DE102021132093B3 - Weighing device and method for its operation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Wägevorrichtung (10), welche- einen gegenüber einer Basis vertikal auslenkbaren Lastaufnehmer (12),- einen in einer vertikalen Ebene um ein basisfestes Hebelgelenk (28) schwenkbar gelagerten Übertragungshebel (26) mit einem am Lastaufnehmer (12) angelenkten, lastaufnehmerseitigen Hebelarm (261) und einem mit einem Sensor gekoppelten, sensorseitigen Hebelarm (262),- den eine erste Tauchspulenanordnung (30a) aufweisenden Sensor, wobei die erste Tauchspulenanordnung (30a) zwei in vertikaler Richtung relativ zueinander bewegbare Sensorelemente, nämlich einen Magneten (302a) und eine in das Magnetfeld des Magneten (302a) eingetauchte Spule (301a), umfasst und an dem sensorseitigen Hebelarm (262) angreift, indem eines ihrer Sensorelemente starr mit dem sensorseitigen Hebelarm (262) und das andere starr mit der Basis verbunden ist, wobei am sensorseitigen Hebelarm (262) zusätzlich zur ersten Tauchspulenanordnung (30a) eine zweite Tauchspulenanordnung (30b) angreift, und beide Tauchspulenanordnungen (30a,b) in einander entgegengesetzter Richtung vertikal von dem sensorseitigen Hebelarm (262) beabstandet angeordnet sind, aufweist, umfassend die Schritte:- Auflegen einer Last (22) auf den Lastaufnehmer (12),- Bestromen der Tauschspulenanordnungen (30a,b) mit einem Kompensationsstrom derart, dass eine durch die Last hervorgerufene Auslenkung des Übertragungshebels (26) elektromagnetisch kompensiert wird,- Berechnen der Masse der Last (22) aus der Stärke des Kompensationsstroms,Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine vorbestimmte effektive Systemsteifigkeit durch eine entsprechende Verteilung des Kompensationsstroms auf die beiden Tauchspulenanordnungen (30a,b) eingestellt wird.The invention relates to a method for operating a weighing device (10), which has a load receiver (12) that can be vertically deflected relative to a base, - a transmission lever (26) that is pivotably mounted in a vertical plane about a lever joint (28) that is fixed to the base and has a - the sensor having a first moving coil arrangement (30a), the first moving coil arrangement (30a) having two sensor elements which can be moved relative to one another in the vertical direction , namely a magnet (302a) and a coil (301a) immersed in the magnetic field of the magnet (302a), and acts on the lever arm (262) on the sensor side by having one of its sensor elements rigidly connected to the lever arm (262) on the sensor side and the other rigidly is connected to the base, wherein the sensor-side lever arm (262) in addition to the first moving coil assembly (30a) a second Plunger coil arrangement (30b) engages, and both plunger coil arrangements (30a,b) are arranged in opposite directions vertically spaced from the sensor-side lever arm (262), comprising the steps of: - placing a load (22) on the load receiver (12), - Energizing the exchange coil arrangements (30a,b) with a compensation current in such a way that a deflection of the transmission lever (26) caused by the load is electromagnetically compensated, - Calculating the mass of the load (22) from the strength of the compensation current, The invention is characterized by this that a predetermined effective system stiffness is set by a corresponding distribution of the compensation current to the two plunger coil arrangements (30a, b).
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Wägevorrichtung, welche
- - einen gegenüber einer Basis vertikal auslenkbaren Lastaufnehmer,
- - einen in einer vertikalen Ebene um ein basisfestes Hebelgelenk schwenkbar gelagerten Übertragungshebel mit einem am Lastaufnehmer angelenkten, lastaufnehmerseitigen Hebelarm und einem mit einem Sensor gekoppelten, sensorseitigen Hebelarm,
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aufweist, umfassend die Schritte:
- - Auflegen einer Last (22) auf den Lastaufnehmer (12),
- - Bestromen der Tauschspulenanordnungen (30a,b) mit einem Kompensationsstrom derart, dass eine durch die Last hervorgerufene Auslenkung des Übertragungshebels (26) elektromagnetisch kompensiert wird,
- - Berechnen der Masse der Last (22) aus der Stärke des Kompensationsstroms.
- - a load receptor that can be vertically deflected relative to a base,
- - a transmission lever pivoted in a vertical plane about a base-fixed lever joint with a load receptor-side lever arm articulated on the load receptor and a sensor-side lever arm coupled to a sensor,
- - the sensor having a first plunger coil arrangement, the first plunger coil arrangement comprising two sensor elements that can be moved in a vertical direction relative to one another, namely a magnet and a coil that is immersed in the magnetic field of the magnet, and acts on the sensor-side lever arm by one of its sensor elements being rigidly connected to the sensor-side lever arm and the other rigidly connected to the base,
has, comprising the steps:
- - Placing a load (22) on the load receptor (12),
- - Energizing the exchange coil arrangements (30a,b) with a compensation current in such a way that a deflection of the transmission lever (26) caused by the load is electromagnetically compensated,
- - Calculating the mass of the load (22) from the strength of the compensation current.
Stand der TechnikState of the art
Ein derartiges Betriebsverfahren ist bekannt aus der
Nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation arbeitende, gravimetrische Messvorrichtungen, mithin Wägevorrichtungen, sind dem Fachmann seit Langem bekannt. Beispielsweise offenbart die
Das Grundprinzip einer solchen Wägevorrichtung besteht darin, dass die durch das Gewicht einer Last verursachte Auslenkung eines Lastaufnehmers gegenüber einer Basis mittels eines Übertragungshebels kraft- und wegübersetzt zu einem Sensor übertragen wird, der seinerseits eine der Auslenkung entgegengerichtete, elektromagnetische Kraft auf den Hebelarm auszuüben vermag. Diese Kompensationskraft ist abhängig von dem Strom, mit dem die Spule einer die Kompensationskraft erzeugenden Tauchspulenanordnung bestromt wird. Wird der Strom so gewählt, dass die lastbedingte Auslenkung des Übertragungshebels exakt kompensiert wird, sich der Hebelarm mithin trotz aufgelegter Last in seiner Gleichgewichtsposition befindet, stellt der Kompensationsstrom ein exaktes Maß für die erforderliche Kompensationskraft und daher für das Gewicht der aufgelegten Last dar.The basic principle of such a weighing device is that the deflection of a load receptor caused by the weight of a load in relation to a base is transmitted by means of a transmission lever in terms of force and displacement to a sensor, which in turn is able to exert an electromagnetic force on the lever arm in the opposite direction to the deflection. This compensating force is dependent on the current with which the coil of a plunger coil arrangement generating the compensating force is energized. If the current is selected in such a way that the load-related deflection of the transmission lever is exactly compensated, i.e. the lever arm is in its equilibrium position despite the load being applied, the compensation current represents an exact measure of the required compensation force and therefore of the weight of the load applied.
