DE102021104307A1

DE102021104307A1 - Verfahren zum Betrieb einer Waage mit Ionisator

Info

Publication number: DE102021104307A1
Application number: DE102021104307.7A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Feldotte; Heyko Holst; Winfried Graf; Olaf Dudda
Original assignee: Sartorius Lab Instruments GmbH and Co KG
Current assignee: Sartorius Lab Instruments GmbH and Co KG
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2022-08-25
Also published as: WO2022179824A1; KR20230127349A; JP2024506418A; EP4298409A1; US20230392974A1; CN116724215A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Waage (10) mit einer in einem Wägeraum (12) angeordneten Wägegutaufnahme (14) zur Aufnahme von Wägegut, einem mechanisch mit der Wägegutaufnahme (14) verbundenen Wägesensor (16), einem Ionisator (18), mittels dessen eine lonenwolke in den Wägeraum (12) einbringbar ist, und einer steuerungstechnisch mit dem Wägesensor (16) und dem Ionisator (18) verbundenen Wägeelektronik (20), umfassend die Schritte:- Einbringen einer lonenwolke in den Wägeraum (12) zur Annäherung des - sofern vorhanden - elektrostatischen Aufladungszustandes des Wägeguts an seinen elektrostatischen Neutralzustand mittels des Ionisators (18),- Erkennen des innerhalb vorgegebener Toleranzen erreichten elektrostatischen Neutralzustandes und- Erfassen von Messwerten des Wägesensors (16), Berechnen eines für den elektrostatischen Neutralzustand repräsentativen, finalen Wägewerts daraus und Ausgeben des finalen Wägewerts.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass bei aktiviertem Ionisator (18) fortlaufend Messwerte des Wägesensors (16) erfasst werden, aus denen fortlaufend vorläufige Wägewerte berechnet werden, und dass, nachdem eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden, der finale Wägewert berechnet und ausgegeben wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Waage mit einer in einem Wägeraum angeordneten Wägegutaufnahme zur Aufnahme von Wägegut, einem mechanisch mit der Wägegutaufnahme verbundenen Wägesensor, einem Ionisator, mittels dessen eine lonenwolke in den Wägeraum einbringbar ist, und einer steuerungstechnisch mit dem Wägesensor und dem Ionisator verbundenen Wägeelektronik, umfassend die Schritte:

- Einbringen einer lonenwolke in den Wägeraum zur Annäherung des - sofern vorhanden - elektrostatischen Aufladungszustandes des Wägeguts an seinen elektrostatischen Neutralzustand mittels des Ionisators,
- Erkennen des innerhalb vorgegebener Toleranzen erreichten elektrostatischen Neutralzustandes und
- Erfassen von Messwerten des Wägesensors, Berechnen eines für den elektrostatischen Neutralzustand repräsentativen, finalen Wägewerts daraus und Ausgeben des finalen Wägewerts.

Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren ist aus der EP 1 813 920 B1 bekannt.
Handelsübliche Analysen- bzw. Präzisionswaagen weisen eine Wägegutaufnahme zur Aufnahme von Wägegut auf, die innerhalb eines Wägeraums angeordnet ist. Für gewöhnlich ist der Wägeraum durch einen Windschutz allseitig begrenzt, wobei dieser mindestens ein öffenbares Wandelement aufweist, um ein Positionieren des Wägeguts auf der Wägegutaufnahme zu ermöglichen. Mit der Wägegutaufnahme mechanisch verbunden ist ein Wägesensor, mittels dessen Messwerte erfasst werden können, anhand derer mittels einer mit dem Wägesensor verbundenen Wägeelektronik ein Wägewert berechnet wird, der der Masse des Wägeguts entspricht. Der Wägewert wird schließlich ausgegeben, was meistens durch ein Anzeigen des Wägewerts auf einer Anzeige der Waage erfolgt.
Um die Masse eines Wägeguts möglichst präzise bestimmen und einen verlässlichen Wägewert ausgeben zu können, müssen bei einem Wägevorgang sämtliche Faktoren, die die Genauigkeit des Wägewerts nachteilig beeinflussen können, klein gehalten werden. Einer dieser Störfaktoren ist das Vorhandensein elektrostatischer Ladungen im Wägeraum und mitunter direkt am Wägegut selbst.
Eine elektrostatische Aufladung des Wägeguts wird insbesondere dann problematisch, wenn - wie üblich - das Wägegut in einem Gefäß aus nicht-leitfähigem, d.h. elektrisch isolierendem, Material gewogen wird; denn so kann die Ladung des Wägeguts nicht abfließen. Die Wägegutaufnahme selbst ist hingegen für gewöhnlich aus Metall gefertigt und lädt sich dementsprechend nicht elektrostatisch auf. Stattdessen können hier Ladungen in der Regel über eine leitfähige Verbindung mit dem Waagengehäuse abfließen.
