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Die Erfindung betrifft eine elektronische Waage mit einem zweiarmigen,
um eine Stützachse schwenkwaren Waagebalken und einer daran befestigten Drehspulanordnung,
in welche eine ortsfeste Permanentmagnetanordnung eintaucht, wobei rahmenförinnige,
mit Wechselstrom gespeiste und ortsfeste Feldspulen von außen einer Stirnfläche
der Drehspulanordnung quer und symmetrisch zu einer bei der Ausgangsstellung der
Waage durch die Drehspulanordnung und die Stützachse gelegten Ebene, parallel zu
den Windungen der Drehspulanordnung, zum induktiven Anzeigen des Waagebalkenausschlages
und zur selbsttätigen, magnetischen Kompensation dicht gegenüberstehen (USA.-Patentschrift
3 305 035).
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Bei dieser bekannten elektronischen Waage besteht die Drehspulanordnung
nur aus einer einzigen Drehspule, die in Spannbändern aufgehängt ist und um diese
als Achse um einen Permanentmagneten herum drehbar ist, der -in:-ihrem Ilmern angeordnet
ist. Die Spannbänder dienen außerdem als Drehachse für den Waagebalken, der drehfest
mit der Drehspule verbunden ist.
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Der Waagebalken trägt an seinen beiden Enden je ein Gehänge, auf
das einerseits die Last, andererseits Gewichte aufgelegt werden können. Nur ein
kleiner Teil, z. B. t/o der Höchstlast, wird elektronisch ausgewogen.
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Dicht neben der dem Waagebalken gegenüberliegenden Seite der Drehspule
sind zwei der erwähnten, mit Wechselstrom gespeisten Feldspulen ortsfest angeordnet.
Sie werden gegenläufig mit Wechselstrom gespeist. Die von ihnen in der Drehspule
induzierten Spannungen----heben sich daher bei Nullstellung der Drehspule gegenseitig
auf.
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Wird die Drehspule unter dem Einfluß einer Last schräggestellt, so
heben sich die von den Feldspulen in der Drehspule erzeugten gegenläufigen Signale
nicht mehr ganz gegenseitig auf, so daß in der Drehspule ein Differenzsignal erzeugt
wird, welches nach Größe und Vorzeichen ein Maß für den Winkel ist, um den die Drehspule
verdreht wurde. Dieses Differenzsignal wird einer bekannten Vorrichtung zugeführt,
dort verstärkt, unter Berücksichtigung seiner Phasenlage gleichgerichtet, nochmals
verstärkt und in die Drehspule zurückgeführt, und zwar in dem Richtungssinne, daß
es im Zusammenwirken mit dem Feld des Permanentmagneten die Drehspule in ihre Ausgangslage
zurückzudrehen sucht. Die Anordnung wirkt insgesamt wie eine sehr steife, lastabhängig
verdreht - Torsionsfeder.-Die Verdrehung ist-aber-so klein, daß auch ein belasteter
und magnetisch kompensierter Waagebalken den Eindruck erweckt, waagerecht zu stehen.
Eine geringe Schrägstellung ist aber bei ungleicher--Belastung notwendig, da sonst
kein Wechselstromsignal-mehr entstehen würde, durch das ja erst der kompensierende
Gleichstrom für die Drehspule hervorgerufen wird.
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Der in die Drehspule zurückgeführte Gleichstrom ist proportional
der Last (genauer gesagt der Differenz zwischen Last und Gegengewichten). Die Last
kann daher von einem Amperemeter angezeigt werden, das diesen Gleichstrom mißt und
in Gewichtseinheiten geeicht ist.
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Durch die erwähnte eine Drehspule können nur verhältnismäßig kleine
Drehmomente infolge des kleinen Hebelarms der Drehspule auf den Waagebalken ausgeübt
und damit nur verhältnismäßig kleine Lasten kompensiert werden. Man kann diesen
Nachteil
nicht dadurch beseitigen, daß man den in die Drehspule zurückgeführten Gleichstrom
beliebig groß macht. Denn dadurch könnte sich der Drehspulendraht erwärmen, womit
die lineare Beziehung zwischen Gleichstrom und Last verlorenginge und die Waage
ungenau arbeiten würde.
