DE1549283C - Waage fur den Vergleich eines Ist Gewichtes mit einem Soll Gewicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Waage für den Vergleich eines Ist-Gewichtes mit einem Soll-Gewicht, mit einem den Wiegegutträger enthaltenden schwingfähigen System und einer mit Anzeigemitteln versehenen Meßvorrichtung zum Messen der vom Gewicht des Wiegegutes abhängigen Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden gegenläufigen Durchgängen des schwingfähigen Systems durch einen Fixpunkt und zum Vergleich dieser Zeitdauer mit einem von einem Zeitgeber vorgegebenen Zeitintervall.

Bei einer aus der USA.-Patentschrift2 694 310 bekannten Waage dieser Art ist das schwingfähige System ein Federsystem; bei einem solchen ist die Schwingungsdauer unmittelbar der Masse des Gewichtes, zu der auch die Masse des Wiegegutes gehört, umgekehrt proportional, so daß durch die Messung einer Schwingungsperiode oder eines Bruchteiles davon ein Maß für das zu wiegende Gewicht gewonnen werden kann. Bei der bekannten Ausführungsform dient dabei als Zeitgeber ein korrespondierendes Federsystem mit unveränderbarer Masse. Beide Systeme sind im Augenblick der Gutaufgabe in einem Extrempunkt arretiert und werden gleichzeitig für einen Schwingungszyklus freigegeben. Der Frequenzunterschied der beiden Systeme wird über ein kompliziertes elektronisches System ausgewertet. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt darin, daß die Gutaufgabe nur bei arretiertem Schwingungssystem erfolgen kann, weil die Messung nur bei immer gleicher Anfangsamplitude der Schwingung exakt wird. Außerdem sind Federsysteme für die Gewichtsmessung verhältnismäßig ungenau, und die für den Zeitvergleich verwendeten Mittel sind kompliziert und störanfällig.

Das Prinzip, als Maß für das zu wiegende Gewicht die Schwingungsdauer zwischen zwei Fixpunkten zu bestimmen, kann jedoch -— was nicht vorbekannt ist — auch bei solchen Waagen angewendet werden, bei denen die Schwingungsdauer von der Masse des Wiegegutes im wesentlichen unabhängig ist, z. B. bei einer Balkenwaage. In diesem Fall bewirken unterschiedliche Gewichte des Wiegegutes nicht wegen unterschiedlicher Schwingungsdauer, sondern wegen der gewichtsabhängigen Verschiebung des Schwingungsmittelpunktes unterschiedliche Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden gegenläufigen Schwingungsdurchgängen durch einen Fixpunkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Waage der eingangs genannten Art, ohne Beschränkung auf eine Federwaage, das System für den Vergleich der tatsächlichen Schwingungszeit zwischen zwei Fixpunktdurchgängen mit der Sollzeit einfacher und zuverlässiger auszugestalten, wobei die Erzeugung einer definierten Anfangsschwingung mit stets gleicher Amplitude nicht erforderlich sein soll.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein durch das schwingfähige System bei einem Fixpunktdurchgang auslösbarer Zeitschalter, der nach einem vorgegebenen Zeitintervall einen Schaltimpuls abgibt, und mindestens ein durch das schwingfähige System bei dessen nächstfolgender gegenläufiger Bewegung zur Abgabe eines Schaltimpulses anregbares Schaltelement vorgesehen sind und daß die Anzeigevorrichtung durch die zeitliche Reihenfolge der Schaltimpulse des oder der Schaltelemente und des Zeitschalters steuerbar ist.