Wird ein elektrostatisch aufgeladenes Wägegut in einem Gefäß aus nicht-leitfähigem Material auf der Wägegutaufnahme einer Waage platziert, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen dem Wägegut und den geerdeten Waagenteilen. Aufgrund der Coulomb-Kraft ziehen sich die unterschiedlich geladenen Teilchen an, während sich gleich geladene Teilchen abstoßen. Die vertikale Komponente dieser Kraft addiert sich zu der in vertikaler Richtung wirkenden Gewichtskraft. Sie wird daher vom Wägesensor und der Wägeelektronik miterfasst und verfälscht in der Folge den berechneten Wägewert, was sich insbesondere bei Wägevorgängen mit hochauflösenden Waagen negativ auswirkt.
Um den Einfluss elektrostatischer Ladungen auf den Wägewert gering zu halten, ist es üblich, Waagen mit Ionisatoren auszustatten. Solche Ionisatoren sind in der Lage, mit Hilfe von Hochspannungselektroden Luftmoleküle zu ionisieren. Dabei entspricht das Vorzeichen der an einer Elektrodenspitze erzeugten Ionen dem Vorzeichen der an die jeweilige Hochspannungselektrode angelegten Spannung. Für gewöhnlich umfassen Ionisatoren mindestens zwei Hochspannungselektroden und werden derart betrieben, dass sowohl positive als auch negative Ionen erzeugt werden. Die erzeugten Ionen bilden eine lonenwolke, die sich im Wägeraum ausbreitet. Bei einem Aufeinandertreffen können die Ladungen der lonenwolke mit den Ladungen eines elektrostatisch aufgeladenen Wägeguts wechselwirken und diese neutralisieren.
Aus der gattungsbildenden EP 1 813 920 B1 ist solch eine Waage mit einem Ionisator bekannt. Dort wird der Ionisator anhand von Daten eines Elektrostatik-Sensors aktiviert, der auf dem Prinzip der Detektion von Influenzladungen oder dem Prinzip der Feldmühle basiert und der die Höhe und/oder das Vorzeichen elektrostatischer Aufladungen des Wägeguts detektieren kann. Bei einem Wägevorgang wird Wägegut auf der Wägegutaufnahme der Waage platziert. Mittels des Elektrostatik-Sensors wird dann der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts ermittelt. Ist das Wägegut elektrostatisch aufgeladen, werden die Daten des Elektrostatik-Sensors an eine Messeinheit der Wägeelektronik weitergeleitet. Diese vergleicht die übermittelten Daten des Elektrostatik-Sensors mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Wird dieser überschritten, wird eine Aktion der Wägeelektronik ausgelöst. Diese Aktion kann beispielsweise ein Blockieren des weiteren Wägevorgangs und/oder ein Aktivieren des Ionisators sein. Das Aktivieren des Ionisators bewirkt, dass eine lonenwolke erzeugt und in den Wägeraum eingebracht wird. Dadurch nähert sich der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts aufgrund einer Rekombination der Ladungen der lonenwolke mit den Ladungen des Wägeguts an seinen elektrostatischen Neutralzustand an. Die Dauer und die Intensität des Ionisator-Betriebs erfolgen entsprechend der ermittelten Höhe der elektrostatischen Aufladung des Wägeguts. Im Anschluss wird die elektrostatische Aufladung des Wägeguts erneut mittels des Elektrostatik-Sensors ermittelt. Daraufhin wird der Ionisator gegebenenfalls erneut aktiviert. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis die durch den Elektrostatik-Sensor detektierte elektrostatische Aufladung des Wägeguts den vordefinierten Schwellenwert unterschreitet. Es wird also erkannt, wenn der elektrostatische Neutralzustand des Wägeguts - innerhalb vorgegebener Toleranzen - erreicht wird. Im Anschluss wird der eigentliche Wägeprozess in Gang gesetzt. Das heißt, aus den von dem Wägesensor erfassten Messwerten wird ein Wägewert berechnet, der für den elektrostatischen Neutralzustand des Wägeguts repräsentativ ist. Dieser Wägewert ist schließlich der finale Wägewert, der ausgegeben wird.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, dass für die Steuerung des Ionisators auf die Daten eines gesondert vorzusehenden Elektrostatik-Sensors zurückgegriffen werden muss. Dies macht die Steuerung des Ionisators und damit den Wägevorgang insgesamt (zeit-)aufwendig und kostenintensiv.
