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Die Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung mit einer Last-Auswägevorrichtung,
deren lastabhängige Auslenkungen in eine elektrische Spannung (Lastspannung) durch
einen Meßwertgeber umsetzbar sind, sowie mit einer der Auswägevorrichtung nachgebildeten
und mit der Last-Auswägevorrichtung auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordneten
Kompensationsvorrichtung zum Eliminieren von Vibrationen und Stoßbelastungen bei
der Auswägevorrichtung, wobei die elektrische Spannung der Kompensationsvorrichtung
(Kompensationsspannung) mit der Lastspannung in einer Lastanzeigevorrichtung zusammengesetzt
ist.
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In der Verpackungsindustrie werden Wägevorrichtungen dieser Art benötigt,
um ein rasches und sicheres Wägen zu erreichen, wobei die dynamischen Belastungskräfte
und ihr Einfluß auf das Ergebnis der Wägung soweit als möglich ausgeschaltet werden
sollen. Zu diesen dynamischen Kräften gehören im wesentlichen Vibrations- und Stoßbelastungen,
die die Waage als Ganzes beeinflussen und bekanntlich durch Anordnung von Kompensationsvorrichtungen
ausgeschaltet werden, sowie einseitig auf die Lastschale allein einwirkende dynamische
Kräfte, sei es zu Beginn der Wägung oder sei es bei Beendigung eines Schüttvorganges.
Hat nämlich die elektronische Steuerung der Waage beim Erreichen des Sollwerts das
Absperrventil für das Schüttgut betätigt, so befindet sich in jedem Falle noch in
der Zuleitung oder in der Luft weiteres Material (Nachstrom), das die Lastschale
noch erreicht und dadurch das vorgesehene Gewicht nachträglich verändert. Infolgedessen
muß eine Kompensation dieses zusätzlich noch eintreffenden Schüttgutes durchgeführt
werden, wobei dessen Gewicht und die Fördergeschwindigkeit sowie die Höhe, aus der
es zugeführt wird, zu berücksichtigen sind. Auch zu Beginn einer Wägung können beispielsweise
harte Gegenstände größerer Masse durch die ihnen innewohnende Impulsenergie das
Ergebnis der Wägung verfälschen und dadurch die elektronische Steuerung zur Abschaltung
des Füllvorganges zu frühzeitig auslösen. Schließlich werden auch bei den Bandwaagen,
bei welchen ein Förderband mit den zu wägenden Erzeugnissen über die Waage hinweggleitet,
die Wägeergebnisse durch die Vibrationen von Motoren oder durch ein Flattern des
Bandes bzw. ähnliche Unregelmäßigkeiten beeinträchtigt. Die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe besteht demnach darin, alle diese dynamischen Belastungsänderungen
einer Waage soweit als möglich auszUschalten.
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Es ist grundsätzlich bekannt, Vibrationen durch entsprechende Dämpfungsvorrichtungen
zu unterdrücken. Insbesondere sind auch Wägevorrichtungen bekannt, bei denen von
zwei untereinander gleichartigen Vorrichtungen die eine zum Abwägen und die andere
als Vergleichsvorrichtung auf einer Grundplatte gemeinsam angeordnet werden, womit
diese auf Vibrationskräfte von außen her natürlich auch gemeinsam reagieren. Diese
Anordnung dient jedoch keineswegs zur beschleunigten Unterdrückung dynamischer Änderungen,
also weder im Sinne einer Schwingungsdämpfung, die mit anderen bekannten Schwingungsdämpfern
bei jeder der beiden Auswägevorrichtungen getrennt vorgenommen wird, noch etwa unter
gegenseitiger Anpassung gedämpfter Schwingungsverhältnisse zwischen beiden Vorrichtungen.
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So ist eine mit zwei Auswägevorrichtungen gleicher Art ausgerüstete
Wägevorrichtung bekannt, bei welcher nur die eine der beiden Auswägevorrichtungen
zum Abwägen dient und jede der beiden Auswägevorrichtungen für sich getrennt mit
einer Dämpfungsvorrichtung versehen ist. Der Zweck dieser Anordnung ist folgender:
Die lastabhängige Auslenkung der beiden schwingungsmäßig sehr ähnlichen und zusätzlich
sogar abstimmbaren Auswägevorrichtungen soll außerordentlich gering sein. Infolge
dieser geringen Auslenkung erhält man praktisch auch keine Beeinflussung durch Vibrationen.
Damit man nun bei dieser bekannten Wägevorrichtung noch proportionale Ablesewerte
erkennen kann, wird als Hilfsmittel ein elektrischer Oszillator benutzt, welcher
mit je einer Platte an den beiden Auswägevorrichtungen verbunden ist, wodurch ein
Plattenkondensator gebildet wird. Man kann selbstverständlich nur dann ein zutreffendes
Meßergebnis erhalten, wenn zuvor die beiden Auswägevorrichtungen einschließlich
der zu messenden Last genau auf die gleiche mechanische Resonanzfrequenz abgestimmt
worden sind. Das Eliminieren von Vibrationen ist hiermit zwar möglich, jedoch außerordentlich
schwierig.