Da der Zeitschalter durch den ersten Schwingungsdurchgang durch den Fixpunkt ausgelöst wird, kommt es auf die Art der Auslösung der Schwingung und deren Anfangsamplitude nicht an. Die Waage kann beispielsweise durch intermittierende Gutsaufgabe in ständiger Schwingung gehalten werden, was bei den bekannten Waagen nicht möglich ist. Hierdurch ist eine kontinuierliche Wägung mit hoher Geschwindigkeit möglich. Da für die Steuerung der Anzeigevorrichtung nur die Feststellung einer zeitlichen Reihenfolge von zwei oder drei Schaltimpulsen erforderlich ist, kann die Steuerung aus einfachen Logikelementen mit Ja-Nein-Funktion aufgebaut werden, wodurch die Vorrichtung sowohl sehr einfach und billig als auch sehr zuverlässig wird.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Waage so betrieben, daß eine bestimmte Toleranz des Soll-Gewichtes vorgegeben wird und eine Änderung der Anzeige nur beim Über- oder Unterschreiten der Toleranzgrenzen erfolgt. Die Waage ist deshalb vorzugsweise so ausgestaltet, daß zwei Schaltelemente

ao vorgesehen sind, die durch das schwingfähige System kurz vor bzw. kurz nach dessen gegenläufigen Fixpunktdurchgang zur Abgabe eines Schaltimpufses anregbar sind, und daß die Anzeigevorrichtung Anzeigemittel zur Über- bzw. Untergewichtsanzeige aufweist, die· durch die Schaltimpulse einschaltbar sind, wenn der Schaltimpuls des Zeitschalters nicht zeitlich zwischen den von den Schaltelementen abgegebenen Schaltimpulsen liegt.

Für die Ausgestaltung der Schaltelemente und ihr Zusammenwirken mit dem schwingfähigen System der Waage gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei natürlich ein berührungs- und gegenkraftfreies Zusammenwirken mit dem schwingfähigen System zu bevorzugen ist. Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß eine fotoelektrische Einrichtung mit mit dem schwingfähigen System verbundener Blende zum Erzeugen einer den Schwingungsvorgang analog abbildenden elektrischen Wechselspannung vorgesehen ist und daß als Schaltelemente von der Wechselspannung beaufschlagte Schmitt-Trigger mit voneinander abweichender Schwellenspannung vorgesehen sind. Auch als Auslöseelement für den Zeitschalter kann ein weiterer, von der Wechselspannung beaufschlagter Schmitt-Trigger vorgesehen sein, dessen Schwellenspannung zwischen den Schwellenspannungen der beiden anderen Schmitt-Trigger liegt.

Zwecks Einstellung der Waage auf ein bestimmtes Soll-Gewicht kann das Zeitintervall des Zeitschalters und zwecks Einstellung der Soll-Gewichtstoleranz können die Schwellenspannungen der Schmitt-Trigger veränderbar sein.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen einer Balkenwaage zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Meßprinzips;

F i g. 4 zeigt schematisch eine Förderband-Balkenwaage mit dem Meß- und Anzeigesystem;

F i g: 5 zeigt den Verlauf der den Waageschwingungen analogen Meßspannung mit den einzelnen Schaltpunkten.

Fig. 1 zeigt eine Balkenwaage mit ausgeglichener Belastung. Das System wird Schwingungen ausführen, deren Schwingungsmittelpunkt auf der vertikal durchgehend gezeichneten Mittellinie liegt. Diese Mittellinie kann als Fixpunkt gewählt und es kann ein auf den Durchgang des Waagenzeigers durch die

Mittellinie ansprechender Meßfühler vorgesehen werden. Der Meßfühler löst z. B. nach dem ersten Durchgang nach einer Halbschwingung (also nach einem Phasenwinkel von 180°) einen Schaltimpuls aus, der einen Zeitgeber in Gang setzt. Ein zweiter Impuls wird bei der Rückkehr des Zeigers nach 360° ausgelöst. Wenn der Zeitgeber auf die halbe Schwingungsdauer des Waagensystems eingestellt ist, fällt das Ende des Zeitintervalls mit dem durch den zweiten Durchgang des.Zeigers ausgelösten Schaltimpuls zusammen.

Wenn gemäß Fig. 2 das Ist-Gewicht größer als das Soll-Gewicht ist, schwingt die Waage um einen gegenüber der vertikalen Mittellinie nach rechts verschobenen Schwingungsmittelpunkt. Wird weiterhin die vertikale Mittellinie als Fixpunkt betrachtet, so ist der Schwingungsbogen auf der rechts von ihr gelegenen Seite größer als im Fall der ausgeglichenen Waage gemäß Fig. 1. Entsprechend ist auch die Zeit zwischen den betrachteten Durchgängen des Zeigers durch die Mittellinie größer. Der am Ende des Zeitintervalls des Zeitgebers abgegebene Impuls erfolgt daher früher als der zweite Durchgang des Zeigers durch die Mittellinie. Durch diese zeitliche Reihenfolge kann eine Anzeigevorrichtung so gesteuert werden, daß sie Übergewicht anzeigt.