Auch aus der DE 20 2008 017 708 U1 ist eine Waage mit einem Ionisator bekannt, wobei dieser vier Teilionisatoren umfasst. Die vier Teilionisatoren werden paarweise aktiviert und wieder deaktiviert, was über ein Programm der Wägeelektronik gesteuert wird. Dabei wird das Aktivieren der Teilionisatoren und deren Einschaltdauer in Abhängigkeit von der gemessenen Luftfeuchte, dem Öffnungszustand des Windschutzes und/oder dem Signal anderer Sensoren gesteuert. Über den genauen Zeitpunkt des Deaktivierens aller Teilionisatoren wird keine Aussage gemacht, lediglich dass dies in Abhängigkeit von der gemessenen Luftfeuchte, dem Öffnungszustand des Windschutzes und/oder dem Signal anderer Sensoren erfolgt.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist ebenfalls die Notwendigkeit eines gesonderten Sensors für die Steuerung des Ionisators. Dadurch wird auch hier die Steuerung des Ionisators und somit der Wägevorgang insgesamt unnötig (zeit-)aufwendig und kostenintensiv.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weniger (zeit-)aufwendiges, kostengünstigeres Verfahren für den Betrieb einer Waage mit Ionisator anzugeben, mit dem sich die Masse eines elektrostatisch aufgeladenen Wägeguts möglichst präzise bestimmen lässt.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass bei aktiviertem Ionisator fortlaufend Messwerte des Wägesensors erfasst werden, aus denen fortlaufend vorläufige Wägewerte berechnet werden, und dass, nachdem eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden, der finale Wägewert berechnet und ausgegeben wird.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auch bei aktiviertem Ionisator Messwerte des Wägesensors erfasst und aus diesen Wägewerte berechnet werden. Allerdings werden bei aktiviertem Ionisator zunächst nur vorläufige Wägewerte berechnet. Erst wenn eine vorbestimmte Anzahl an vorläufigen Wägewerten, die aufeinanderfolgend berechnet wurden, als innerhalb vorbestimmter Grenzen stabil erkannt wurden, wird der finale Wägewert berechnet. Der finale Wägewert ist es, der schließlich ausgegeben wird. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass der fortlaufend berechnete Wägewert eines elektrostatisch aufgeladenen Wägeguts instabil ist, wenn dieses mit den Ladungen einer lonenwolke wechselwirkt. Denn sobald die Ladungen der lonenwolke auf die des Wägeguts treffen, rekombinieren sie, wodurch sich die herrschenden Coulomb-Kräfte verändern und damit die vertikale Kraftkomponente, die sich zu der auf das Wägegut wirkenden Gewichtskraft addiert. Entsprechend verändern sich die aufeinanderfolgend berechneten Wägewerte eines elektrostatisch aufgeladenen Wägeguts bei aktiviertem Ionisator. Die erfindungsgemäße Idee ist es, diese Wägewert-Änderungen zur Bestimmung des elektrostatischen Aufladungszustands des Wägeguts zu nutzen. Der finale Wägewert soll erst dann berechnet und ausgegeben werden, wenn aufeinanderfolgend berechnete, vorläufige Wägewerte sich in etwa asymptotisch an einen stabilen Wert angenähert haben. Denn aus der Stabilität aufeinanderfolgend berechneter Wägewerte bei aktiviertem Ionisator kann geschlossen werden, dass das Wägegut sich an seinen elektrostatischen Neutralzustand angenähert hat. Folglich ist der finale Wägewert für den elektrostatischen Neutralzustand des Wägeguts repräsentativ und nahezu unbeeinflusst von elektrostatischen Aufladungen des Wägeguts. Der Vorteil der Erfindung ist, dass auf einen extra Sensor zum Detektieren elektrostatischer Aufladungen am Wägegut verzichtet werden kann. Der Verzicht auf den Sensor macht das erfindungsgemäße Verfahren einfacher und kostengünstiger. Außerdem ist der Wägevorgang beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verkürzt, nämlich dadurch, dass die Schritte der Datenerfassung durch einen Sensor und das Auswerten und Reagieren auf die SensorDaten entfallen.
Bevorzugt werden nach dem Erkennen der Stabilität der vorläufigen Wägewerte und vor dem Berechnen des finalen Wägewerts der Ionisator deaktiviert und im Anschluss weitere Messwerte des Wägesensors erfasst, aus denen fortlaufend weitere vorläufige Wägewerte berechnet werden, bis eine vorbestimmte Anzahl dieser aufeinanderfolgend berechneten, weiteren vorläufigen Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden. Der Ionisator wird also deaktiviert, sobald aufeinanderfolgend berechnete, vorläufige Wägewerte nicht mehr variieren. Im Anschluss werden fortlaufend weitere vorläufige Wägewerte berechnet, bis auch diese stabil bleiben. Erst wenn dies der Fall ist, wird der finale Wägewert berechnet und ausgegeben. Den Ionisator vor dem Berechnen des finalen Wägewerts zu deaktivieren hat den Vorteil, dass der finale Wägewert ungestört vom sogenannten lonenwind, der sich aus der Bewegung der von einem aktivierten Ionisator erzeugten lonenwolke ergibt, ermittelt wird. Denn auch wenn das Wägegut sich bereits an seinen elektrostatischen Neutralzustand angenähert hat, beeinflusst der lonenwind - wenn auch nur im µg-Bereich - den Wägewert. Entsprechend ist beim Betrieb von hochauflösenden Waagen beim fortdauernden Berechnen weiterer vorläufiger Wägewerte nach dem Deaktivieren des Ionisators ein Lastsprung erkennbar. Dadurch, dass der finale Wägewert erst nach dem Deaktivieren des Ionisators und nach dem darauffolgenden Lastsprung berechnet wird, ist der ausgegebene finale Wägewert noch präziser und weniger beeinflusst von Störfaktoren, die die Genauigkeit des Wägewerts beeinträchtigen.