Zur Verstellung des Wägefensters, d. h. desjenigen Gewichtsbereichs, in dem sich die Last befinden muss, um exakt verwogen werden zu können, schlägt die
Technisch wird ein elektromagnetisch kompensierendes Wägesystem System in der Regel wie folgt realisiert: Mittels einer Parallellenker-Anordnung ist der sogenannte Lastaufnehmer an einer festen Basis angelenkt, wodurch seine Bewegungsfreiheitsgrade bei korrekter Aufstellung der Wägevorrichtung - zumindest bei kleinen Auslenkungen - auf eine rein vertikale Bewegung beschränkt sind. Über ein sogenanntes Koppelband ist der Lastaufnehmer an einem Übertragungshebel, insbesondere an dessen lastaufnehmerseitigem Hebelarm angelenkt. Der Übertragungshebel ist an einem basisfesten Hebelgelenk schwenkbeweglich gelagert. Die Lagerstelle stellt die Grenze zwischen dem lastaufnehmerseitigen Hebelarm und dem sensorseitigen Hebelarm des Übertragungshebels dar. Am Ende des sensorseitigen Hebelarms ist die Spule einer Tauchspulenanordnung fixiert. Sie ist in das Magnetfeld eines basisfesten, meist topfartigen Magneten, in der Regel eines Permanentmagneten, eingetaucht. Auch umgekehrte Anordnungen mit basisfester Spule und hebelfestem (Permanent-) Magneten sind denkbar aber unüblich. Die Lage des Übertragungshebels in einer vorgegebenen Referenz-Belastungssituation (in der Regel unbelastet bei üblichen Waagen, belastet bei Komparatoren) stellt seine Gleichgewichtslage dar. Diese kann mittels eines gesonderten Lagesensors, der meist nach einem optischen Prinzip arbeitet, detektiert werden bzw. kann der Hebel so justiert werden, dass er bei unbelastetem Lastaufnehmer in einer vom Lagesensor als Gleichgewichtslage interpretierten Lage angeordnet ist. Bei Bestromung der Spule wird ein dem Spulenstrom entsprechendes Magnetfeld erzeugt, welches mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten wechselwirkt, sodass eine Krafteinwirkung auf den sensorseitigen Hebelarm resultiert. Umgekehrt führt ein Auflegen einer Last auf den Lastaufnehmer zu einer mechanischen Krafteinwirkung auf den lastaufnehmerseitigen Hebelarm. Mittels einer geeigneten Regelung kann eine solche Vorrichtung so betrieben werden, dass jede (infinitesimale) lastbedingte Auslenkung des Übertragungshebels vom Lagesensor detektiert und in eine kompensatorische Änderung des Spulenstroms umgewandelt wird. Auf diese Weise verbleibt der Übertragungshebel (abgesehen von infinitesimalen Auslenkungen) in seiner Gleichgewichtslage, wobei der am Ende eines Einschwingprozesses die Spule durchfließende Strom repräsentativ für die auf den Lastaufnehmer aufgelegte Last ist, deren Gewicht durch entsprechende Messung des Spulenstroms höchst präzise festgestellt werden kann.Technically, an electromagnetically compensating weighing system is usually implemented as follows: The so-called load receptor is linked to a fixed base by means of a parallel link arrangement, whereby its degrees of freedom of movement are limited to a purely vertical movement when the weighing device is set up correctly - at least in the case of small deflections . The load receiver is articulated to a transmission lever, in particular to its lever arm on the load receiver side, via a so-called coupling band. The transmission lever is pivotably mounted on a base-fixed lever joint. The bearing point represents the boundary between the load receiver-side lever arm and the sensor-side lever arm of the transmission lever. The coil of a plunger coil arrangement is fixed at the end of the sensor-side lever arm. It is immersed in the magnetic field of a base-fixed, mostly pot-shaped magnet, usually a permanent magnet. The reverse arrangement with a base-fixed coil and a lever-fixed (permanent) magnet is also conceivable, but is unusual. The position of the transmission lever in a given reference load situation (usually unloaded with conventional scales, loaded with comparators) represents its equilibrium position. This can be determined using a separate position sensor, which is usually works on an optical principle, can be detected or the lever can be adjusted in such a way that, when the load receptor is unloaded, it is arranged in a position interpreted by the position sensor as an equilibrium position. When the coil is energized, a magnetic field corresponding to the coil current is generated, which interacts with the magnetic field of the permanent magnet, resulting in a force acting on the lever arm on the sensor side. Conversely, placing a load on the load receptor causes a mechanical force to act on the lever arm on the load receptor side. By means of a suitable regulation, such a device can be operated in such a way that each (infinitesimal) load-related deflection of the transmission lever is detected by the position sensor and converted into a compensatory change in the coil current. In this way, the transmission lever remains (apart from infinitesimal deflections) in its equilibrium position, with the current flowing through the coil at the end of a transient process being representative of the load placed on the load receptor, the weight of which can be determined with great precision by measuring the coil current accordingly.
