht,
4 sechs miteinander verschaltete Spulen in freigeschnittener Darstellung,
5 einen Grundkörper mit Schlitzblende und Positionsdetektor (optischer Kopf), und
6 einen Grundkörper, eingefasst in eine Umhüllung.

An embodiment of a magnet-coil system according to the invention is to be explained in more detail below with reference to figures. while showing

1 a schematic top view of a carrier layer with a coil arranged thereon;
2 a base body according to the invention with several coils or carrier layers,
3 a schematic cross section through a magnet coil system with an enlarged detail view,
4 six interconnected coils in a cutaway view,
5 a body with a slit and a position detector (optical head), and
6 a base body, encased in a casing.

1 zeigt in vereinfachter Draufsicht eine freigelegte Trägerschicht T1 eines Grundkörpers, wobei sich die Trägerschicht in eine erste Ebenenrichtung X und eine zweite Ebenenrichtung Y erstreckt. Die Ausdehnung in eine zu beiden Richtungen X, Y orthogonalen Querrichtung Z (in 1 senkrecht zur Zeichenebene) ist demgegenüber gering. 1 shows an exposed carrier layer T1 of a base body in a simplified plan view, the carrier layer extending in a first plane direction X and a second plane direction Y. The extension in a transverse direction Z orthogonal to both directions X, Y (in 1 perpendicular to the plane of the drawing) is small in comparison.

Die dem Betrachter zugewandte Oberfläche der Trägerschicht T1 bildet zugleich eine Spulenebene E1, in der sich eine erste Spule S1, ausgehend von einem Spulenzentrum D, in etwa zwanzig Windungen schneckenförmigen nach außen erstreckt. Die Spule S1 ist dabei als Leiterbahn ausgebildet und über Anschlusskontakte C1 nahe des Spulenzentrums D bzw. an der äußersten Windung elektrisch kontaktierbar. Zwei Montageöffnung M durchdringen den gesamten Grundkörper A in Z-Richtung.The surface of the carrier layer T1 facing the viewer forms at the same time a coil plane E1, in which a first coil S1, starting from a coil center D, extends helically outwards in about twenty turns. The coil S1 is in the form of a conductor track and can be electrically contacted via connection contacts C1 near the coil center D or on the outermost turn. Two mounting holes M penetrate the entire body A in the Z direction.

2 zeigt in vereinfachter perspektivischer Darstellung einen Grundkörper A, der mehrere Trägerschichten T1 - T4 nach Art der in 1 dargestellten Trägerschicht umfasst. Jede der Trägerschichten T1 - T4 bildet dabei mindestens eine Spulenebene aus, wobei eine erste Spulenebene E1 und eine dazu parallele weitere Spulenebene E4 zur Veranschaulichung in 2 angedeutet ist. Jede Trägerschicht kann in einer zugehörigen Spulenebene eine Spule aufweisen nach dem in 1 dargestellten Vorbild. Der Grundkörper ist von einer Umhüllung U umgeben, welche den Blick auf die äußersten Trägerschichten verdeckt (in 2 sind die Randbereiche des Grundkörpers bzw. der Trägerschichten ohne Umhüllung dargestellt und daher zu sehen). 2 shows a simplified perspective view of a base body A, which has several carrier layers T1 - T4 in the manner of 1 illustrated carrier layer includes. Each of the carrier layers T1 - T4 forms at least one coil level, with a first coil level E1 and a further coil level E4 parallel thereto being shown in FIG 2 is indicated. Each carrier layer can have a coil in an associated coil plane according to in 1 depicted example. The base body is surrounded by a cover U, which hides the outermost carrier layers from view (in 2 the edge areas of the base body or the carrier layers are shown without a cover and can therefore be seen).

Alle Trägerschichten bzw. ihre Spulenebenen liegen zueinander und zur X-Y- Ebene parallel und bestimmen im Wesentlichen die Gestalt des in Querrichtung Z gesehen schmalen Grundkörpers A.All carrier layers or their coil planes are parallel to each other and to the X-Y plane and essentially determine the shape of the base body A, which is narrow when viewed in the transverse direction Z.

Einige der im Inneren des Grundkörpers A auf den Trägerschichten angeordneten Spulen S1 bis S6 sind über Anschlusskontakte C1, C2, C3 elektrisch kontaktierbar, die aus dem Inneren des Grundkörpers bis auf dessen Oberfläche herausgeführt sind. Dadurch ist es möglich, einzelne Spulen im Inneren des Grundkörpers A gezielt zu kontaktieren oder auch mit weiteren Spulen zu verschalten, beispielsweise parallel oder seriell.Some of the coils S1 to S6 arranged on the carrier layers inside the base body A can be electrically contacted via connection contacts C1, C2, C3, which are led out from the inside of the base body down to its surface. This makes it possible to specifically contact individual coils inside the base body A or to connect them to other coils, for example in parallel or in series.