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Eine andere bekannte Wägevorrichtung besitzt neben der eigentlichen
Last-Auswägevorrichtung auf der gleichen Grundplatte eine Auswägevorrichtung, welche
zum Vergleichen mit einem Standardgewicht belastbar ist und zum Eliminieren niederfrequenter
Schwingungen bei der Wägung dient. Die Umsetzung der Lastwerte in elektrische Spannungen
erfolgt durch Dehnungsmeßstreifen. Das Eliminieren der niederfrequenten Schwingungen
erfolgt dadurch, daß die von der Auswägevorrichtung abgegebene Spannung der von
der Last-Auswägevorrichtung abgegebenen Spannung entgegengeschaltet wird. Hierdurch
lassen sich jedoch nur niederfrequente Schwingungen eliminieren, jedoch keine Vibrationen,
da die Massen der die Dehnungsmeßstreifen aufnehmenden Träger zu groß sind.
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Eine weitere bekannte Abwägevorrichtung benutzt für den Ausgleich
des Nachstromes und zur Steuerung der Materialzuführung Differentialtransformatoren.
Der Nachstrom wird dadurch berücksichtigt, daß nicht nur die Materialmenge in der
Lastschale festgestellt, sondern auch die Änderungsgeschwindigkeit dieser Materialmenge
gemessen wird. Diese beiden Werte dienen zum Eliminieren des Nachstromes.
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Vibrationen lassen sich hierdurch nicht ausschalten.
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Die Auswirkung einseitiger Stoßbelastungen auf die Anzeige einer
Abwägevorrichtung kann man bekanntlich durch hydraulische Dämpfungsvorrichtungen
unterdrücken. Als kritische Dämpfung wird gerade derjenige Grenzwert bezeichnet,
bei dem nur eine Auslenkung, jedoch keine periodische Schwingung, also kein Zurückschwingen
des dynamisch ausgelenkten Teiles mehr stattfindet. Eine rasche Folge von Wägungen
ist jedoch häufig erwünscht, also mit den genannten Mitteln keineswegs durchführbar.
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Diese Nachteile und Schwierigkeiten bei Wäge-und Abwägevorrichtungen
der obengenannten Art lassen sich nun dadurch beheben, daß erfindungsgemäß die Last-Auswägevorrichtung
mit der Kompensationsvorrichtung durch eine voreinstellbare Dämpfungsvorrichtung
verbunden ist, bei welcher Dämpfungsvorrichtung in an sich bekannter Weise ein mit
der Auswägevorrichtung verbundenes Bauteil
in einem Bauteil der
Kompensationsvorrichtung im wesentlichen proportional der gegenseitigen Auslenkgeschwindigkeit
gedämpft schwingt.
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Physikalisch ergibt sich dadurch nach Art des bekannten Doppelpendels
eine erheblich bessere Dämpfung, weil die Dämpfungsvorrichtung bekanntlich geschwindigkeitsabhängig
bremst und infolge dessen bei zwei miteinander gekoppelten Auswägevorrichtungen
eine mehrfach größere Dämpfung hervorruft gegenüber Dämpfungsvorrichtungen, die
jeweils nur eine Bewegung einer der beiden Auswägevorrichtungen dämpfen.
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Grundsätzlich muß selbstverständlich die mit beiden Auswägevorrichtungen
gekoppelte Dämpfungsvorrichtung keineswegs notwendigerweise hydraulisch ausgebildet
sein. Deshalb ist es auch möglich, die Dämpfungsvorrichtung als magnetische Dämpfungsvorrichtung
auszubilden, wobei ein mit der einen Auswägevorrichtung verbundener elektrischer
Leiter in einen Magneten eintaucht, welcher an der anderen Auswägevorrichtung angebracht
wird. Auch ein elektrischer Magnet übt bekanntlich im Ruhezustand nur eine konstante
Kraft aus, kann also Bewegungsdämpfungen nur dann erzeugen, wenn sich die Feldstärke
ändert. Bei einer solchen änderung der Feldstärke hat jedoch auch das elektrische
Magnetfeld die Eigenschaft, daß die der Bewegung entgegengesetzte Dämpfungskraft
geschwindigkeitsabhängig ist.
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Wenn bei den bisher bekannten Abwägevorrichtungen mit einer entsprechenden
Kompensationsvorrichtung gemeinsame Vibrationen zur Auswirkung kamen, konnten diese
also nur einzeln durch entsprechende Dämpfungen gemindert werden. Die Kopplung nach
der Erfindung zwischen den beiden Auswägevorrichtungen hat jedoch noch eine Zusatzwirkung.