Der mechanische Anteil dieses komplexen Systems wird im Fachjargon häufig als Wägesystem bezeichnet. Es handelt sich dabei um höchst präzise gefertigte, häufig monolithische Vorrichtungen, die trotz Einsatzes höchstentwickelter Präzisionstechnologie Abweichungen von einem idealen System zeigen können. Insbesondere stellt die sogenannte Steifigkeit der Gelenke in einem solchen Wägesystem eine derartige Abweichung vom Idealsystem dar. Unter Steifigkeit versteht man die Rückstellkraft, die ein reales Gelenk (im Gegensatz zu einem idealen Gelenk) seiner Auslenkung entgegensetzt. Aufgrund dieser Steifigkeit wird also ein Teil der lastbedingten Auslenkung des Übertragungshebels bereits mechanisch kompensiert. Die zur Gesamtkompensation der Auslenkung zusätzlich erforderliche, elektromagnetische Kompensation fällt also entsprechend geringer aus. Da, wie zuvor erläutert, aber lediglich der elektrische Anteil der Kompensation in die Berechnung des Lastgewichts einfließt, führt die Steifigkeit zu einer systematischen Unterbewertung des Lastgewichts. Dies kann zwar, soweit die Steifigkeit explizit bekannt ist, rechnerisch korrigiert werden; als günstiger wird jedoch eine sog. Astasierung, d. h. eine am mechatronischen System selbst vorgenommene Korrektur betrachtet.The mechanical part of this complex system is often referred to in technical jargon as a weighing system. These are extremely precisely manufactured, often monolithic devices that, despite the use of the most sophisticated precision technology, can exhibit deviations from an ideal system. In particular, the so-called rigidity of the joints in such a weighing system represents such a deviation from the ideal system. Rigidity is the restoring force that a real joint (in contrast to an ideal joint) opposes to its deflection. Because of this rigidity, part of the load-related deflection of the transmission lever is already mechanically compensated. The electromagnetic compensation that is additionally required for the overall compensation of the deflection is therefore correspondingly lower. Since, as explained above, only the electrical part of the compensation is included in the calculation of the load weight, the stiffness leads to a systematic underestimation of the load weight. As long as the rigidity is explicitly known, this can be corrected by calculation; however, a so-called astasis, i. H. a correction made to the mechatronic system itself is considered.
Dem Fachmann sind verschiedene Astasierungs-Ansätze bekannt. Ziel der Astasierung ist es, im Gesamtsystem eine vorbestimmte effektive Steifigkeit einzustellen, die sich aus den intrinsischen Steifigkeiten einzelner Elemente, insbesondere der Gelenke, einerseits und deren (z. T. unvollständigen, z. T. überkompensierenden) Korrekturmaßnahmen andererseits zusammensetzt. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung soll diesbezüglich von der „effektiven Systemsteifigkeit“ gesprochen werden. Diese wird häufig als exakt gleich null gewünscht; es gibt jedoch praktische Fälle, in denen gezielt eine (positive oder negative) von null verschiedene effektive Systemsteifigkeit gewünscht ist.Various astasis approaches are known to those skilled in the art. The aim of the astasation is to set a predetermined effective stiffness in the overall system, which is composed of the intrinsic stiffness of individual elements, especially the joints, on the one hand and their (partly incomplete, partly overcompensating) corrective measures on the other hand. In the context of the present description, the term “effective system rigidity” should be used in this regard. This is often desired to be exactly zero; however, there are practical cases where a (positive or negative) non-zero effective system stiffness is specifically desired.
Als eine Astasierungsmaßnahme ist es beispielsweise bekannt, den Übertragungshebel so zu gestalten, dass sein Schwerpunkt oberhalb des Hebelgelenks, d. h. oberhalb dessen exakten Drehpunktes liegt. Dies führt zu einer Labilisierung der Gleichgewichtslage des Übertragungshebels: Jede Auslenkung des Hebels führt aufgrund des hochgesetzten Schwerpunktes zu einem die Auslenkung verstärkenden Drehmoment. Dieses wirkt dem umgekehrten Steifigkeits-Drehmoment des Hebelgelenks entgegen. Umgekehrt lässt sich durch ein Versetzen des Hebelschwerpunktes unter seinen Gelenk-Drehpunkt eine Stabilisierung, mithin eine Erhöhung der effektiven Systemsteifigkeit erzielen. Nachteilig bei diesem Ansatz ist, dass sowohl die Gelenk-Steifigkeit als auch die Schwerpunktslage des Übertragungshebels Fertigungsabweichungen unterliegen und daher nur in seltenen Ausnahmefällen einander exakt kompensieren. Hinzu kommt eine verstärkte Kippempfindlichkeit des Systems.As an astasis measure, it is known, for example, to design the transmission lever in such a way that its center of gravity is above the lever joint, i. H. lies above its exact pivot point. This leads to a destabilization of the equilibrium position of the transmission lever: Every deflection of the lever leads to a torque that amplifies the deflection due to the high center of gravity. This counteracts the reverse stiffness torque of the lever pivot. Conversely, by shifting the center of gravity of the lever under its joint pivot point, stabilization and thus an increase in the effective system rigidity can be achieved. The disadvantage of this approach is that both the joint stiffness and the position of the center of gravity of the transmission lever are subject to manufacturing deviations and therefore only compensate each other exactly in exceptional cases. In addition, the system is more sensitive to tilting.
Als eine weitere Astasierungsmaßnahme ist es bekannt, die Schwerpunktlage des Übertragungshebels durch vertikal verschiebliche Trimmgewichte einstellbar zu machen. Dies führt jedoch ebenfalls zu einer deutlichen Zunahme der Kippempfindlichkeit eines solchen Systems und muss insgesamt als nachteilig angesehen werden.As a further stabilization measure, it is known to make the center of gravity of the transmission lever adjustable by means of vertically displaceable trimming weights. However, this also leads to a significant increase in the tilting sensitivity of such a system and must be viewed as a disadvantage overall.