Eine vereinfacht dargestellte Ausnehmung L durchdringt den Grundkörper A in Breitenrichtung Z. Durch die Ausnehmung L kann ein Lichtstrahl gerichtet werden, um mit einem geeigneten Positionsdetektor (optischen Kopf) eine Bewegung bzw. Auslenkung des Grundkörpers quer zum Lichtstrahl erfassen und auswerten zu können. Die Ausnehmung kann insbesondere auch als schmaler Schlitz (Schlitzblende) ausgeführt sein (in 2 nicht dargestellt).A recess L shown in simplified form penetrates the base body A in the width direction Z. A light beam can be directed through the recess L in order to be able to use a suitable position detector (optical head) to detect and evaluate a movement or deflection of the base body transversely to the light beam. The recess can in particular also be designed as a narrow slit (slit diaphragm) (in 2 not shown).

3 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung des Grundkörpers A mit Blick entlang der Ebenenrichtung X, wobei der Bereich des Spulenzentrums D in 3a vergrößert herausgestellt ist. 3 shows a simplified sectional view of the base body A viewed along the plane direction X, with the region of the coil center D in 3a enlarged.

In 3a sind die zum Spulenzentrum D weisenden Abschnitte einzelner Trägerschichten T1 bis T6 schraffiert dargestellt. Eine erste Trägerschicht T1 ist auf ihrer in (3a linken) Seite mit einer ersten schneckenförmigen Spule S1 bestückt, deren Leiterbahn einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweist. Ein Anschlusskontakt C1 der ersten Spule S1 ist im Bereich des Spulenzentrums D auf die beiden in Querrichtung Z gegenüberliegenden Außenseiten des Grundkörpers A geführt. Auf der der ersten Spule S1 gegenüberliegenden Seite der ersten Trägerschicht T1 ist eine weitere Spule S2 in Schneckenform angeordnet. Die erste Trägerschicht T1 für die erste Spule S1 fungiert hier zugleich als zweite Trägerschicht T2 für die zweite Spule S2. Auch für die zweite Spule S2 ist ein zugehöriger Anschlusskontakt C2 vom Zentrum des Grundkörpers A auf dessen Außenseiten geführt, analog zum Anschlusskontakt C1.In 3a the sections of individual carrier layers T1 to T6 pointing to the coil center D are shown hatched. A first carrier layer T1 is on its in ( 3a Left) side equipped with a first helical coil S1, whose conductor track has an approximately rectangular cross section. A connection contact C1 of the first coil S1 is guided in the region of the coil center D to the two opposite outer sides of the base body A in the transverse direction Z. A further coil S2 in the form of a worm is arranged on the side of the first carrier layer T1 opposite the first coil S1. The first carrier layer T1 for the first coil S1 acts here at the same time as the second carrier layer T2 for the second coil S2. For the second coil S2, too, an associated connection contact C2 is guided from the center of the base body A to its outer sides, analogously to the connection contact C1.

Ähnlich der Trägerschicht T1/T2 sind zwei weitere Trägerschichten T3/T4 bzw. T5/T6 mit jeweils zwei darauf angeordneten schneckenförmigen Spulen S3, S4 und S5, S6 in geringem Abstand zueinander bzw. zur Trägerschicht T1/T2 angeordnet. Die Anschlusskontakte dieser Spulen sind in 3a nicht näher dargestellt. Alle Spulen S1 bis S6 können innerhalb des Grundkörpers A in nicht näher dargestellter Weise miteinander seriell oder parallel verschaltet sein. Alternativ oder ergänzend können einige oder alle Anschlusskontakte der Spulen S1 - S6 auch auf die Außenfläche des Grundkörpers A geführt sein.Similar to the carrier layer T1/T2, two further carrier layers T3/T4 and T5/T6, each with two helical coils S3, S4 and S5, S6 arranged thereon, are arranged at a small distance from one another or from the carrier layer T1/T2. The connection contacts of these coils are in 3a not shown in detail. All of the coils S1 to S6 can be connected to one another in series or in parallel within the base body A in a manner that is not detailed. Alternatively or additionally, some or all of the connection contacts of the coils S1-S6 can also be routed to the outer surface of the base body A.