Besonders bevorzugt wird der finale Wägewert ausschließlich aus den weiteren vorläufigen Wägewerten berechnet. Mit anderen Worten soll der finale Wägewert nicht aus vorläufigen Wägewerten oder aus einer Kombination aus vorläufigen und weiteren vorläufigen Wägewerten berechnet werden. Stattdessen soll der finale Wägewert allein aus weiteren vorläufigen Wägewerten berechnet werden, also denjenigen Wägewerten, die auf den Messwerten des Wägesensors bei deaktiviertem Ionisator beruhen. So ist sichergestellt, dass ausschließlich nach dem durch das Deaktivieren des Ionisators bedingten Lastsprung berechnete Wägewerte als Grundlage für das Berechnen des finalen Wägewerts dienen, wodurch die Präzision des finalen Wägewerts weiter gesteigert wird.
Idealerweise ist der Wägeraum durch einen öffenbaren Windschutz allseitig begrenzt. Der Windschutz ermöglicht ein präziseres Bestimmen des Wägewerts, unbeeinflusst von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Luftzügen.
Vorzugsweise wird der Ionisator durch Öffnen des Windschutzes bei unbelasteter Wägegutaufnahme aktiviert. Das heißt, der Ionisator wird dann in Betrieb genommen, wenn der Windschutz geöffnet und zugleich keine Last auf der Wägegutaufnahme registriert wird. Wenn der Ionisator auf das Öffnen des Windschutzes hin aktiviert wird, während die Wägegutaufnahme frei von Wägegut ist, kann elektrostatisch aufgeladenes Wägegut bereits beim Einbringen in den Wägeraum, also vor dem Ablegen auf der Wägegutaufnahme, mittels der vom Ionisator erzeugten lonenwolke entladen werden. So kann die für den Wägevorgang benötigte Gesamtzeit weiter verkürzt werden.
Alternativ kann der Ionisator durch Belasten der Wägegutaufnahme aktiviert werden. Hierbei wird der Ionisator also dadurch aktiviert, dass ein Gewicht bzw. eine Last auf der Wägegutaufnahme registriert wird. Dies hat den Vorteil, dass der Ionisator nur dann in Betrieb genommen wird, wenn er wirklich gebraucht wird - nämlich dann, wenn tatsächlich ein Wägegut gewogen wird. Auf diese Weise wird die Betriebszeit des Ionisators verkürzt und in der Folge die Abwärme, die durch die Verlustleistung des Ionisators in seinem aktivierten Zustand erzeugt wird, verringert. Letzteres ist wägetechnisch insofern günstig, als dass die Abwärme des Ionisators unerwünschte, den Wägewert verfälschende Konvektionsströmungen im Wägeraum verursachen kann.
Ebenso kann der Ionisator durch das Signal eines Näherungssensors aktiviert werden, der einen Beschickungsweg kreuzt. Unter dem Beschickungsweg sei hier derjenige Weg zu verstehen, den das Wägegut bei bestimmungsgemäßer Bedienung der Waage zu nehmen hat, um in einen ggf. durch einen öffenbaren Windschutz von der Umgebung abgegrenzten Wägeraum eingebracht und auf der Wägegutaufnahme platziert zu werden. Bei der Aktivierung des Ionisators durch das Signal eines solchen Näherungssensors handelt es sich um eine einfach zu realisierende Variante. So kann der Sensor beispielsweise als induktiver oder als optischer Näherungssensor (z. B. in Form einer Lichtschranke) ausgebildet sein. Je nach Anordnung des Näherungssensors im Beschickungsweg kann das Aktivieren des Ionisators bereits früher, beispielsweise beim Einbringen des Wägeguts in den Wägeraum, oder erst später, beispielsweise beim Ablegen des Wägeguts auf der Wägegutaufnahme, erfolgen.