Auch die in der der oben bereits genannten
Und schließlich ist es als eine noch weitere Astasierungsmaßnahme bekannt, den Übertragungshebel derart auszugestalten, dass seine beiden Hebelarme in einem von 180° verschiedenen Winkel zueinander stehen. Bilden sie dabei einen nach vertikal oben offenen Winkel, wird der Kraftangriffspunkt des Übertragungshebels dadurch gegenüber dem Drehpunkt des Hebelgelenks nach oben versetzt, was das System tendenziell labilisiert. Umgekehrt wird er durch eine umgekehrte, dachförmige Gestaltung des Übertragungshebels nach unten versetzt, was das System tendenziell stabilisiert.And finally, it is known as yet another astasizing measure to design the transmission lever in such a way that its two lever arms are at an angle other than 180° to one another. If they form an angle that is open vertically upwards, the force application point of the transmission lever is shifted upwards compared to the pivot point of the lever joint, which tends to make the system unstable. Conversely, it is achieved by an inverted, roof-shaped design of the transmission lever offset below, which tends to stabilize the system.
Aufgabenstellungtask
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Betriebsverfahren für eine grundsätzlich bekannte Wägevorrichtung derart anzugeben, mittels dessen die effektive Systemsteifigkeit auf einfache Weise und über weitere Bereiche einstellbar ist.It is the object of the present invention to specify a generic operating method for a basically known weighing device in such a way that the effective system rigidity can be adjusted in a simple manner and over further ranges.
Darlegung der ErfindungPresentation of the invention
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass eine vorbestimmte effektive Systemsteifigkeit durch eine entsprechende Verteilung des Kompensationsstroms auf die beiden Tauchspulenanordnungen (30a,b) eingestellt wird.This object is achieved in connection with the features of the preamble of claim 1 in that a predetermined effective system rigidity is set by appropriately distributing the compensation current to the two plunger coil arrangements (30a,b).
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Preferred embodiments of the invention are subject of the dependent claims.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Wirkung einer mechanischen Astasierung durch vertikale Trimmgewichte am Angriffspunkt des Gelenks auch auf elektrischem Wege erreicht werden kann, nämlich durch eine Tauchspulenanordnung, die an irgendeiner Axialposition des Übertragungshebels ansetzt, selbst aber vertikal beabstandet vom Hebelarm positioniert ist. Die rein mechanische Gewichtskraft des Trimmgewichts kann also durch die elektromagnetisch erzeugte Kraft der Tauchspulenanordnung ersetzt werden. Üblicherweise wird beim Aufbau des Wägesensors mit vergleichsweise großem Aufwand versucht, das Zentrum der Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der Spule und des Magneten exakt in die horizontale Zentralebene des (sich in Gleichgewichtslage befindenden) sensorseitigen Hebelarms zu legen. Im Gegensatz dazu sieht die Erfindung nun die bewusste Einhaltung eines - grundsätzlich bekannten - vertikalen Abstandes zwischen diesem Wechselwirkungszentrum und der horizontalen Zentralebene des sensorseitigen Hebelarms vor. Dies ist mit der vereinfachenden Formulierung einer vom Hebelarm „beabstandeten“ Tauchspulenanordnung gemeint. Insbesondere hat eine vertikal vom sensorseitigen Hebelarm beabstandete Tauchspulenanordnung, die eine vom Hebelarm weg gerichtete Krafteinwirkung auf diesen ausübt, eine stabilisierende, d. h. eine die effektive Systemsteifigkeit steigernde Wirkung, wohingegen eine solche Tauchspulenanordnung, die eine in Richtung auf den Hebelarm zu gerichtete Krafteinwirkung auf diesen ausübt, eine labilisierende, d. h. eine die effektive Systemsteifigkeit verringernde Wirkung hat. Der besondere Vorteil einer solchen elektrischen Astasierung liegt in deren leichterer Einstellbarkeit. In Umsetzung dieser Erkenntnis sieht die Erfindung nun vor, zwei, vorzugsweise grundsätzlich baugleiche Tauchspulenanordnungen vorzusehen, von denen die eine oberhalb und die andere unterhalb des sensorseitigen Hebelarms angeordnet sind und somit in entgegengesetzten Richtungen am Hebelarm angreifen. Bei Betrieb werden beide Tauchspulenanordnungen bestromt, sodass sich ihrer beide Krafteinwirkungen auf den sensorseitigen Hebelarm vektoriell zur Gesamt-Kompensationskraft addieren. Allerdings führt bei gleicher resultierender Gesamt-Kompensationskraft die Verteilung der einzelnen Teilkräfte auf die beiden Tauchspulenanordnungen und insbesondere die Verteilung der Bestromung der beiden Spulen zu unterschiedlichen Astasierungswirkungen, sodass insgesamt eine gewünschte (vorbestimmte) effektive Systemsteifigkeit präzise eingestellt werden kann.The inventors have recognized that the effect of mechanical stasis can also be achieved electrically by vertical trimming weights at the point of application of the joint, namely by a plunger coil arrangement which is attached to any axial position of the transmission lever, but is itself positioned at a vertical distance from the lever arm. The purely mechanical weight of the trimming weight can therefore be replaced by the electromagnetically generated force of the plunger coil arrangement. When constructing the weighing sensor, it is usually attempted with comparatively great effort to place the center of the interaction between the magnetic fields of the coil and the magnet exactly in the horizontal central plane of the lever arm on the sensor side (which is in the position of equilibrium). In contrast to this, the invention now provides for the conscious maintenance of a—basically known—vertical distance between this center of interaction and the horizontal central plane of the lever arm on the sensor side. This is what is meant by the simplified formulation of a plunger coil arrangement “spaced” from the lever arm. In particular, a plunger coil arrangement which is spaced vertically from the lever arm on the sensor side and which exerts a force on it which is directed away from the lever arm has a stabilizing, i. H. an effect that increases the effective system rigidity, whereas such a plunger coil arrangement, which exerts a force on the lever arm directed in the direction of the latter, has an unstable, d. H. has an effect reducing the effective system stiffness. The particular advantage of such an electrical branching lies in its easier adjustability. In implementing this finding, the invention now provides two plunger coil arrangements, preferably of basically identical construction, of which one is arranged above and the other below the lever arm on the sensor side and thus act on the lever arm in opposite directions. During operation, both plunger coil arrangements are energized, so that their two force effects on the lever arm on the sensor side add vectorially to the total compensation force. However, with the same resulting total compensation force, the distribution of the individual partial forces on the two plunger coil arrangements and in particular the distribution of the energization of the two coils leads to different astasis effects, so that overall a desired (predetermined) effective system stiffness can be set precisely.