Bewegen sich nämlich die Last-Auswägevorrichtung und die Kompensationsvorrichtung
mit gleicher Phase und ähnlicher Amplitude, so bleibt die Zwischenkopplung zwischen
beiden völlig wirkungslos. Deshalb ist es zweckmäßig und gegebenenfalls notwendig,
unabhängig von dieser Zwischenkopplung nach der Erfindung noch Dämpfungsvorrichtungen
bekannter Art in bekannter Weise anzuordnen. Während es also in diesem Falle nur
um eine bekannte Verzögerungskraft geht, besteht das Wesen der vorliegenden Erfindung
darin, Geschwinigkeitsänderungen zur Kompensation auszunutzen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Wägevorrichtung zum Abwägen
von Schüttgutmengen in der Weise ausgebildet, daß die Last- und die Kompensationsspannung,
an je einem Differentialtransformator dargestellt, beide gemeinsam zum Nachstromausgleich
additiv zusammensetzbar sind. Man hat dann zwei verschiedene Möglichkeiten, im Bedarfsfalle
die vorhandenen dynamischen Störkräfte zu unterdrücken, und zwar je nachdem, ob
in gleichem Sinne wirksame Vibrations- und Stoßkräfte auftreten, im allgemeinen
also nur bei vergleichsweise geringen Lasten, oder ob für rasches Abwägen schwerer
Massen in Form von Schüttgut ein Nachstromausgleich durchgeführt werden soll. Unter
Verwendung der Differentialtransformatoren ergeben sich die beiden Anwendungsmöglichkeiten
dadurch, daß jedes Feldspulenpaar der beiden Differentialtransformatoren samt den
dazugehörigen Widerstandspaaren bei Gegeneinanderschaltung den Ausgleich gemeinsamer
Vibrationen von Kompensationsvorrichtung und Last-Auswägevorrichtung, bei gleich-
sinniger
Schaltung jedoch eine Nachstromkompensation bewirkt.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es stellt dar F i g. 1 das Prinzip der Wägevorrichtung, F i g.
2 eine Ausführungsfonn des Prinzips nach F i g. 1 mit einer zusätzlichen Dämpfungsvorrichtung,
Fig. 3 eine Vorderansicht der Ausführungsform, teilweise im Schnitt, und F i g.
4 einen Quersehnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 das Prinzipschaltbild
der bei der Wägevorrichtung verwendeten Differentialtrallsformatoren in der Zusaminenschaltung
und F i g. 6 die Auswirkungen von Vibrationen bei der Wägevorrichtung nach der Erfindung,
F i g. 7 die Auswirkungen bei einseitigen Stoßbelastungen, F i g. 8 die Auswirkungen
des Nachstroms, F i g. 9 die Kompensation des Nachstroms.
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Gemäß Fig. 1 ist eine Federwaage 1 zusammen mit einer der Federwaage
nachgebildeten Kompensationsvorrichtung 2 auf einer Grundplatte 3 angeordnet. Die
Federwaage 1 besteht aus einer Tragsäule 4, an welcher zwei parallel zueinander
angeordnete Blattfedern 5 a und 5b befestigt sind, wobei die freien Enden der Federn
im Abstand voneinander an einem Lastträger 6 festgeklemmt sind. Die den Blattfedern
5 a und 5 b innewohnende elastische Rückstellkraft wird durch eine Spiralfeder 13
verstärkt, wobei hierdurch bei einer Belastung der Lastschale 7 mit dem Behälter
8 die Auslenkung des Lastträgers 6 linearisiert wird. Die der Federwaage 1 nachgebildete
Kompensationsvorrichtung 2 ist an einer Tragsäule9 auf der Grundplatte 3 befestigt,
wobei an dieser wiederum zwei parallele Blattfedern 10a und 10 b angreifen, deren
freie Enden durch einen Schaft 11 miteinander verbunden sind. Damit führen der Lastträger
6 und der Schaft 11 eine Bewegung im wesentlichen parallel zu den Tragsäulen 4 und
9 aus. Diese Blattfederanordnungen sind nun durch eine Dämpfungsvorrichtung 12 miteinander
verbunden, durch welche eine der Auslenkgeschwindigkeit proportionale Dämpfung und
Kopplung zwischen diesen beiden Anordnungen erreicht wird. Die Verschiebungen der
auf diese Weise miteinander gekoppelten Schäfte 6 und 11 sind unabhängig voneinander
durch die Differentialtransformatoren T-1 und T-2 meßbar. Die Ausgangssignale dieser
beiden Transformatoren werden nun entsprechend der gewünschten Kompensation, d.
h. entweder zum Eliminieren von Vibrationen und Stößen oder zum Ausgleich des Nachstroms
entweder addiert oder voneinander subtrahiert.