Alternativ kann der Ionisator durch einen betätigbaren Schalter aktiviert werden. Der Schalter ist vorzugsweise außerhalb des Wägeraums angeordnet. Besonders bevorzugt kann der Schalter in einer Bedieneinheit zur manuellen oder anderweitig gezielten Eingabe (beispielsweise mit dem Fuß) von Steuerbefehlen für den Waagenbetrieb angeordnet sein. Dies erlaubt es einem Nutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens, das Aktivieren des Ionisators - wenn gewünscht - selbst vorzunehmen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Ionisator in seinem aktivierten Zustand gepulst ein- und ausgeschaltet, und aus bei ausgeschaltetem Ionisator auftretenden Änderungen aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte werden Korrekturterme zur mathematischen Korrektur des finalen Wägewerts ermittelt. Der aktivierte Ionisator wird also abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Treten auch bei ausgeschaltetem Ionisator Änderungen bei aufeinanderfolgenden, vorläufigen Wägewerten auf, kann daraus geschlossen werden, dass neben der elektrostatischen Aufladung des Wägeguts weitere Störfaktoren die Genauigkeit des Wägewerts beeinflussen. Denn bei ausgeschaltetem Ionisator wird keine lonenwolke erzeugt. Entsprechend kann in diesem Zeitraum keine lonenwolke zum Wägegut wandern und mit den elektrostatischen Ladungen des Wägeguts rekombinieren. Folglich ändern sich bei ausgeschaltetem Ionisator die herrschenden Coulomb-Kräfte nicht und die Höhe der vertikalen Komponente dieser Kraft, die sich zu der in vertikaler Richtung wirkenden Gewichtskraft addiert und den Wägewert verfälscht, bleibt gleich. Demnach müssen trotz ausgeschaltetem Ionisator auftretende Änderungen der vorläufigen Wägewerte aus anderen Einflussfaktoren resultieren, beispielsweise aus Temperaturschwankungen, Materialkriechen des Wägesensors oder Luftkonvektion. Damit gleichwohl ein möglichst verlässlicher, finaler Wägewert ausgegeben werden kann, werden aus den beschriebenen Änderungen der vorläufigen Wägewerte, die nicht auf einer elektrostatischen Aufladung des Wägeguts beruhen, Korrekturterme ermittelt, mit denen der finale Wägewert mathematisch korrigiert werden kann.
Für gewöhnlich werden mittels des Ionisators stets positive und negative Ionen gleichzeitig erzeugt. So wird ein Ladungsgleichgewicht der zum Wägegut wandernden lonenwolke sichergestellt.
Bei Bedarf können aber während einer Erkennungsphase mittels des Ionisators alternierend positive und negative lonenwolken erzeugt werden, und während einer sich an die Erkennungsphase anschließenden Neutralisationsphase lediglich eine lonenwolke desjenigen Vorzeichens, das in der Erkennungsphase zu größeren Änderungen der aufeinanderfolgend berechneten, vorläufigen Wägewerte geführt hat. Der Ionisator kann also in einer Erkennungsphase so betrieben werden, dass abwechselnd nur positive und nur negative lonenwolken mittels des Ionisators erzeugt werden. Auf diese Weise kann der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts, genauer gesagt das Vorzeichen der elektrostatischen Aufladung, ermittelt werden. Ist nämlich das Wägegut (überwiegend) positiv aufgeladen, verursacht die Wechselwirkung mit einer negativ aufgeladenen lonenwolke größere Änderungen beim Wägewert als die mit einer positiv aufgeladenen lonenwolke. Denn nur die Ladungen der negativ geladenen lonenwolke können mit den positiven Ladungen des Wägeguts rekombinieren, was zu Änderungen der vorherrschenden Coulomb-Kräfte und somit derjenigen vertikalen Kraftkomponente führt, die sich zu der auf das Wägegut wirkenden Gewichtskraft addiert und den Wägewert verfälscht. Ist umgekehrt das Wägegut (überwiegend) negativ aufgeladen, führt das Einbringen einer positiv geladenen lonenwolke in den Wägeraum zu größeren Änderungen der Wägewerte als das Einbringen einer negativ geladenen lonenwolke. Schließlich können nur die Ladungen der positiv geladenen lonenwolke die negativen Ladungen des Wägeguts neutralisieren, was einen größeren Effekt auf die wirkenden Coulomb-Kräfte und in der Folge auf den Wägewert hat.