Die einzelnen Trägerschichten sind jeweils durch eine nicht dargestellte, isolierende Zwischenschicht und/oder einen Abstand in Querrichtung Z jedenfalls elektrisch ausreichend gut voneinander isoliert, um einen Kurzschluss zwischen zwei Spulen zu vermeiden, die einander zwischen zwei Trägerschichten unmittelbar gegenüber liegen.The individual carrier layers are in any case electrically sufficiently well insulated from each other by an insulating intermediate layer (not shown) and/or a distance in the transverse direction Z in order to avoid a short circuit between two coils that are located directly opposite one another between two carrier layers.

Zu sehen ist außerdem, dass die Außenfläche des Grundkörpers A im Wesentlichen durch eine Umhüllung U bedeckt ist, um das Eindringen von Feuchtigkeit oder (beispielsweise explosionsfähigen) Gasen in das Innere des Grundkörpers zu vermeiden. Bei der Umhüllung kann es sich insbesondere um eine Kupferschicht handeln. Kupfer ist gegenüber Umwelteinflüssen robust und nimmt vorteilhaft keinen wesentlichen Einfluss auf Magnetfelder.It can also be seen that the outer surface of the base body A is essentially covered by a cover U in order to prevent the penetration of moisture or (for example explosive) gases into the interior of the base body avoid. The encapsulation can in particular be a copper layer. Copper is robust to environmental influences and advantageously has no significant influence on magnetic fields.

Das in 3 dargestellte Magnet-Spule-System K umfasst vier ortsfeste Permanentmagneten P, die in Querrichtung Z in geringem Abstand zum Grundkörper A angeordnet sind. Der Grundkörper A ist relativ zu den Permanentmagneten P in Y-Richtung beweglich, wie durch den Doppelpfeil angedeutet ist. Beispielsweise könnte der Grundkörper an einem Hebel einer (nicht dargestellten) Waage angeordnet sein, die nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation arbeitet. Der (nicht dargestellte) Hebel und mit ihm der Grundkörper A werden durch eine zu wiegende Last aus einer Ausgangslage heraus zu einer Bewegung in X-Richtung gedrängt. Um dieser Bewegung entgegenzuwirken, können eine oder mehrere Spulen S1, S2... des Grundkörpers A mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden. Das dadurch erzeugte Spulen-Magnetfeld tritt in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der ortsfesten Permanentmagneten P. Bei geeigneter Spulenkonfiguration und Stromstärke wird eine ausreichend große Kompensationskraft erzeugt, um den Hebel bzw. den Grundkörper A zurück in die Ausgangslage zu bewegen bzw. ihn von vorne herein dort zu halten. Aus dem Spulenstrom lassen sich Rückschlüsse auf die zu wiegenden Last ziehen.This in 3 The magnet-coil system K shown includes four stationary permanent magnets P, which are arranged in the transverse direction Z at a small distance from the base body A. The base body A can be moved in the Y direction relative to the permanent magnets P, as indicated by the double arrow. For example, the base body could be arranged on a lever of a scale (not shown), which works according to the principle of electromagnetic force compensation. The lever (not shown) and with it the base body A are urged to move in the X-direction from a starting position by a load to be weighed. In order to counteract this movement, one or more coils S1, S2 . . . of the base body A can be supplied with an electric current. The coil magnetic field thus generated interacts with the magnetic field of the stationary permanent magnet P. With a suitable coil configuration and current strength, a sufficiently large compensation force is generated to move the lever or the base body A back to the starting position or to move it from the beginning there to keep. Conclusions about the load to be weighed can be drawn from the coil current.

Der geringe Abstand zwischen Grundkörper A und Permanentmagneten P in Querrichtung Z ermöglicht eine besonders präzise Kraftkompensation und eine vorteilhaft schmale Bauweise einer Wägezelle mit erfindungsgemäßem Magnet-Spule-System K.The small distance between the base body A and the permanent magnet P in the transverse direction Z enables a particularly precise force compensation and an advantageously narrow design of a weighing cell with a magnet-coil system K according to the invention.