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Diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Waage der eingangs genannten
Art ein wesentlich höheres Gesamtdrehmoment zu erreichen, ist Aufgabe der Erfindung.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Drehspulanordnung mindestens
zwei Drehspulen mit je einem zugeordneten Permanentmagneten beiderseits der Stützachse
aufweist und jeder Drehspule eine eigene Feldspule zugeordnet ist.
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An Stelle einer mittigen Drehspule sind also mindestens zwei Drehspulen
beiderseits der Stützachse des Waagebalkens angeordnet. Jede Spule dreht sich daher
nicht mehr um eine sie schneidende Achse, sondern um eine Achse, die außerhalb der
Spule liegt, nämlich die Stützachse. Jede Drehspule kann zur Verstärkung des Drehmomentes
möglichst weit außen am Rahmenwerk des Waagebalkens in der Nähe des Gehänges oder
sogar über das Rahrnenwerk nach außen ragend angeordnet sein. Schließlich kann aus
dem gleichen Grund auf jeder Seite der Stützachse mehr als eine Drehspule vorgesehen
sein. Wegen des sonst erforderlichen, zusätzlichen Gewichtsausgleichs für das -Restdrehmoment
infolge der ungleichen Belastung des Waagebalkens wird man die Anordnung aber zweckmäßigerweise
immer symmetrisch gestalten, so daß also nach Größe und Lage jeder rechts von der
Stützachse angeordneten Drehspule eine Drehspule links von der Achse entspricht.
Im folgenden wird der Einfachheit halber ein System beschrieben, bei dem rechts
und links der Stützachse nur je eine Drehspule vorgesehen ist.
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Das durch die beiden Drehspulen erzielbare Gesamtdrehmoment beträgt
nicht etwa nur das Doppelte des mit einer einzigen Drehspule erzielbaren Momentes,
sondern ist wesentlich größer, da sich das Drehmoment ja zusätzlich mit den Abständen
der Dreh spulen von der Stützachse erhöht. Wegen dieser größeren Abstände erhöht
sich außerdem die Empfindlichkeit der Waage, denn für eine bestimmte Winkelauslenkung
des. Waagebalkens heben oder senken sich die Leiter einer weiter außen angeordneten
Drehspule im Magnetfeld um ein größeres Stück als die Leiter einer mittigen Drehspule.
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Bei sehr hohen Anforderungen an die Genauigkeit ist außerdem zu berücksichtigen,
daß sich ein magnetisches Feld in einem Magnetspalt um so homogener gestalten läßt,
je größer der Krümmungsradius der Bahn ist, den die Leiter der Drehspule in dem
Spalt beschreiben.
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Für die Bewältigung größerer Höchstbelastungen der Waage ist darüber
hinaus- wesentlich, daß sich bei der Waage nach der Erfindung der Waagebalken auch
auf Schneiden lagern läßt, denn in der Gegend der Waagebalkenachse befinden sich
ja weder eine Drehspule noch ein Permanentmagnet, die den Platz für ein Schneidenlager
versperren könnten.
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In Ausbildung der Erfindung besteht der Waagebalken aus zwei in einer
horizontalen Ebene liegenden, durch Querstreben und Endsprossen verbundene Holmen,
zwischen welchen die Drehspulen befestigt sind. Derartige Waagebalken ohne Drehspulen
sind bereits bekannt (USA.-Patentschrift 3 224 521).
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Auf diese Weise wird einerseits der Waagebalken versteift, andererseits
werden die Drehspulen auf raumsparende Weise zwischen den Holmen untergebracht und
lassen sich an ihnen einfach und sicher befestigen.
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Die jeder Drehspule zugeordnete Feldspule kann um den benachbarten
Holm berührungsfrei gekrümmt sein. Dies hat den Vorteil, daß die hauptsächlich wirksamen,
parallel zu den Holmen verlaufenden Windungsteile den Drehspulen sehr dicht benachbart
sind und daß ihre hier unwirksamen Spulenteile außerhalb des Holmes liegen.