In einer Neutralisationsphase, die auf die Erkennungsphase folgt, kann der Ionisator dann derart betrieben werden, dass lediglich eine lonenwolke desjenigen Vorzeichens erzeugt wird, das in der Erkennungsphase zu größeren Änderungen der vorläufigen Wägewerte geführt hat. Das heißt, in der Neutralisationsphase werden mittels des Ionisators nur noch Ionen eines bestimmten Vorzeichens erzeugt und zwar desjenigen Vorzeichens, das nicht dem der elektrostatischen Aufladung des Wägeguts entspricht. Es werden also nur noch solche Ionen erzeugt, die in der Lage sind, die elektrostatische Aufladung des Wägeguts zu neutralisieren. Auf diese Weise wird die notwendige Betriebsdauer des Ionisators zum Neutralisieren der elektrostatischen Aufladungszustands des Wägeguts und in der Folge die Dauer des Wägevorgangs insgesamt weiter verkürzt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
Figurenliste
Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Waage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2: einen ersten beispielhaften Verlauf von Wägewerten beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage mit Ionisator gemäß 1,
3a: einen zweiten beispielhaften Verlauf von Wägewerten beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage mit gepulst ein- und ausgeschaltetem Ionisator,
3b: einen dritten beispielhaften Verlauf von Wägewerten beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage mit gepulst ein- und ausgeschaltetem Ionisator und
4: einen vierten beispielhaften Verlauf von Wägewerten beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage, umfassend eine Erkennungs- und eine Neutralisationsphase.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Um das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Waage durchführen zu können, bedarf es einer Waage, die bestimmte Merkmale aufweist. Ein Beispiel für eine solche Waage, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, ist in 1 dargestellt. Die Waage 10 aus 1 umfasst einen Wägeraum 12, der - was für die Erfindung nicht zwingend notwendig, aber vorteilhaft ist - allseitig durch einen Windschutz 24 begrenzt ist. In dem Wägeraum 12 befindet sich eine Wägegutaufnahme 14, auf der ein zu verwiegendes Wägegut positionierbar ist. Damit Wägegut in den durch den Windschutz 24 begrenzten Wägeraum 12 eingebracht und auf der Wägegutaufnahme 14 abgelegt werden kann, weist der Windschutz 24 wenigstens ein öffenbares Element, beispielsweise eine öffenbare Seitenwand, auf. Die in dem Wägeraum 12 angeordnete Wägegutaufnahme 14 ist mit einem Wägesensor 16 mechanisch verbunden, der wiederum mit einer Wägeelektronik 20 verbunden ist. Mittels des Wägesensors 16 werden Messwerte erfasst, aus denen mittels der Wägeelektronik 20 Wägewerte berechnet werden, die der Masse des Wägeguts entsprechen. Die Waage 10 umfasst weiter eine Anzeige 22, mittels derer Wägewerte ausgegeben und angezeigt werden können. Darüber hinaus umfasst die Waage 10 einen Ionisator 18, mittels dessen eine lonenwolke in den Wägeraum 12 einbringbar ist.
2 zeigt einen ersten beispielhaften Verlauf von Wägewerten 28 beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage 10 mit Ionisator 18, wie sie in 1 dargestellt ist. In 2 ist zum Zeitpunkt t₁ zunächst ein stabiler Nullwert bei unbelasteter Wägegutaufnahme 14 zu erkennen. In dem Moment t₂, in dem Wägegut auf der Wägegutaufnahme 14 abgelegt wird, erfolgt ein deutlicher Lastsprung. Mit dem Ablegen des Wägeguts auf der Wägegutaufnahme 14 beginnt der Wägesensor 16 damit, Messwerte zu produzieren, aus denen mittels der Wägeelektronik 20 fortlaufend vorläufige Wägewerte berechnet werden. Die Messwerte des Wägesensors 16 werden vorzugsweise erfasst, wenn registriert wird, dass die Wägegutaufnahme 14 belastet und der Windschutz 24 geschlossen sind. Das Erfassen der Messwerte kann aber auch allein durch das Belasten der Wägegutaufnahme 14 oder das Schließen des Windschutzes 24 gestartet werden.
Zum Zeitpunkt t₃ wird der Ionisator 18 aktiviert. Im vorliegenden Beispiel wird der Ionisator 18 in seinem aktivierten Zustand (Zeitabschnitt T₁) permanent eingeschaltet, wobei zeitgleich sowohl positive als auch negative Ionen erzeugt werden. Das Aktivieren des Ionisators 18 macht sich bei dem elektrostatisch aufgeladenen Wägegut durch eine zeitabhängige Änderung der Wägewerte bemerkbar, genauer gesagt nehmen die vorläufigen Wägewerte mit der Zeit ab. Dies liegt darin begründet, dass mittels des Ionisators 18 eine lonenwolke erzeugt wird, die in den Wägeraum 12 eingebracht wird, wo die Ladungen der lonenwolke mit denen des Wägeguts rekombinieren. Die Rekombination wiederum bewirkt eine Änderung der herrschenden Coulomb-Kräfte und damit eine Änderung der vertikalen Kraftkomponente, die zusätzlich zur auf das Wägegut wirkenden Gewichtskraft auf die Wägegutaufnahme 14 wirkt und vom Wägesensor 16 miterfasst wird. In 2 ist gezeigt, wie ein möglicher Wägewerte-Verlauf 28 aussieht, wenn das Belasten der Wägegutaufnahme 14 (Zeitpunkt t₂) und das Aktivieren des Ionisators 18 (Zeitpunkt t₃) zeitlich auseinanderfallen, genauer gesagt, wenn das Aktivieren des Ionisators 18 erst nach dem Belasten der Wägegutaufnahme 14 erfolgt. Dieses gewählte Beispiel dient lediglich der Verdeutlichung des Effekts der Ionisator-Aktivierung auf den Wägewerte-Verlauf 28. Vorzugsweise wird der Ionisator 18 bereits durch das Öffnen des Windschutzes 24 bei unbelasteter Wägegutaufnahme 14 oder durch das Signal eines Näherungssensors, der einen Beschickungsweg kreuzt, aktiviertalso vor dem Belasten der Wägegutaufnahme 14. Ebenso kann das Aktivieren des Ionisators 18 durch das Belasten der Wägegutaufnahme 14 (also zeitgleich mit dem Belasten der Wägegutaufnahme 14) oder das Betätigen eines Schalters erfolgen.