Hierzu gibt es verschiedene Ansätze zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Wägevorrichtung. Gemeinsam ist ihnen, dass sie ein Verfahren darstellen, welches die folgenden Schritte umfasst:
- - Auflegen einer Last auf den Lastaufnehmer,
- - Bestromen der Tauchspulenanordnungen mit einem Kompensationsstrom derart, dass eine durch die Last hervorgerufene Auslenkung des Übertragungshebels elektromagnetisch kompensiert wird,
- - Berechnen der Masse der Last aus der Stärke des Kompensationsstroms,
- - placing a load on the load receptor,
- - Energizing the plunger coil arrangements with a compensation current in such a way that a deflection of the transmission lever caused by the load is electromagnetically compensated,
- - calculate the mass of the load from the strength of the compensation current,
Bei einer ersten Verfahrensvariante bzw. in einem ersten Betriebsmodus ist vorgesehen, dass die Tauchspulenanordnungen einander gleichgerichtet bestromt werden, sodass die resultierenden Krafteinwirkungen beider Tauchspulenanordnungen auf den sensorseitigen Hebelarm gleichgerichtet sind. Mit anderen Worten wird bei dieser Verfahrensvariante die aus dem Stand der Technik bekannte, einzige Tauchspulenanordnung in ihrer Wirkung durch die zwei Tauchspulenanordnungen ersetzt, deren Spulenströme in Summe den zur Auslenkungskompensation erforderlichen Kompensationsstrom bilden. Eine der Tauchspulenanordnungen übt dabei eine Zugwirkung auf den sensorseitigen Hebelarm aus und wirkt daher stabilisierend; die andere übt eine Druckkraft aus und wirkt labilisierend. Bei gleicher Bestromung beider Spulen heben sich die astasierenden Wirkungen gegenseitig auf. Bei ungleicher Bestromung führt dies zu einer unterschiedlichen Gewichtung der Astasierungsbeiträge und zu einer nichtverschwindenden resultierenden Astasierungswirkung, die gemeinsam mit der Steifigkeit des übrigen Systems zur effektiven Systemsteifigkeit führt.In a first variant of the method or in a first operating mode, it is provided that the plunger coil arrangements are energized in the same direction so that the resulting force effects of both plunger coil arrangements on the sensor-side lever arm are rectified. In other words, in this variant of the method, the effect of the single plunger coil arrangement known from the prior art is replaced by the two plunger coil arrangements, the sum of which coil currents form the compensation current required for deflection compensation. One of the plunger coil arrangements exerts a pulling effect on the lever arm on the sensor side and therefore has a stabilizing effect; the other exerts a compressive force and has a labilizing effect. If both coils are supplied with the same current, the astatic effects cancel each other out. In the case of unequal energization, this leads to a different weighting of the astasis contributions and to a non-vanishing resulting astasis effect that, together with the stiffness of the rest of the system, leads to the effective system stiffness.
Der Fachmann wird verstehen, dass bei der obigen Erläuterung zur Vereinfachung des Verständnisses von exakt baugleichen Tauchspulenanordnungen ausgegangen wird, die gleich weit vom sensorseitigen Hebelarm entfernt angeordnet sind und an der gleichen Axialposition des sensorseitigen Hebelarms angreifen. Dies ist in der Tat auch die bevorzugte Ausführungsform. Wird hiervon abgewichen, so kann es sein, dass diejenige Verteilung der Spulenströme, die zur exakten Aufhebung der Astasierungsbeiträge führt, nicht einer Gleichverteilung des Stroms auf die beiden Spulen entspricht. Dies stell jedoch kein prinzipielles Problem dar, das nicht durch eine entsprechende Gestaltung der Steuer- und Regelalgorithmen gelöst werden könnte. Der Einfachheit halber soll jedoch auch nachfolgend - ohne Beschränkung der Allgemeingültigkeit - weiter von dieser bevorzugten Gestaltung ausgegangen werden. Diese sieht im Übrigen bevorzugt auch vor, dass die vertikalen Zentralebenen der beiden Tauchspulenanordnungen und des sensorseitigen Hebelarms identisch sind. Auf diese Weise können seitliche Kippmomente auf den Hebel vermieden werden.Those skilled in the art will understand that in the above explanation, to simplify understanding, plunger coil arrangements of exactly the same construction are assumed, which are arranged at the same distance from the lever arm on the sensor side and act on the same axial position of the lever arm on the sensor side. Indeed, this is also the preferred embodiment. If this is deviated from, it is possible that the distribution of the coil currents that leads to the exact cancellation of the astasation contributions does not correspond to an equal distribution of the current to the two coils. However, this does not represent a fundamental problem that cannot be solved by appropriately designing the control and regulation algorithms. For the sake of simplicity, however, this preferred design will continue to be used in the following—without restricting the general validity. This also preferably provides that the vertical central planes of the two plunger coil arrangements and the lever arm on the sensor side are identical. In this way, lateral tilting moments on the lever can be avoided.
Regelmäßig wird versucht werden, die Gelenksteifigkeit bereits mechanisch zu kompensieren. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kraftangriffspunkt des Übertragungshebels oberhalb des Gelenks liegt. Im Idealfall weist das gesamte mechanische Teilsystem der Wägevorrichtung dann bereits die gewünschte (insbesondere verschwindende) effektive Systemsteifigkeit auf. Dieser Fall wird, wie zuvor erläutert, aufgrund von Fertigungsabweichungen jedoch nicht in jedem Fall zuverlässig zu gewährleisten sein. Die erfindungsgemäße, elektromagnetische Astasierung kann dann zur Feinjustierung der effektiven Systemsteifigkeit genutzt werden.Regular attempts will be made to mechanically compensate for joint stiffness. For this purpose it is preferably provided that the force application point of the transmission lever is above the joint. In the ideal case, the entire mechanical subsystem of the weighing device then already has the desired (in particular vanishing) effective system rigidity. However, as explained above, this case cannot always be reliably guaranteed due to manufacturing deviations. The electromagnetic astasis according to the invention can then be used for fine adjustment of the effective system rigidity.