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Der Fall, daß die Ausgangssignale der Transformatoren T-1 und T-2
voneinander subtrahiert werden, ist in Fig. 1 durch deren gegenpolige Verbindung
veranschaulicht. Damit werden Vibrationen, die in gleicher Weise auf die Waage 1
wie auf die Kompensationsvorrichtung 2 einwirken, gegenseitig ausgeglichen. Diese
Maßnahme ist bei Federwaagen an sich bekannt und wird durch die vorgesehene Dämpfungsvorrichtung
12 zwischen den beiden Anordnungen nicht beeinflußt. Im allgemeinen haben auch die
auf die Grundplatte einwirkenden, beispielsweise durch Motoren ausgelösten Vibrationen
gegenüber der durch die Federkonstante und die Dämpfungswerte der Waage gegebenen
Eigenfrequenz verhältnismäßig
so hohe Frequenzen, daß sich die
Waage und die Kompensationsvorrichtung bei Vibrationen in Phase befinden und sich
somit schon durch die elektrische Gegeneinanderschaltung der Signale des Transformators
T-1 und des Transformators T-2 diese gegenseitig aufheben.
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Beim Aufprall eines festen Gegenstandes auf die Lastschale 7 wird
dieser jedoch eine beträchtliche Bewegungsgröße erteilt, die bei den bekannten Waagen
einen unerwünschten Ausschlag hervorruft.
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Dieser Nachteil wird durch die Erfindung nun dadurch beseitigt, daß
die bei rascher Anderungsgeschwindigkeit des Lastträgers 6 durch die Dämpfungsvorrichtung
12 auf die Blattfeder 10 b der Kompensationsvorrichtung übertragene Stoßwirkung
ausgeglichen wird, indem jetzt die Stoßwirkung auf beide Anordnungen übertragen
und, wie schon beschrieben, durch die Subtraktion der beiden elektronisch erzeugten
Signale weitgehend kompensiert wird. In diesem Falle wirkt also die Dämpfungsvorrichtung
12 einerseits als Stoßdämpfer und bewirkt andererseits durch ihre geschwindigkeitsproportionale
Kopplung eine dem Stoßsignal entgegengerichtete Signalspannung. Die Energie einer
einseitigen Stoßbelastung wird dadurch nicht nur gedämpft, sondern auf zwei mechanische,
schwingfähige Anordnungen aufgeteilt, und die von beiden Anordnungen elektronisch
erzeugten Signale löschen sich gegenseitig aus.
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Zur Kompensation des Nachstromes beim Abwägen werden nun gemäß Obigem
im Gegensatz hierzu die von dem Lastträger 6 und dem Schaft 11 mittels der Differentialtransformatoren
hervorgerufenen Signalspannungen miteinander addiert. Hierbei ist eine genaue Kompensation
des Nachstroms möglich, die auf folgende Weise vor sich geht. Je rascher der Behälter
8 gefüllt wird, um so größer ist der Stoßimpuls, um so steifer die Kopplung beider
Anordnungen durch die Dämpfungsvorrichtung 12 und damit der Betrag des addierten
Signals der mit der Waage 1 gekoppelten Kompensationsvorrichtung 2.
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Ist die Dämpfungsvorrichtung 12 in diesem Falle so eingestellt, daß
die in der Kompensationsvorrichtung bei normalen Zuführungsgeschwindigkeiten erzeugte
Signalspannung gerade so viel Füllgut vortäuscht, wie nach dem Abschalten noch einfällt,
dann erreicht man eine weitgehende Kompensation des Nachstroms. Da die Füllgeschwindigkeit
im Vergleich zur Eigenfrequenz der Waage und der Kompensationsvorrichtung eine wesentlich
niedrigere Erregung hervorruft, ist das von der Kompensationsvorrichtung abgegebene
Signal der Füllgeschwindigkeit direkt proportional. Die Änderungsgeschwindigkeit
der Menge im Behälter 8 ist der in der Luft zwischen Behälter und Füllvorrichtung
vorhandenen Menge proportional, womit das von der Kompensationsvorrichtung abgegebene
Signal dieser Menge proportional ist. Da die beiden Signalspannungen addiert werden,
bewirkt das Kompensationssignal, daß das Summensignal den dem Absperrsignal entsprechenden
Wert bei hohen Füllgeschwindigkeiten entsprechend früher erreicht, wie in Fig. 9
mit der ausgezogenen Linie dargestellt ist. Hierauf wird weiter unten noch näher
eingegangen.
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Eine Ausführung einer entsprechend dem Prinzip nach F i g. 1 ausgebildeten
Waage ist in den F i g. 2 bis 4 näher veranschaulicht. Eine Grundplatte 103 trägt
sowohl die Waage 101 als auch die Kompensationsvorrichtung 102 an einer einzigen
Tragsäule
14. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Säule 14 vorzugsweise einen
rechteckigen Querschnitt und eine beträchtliche Breite, um den breiten Blattfedern
105 a und 105 b als entsprechende Stütze zu dienen. Die Breite verleiht dem Lastträger
eine hohe seitliche Steifigkeit, so daß sich die Lastschale 107 unter Einwirkung
dynamischer Kräfte nur sehr wenig in seitlicher Richtung verschieben kann. Die beweglichen
Enden der Blattfedern 105 a und 105 b sind durch zwei den Lastträger bildende Säulen
116 a und 116 b miteinander verbunden und parallel zueinander festgehalten. Bei
diesem Beispiel liegen die beiden Blattfedern 105 a und 105 b auf entgegengesetzten
Seiten der Grundplattel03, so daß die sie verbindenden Säulen 116 a und 116b durch
entsprechende Ausnehmungen in der Grundplatte 103 hindurchreichen.