Bei aktiviertem Ionisator 18 (Zeitabschnitt T₁) nähert sich der elektrostatische Aufladungszustand des elektrostatisch aufgeladenen Wägeguts also seinem elektrostatischen Neutralzustand an, was sich durch Änderungen der vorläufigen Wägewerte bemerkbar macht. Entsprechend wird ein Erreichen des elektrostatischen Neutralzustands des Wägeguts innerhalb vorgegebener Toleranzen dadurch erkannt, dass eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender, vorläufiger Wägewerte stabil bleibt, wie dies in 2 zum Zeitpunkt t₄ der Fall ist.
In 2 ist ferner zum Zeitpunkt t₅ ein kleinerer Lastsprung nach dem Einstellen einer Stabilität der vorläufigen Wägewerte zu erkennen. Dieser resultiert aus dem Deaktivieren des Ionisators 18. Denn auch wenn der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts sich bereits in seinem Neutralzustand befindet und die Ladungen der mittels des Ionisators 18 erzeugten lonenwolke nicht mehr mit den Ladungen des Wägeguts wechselwirken, hat der durch den Ionisator 18 erzeugte lonenwind gleichwohl einen unerwünschten, verfälschenden Effekt auf die berechneten Wägewerte.
Um diesen Effekt auf die Wägewertberechnung nicht mitzuerfassen, werden - wie in 2 gezeigt - nach dem Deaktivieren des Ionisators 18 zum Zeitpunkt t₅ bevorzugt fortlaufend weitere vorläufige Wägewerte berechnet, bis auch hier, wie zum Zeitpunkt t₆, eine vorbestimmte Anzahl dieser aufeinanderfolgend berechneten, weiteren vorläufigen Wägewerte innerhalb vorgegebener Grenzen stabil bleibt. Erst danach wird - idealerweise ausschließlich aus den weiteren vorläufigen Wägewerten - der finale Wägewert berechnet und ausgegeben.
In 3a ist ein zweiter beispielhafter Verlauf von Wägewerten 28' beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage 10 mit Ionisator 18 dargestellt. Bezugszeichen, die mit denen aus 2 übereinstimmen, entsprechen den dortigen Zeitpunkten bzw. Zeitabschnitten. Im Gegensatz zur 2 ist in 3a ein Wägewerte-Verlauf 28' gezeigt, bei dem der Ionisator 18 in seinem aktivierten Zustand (Zeitabschnitt T₁) gepulst ein- und ausgeschaltet wird. Dabei sind in 3a die Zeitpunkte des lonisator-Einschaltens mit t₃₁ und die des lonisator-Ausschaltens mit t₃₂ gekennzeichnet. Ist - wie in 3a gezeigt - der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts der einzige im Wägeraum 12 vorhandene Störfaktor, der die Genauigkeit des Wägewerts beeinträchtigt, ändern sich die aufeinanderfolgend berechneten, vorläufigen Wägewerte lediglich dann, wenn der Ionisator 18 eingeschaltet ist, nicht aber, wenn dieser ausgeschaltet ist.
Ist hingegen - wie im beispielhaften Wägewerte-Verlauf 28" in 3b gezeigt - zusätzlich zur elektrostatischen Aufladung des Wägeguts mindestens ein weiterer Störfaktor im Wägeraum 12 präsent, der die präzise Bestimmung der Masse des Wägeguts beeinträchtigt (beispielsweise Temperaturschwankungen), sind auch bei ausgeschaltetem Ionisator 18 Änderungen aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte feststellbar. Um den Einfluss dieser zusätzlichen Störfaktoren auf den finalen Wägewert möglichst gering zu halten, werden bei der hier dargestellten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus den Wägewert-Änderungen bei ausgeschaltetem Ionisator 18 Korrekturterme ermittelt, mit denen der finale Wägewert mathematisch korrigiert werden kann.
4 zeigt schließlich einen vierten beispielhaften Verlauf von Wägewerten 28''' beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage 10 mit Ionisator 18. Hier teilt sich der Ionisator-Betrieb in eine Erkennungsphase (Zeitabschnitt T₂) und eine Neutralisationsphase (Zeitabschnitt T₃) auf. In der Erkennungsphase T₂ werden zunächst abwechselnd nur positive oder nur negative lonenwolken mittels des Ionisators 18 erzeugt und in den Wägeraum 12 eingebracht. Die Zeitpunkte, zu denen nur positive Ionen erzeugt werden, sind mit t₃₃ gekennzeichnet; die Zeitpunkte, zu denen nur negative Ionen erzeugt werden, sind mit t₃₄ gekennzeichnet. Im gezeigten Beispiel ist das Wägegut vorwiegend negativ elektrostatisch aufgeladen, weshalb das Einbringen positiv geladener lonenwolken in den Wägeraum 12 größere Änderungen bei den vorläufigen Wägewerten verursacht als das Einbringen negativ geladener lonenwolken. Der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts wird von der Wägeelektronik 20 aufgrund dieses Unterschieds im Wägewert-Verlauf 28''' erkannt. Entsprechend kann in einer Neutralisationsphase T₃, die sich an die Erkennungsphase T₂ anschließt, lediglich eine lonenwolke desjenigen Vorzeichens mittels des Ionisators 18 erzeugt werden, das dem elektrostatischen Aufladungszustand des Wägeguts entgegengesetzt ist. Auf diese Weise kann das Neutralisieren der elektrostatischen Aufladung des Wägeguts und damit die Gesamtdauer des Wägevorgangs weiter beschleunigt werden.