Im oben geschilderten Betriebsmodus gleichgerichtet bestromter Tauchspulenanordnungen kann dann im Fall, dass eine effektive Steifigkeit des mechanischen Teilsystems der Wägevorrichtung größer als die gewünschte, vorbestimmte effektive Systemsteifigkeit ist, diejenige der beiden Tauchspulenanordnungen stärker bestromt werden, die eine zum sensorseitigen Hebelarm hin gerichtete Krafteinwirkung auf diesen erzeugt. Mit anderen Worten wird also im Fall, dass die Zusammenwirkung von mechanischen Steifigkeiten und mechanischen Astasierungsmaßnahmen insgesamt zu einer zu großen effektiven Systemsteifigkeit führen, diejenige Tauchspulenanordnung stärker bestromt, die eine Druckkraft auf den sensorseitigen Hebelarm ausübt und das System dadurch insgesamt tendenziell labilisiert. Die andere Tauchspulenanordnung, die im betrachteten Betriebsmodus eine tendenziell stabilisierende Wirkung ausübt, wird entsprechend schwächer bestromt. Am Summenstrom, der repräsentativ für die aufgelegte Last ist, ändert sich nichts. In the above-described operating mode of plunger coil arrangements with rectified current, in the event that an effective rigidity of the mechanical subsystem of the weighing device is greater than the desired, predetermined effective system rigidity, that of the two plunger coil arrangements that generates a force acting on the lever arm on the sensor side can be energized more strongly . In other words, in the event that the interaction of mechanical rigidity and mechanical stabilization measures lead to an overall system rigidity that is too great, the plunger coil arrangement that exerts a compressive force on the lever arm on the sensor side is energized more strongly, thereby tending to make the system unstable overall. The other plunger coil arrangement, which tends to exert a stabilizing effect in the operating mode under consideration, is correspondingly less energized. Nothing changes in the total current, which is representative of the applied load.
Umgekehrt kann im oben geschilderten Betriebsmodus gleichgerichtet bestromter Tauchspulenanordnungen im Fall, dass eine effektive Steifigkeit des mechanischen Teilsystems der Wägevorrichtung kleiner als die gewünschte, vorbestimmte effektive Systemsteifigkeit ist, diejenige der beiden Tauchspulenanordnungen stärker bestromt werden, die eine vom sensorseitigen Hebelarm weg gerichtete Krafteinwirkung auf diesen erzeugt. Mit anderen Worten wird also im Fall, dass die Zusammenwirkung von mechanischen Steifigkeiten und mechanischen Astasierungsmaßnahmen insgesamt zu einer zu geringen effektiven Systemsteifigkeit führen, diejenige Tauchspulenanordnung stärker bestromt, die eine Zugkraft auf den sensorseitigen Hebelarm ausübt und das System dadurch insgesamt tendenziell stabilisiert. Die andere Tauchspulenanordnung, die im betrachteten Betriebsmodus eine tendenziell labilisierende Wirkung ausübt, wird entsprechend schwächer bestromt. Am Summenstrom, der repräsentativ für die aufgelegte Last ist, ändert sich nichts.Conversely, in the above-described operating mode of plunger coil arrangements with rectified current, in the event that an effective rigidity of the mechanical subsystem of the weighing device is less than the desired, predetermined effective system rigidity, that of the two plunger coil arrangements that generates a force acting on the lever arm away from the sensor side can be energized more strongly . In other words, in the event that the interaction of mechanical rigidity and mechanical stabilization measures lead to an overall insufficient effective system rigidity, the plunger coil arrangement that exerts a tensile force on the lever arm on the sensor side is energized more strongly, thereby tending to stabilize the system as a whole. The other plunger coil arrangement, which tends to exert a labilizing effect in the operating mode under consideration, is correspondingly less energized. Nothing changes in the total current, which is representative of the applied load.
Allerdings lässt sich die Wägevorrichtung auch gemäß einer zweiten Verfahrensvariante bzw. in einem zweiten Betriebsmodus erfindungsgemäß betreiben. Dieser sieht vor, dass
- - vor dem Auflegen der Last eine vorläufige effektive Systemsteifigkeit eingestellt wird, indem die Tauchspulenanordnungen einander entgegengesetzt bestromt werden, sodass die resultierenden Krafteinwirkungen beider Tauchspulenanordnungen auf den sensorseitigen Hebelarm einander entgegengesetzt gleich sind und
- - beim Auflegen der Last die Bestromung der Tauchspulenanordnungen derart verändert wird, dass die zur elektromagnetischen Kompensation der durch die Last hervorgerufenen Auslenkung des Übertragungshebels erforderliche Kraft aus einer Differenz der Bestromungsstärken der beiden Tauchspulenanordnungen resultiert.
- - A provisional effective system stiffness is set before the load is applied by the plunger coil arrangements being energized in opposite directions so that the resulting force effects of both plunger coil arrangements on the sensor-side lever arm are equal and opposite to one another
- - When the load is applied, the energization of the plunger coil arrangements is changed in such a way that the force required for electromagnetic compensation of the deflection of the transmission lever caused by the load results from a difference in the energization intensities of the two plunger coil arrangements.