4 zeigt in vereinfachter perspektivischer Darstellung sechs Spulen S1 - S6, die miteinander seriell verschaltet sind. Die jeweiligen Trägerschichten und gegebenenfalls weiterhin erforderliche Isolierungen sind in dieser Darstellung weggelassen. Die einzelnen Spulen lassen sich am einfachsten an ihren Anschlusskontakten im Spulenzentrum identifizieren und sind daher dort mit den zugehörigen Bezugszeichen versehen. Eine gemeinsame Kontaktierung der aus den sechs einzelnen Spulen gebildeten Spulengruppe ist über die Anschlusskontakte C möglich, die bis auf die Außenoberfläche des hier nicht dargestellten Grundkörpers geführt sind. Deutlich zu sehen ist, wie auf geringem Raum und insbesondere in Breitenrichtung Z mit sehr geringer Abmessung (im dargestellten Beispiel wenige Millimetern) eine kompakte Anordnung mehrerer Spulen möglich ist. 4 shows six coils S1-S6 in a simplified perspective view, which are connected to one another in series. The respective carrier layers and any insulation that may also be required are omitted in this illustration. The individual coils can be identified most simply by their connection contacts in the center of the coil and are therefore provided there with the associated reference symbols. Common contacting of the coil group formed from the six individual coils is possible via the connection contacts C, which are led to the outer surface of the base body, which is not shown here. It can be clearly seen how a compact arrangement of several coils is possible in a small space and in particular in the width direction Z with very small dimensions (a few millimeters in the example shown).

5 zeigt eine spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Grundkörpers A. Eine Ausnehmung L, wie sie bereits in 2 beschrieben wurde, liegt hier in der Nähe des Spulenzentrums im Grundkörpers A, der etwa hälftig geschnitten gezeigt ist. Die Ausnehmung wird von einer Schlitzblende B abgedeckt, durch die ein nicht näher dargestellter Lichtstrahl in Breitenrichtung Z auf einen ortsfesten Positionsdetektor (optischen Kopf) O gerichtet werden kann. Die Schlitzblende wird hier gebildet durch einen Schlitz in der äußersten Schicht des Grundkörpers, wobei die in Z-Richtung dahinter liegende Ausnehmung L im Grundkörper A freigehalten ist zur Anordnung des optischen Kopfes O. Eine Auslenkung des Grundkörpers A (der beispielsweise an einem verschwenkbaren Hebel einer Wägezelle angeordnet und dann in Richtung des angedeuteten Doppelpfeils beweglich wäre), ist über den ortsfesten optischen Kopf erfassbar und über eine nicht dargestellte Steuerung auswertbar. Abhängig von der Auslenkung kann ein geeigneter Spulenstrom in eine oder mehrere Spulen oder Spulengruppen des Grundkörpers A eingeleitet werden, um in Wechselwirkung mit dem nicht dargestellten Permanentmagneten eine Kompensationskraft zur Rückstellung des Grundkörpers zu erzeugen. Sowohl die Ausbildung der Schlitzblende B als Teil des Grundkörpers A als auch die Anordnung des optischen Kopfes (vollständig oder zumindest teilweise) in der Ausnehmung L erlaubt eine besonders schmale Ausbildung des Grundkörpers A, so dass die gesamte Wägezelle in Breitenrichtung Z sehr schmal gebaut werden kann. 5 shows a special embodiment of a base body A according to the invention. A recess L, as already shown in 2 was described, is here in the vicinity of the coil center in the base body A, which is shown cut in half. The recess is covered by a slit diaphragm B, through which a light beam (not shown in more detail) can be directed in the width direction Z onto a stationary position detector (optical head) O. The slit diaphragm is formed here by a slit in the outermost layer of the base body, with the recess L lying behind it in the Z-direction in the base body A being kept free for the arrangement of the optical head O. A deflection of the base body A (which, for example, can be attached to a pivotable lever of a Arranged load cell and then would be movable in the direction of the indicated double arrow), can be detected via the stationary optical head and evaluated via a controller, not shown. Depending on the deflection, a suitable coil current can be introduced into one or more coils or coil groups of the base body A in order to generate a compensating force for restoring the base body in interaction with the permanent magnet (not shown). Both the design of the slit diaphragm B as part of the base body A and the arrangement of the optical head (completely or at least partially) in the recess L allow a particularly narrow design of the base body A, so that the entire load cell can be built very narrow in the width direction Z .

6 zeigt den Grundkörper A gemäß 2 nahezu vollständig umhüllt mit der aus Kupfer gefertigten Umhüllung U. Die Umhüllung U bedeckt die Außenoberfläche des Grundkörpers A weitgehend, wobei lediglich Anschlusskontakte und Montageöffnungen freigehalten wurden. Auch die stirnseitigen, flachen Randbereiche, die in 2 noch ohne Umhüllung dargestellt sind, sind hier vollständig mit Kupfer umschlossen. 6 shows the body A according to FIG 2 almost completely encased with the encapsulation U made of copper. The encapsulation U largely covers the outer surface of the base body A, with only the connection contacts and assembly openings being kept free. The frontal, flat edge areas, which are 2 are still shown without a cover are here completely covered with copper.