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.
Bezugszeichenliste

10: Waage
12: Wägeraum
14: Wägegutaufnahme
16: Wägesensor
18: Ionisator
20: Wägeelektronik
22: Anzeige
24: Windschutz
28, 28', 28'', 28''': Wägewert-Verlauf
t1: Nullwert bei unbelasteter Wägegutaufnahme
t2: Wägewert beim Belasten der Wägegutaufnahme
t3: Wägewert-Verlauf beim Aktivieren des Ionisators
t31: Wägewert-Verlauf bei eingeschaltetem Ionisator
t32: Wägewert-Verlauf bei ausgeschaltetem Ionisator
t33: Wägewert-Verlauf beim Einbringen positiv geladener lonenwolken in den Wägeraum
t34: Wägewert-Verlauf beim Einbringen negativ geladener lonenwolken in den Wägeraum
t4: Wägewert-Verlauf beim Erreichen des elektrostatischen Neutralzustands des Wägeguts
t5: Wägewert-Verlauf beim Deaktivieren des Ionisators
t6: Wägewert-Verlauf nach dem Deaktivieren des Ionisators
T1: Wägewert-Verlauf beim aktivierten Zustand des Ionisators
T2: Erkennungsphase
T3: Neutralisationsphase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1813920 B1 [0002, 0008]
DE 202008017708 U1 [0010]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Waage (10) mit einer in einem Wägeraum (12) angeordneten Wägegutaufnahme (14) zur Aufnahme von Wägegut, einem mechanisch mit der Wägegutaufnahme (14) verbundenen Wägesensor (16), einem Ionisator (18), mittels dessen eine lonenwolke in den Wägeraum (12) einbringbar ist, und einer steuerungstechnisch mit dem Wägesensor (16) und dem Ionisator (18) verbundenen Wägeelektronik (20), umfassend die Schritte: - Einbringen einer lonenwolke in den Wägeraum (12) zur Annäherung des - sofern vorhanden - elektrostatischen Aufladungszustandes des Wägeguts an seinen elektrostatischen Neutralzustand mittels des Ionisators (18), - Erkennen des innerhalb vorgegebener Toleranzen erreichten elektrostatischen Neutralzustandes und - Erfassen von Messwerten des Wägesensors (16), Berechnen eines für den elektrostatischen Neutralzustand repräsentativen, finalen Wägewerts daraus und Ausgeben des finalen Wägewerts, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiviertem Ionisator (18) fortlaufend Messwerte des Wägesensors (16) erfasst werden, aus denen fortlaufend vorläufige Wägewerte berechnet werden, und dass, nachdem eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden, der finale Wägewert berechnet und ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erkennen der Stabilität der vorläufigen Wägewerte und vor dem Berechnen des finalen Wägewerts der Ionisator (18) deaktiviert und im Anschluss weitere Messwerte des Wägesensors (16) erfasst werden, aus denen fortlaufend weitere vorläufige Wägewerte berechnet werden, bis eine vorbestimmte Anzahl dieser aufeinanderfolgend berechneten, weiteren vorläufigen Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der finale Wägewert ausschließlich aus den weiteren vorläufigen Wägewerten berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wägeraum (12) durch einen öffenbaren Windschutz (24) allseitig begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) durch Öffnen des Windschutzes (24) bei unbelasteter Wägegutaufnahme (14) aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) durch Belasten der Wägegutaufnahme (14) aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) durch das Signal eines Näherungssensors aktiviert wird, der einen Beschickungsweg kreuzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) durch einen betätigbaren Schalter aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) in seinem aktivierten Zustand gepulst ein- und ausgeschaltet wird, und aus bei ausgeschaltetem Ionisator (18) auftretenden Änderungen aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte Korrekturterme zur mathematischen Korrektur des finalen Wägewerts ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Erkennungsphase mittels des Ionisators (18) abwechselnd positive und negative lonenwolken erzeugt werden, und während einer sich an die Erkennungsphase anschließenden Neutralisationsphase lediglich eine lonenwolke desjenigen Vorzeichens, das in der Erkennungsphase zu größeren Änderungen der aufeinanderfolgend berechneten, vorläufigen Wägewerte geführt hat.