Bei dieser Ausführungsform haben beide Tauchspulenanordnungen dieselbe Astasierungswirkung, nämlich je nach Bestromungsrichtung entweder stabilisierend oder labilisierend. Ersteres ist der Fall, wenn beide Tauchspulenanordnungen eine (entgegengesetzte) Zugkraft auf den Hebel ausüben. Letzteres ist der Fall, wenn beide Tauchspulenanordnungen eine (entgegengesetzte) Druckkraft auf den Hebel ausüben. Bei geeigneter, insbesondere gleicher Verteilung der Ströme auf die beiden Tauchspulenanordnungen kompensieren sich die Kräfte gegenseitig, sodass der Hebel nicht aus seiner Gleichgewichtslage ausgelenkt wird. Das Niveau der Stabilisierungs- bzw. Labilisierungswirkung hängt jedoch von der Summe der Spulenströme ab und kann daher im Vorfeld einer Wägung, d. h. vor dem Auflegen der Last, exakt eingestellt werden. Wird dann die Last aufgelegt, wird über eine Regelung die Verteilung der Ströme durch die beiden Spulen so variiert, dass sie voneinander abweichen, wobei die Differenz der Ströme zu einer resultierenden Kraft auf den sensorseitigen Hebelarm führt, die so eingeregelt wird, dass sie die lastbedingte Auslenkung exakt kompensiert. Somit repräsentiert die Differenz der Spulenströme in diesem Betriebsmodus das Gewicht der Last, wohingegen die Summe der Spulenströme die Stärke der stabilisierenden bzw. labilisierenden Astasierung bestimmt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass im Fall, dass eine effektive Steifigkeit des mechanischen Teilsystems der Wägevorrichtung größer als die vorbestimmte effektive Systemsteifigkeit ist, die Tauchspulenanordnungen vor dem Auflegen der Last derart bestromt werden, dass jeweils eine in vertikaler Richtung auf den sensorseitigen Hebelarm zu gerichtete Kraft erzeugt wird. Umgekehrt ist dann vorgesehen, dass im Fall, dass eine effektive Steifigkeit des mechanischen Teilsystems der Wägevorrichtung größer als die vorbestimmte effektive Systemsteifigkeit ist, die Tauchspulenanordnungen vor dem Auflegen der Last derart bestromt werden, dass jeweils eine in vertikaler Richtung auf den sensorseitigen Hebelarm zu gerichtete Kraft erzeugt wird.In this embodiment, both plunger coil arrangements have the same astasis effect, namely either stabilizing or labilizing, depending on the direction of current flow. The former is the case when both voice coil arrangements exert an (opposite) pulling force on the lever. The latter is the case when both plunger coil assemblies exert an (opposite) compressive force on the lever. With a suitable, in particular equal, distribution of the currents to the two plunger coil arrangements, the forces compensate each other so that the lever is not deflected from its equilibrium position. The level However, the stabilization or labilization effect depends on the sum of the coil currents and can therefore be set exactly in advance of a weighing, ie before the load is placed. If the load is then applied, the distribution of the currents through the two coils is varied via a controller so that they deviate from one another, with the difference in the currents leading to a resultant force on the lever arm on the sensor side, which is adjusted in such a way that the load-related Deflection exactly compensated. Thus, the difference in the coil currents in this operating mode represents the weight of the load, whereas the sum of the coil currents determines the strength of the stabilizing or labilizing astasis. In particular, it is provided that in the event that an effective rigidity of the mechanical subsystem of the weighing device is greater than the predetermined effective system rigidity, the moving coil arrangements are energized before the load is applied in such a way that a force is directed in the vertical direction towards the sensor-side lever arm is produced. Conversely, it is then provided that in the event that an effective rigidity of the mechanical subsystem of the weighing device is greater than the predetermined effective system rigidity, the moving coil arrangements are energized before the load is applied in such a way that a force is directed in the vertical direction onto the sensor-side lever arm is produced.
Aus Symmetriegründen ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass die beim Auflegen der Last erzeugte Veränderung der Bestromung symmetrisch auf die beiden Tauchspulenanordnungen verteilt erfolgt. Mit anderen Worten wird also nach Einstellung des benötigten Stabilisierungs- bzw. Labilisierungs-Niveaus beim Auflegen der Last und bei Erzeugung der die lastbedingte Auslegung kompensierenden Stromdifferenz der Strom durch die eine Tauchspulenanordnung exakt um den Betrag reduziert wird, um den die Bestromung der anderen Tauchspulenanordnung gesteigert wird. Der Fachmann wird erkennen, dass dies selbstverständlich die oben geschilderte, bevorzugte, symmetrische Ausgestaltung der Vorrichtung voraussetzt. Er wird jedoch ebenso erkennen, dass Abweichungen von der bevorzugten mechanischen Symmetrie durch entsprechende Asymmetrien bei der elektrischen Ansteuerung kompensiert werden können.For reasons of symmetry, it is preferably provided that the change in the current flow generated when the load is applied is distributed symmetrically over the two plunger coil arrangements. In other words, after the required stabilization or lability level has been set when the load is applied and the current difference compensating for the load-related design is generated, the current through which one plunger coil arrangement is reduced by exactly the amount by which the energization of the other plunger coil arrangement is increased will. Those skilled in the art will recognize that this of course presupposes the preferred, symmetrical configuration of the device described above. However, he will also recognize that deviations from the preferred mechanical symmetry can be compensated for by corresponding asymmetries in the electrical control.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further details and advantages of the invention result from the following specific description and the drawings.
Figurenlistecharacter list
Es zeigt:
-
1 : eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäß betreibbaren, an sich grundsätzlich bekannten Wägevorrichtung.
-
1 1: a highly schematized representation of a weighing device that can be operated according to the invention and is basically known per se.
Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDescription of Preferred Embodiments
Der Lastaufnehmer 12 ist über ein Koppelband 24 am Übertragungshebel 26 angelenkt, wozu das Koppelband 24 über Koppelband-Gelenke 241a, 241b einerseits am Lastaufnehmer 12 und andererseits am lastaufnehmerseitigen Hebelarm 261 des Übertragungshebels 26 angelenkt ist.The
Der Übertragungshebel 26 ist schwenkbeweglich an einem Hebelgelenk 28 gelagert, von dem aus sich in Richtung des Lastaufnehmers 12 der bereits erwähnte lastaufnehmerseitige Hebelarm 261 und in die entgegengesetzte Richtung ein sensorseitiger Hebelarm 262 erstreckt. Bei der dargestellten Ausführungsform stehen die beiden Hebelarme 261, 262 des Übertragungshebels 26 in einem von 180° verschiedenen Winkel zueinander, insbesondere in einem nach vertikal oben offenen Winkel. Hierdurch ist der Kraftangriffspunkt des Übertragungshebels 26 gegenüber dem Drehpunkt 281 des Hebelgelenks 28 nach oben versetzt (die vereinfachte Darstellung von
Um eine solche Einstellbarkeit der effektiven Systemsteifigkeit auf einfache Weise zur Verfügung zu stellen, ist der sensorseitige Hebelarm 262 starr mit den Spulen 301 a, 301 b zweier Tauchspulenanordnungen 30a, 30b verbunden, die ihrerseits in das Magnetfeld eines jeweils zugeordneten Magneten 302a, 302b, insbesondere eines Permanentmagneten, eingetaucht sind. Die Spulen 301a, 301b sind über eine nicht dargestellte Steuer- und Regelungseinrichtung bestrombar, wobei ein Stromfluss durch jede der Spulen 301a,b zu einem Magnetfeld führt, welches mit dem Magnetfeld des jeweils zugeordneten Magneten 302a,b wechselwirkt und so eine entsprechende Kraft auf den sensorseitigen Hebelarm 262 auswirkt.In order to make such an adjustability of the effective system stiffness available in a simple manner, the sensor-
Jede Auslenkung des sensorseitigen Hebelarms 262 ist mittels eines optischen Lagerdetektors 32 detektierbar. Wie bei elektromagnetisch kompensierenden Waagen allgemein üblich, erfolgt die Bestromung der Spulen 301a,b mittels der Steuer- und Regeleinrichtung derart, dass jede durch das Auflegen der Last 22 entstehende, infinitesimale Auslenkung des Übertragungshebels 26 unverzüglich durch Aufbringung einer entsprechenden, elektromagnetischen Kraft kompensiert wird, sodass der Übertragungshebel 26 abgesehen von infinitesimalen Schwankungen quasi in seiner Gleichgewichtslage verbleibt.Each deflection of the
Von besonderer Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist es, dass die beiden Tauchspulenanordnungen 30a,b in entgegengesetzter Richtung vertikal vom sensorseitigen Hebelarm 262 beabstandet angeordnet sind. Die elektromagnetisch erzeugte Kompensationskraft wird also nicht, wie bei bekannten Waagen üblich, in der horizontalen Zentralebene des sensorseitigen Hebelarms 262 erzeugt und eingebracht, sondern vertikal beabstandet davon erzeugt und über vertikale Koppelstangen 34a,b eingebracht. Die Wirkung entspricht prinzipiell derjenigen eines vertikal versetzten Trimmgewichts, ist aber hinsichtlich Betrag und Richtung präzise elektrisch einstellbar.It is of particular importance for the present invention that the two
Bezüglich der unterschiedlichen Betriebsmodi einer solchen Wägevorrichtung 10 wird auf die ausführliche Erläuterung im allgemeinen Teil der vorliegenden Beschreibung verwiesen.With regard to the different operating modes of such a weighing
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere wird der Fachmann verstehen, dass die rein schematische Darstellung keine Beschränkung im Hinblick auf die reale Umsetzung des erfindungsgemäßen Prinzips impliziert. So sind beispielsweise die Längenverhältnisse der Hebelarme 261, 262 nicht auf die dargestellten Proportionen beschränkt. Ebenso ist eine gerade oder umgekehrt, d. h. dachförmig geknickte und damit eine stabilisierende Wirkung hervorrufende Gestaltung des Übertragungsarms 26 möglich. Denkbar ist auch, dass die Tauchspulenanordnungen 30a,b an unterschiedlichen Axialpositionen des Übertragungshebels 26 ansetzen. Auch kann der Wägegutträger 20 in anderer Weise, beispielsweise hängend, mit dem Lastaufnehmer 12 verbunden sein. Denkbar ist weiter eine gefaltete Ausgestaltung des Übertragungshebels 26, wie sie zur platzsparenden Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses in der Wägetechnik weit verbreitet ist.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures only represent illustrative exemplary embodiments of the present invention. In particular, the person skilled in the art will understand that the purely schematic representation does not imply any limitation with regard to the actual implementation of the principle according to the invention. For example, the length ratios of the
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- Wägevorrichtungweighing device
- 1212
- Lastaufnehmerload receptor
- 14a,b14a,b
- Lenkerhandlebars
- 16a,b16a,b
- Lenker-Gelenkehandlebar joints
- 18a, b18a, b
- Lastaufnehmer-Gelenkeload receptor joints
- 2020
- Wägegutträgerweighing goods carrier
- 2222
- Lastload
- 2424
- Koppelbandcoupling strap
- 241a, b241a, b
- Koppelband-GelenkeCoupling Strap Joints
- 2626
- Übertragungshebeltransmission lever
- 261261
- lastaufnehmerseitiger Hebelarm von 26load cell side lever arm of 26
- 262262
- sensorseitiger Hebelarm von 26sensor-side lever arm of 26
- 2828
- Hebelgelenklever joint
- 281281
- Drehpunkt von 28Pivot of 28
- 30a,b30a,b
- Tauchspulenanordnungplunger coil assembly
- 301a301a
- Spule von 30a,bcoil of 30a,b
- 302a,b302a,b
- Magnet von 30a,bmagnet of 30a,b
- 3232
- Lagedetektorposition detector
- 34a,b34a,b
- Koppelstangeconnecting rod
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021132093.3A DE102021132093B3 (en) | 2021-12-06 | 2021-12-06 | Weighing device and method for its operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021132093.3A DE102021132093B3 (en) | 2021-12-06 | 2021-12-06 | Weighing device and method for its operation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102021132093B3 true DE102021132093B3 (en) | 2023-01-12 |
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ID=84534363
Family Applications (1)
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DE102021132093.3A Active DE102021132093B3 (en) | 2021-12-06 | 2021-12-06 | Weighing device and method for its operation |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2224135A1 (en) | 1971-05-17 | 1972-11-30 | Schlumberger Compteurs | Electrically controlled precision balance |
EP2690415A1 (en) | 2012-07-23 | 2014-01-29 | Mettler-Toledo AG | Force measurement device with sliding weight |
-
2021
- 2021-12-06 DE DE102021132093.3A patent/DE102021132093B3/en active Active
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DE2224135A1 (en) | 1971-05-17 | 1972-11-30 | Schlumberger Compteurs | Electrically controlled precision balance |
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R020 | Patent grant now final |