Bezugszeichenlistereference list

AA: Grundkörperbody
BB: Schlitzblendeslit diaphragm
C, C1, C2...C, C1, C2...: Anschlusskontakteconnection contacts
DD: Spulenzentrumcoil center
E1, E2E1, E2: Spulenebenecoil plane
KK: Magnet-Spule-SystemMagnet coil system
LL: Ausnehmungrecess
MM: Montageöffnungmounting hole
OO: Positionsdetektor (Optischer Kopf)Position Detector (Optical Head)
PP: Permanentmagnetpermanent magnet
S1, S2...S1, S2...: SpulenWash
T1, T2...T1, T2...: Trägerschichtbacking layer
Uu: Umhüllungwrapping
XX: erste Ebenenrichtungfirst plane direction
YY: zweite Ebenenrichtungsecond plane direction
ZZ: Querrichtungtransverse direction

Claims

Magnet coil system (K), in particular carrier coil system for a force compensation weighing system for generating an electromagnetic force, comprising a) a coil system with a base body (A), which extends in a first plane direction (X), in a second plane direction (Y) orthogonal thereto and in a transverse direction (Z) running orthogonally to both plane directions (X, Y), b) wherein the base body (A) comprises at least two coils (S1, S2...), which are each applied as a conductor track on a preferably separate, associated carrier layer (T1, T2...) and each in a direction transverse to ( Z) orthogonal coil plane (E1, E2), and c) wherein at least two of the coils (S1, S2...) each comprise one or more turns running helically around a coil center (D), and d) the magnet-coil system (K) having at least one permanent magnet (P) which is designed and positioned to exert a force on the base body (A ) exercise when the coil (S1, S2) is traversed by an electric current.

Magnet coil system (K) after claim 1 , characterized in that at least two of the coils (S1, S2...) of the base body (A) are separated from one another in the transverse direction (Z) by electrical insulation, preferably an insulating carrier layer (T1, T2...).

Magnet coil system (K) after claim 2 , characterized in that at least two of the coils (S1, S2...) a) are structurally identical, or b) differ in the number of turns and/or in terms of their maximum and/or minimum extension in the respective coil plane (E1, E2 ...) and/or differ in the sense of orientation of the respective winding and/or the location of their respective connection contacts.

Magnet-coil system (K) according to one of the preceding claims, characterized in that a) separate connection contacts (C1, C2...) for several or all coils (S1, S2...) on at least one outer surface of the base body ( A) are guided in order to form at least one coil group (S12, S34...), preferably consisting of two or more coils (S1, S2) connected in series and/or in parallel, by means of optional external wiring of the corresponding connection contacts; (S3, S4)..., or b) that at least two coils (S1, S2) are interconnected within the base body (A) to form a coil group (S12, S34...) and only the connection contacts of the coil group (S12, S34 ... ) are guided onto the outer surface of the base body (A).

Magnet-coil system (K) according to one of the preceding claims, characterized in that an electric current can flow through at least two, preferably all coils (S1, S2...) in such a way that the forces generated per coil add up.

Magnet coil system (K) according to one of the preceding claims, characterized in that the base body (A) is largely hermetically enclosed against the ingress of moisture and gases, preferably over at least 80% of the entire outer surface, preferably by means of a cover (U ) made of copper.

Magnet-coil system (K) according to one of the preceding claims, characterized in that a) at least one heat dissipation surface is provided, in particular as a preferably metallic carrier layer (T1, T2..) or at least partially a conductor track layer, which extends from the interior of the body to at least one outer surface of the body in order to dissipate the heat generated inside to the outside, and/or b) that the cross section of the conductor track of a coil (S1, S2...) is rectangular, triangular or trapezoidal, and/or or c) that the overall thickness of the base body (A) in the transverse direction (Z) is less than 12mm, preferably less than 4mm.

Magnet coil system (K) according to one of the preceding claims, characterized in that a) in the area between the at least one permanent magnet (P) and the base body (A) and/or b) in the area between the at least one permanent magnet (P ) and a coil of the base body (A) no pole plate (A) conducting the magnetic field is arranged.

Magnet coil system (K) according to any one of the preceding claims, characterized in that the base body (A) is penetrated by a recess (L) in the transverse direction (Z) to a To direct light or laser beam of an optical position detector through the recess (L).

Scales that work according to the principle of electromagnetic force compensation, comprising a magnet-coil system (K) according to one of the preceding claims.

Scales according to the preceding claim, in which the base body (A) can be acted upon by a load applied to the scales with a force perpendicular to the transverse direction (Z), and the at least one permanent magnet (P) is provided with its magnetic field with a current-carrying coil (S1, S2 ...) of the base body (A) to interact and thereby generate a compensation force perpendicular to the transverse direction (Z) on the base body (A).