Bei Untergewicht gemäß F i g. 3 ist der Schwingungsbogen rechts der Mittellinie und damit das entsprechende Zeitintervall kleiner als im Fall von Fig. 1, so daß der Impuls des Zeitschalters später erfolgt als der zweite Durchgang durch die Mittellinie. Entsprechend dieser umgekehrten Reihenfolge wird die Anzeigevorrichtung Untergewicht anzeigen.

Die Winkelausschläge sind in den F i g. I bis 3 übertrieben groß dargestellt und sollten in der Praxis nicht größer als 4,5° sein, damit, wie aus der Theorie des Pendels bekannt, die Schwingungsdauer von der Amplitude unabhängig ist.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform, die das soeben erläuterte Prinzip realisiert, ist die Balkenwaage 1 mit einer Parallelführung 2 versehen, die einen als Förderband ausgebildeten Wiegegutträger 3 und einen das Gegengewicht haltenden Träger 4 für die Tariergewichte trägt. Dem Wiegegutträger 3 sind Förderbänder 5, 6 für das Zu- und Abführen des Wiegegutes 7 vor- bzw. nachgeschaltet.

Mit dem je nach Belastung auf- und abschwingenden Wiegegutträger 3 ist eine Blende 8 verbunden, die je nach ihrer Stellung den Strahlengang zwischen einer Lampe 9 und einer Fotozelle 10 mehr oder weniger abdunkelt. Die Fotozelle 10 erzeugt auf diese Weise eine die Schwingungen des Wiegegutträgers 3 analog abbildende, etwa sinusförmig verlaufende Spannung, die in einem Verstärker 11 verstärkt wird. Die verstärkte Spannung wird auf die Eingänge von drei Schmitt-Triggern 12, 13, 14 gegeben. Ein Schmitt-Trigger ist bekanntlich eine Kippstufe, die am Ausgang einen digitalen Impuls erzeugt, wenn die am Eingang liegende Spannung einen bestimmten Schwellungsspannungswert über- bzw. unterschreitet. Der Schmitt-Trigger 13 steuert über eine Trennstufe 15 einen Multivibrator 16, der als Zeitgeber dient und nach Ablauf eines vorgegebenen, einstellbaren Zeitintervalls einen Ausgangsimpuls erzeugt. Die Ausgangsimpulse der Schmitt-Trigger 12, 14 und des Multivibrators 16 steuern eine aus Relais aufgebaute Auswertestufe 17 an, die in Abhängigkeit von der zeitlichen Reihenfolge dieser Impulse eine Anzeigevorrichtung 18 steuert. Die Anzeigevorrichtung hat eine mit »gut« bezeichnete Anzeigelampe, die aufleuchtet, wenn das Wiegegut in der Soll-Gewichtstoleranz liegt, und zwei mit Plus bzw. Minus bezeichnete Lampen, die aufleuchten, wenn das Wiegegut Über- bzw; Untergewicht hat.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist am besten aus F i g. 5 zu entnehmen, die den Verlauf der der Schwingung der Waage analogen, vom Verstärker 11

ίο verstärkten Spannung wiedergibt. Bei unterschiedlichen Gewichten des Wiegegutes ändert sich nicht der Schwingungsverlauf, sondern nur die Lage des Schwingungsmittelpunktes der Spannung, so daß z. B. die mittlere ausgezogene Kurve 19 in Fig. 5 den Spannungsverlauf bei ausgeglichener Waage, die obere, punktiert gezeichnete Kurve 20 den Spannungsverlauf bei Übergewicht und die untere, gestrichelt gezeichnete Kurve 21 den Spannungsverlauf bei Untergewicht wiedergibt. Die Schwellenspannungen