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Eine senkrechte Verschiebung der Säulen 116 a und 116 b gegenüber
der festen Grundplatte 103 wird durch das Ausgangssignal eines Differentialtransformators
elektronisch angezeigt. Hierzu dient ein an den Säulen 116 a und 116 b befestigter
Bügel zur Halterung des Kernes 16 des Differentialtransformators T-11, dessen Wicklungen
mit 17 bezeichnet sind, wobei dieser durch einen Bügel 18 über die Säulen 19 an
der festen Grundplatte 103 befestigt ist.
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Eine der Säule 9 der F i g. 1 entsprechende ortsfeste Halterung für
die Kompensationsvorrichtung 102 wird durch die an der Säule 14 befestigten Ansatzteile90
gebildet. Die mittels der Ansatzteile90 festgeklemmten Blattfedern 110 a und 110
b sind gegabelt, so daß sie die Säulen 116 a und 116 b seitlich umgreifen. Die beweglichen
äußeren Enden der Blattfedern 110 a und 110 b sind durch zwei Säulen 11 a und 11
b miteinander verbunden, die ihrerseits eine bewegliche Grundplatte 20 tragen. Senkrechte
Verschiebungen dieser Grundplatte 20 werden durch einen zweiten Differentialtransformator
T-12 abgetastet, dessen aus F i g. 4 ersichtliche Wicklung 22 über den Bügel 18
ebenfalls mit der Säule 19 verbunden und an der festen Grundplatte 103 befestigt
ist, während die bewegliche Grundplatte 20 den Kern 21 des Differentialtransformators
T-12 trägt. Wie die Waage 101 hat auch die Kompensationsvorrichtung 102 eine gute
Seitensteifigkeit, hat also nur in der zur Grundplatte 103 senkrechten Verschiebrichtung
eine große Nachgiebigkeit.
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Die Kopplung zwischen der Waage 101 und der Kompensationsvorrichtung
102 erfolgt durch eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung 112, deren Kolben 25 in
eine viskose Flüssigkeit eintaucht, die in einem durch die Platte 27 an der Säule
116 a bzw.
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116 b befestigten Zylinder 26 enthalten ist. Da es bei einer Waage
grundsätzlich wünschenswert ist, eine Dämpfung der Lastschalenaufhängung selbst
vorzusehen, ist noch eine zweite Dämpfungsvorrichtung 28 vorgesehen, deren Kolben
30 durch die Stange 29 mit der Lastschale 107 verbunden ist und in einen an der
festen Grundplatte 103 befestigten Zylinder 31 eintaucht. Die im Zylinder 31 enthaltene
viskose Flüssigkeit wird bei Bewegungen des Kolbens 30 jeweils um diesen herumgedrückt
und damit durch einen Widerstand gedämpft, welcher der Geschwindigkeit der Kolbenbewegung
gegenüber dem Zylinder 31 proportional ist. Schließlich ist auch noch die Feder
13 gemäß dem Prinzip nach F i g. 1 vorgesehen.
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Die Blattfedern 5 a und 5 b bzw. 10 a und 10b nach F i g. 1 und auch
die Blattfedern 105 a, 105 b bzw. 110a, 110b bestehen aus wärmebehandeltem
Berylliumkupfer
mit : ungefähr 2,5 °/o Beryllium. Die anderen beweglichen Teile der Wägevorrichtung
werden zweckmäßig aus Leichtmetall hergestellt, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung,
wodurch das Gewicht der Waage als Ganzes auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden
kann.
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In den Dämpfungsvorrichtungen wird als geeignete Dämpfungsflüssigkeit
iM Methylsiloxan verwendet. Bei einer Ausführung des Prinzips nach F i g. 1 hatte
die Kompensationsvorrichtung 2 eine durch ihre Maße und die Rückstellkraft der Blattfedern
10 a und 10 b gegebene Eigenfrequenz von 1/io Hz. Der Kolbendurchmesser und die
Flüssigkeitsviskosität der Dämpfungsvorrichtung 12 waren so bemessen, daß sich keine
aperiodische Dämpfung der Kompensationsvorrichtung 2 ergab, wenn die Waage 1 festgehalten
wurde.
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Auch durch die Dämpfungsvorrichtung28 ergab sich noch keine aperiodische
Dämpfung. Die Zuordnung verschiedener Eigenfrequenzen und Dämpfungskonstaneen ist
natürlich belastungsabhängig und kann so getroffen werden, daß vorbestimmte Frequenzen
bzw. vorbestimmte Kompensationsbedingungen begünstigt werden. Die genannten Verhältnisse
geben also nur zweckmäßige Bemessungsangaben der beschriebenen Ausführungsbeispiele
wieder.
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Die in der vorstehenden Beschreibung erwähnten linearen Differentialtransformatoren
zur Messung der Auslenkung von Waage und Kompensationsvorrichtung sind grundsätzlich
bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden. Es sei nur unter Bezugnahme
auf F i g. 5 erwähnt, daß jeder Transformator T-11 bzw. T-12 eine Primärwicklung
35 bzw. 36 hat, die in der Mitte der Spulenanordnung befestigt ist.
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Symmetrisch zu den genannten Primärwicklungen sind jeweils zwei Sekundärwicklungen
37, 38 bzw. 39, 40 angeordnet. Wenn die Primärwicklung erregt wird und die in F
i g. 5 mit 45 und 46 bezeichneten Kerne zu den beiden Sekundärwicklungen genau symmetrisch
zentriert sind, dann wird in jeder der beiden ein ander zugeordneten Sekundärwicklungen
eine gleich große Spannung induziert. Der Verbindungspunkt 378 der beiden Sekundärwicklungen
37 und 38 bildet mit dem Mittelabgriff des Potentiometers 41 das Ausgangsklemmenpaar
einer Brückenschaltung, die auf die Lage des Kernes 45 anspricht.
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Zwischen den genannten Punkten herrscht also keine Spannung, wenn
die Brücke mit den Widerständen 37 und 38 und den gleich großen Teilabgriffen des
Potentiometers 41 im Abgleichzustand ist. In gleicher Weise bilden die beiden Wicklungen
39 und 40 des anderen Differenflaltransformators mit dem aus zwei gleichen Teilwiderständen
bestehenden Widerstand 42 eine Brückenschaltung. Beide Brükkenschaltungen sind dadurch
gegeneinander geschaltet, daß die beiden Verbindungspunkte 378 und 394 miteinander
leitend verbunden sind, während andererseits auch die Ohmschen Brückenzweigpaare
41 und 42 über das Klemmenpaar 44 und ein nicht dargestelltes Meßinstrument : in
Verbindung miteinander stehen. Die ie Wirkungsweise dieser von einer nicht dargestellten
Wechselstromquelle gespeisten Schaltung ist folgende: Befinden sich die Waage 101
und ihre Kompensationsvorrichtung 102 im Gleichgewichtszustand, sind also beide
Differentialtransformatoren T-11 und T-12 in der gezeichneten Symmetrielage, dann
sind sowohl die beiden sekundären Brückenschaltungen
stromlos als auch deren Gesamtschaltung
und damit das Klemmenpaar 44. Das Klemmenpaar 44 bleibt jedoch auch dann stromlos,
wenn der Differentialtransformator T-11 verstimmt und die ihm zugeordnete Brückenschaltung
dann nicht : stromlos wäre, jedoch der andere Differentialtransformator T-12 in
gleicher Richtung und im gleichen Maße verstimmt ist und eine entsprechende Gegenspannung
erzeugt, die das Gleichgewicht der Spannungen herstellt und somit den Idealfall
einer gleichartig auf beide Systeme einwirkenden Vibraüonsschwingung wiedergibt.
Wird jedoch gegenüber der gezeichneten Abgleichlage nur einer der beiden Kerne 45
oder 46 aus seiner Lage heraus bewegt, beispielsweise der Kern 45, dann sind damit
die Sekundärspannungen an den Wicklungen 37 und 38 nicht mehr gleich groß, und zwischen
den Punkten 378 und 41 entsteht eine Differenzspannung, die dann nicht durch den
Differentialtransformator T-12 ausgeglichen wird, sondern am Klemmenpaar 44 gemessen
bzw. durch das angeschlossene Meßinstrument ausgewertet werden kann. Die bei 44
auftretende Differenzspannung der beiden Differentialtransformatoren T-11 und T-12
ist deshalb zu beiden Seiten des Nullabgleiches um 1800 phasenverdreht, weil jeweils
die größere Spannung eines der Spulenpaare 37, 38 bzw. 39, 40 die Phasenlage bestimmt,
welche die resultierende Differenzspannung der betreffenden Widerstandsbrücke aufweist.
Verharrt die andere Widerstandsbrücke noch im Abgleichzustand, so ist die Phase
der nicht abgeglichenen Brückenspannung identisch mit der an den Klemmen 44 resultierenden
Spannung. Da beide Sekundärwicklungen und auch beide Differentialtransformatoren
nahezu gleichartig gestaltet sind, ergeben sich durch die Abweichungen kaum nennenswerte
Phasenverschiebungen. Ist also eine der genannten Brücken verstimmt, so kann eine
zusätzliche Verstimmung der anderen Widerstandsbrücke die Phasenlage der resuliterenden
Spannung an den Kleanmen 44 nur wenig beeinflussen. Sie kann vielmehr den Betrag
der Differenzspannung ändern, und damit kann sich die Überlagerung der zweiten Differentialspannung
also je nach Phasenlage nur als eine Addition oder als eine Subtraktion auf die
erste Differentialspannung auswirken. Überwiegt dabei die Subtraktion, dann kehrt
sich also nach Überschreiten des Nullalogleiches die resultierende Phase um 1800
um.
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Wesentlich ist, daß man bei der Wägevorrichtung nach der Erfindung
die in F i g. 5 gegeneinander geschalteten Spannungen der beiden Differentialtransforinatoren
im Bedarfsfalle auch addieren kann. Diese Umkehrung kann entweder durch Umpolen
einer der beiden Primärwicklungen35 oder 36 erfolgen oder dadurch, daß die Anschlußleitungen
zu den Brückenpunkten 378 und 41 bzw. die Schlußleitungen zu den Brückenpunkten
394 und 42 miteinander vertauscht werden. Durch diese Umpolung erreicht man die
schon zu Fig. 1 beschriebene Kompensation des Nachstroms. Für diesen Fall können
die Widerstandswerte am Spannungsteiler 42 leicht so festgelegt werden, daß sie
die günstigste elektrische Anpassung des Signals für eine vorbestimmte Einstellung
der Waage liefern. Man kann hierzu auch den Spannungsteiler 42 durch zwei Potentiometer
ersetzen und die Einstellung je nach den Wägebedingungen nachregeln.
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Zur besseren Erläuterung der Wirkungsweise der Wägevorrichtung nach
der Erfindung soll im folgenden die Wägevorrichtung als eine Anordnung von
miteinander
gekoppelten, gedämpften, mechanischen Schwingungskreisen betrachtet werden. Die
Eigenfrequenz der Waage 101 wird durch bauliche Abmessungen bestimmt und ändert
sich auch infolge der auftretenden Belastung. Infolge ihrer größeren Massen hat
die Waage 101 eine verhältnismäßig tiefe Eigenfrequenz. Demgegenüber wird die Kompensationsvorrichtung
in der Regel so bemessen, daß ihre Eigenfrequenz wesentlich höher als die Eigenfrequenz
der Waage liegt. Hierdurch erreicht man eine steifere Kopplung zwischen den beiden
Resonanzanordnungen, womit sich die Einstellzeiten insgesamt verringern. Für eine
Kompensationsvorrichtung vorbestimmter Masse ist der zur aperiodischen Dämpfung
erforderliche Dämpfungswiderstand um so größer, je höher deren Eigenfrequenz ist.
Dadurch und durch die aperiodische Dämpfung selbst wird die Kopplung der beiden
Anordnungen und deren Unempfindlichkeit gegen Vibration und Aufprallbelastung verbessert
sowie die Rückführ- oder Einstellzeit verkürzt, weil die Kompensationsvorrichtung
zum Erreichen ihrer Einstellage nur wenig Zeit braucht, wenn ihre Eigenfrequenz
groß ist. Da die Kompensationsvorrichtung im Gegensatz zur Waage im allgemeinen
keine Stoßbelastungen erfährt, kann diese deshalb leichter ausgebildet sein. Sie
hat aus diesem Grunde auch kaum merklichen Einfluß auf die Eigenfrequenz der ganzen
Anordnung. Demgemäß ist die Auslenkung der Kompensationsvorrichtung in sehr guter
Näherung durch die unmittelbare Koppelung proportional zur jeweiligen Anderungsgeschwindigkeit
des wesentlich trägeren Lastträgers. Bei den bisher bekannten Kompensationsvorrichtungen
läßt sich dieser Vorteil nicht erreichen, weil auch deren Eigenfrequenz der Eigenfrequenz
der betreffenden Waage entsprechen muß, wenn die Kopplung nach der Erfindung fehlt.
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Wie wirksam die beschriebenen Vorrichtungen arbeiten, veranschaulichen
die in den F i g. 6 bis 9 dargestellten Aufzeichnungen der Bewegungsvorgänge von
Ausführungsbeispielen. In F i g. 6 wird die Wirkungsweise einer Vibration an der
Grundplatte infolge eines auf dieser befestigten Motors dargestellt, auf dessen
Welle ein Exzentergewicht umlief. Mit W sind die Auslenkungen der Waage, mit K die
Auslenkungen der mit ihr gekuppelten Kompensationsvorrichtung bezeichnet, während
mit R die sich durch die Zusammenfassung der erzeugten Signale ergebende Resultierende
darstellt, Sie weicht wegen der unterschiedlichen Zeitkonstanten der beteiligten
Einzelteile von der reinen geometrischen Substraktion der beiden Signalzüge W und
K ab. In F i g. 7 sind die Kurven der Auslenkung infolge des Aufprallens eines harten
Gegenstandes auf die Waagschalel07 der Waage 101 dargestellt. Ein solcher Vorgang,
der in der Praxis beim Wägen harter Gegenstände auftritt, die aus einer bestimmten
Höhe herabfallen, wurde wie folgt dargestellt: Ein 5-Gramm-Gewicht wurde auf die
Waagschale 107 aus einer Höhe von 25 bis 40 mm fallengelassen. Die mit W'bezeichnete
Kurve entspricht dem durch den elektronischen Umwandler des Lastträgers erzeugten
Signal, das sich bei abgeschalteter Kompensationsvorrichtung 102 ergab. Wie man
sieht, beträgt der durch den Aufprall insgesamt bewirkte Ausschlag mehr als das
Anderthalbfache des tatsächlichen Gewichtes, und zwar im vorliegenden Falle 13 mm
oder etwa 3 Gramm rein dynamische Gewichtsanzeige. Das hierzu erforder-
liche Kompensationssignal
ist in F i g. 7 mit K' bezeichnet und graphisch ermittelt worden. Tatsächlich hat
nämlich die Auslenkung der Waage nicht die Amplitude der Kurve W'erreicht, sondern
durch die Zwischenkopplung nach der Erfindung den in F 1 g. 7 mit R' bezeichneten
Verlauf genommen. Auch bei dieser Kurve R' sind im Endergebnis vier Quadrate überschritten
worden, also der gleiche Betrag, der sich aus dem mit W' bezeichneten Kurvenzug
für den Wert von 5 Gramm im Endergebnis einstellt. Wesentlich dabei ist, daß bei
der resultierenden Kurve' nur eine Ausweichung von 4 mm oder knapp 1 Gramm eintrat
und somit eine hervorragende Stoßdämpfung, die sich bei den bisher bekannten Kompensationsvorrichtungen
nur durch eine außerordentliche Verzögerung des Wägevorganges erreichen ließe. Im
Gegensatz dazu ist der beschriebene Prallvorgang im Bruchteil einer Sekunde abgelaufen,
und die Waage 101 hat bereits nach t/Sekunde in ihre Gleichgewichtsstellung eingespielt.
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Schließlich ist aus F i g. 8 der Fehler zu erkennen, der sich bei
den bisher bekannten Waagen bei Änderung der Belastung und der Füllgeschwindigkeit
ergibt. Wie die obere Kurve in F i g. 8 veranschaulicht, liegt bei einer langsameren
Füllgeschwindigkeit das Endgewicht nur wenig über der im Absperrzeitpunkt maßgebenden
Höhe, die dem Sollgewicht entspricht und durch eine horizontale Liniel angedeutet
ist.
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Wie aus der unteren Kurve in F 1 g, 8 für ein schnelles Füllen zu
entnehmen ist, ist der genannte Fehler gegenüber dem Sollgewicht um so größer, je
rascher der Füllvorgang abläuft, da in diesem Fall eine entsprechend größere Menge
in der Luft beim Absperren der Füllvorrichtung vorhanden ist. Auch diese Unterschiede
werden bei der Abwägevorrichtung nach der Erfindung nahezu vollständig ausgeglichen,
wie F i g. 9 erkennen läßt.
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In F i g. 9 ist mit W'£ das Signal der beim Füllen gleichmäßig ausgelenkten
Waage, mit K" das Gegensignal bezeichnet, das durch die gleichmäßige Geschwindigkeit
der Waage von der Kompensationsvorrichtung abgegeben wird, sowie mit R" das resultierende
Signal, und zwar jeweils in ausgezogenen Linien für einen raschen Füllen und Wägevorgang
und in gestrichelten Linienzügen für einen etwa doppelt so langsam ablaufenden Vorgang
gleicher Art. Wie man sieht, erreicht das Signal W" den vorgegebenen und durch eine
horizontale Linie angedeuteten Sollwert sehr rasch und hält diesen auch ein, unbeschadet
der durch sie ausgelösten und mittels der Zwischenkopplung eingeleiteten mechanischen
Dämpfungsvorgänge bzw. elektronischen Steuerwirkungen. Die zur Durchführung der
elektronischen Steuerung erforderlichen Schaltmittel sind allgemein bekannt und
des halb nicht näher beschrieben. Da die geschwindigkeitsabhängige Wirkung der Kompensationsvorrichtung
gemäß der Kurve" einer Differentation der Ortsveränderung entspricht, ergibt sich
als besonderer Vorteil der selbsttätige Ausgleich der Wägevorrichtung auf verschiedene
Arbeitsgeschwindigkeiten.
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An Stelle der hydraulischen Dämpfungsvorrichtung kann auch eine magnetische
Dämpfungsvorrichtung, welche ebenfalls als Kopplung zwischen der Waage und der Kompensationsvorrichtung
wirkt, treten. Diese besteht aus einem Magneten an einem Schaft der Waage und einem
Aluminiumflügel, der an der Kompensationsvorrichtung befestigt ist. Durch die Bewegung
des Magneten gegenüber dem Aluminiumflügel
werden in diesem Wirbelströme
erzeugt, deren Energie proportional zur relativen Geschwindigkeit der beiden Bauelemente
ist.