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Bei der bekannten elektronischen Waage ist der Permanentmagnet E-förmig
ausgebildet, und sein Mittelschenkel ragt in die zugeordnete Drehspule lotrecht
hinein. In Weiterbildung der Erfindung werden mindestens zwei derartige Permanentmagnete
verwendet, von welchen jeweils der Mittelschenkel den einen Pol und die beiden Außenschenkel
den anderen Pol der Permanentmagneten bilden.
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Die elektromagnetische Anordnung muß so getroffen werden, daß sich
die beabsichtigten Wirkungen ergeben. Deshalb müssen die Drehspulengleichströme
gleichsinnige Drehmomente auf den Waagebalken ausüben, wozu eine bestimmte Pol anordnung
und eine bestimmte Schaltung der Drehspulen erforderlich ist. Außerdem müssen die
Feldspulen bei einer Auslenkung des Waagebalkens gleichsinnige Wechselstromsignale
in den Drehspulen induzieren.
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Diese Forderungen lassen sich auf verschiedene Weise erzielen, z.
B. dadurch, daß die Magnete jedes Paares gleiche Polanordnungen haben, und daß die
zugehörigen Drehspulen gegensinnig und die Feldspulen gleichsinnig an den Verstärker
angeschlossen sind. Die gleiche Wirkung läßt sich aber auch durch entgegengesetzte
Pol anordnungen, gleichsinniges Anschließen der Drehspulen und gegensinniges Anschließen
der Feldspulen erzielen.
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F7in Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand
der Zeichnung beschrieben, die in perspektivischer Ansicht eine Waage nach der Erfindung
mit zwei Magnet- und Spulensystemen veranschaulicht.
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Eine ortsfeste Grundplatte 1 trägt zwei Stützen 2, zwischen denen
mit Hilfe von zwei kurzen Spannbändern - die Stützachse 3 - das als Ganzes mit 5
bezeichnete Rahmenwerk des Waagebalkens drehbar gelagert ist. Das Rahmenwerk ist
aus zwei aus Quarz bestehenden Holmen 7 aufgebaut, die durch Querstreben 9 und Endsprossen
11 miteinander fest verbunden sind. An den Ansatzstellen der Endsprossen tragen
die Holme metallische Hülsen 13, an die die Endsprossen angelötet sind.
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Auf der Grundplatte 1 sind außerdem zwei E-förmige Permanentmagnete
15 aus magnetisch hartem Ferrit befestigt, deren beide äußere Schenkel gleichnamige
Pole, hier Südpole, bilden, während der mittlere Schenkel den anderen, hier den
Nordpol, darstellt. In den beiden Magnetspalten jedes E-Magneten ergeben sich somit
gegenläufige Feldrichtungen.
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Zwischen den Holmen 7 sind die Drehspulenl7 fest angebracht, und
zwar so, daß sie den mittleren Pol umgeben und sich berührungsfrei in den Magnetspalten
auf und ab bewegen können.
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Jedem Permanentmagneten ist eine mit Wechselstrom gespeiste Feldspule
19 zugeordnet. Sie ist mit Hilfe eines Halters 21 an der Grundplatte 1 befestigt.
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Die Feldspulen 19 sind um den vorderen Holm 7 her-
um gegen die Drehspulen
17 gekrümmt, so daß die oberen und die unteren waagerechten Leiter jeder Feldspule
dicht neben der zugehörigen Drehspule verlaufen, aber so, daß die Dreh spule berührungsfrei
neben den Feldspulen entlangschwenken kann.
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Außerdem bieten die Feldspulen genügend Raum für das Bewegungsspiel
des vorderen Holmes 7.
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An den Endsprossen 11 des Rahmenwerkes sind Gehänge 23 für je eine
Waagschale 25 angebracht.
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Zur Verstärkung des Drehmomentes könnten die Magnet- und Spulensysteme
auch am über den Gehängeangriffspunkt hinaus verlängerten Rahmenwerk 5 angeordnet
sein, wozu die Grundplatte 1 entsprechend länger ausgebildet und mit Öffnungen für
die Gehänge versehen sein müßte. Man kann außenliegende Magnetsysteme auch zusätzlich
zu den in der Zeichnung dargestellten anordnen.
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Zur Beseitigung von Auftriebsfehlern kann die ganze Waage in einem
luftdichten, evakuierbaren Gehäuse untergebracht werden.