ao der Schmitt-Trigger 12, 13, 14 sind auf verschiedene Werte eingestellt, wobei die Schwellenspannung des Schmitt-Triggers 13 zwischen denen der Schmitt-Trigger 12 und 14 liegt. Es stellt also z. B. in F i g. 5 die horizontale Linie 22 die Schwellenspannung des

a5 Schmitt-Triggers 12, die Linie 23 die Schwellenspannung des Schmitt-Triggers 13 und die horizontale Linie 24 die Schwellenspannung des Schmitt-Triggers 14 dar. Die Schwellenspannungen der Schmitt-Trigger 12 und 14 schließen den Toleranzbereich ein, innerhalb dessen eine Wägung noch als gut zu bezeichnen ist.

Beim ersten für die Messung herangezogenen Durchgang des Schwingungssystems durch den Fixpunkt werden — gleichgültig, ob die Waage Unter-, Über- oder Soll-Gewicht hat — die Schwellenspannungen 22, 23, 24 in dieser Reihenfolge durchlaufen (Schaltpunkte I, II, III im linken Teil der Kurven 19, 20, 21) und hierdurch die Schmitt-Trigger 12, 13, 14 in dieser Reihenfolge geschaltet.

Hierbei setzt der Schmitt-Trigger 13 den Multivibrator 16 in Gang, während das Schalten der Schmitt-Trigger 12, 14 keine weiteren Folgen hat. Deshalb ist die Reihenfolge der Schaltvorgänge beim ersten der beiden Durchgänge für den Meßvorgang an sich ohne Bedeutung. Um so mehr kommt es aber auf die Reihenfolge der Schaltvorgänge beim darauffolgenden gegenläufigen Durchgang des Schwingungssystems an. Hierbei werden die Schwellenspannungen 24, 22 der Schmitt-Trigger 12, 14 nunmehr in der umgekehrten Reihenfolge durchlaufen (Schaltpunkte III, I im rechten Teil der Kurven 19, 20, 21), hierbei die Schmitt-Trigger 12, 14 geschaltet und entsprechende Schaltimpulse an die Auswertestufe 17 gegeben. Dagegen wird durch das Durchlaufen der Schwellenspannung 13 nur der Schmitt-Trigger 13 in die Ausgangsstellung zurückgeschaltet, ohne daß ein Schaltimpuls weitergegeben wird, da dies durch die Trennstufe 15 verhindert wird. Vielmehr gibt der durch den ersten Schwingungsdurchgang in Gang gesetzte Multivibrator 16 nach Ablauf eines vorbestimmten, von der Waagenschwingung unabhängigen Zeitintervalls / einen Schaltimpuls an die Auswertestufe 17 weiter (Schaltpunkte II im rechten Teil der Kurven 19, 20, 21). Dabei ist das Zeitintervall / so gewählt, daß der Schaltimpuls vom Multivibrator 16 zeitlich zwischen den Schaltimpulsen von den Schmitt-Triggern 12, 14 liegt, falls die Belastung der Waage dem Soll-Gewicht entspricht (Kurve 19). Die

Relais in der Auswertestufe 17 sind so miteinander verknüpft, daß durch diese Reihenfolge III, II, I der Schaltimpulse die Anzeigelampe »gut« für das Sollgewicht aufleuchtet. Hat die Waage Übergewicht (punktierte Kurve 20), so werden schon nach kürzerer Zeit durch Durchlaufen der Schwellenspannungen 22, 24 die Schaltimpulse IH und I ausgelöst, während der Schaltimpuls II nach wie vor erst nach Ablauf des Zeitintervalls t des Multivibrators 16 erscheint. Die Reihenfolge der Schaltimpulse ist demnach III, I, II, und durch entsprechende logische Ver- knüpfung der Relais in der Auswertestufe 17 wird hierdurch die Anzeigelampe Plus für Übergewicht angesteuert. Entsprechend ergibt sich bei Untergewicht (gestrichelte Kurve 21) die Reihenfolge II, III, I der Schaltimpulse, wodurch die Anzeigelampe Minus für Untergewicht zum Aufleuchten gebracht wird.

Die obenerwähnte Trennstufe 15 hat die Aufgabe, den Multivibrator 16 während seiner Schaltzeit vor einer erneuten Beaufschlagung mit einem Signal vom Schmitt-Trigger 13 zu schützen. Sie kann entfallen, wenn der Multivibrator 16 gegen eine solche Beaufschlagung während seiner Schaltzeit unempfindlich ist. Die Verknüpfung der Relais in der Auswertestufe 17 erfolgt in allgemein üblicher Weise, wobei handelsübliche Logikelemente Verwendung finden können. Die Auswertevorrichtung kann außerdem Anzeigelampen für Plus, Minus und Gut und eine weitere Kontrollampe WBZ (Wiederbereitschaftszeit) aufweisen, die anzeigt, ob der Multivibrator 16 wieder in Ruhestellung und damit arbeitsbereit ist. Ähnlich kann durch ein Lämpchen »Auswertung« die Arbeitsbereitschaft der Relais- oder Logikelemente der Auswertestufe 17 angezeigt werden.

Außer der Steuerung der Anzeigevorrichtung 18 können der Auswertestufe 17 noch andere Steuerfunktionen zugeordnet werden, z. B. die selbsttätige, vom Wägeergebnis abhängige Steuerung der intermittierenden Gutszugabe, durch die eine ständige Schwingung des Waagesystems aufrechterhalten wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Waage für den Vergleich eines Ist-Gewichtes mit einem Soll-Gewicht, mit einem den Wiegegutträger enthaltenden schwingungsfähigen System und einer mit Anzeigeeinrichtungen versehenen Meßvorrichtung, zum Messen der vom Gewicht des Wiegegutes abhängigen Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden gegenläufigen Durchgängen des schwingungsfähigen Systems durch einen Fixpunkt und zum Vergleich dieser Zeitdauer mit einem von einem Zeitgeber vorgegebenen Zeitintervall, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch das schwingungsfähige System (2, 3, 4) bei einem Fixpunktdurchgang auslösbarer Zeitschalter (16), der nach vorgegebenem Zeitintervall einen Schaltimpuls abgibt, und mindestens ein durch das schwingungsfähige System bei dessen nächstfolgender gegenläufiger Bewegung zur Abgabe eines Schaltimpulses anregbares Schaltelement (12, 14) vorgesehen sind und daß die Anzeigevorrichtung (18) durch die zeitliche Reihenfolge der Schaltimpulse des oder der Schaltelemente (12, 14) und des Zeitschalters (16) steuerbar ist.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schaltelemente (12, 14) vorgesehen sind, die durch das schwingungsfähige System (2, 3, 4) kurz vor bzw. kürz nach dessen gegenläufigen Fixpunktdurchgang zur Abgabe eines, Schaltimpulses anregbar sind, und daß die Anzeigevorrichtung (18) Anzeigemittel zur Überbzw. Untergewichtsanzeige aufweist, die durch die Schaltimpulse einschaltbar sind, wenn der Schaltimpuls des Zeitschalters (16) nicht zeitlich zwischen den von den Schaltelementen (12, 14) abgegebenen Schaltimpulsen liegt.

3. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine fotoelektrische Einrichtung (9, 10) mit mit dem schwingungsfähigen System (2, 3, 4) verbundener Blende (8) zum Erzeugen einer den Schwingungsvorgang analog abbildende elektrischen Wechselspannung vorgesehen ist und daß als Schaltelemente von der Wechselspannung beaufschlagte Schmitt-Trigger (12, 14) mit voneinander abweichender Schwellenspannung vorgesehen sind.

4. Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Auslöseelement für den Zeitschalter (16) ein weiterer von der Wechselspannung beaufschlagter Schmitt-Trigger (13) vorgesehen ist, dessen Schwellenspannung zwischen den Schwellenspannungen der beiden anderen Schmitt-Trigger (12,14) liegt.

5. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall des Zeitschalters (16) zwecks Einstellung des Soll-Gewichtes veränderbar ist.

6. Waage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen der Schmitt-Trigger (12, 14) zwecks Einstellung der Soll-Gewichtstoleranz veränderbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen