DE2121888A1

DE2121888A1 - Einrichtung zum elektromechanischen Wägen

Info

Publication number: DE2121888A1
Application number: DE19712121888
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 5100 Aachen. P Wernitz
Original assignee: Dr. Hans Boekels & Co, 5100 Aachen
Priority date: 1971-05-04
Filing date: 1971-05-04
Publication date: 1972-11-16
Also published as: FR2135360B1; FR2135360A1

Description

dr. Hans Boekels i Co., 5100 Aachen

Einrichtung zum elektromechanischen Wägen ■ " -

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum elektromechanischen Wägen. Derartige Einrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Die Bestimmung eines Gewichtes erfolgte stets auf dem Wege der Umwandlung einer mechanischen Größe in eine elektrische Größe. Einem zu bestimmenden Gewicht wirkt stets eine .Feder oder ein Gegengewicht über ein zwischengeschaltetes mechanisches System entgegen. Alle derartigen mechanischen Systeme wirken sich nachteilig auf das Einschwingverhalten einer derartigen Wägeeinrichtung aus wegen der unvermeidlichen Masse der einzelnen Elemente solcher Systeme. Ferner beeinflußt die in den Lagerungen für die Hebel und dgl. solcher Systeme auftretende Reibung die Meßgenauigkeit nachteilig. Darüberhinaus bewirken Temperaturänderungen Veränderungen der Abmessungen, der Elemente solcher Systeme. Die hieraus resultierenden Fehlmessungen können nur mit aufwendigen Kompensationsmethoden verringert werden.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Meßgenauigkeit elek-tromechanischer -üfägeeinrichtungen zu verbessern und mechanisch bedingte Fehlereinflüsse weitgehend zu vermeiden unter gleichzeitiger Vereinfachung des mechanischen Systems.

Erfindungsgemäß sind diese Aufgaben dadurch gelöst, dass ein gegenüber einem ortsfesten Rahmen in vorbestimmter Sichtung bewegbar geführter, von einem Gewicht beaufschlagbarerTräger vorgesehen ist, an dem ein Erzeuger eines Magnetfeldes bekannter Stärke befestigt ist, der sich im Bereich eines weiteren, ortsfesten Erzeugers eines Magnetfeldes ebenfalls bekannter Stärke befindet, welche Erzeuger derart gegeneinander ausgerichtet sind, dass eine der Wirkung des Gewichtes entgegenwirkende Kraft auf den Träger ausgäbt wird, dass ferner eine berührungslos arbeitende Abtasteinrichtung zum Umwandeln der Stellung des Trägers gegenüber dem Rahmen in elektrische Werte vorgesehen ist, dass ferner eine mit der Abtasteinrichtung verbundene Regeleinrichtung vorgesehen ist zum Steuern der Stärke des Magnetfeldes wenigstens des einen Erzeugers derart, dass der Träger in einer vorbestimmten Stellung gehalten wird und dass eine Einrichtung zur Anzeige und/oder weiteren Auswertung der Stärke des bzw. der gesteuerten Magnetfelder oder des dieser Stärke proportionalen Wertes einer anderen physikalischen Grosse vorgesehen ist. Die Erfindung weist einen Weg, durch Einführung einer direkten elektromagnetischen Kraftkompensation mechanisch

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bedingte ^ehlereinflüsse weitgehend zu vermeiden. Dabei kommt die erfindungsgemässe Wägeeinrichtung ohne Kraftumlenkungen über Hebel und Lager sowie ohne Federn aus und vermeidet daher die mit diesen Konstruktionselementen verbundenen Nachteile. Als Maß für das Gewicht einer Masse dient dabei der zur Kompensation des Gewichtes notwendige Strom bzw. das von diesem erzeugte magnetische Kraftfeld. Die erfindungsgemässe 7/ägeeinrichtung hat infolge der verhältnismäßig geringen Massen der einzelnen Elemente des mechanischen Systems und infolge der besonderen Konstruktion ein gutes Einschwengverhalten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Träger über parallel zueinander verlaufende, in einer zur Richtung der auf dem Träger wirkenden Kräfte Darallelen Ebene liegende Lenker mit dem Rahmen verbunden, ferner ist am einen Ende des Trägers eine ",Viegeplatte und am anderen Ende ein Erzeuger eines Magnetfeldes befestigt, der in den 7/irkungsbereich eines am Rahmen befestigten weiteren Erzeugers eines Magnetfeldes reicht und ausserdem ist am Träger eine Marke oder dgl. vorgesehen, die sich im Wirkungsbereich der am Rahmen vorgesehenen Abtasteinrichtung befindet.

In .'Weiterbildung dieser Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die trägerseitigen und rahmenseitigen Gelenke der Lenker als in Richtung der wirkenden Kräfte biegsame, beidendig fest eingespannte Metallstreifen oder dgl. ausgeführt sind, die in Richtung

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quer zur Ebene der Lenker ein hohes Widerstandsmoment aufweisen. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass vom Rahmen bzw. von den Lenkern her keine bzw. keine nennenswerten .Kräfte auf den Träger wirken können, so dass die Meßergebnisse von-der Führung des Trägers weitgehend ubeeinflußt bleiben.

TJm die Führung des Trägers quer zur Richtung der von den Gewichten ausgehenden Kräfte so steif wie m^lich auszubilden und dennoch gpvichtsmässig möglichst leicht zu halten wird_;weiterhin vorgeschlagen, dass die Lenker die Form gleichschenkliger Trapeze haben und dass der Träger mit den die kleineren Grundlinien der Trapeze bildenden Kanten der Lenker verbunden ist.

Um den beweglich geführten Träger möglichst wenig zu belasten, ist es"nach einem anderen Merkmal zweckmässig, dass der am Träger befestigte Erzeuger eines Magnetfeldes als Spule ausgebildet ist, die mit der Regeleinrichtung verbunden ist zum Zuführen eines gesteuerten Stromes zur Spule und dass der weitere, ortsfeste Erzeuger eines Magnetfeldes als Permanentmagnet ausgebildet ist. Dem Fachmann*dabei eine Vielzahle elektrischer bzw', elektronischer Hilfsmittel zur Verfugung, um den der Spule zuzuführenden, gesteuerten Strom zu erzeugen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des elektrischen bzw. elektronischen Teils der|erfindungsgemässen Einrichtung besteht die Abtasteinrichtung aus zwei mit geringem Zwischenraum voneinander befindlichen Spulensteht

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systemen mit je zwei miteinander verbundenen Spulen, welche Spulensysteme derart geometrisch einander zugeordnet sind, dass die Achsen je einer Spule "beider Spulensysteme miteinander fluchten, während die am Träger befindliche Märke als Abschirmblech ausgebildet ist, dessen Länge der Entfernung der Achsen der Spulen eines Spulensystems entspricht, wobei das eine Spulensystem mit einem Oszillator verbunden ist, während das andere Spulensystem mit einem Differenzgleichrichter verbunden ist, dass der Ausgang des Differenzgleichrichters mit einem Verstärker verbunden ist, dessen Ausgang am Eingang eines Spannungs-Stromwandlers liegt, der bei am Ausgang des Differenzgleichrichters anstender Spannung der am Träger befestigten Spule einen dem aufliegenden Gewicht entsprechenden Strom zuführt.

Um den Träger und die daran befestigte Spule vor möglichen Beschädigungen zu schützen, sind ferner An-. schlage zur Begrenzung der Bewegung des Trägers vorgesehen.

Anstelle der oben vorgeschlagenen Ausführungsform können beide Erzeuger von Magnetfeldern Spulen sein. Diese Spulen können z.3. elektrisch in Reihe gesschaltet sein, so dass die Stärken der Magnetfelder beider Spulen wegen des gleichen Stromflusses genau bekannt sind. Anstelle von Luftspulen können ^äuch Elektromagnete verwendet werden.-

Anhand der Figuren 1 bis 3 der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.

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Es zeigen

• Fig. 1 eine erfindungsgemässe Einrichtung in der Seitenansicht im Schnitt;

Fig. 2 die Einrichtung nach Fig. 1 in der Draufsicht und

Fig. 3 eine mögliche elektrische Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines einer am Träger befestigten Spule zuzuführenden Stromes.

In den Fig. "1 und 2 ist die erfindungsgemässe Einrichtung allgemein mit 1 bezeichnet. Die Einrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Rahmen 2, mit dem ein Träger 4-mittels Lenkern 3 verbunden ist. Die Lenker 3 haben die Form gleichschenkliger Trapeze. Die die kleineren Grundseiten der Trapeze bildenden Kanten der Lenker sind über biegsame Metallstreifen oder dgl. 7 mit am Träger 4- befindlichen Lagern 8 verbunden. Die die grösseren Grundseiten der Trapeze bildenden Kanten der Lenker 3 sind aber Metallstreifen oder dgl. 9 mit am Rahmen 2 befindlichen Lagern 10 verbunden. Zum Aufnehmen der zu bestimmenden Last bzw. des zu bestimmenden Gewichtes befindet sich am einen Ende des Trägers 4 eine Wegeplatte 5. An der der Wiegeplatte 5 gegenüberliegenden Seite des Trägers 4· ist an diesem eine elektrische Spule 6 befestigt. Die Anschlüsse der-Spule 6 sind nur angedeutet und nicht näher bezeichnet. Die hohle Spule 6 befindet sich größtenteils über dem mittleren Teil eines im Querschnitt etwa

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M-förmigen Magneten 11. Ferner ist am Träger 4 ein Abschirmblech 12 "befestigt, welches sich zwischen zwei an einem Fortsatz IJ des Rahmens 2 befestigten Spulensystemen14 und 15 befindet. Jedes der Spulensysteme

14 und 15 besteht aus zwei Spulen 14' und 14'' bzw. 15' und 15''. Die Achsen der Spulen jedes Spulensystems verlaufen parallel;zueinander und haben den gleichen Abstand voneinander. Ausserdem' sind die Spulensysteme 14 und .15 derart einander zugeordnet, dass die Achse einer ^pule des einen Spulensystems mit der Achse einer Spule des anderen Spulensystems fluchtet. In dem zwischen den Spulensystemen 14 und

15 vorhandenden Zwischenraum befindet sich das Abschirmblech 12. Die Länge dejl· Abschirmbleches 12

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ist derart beinessen, dass sie /Abstand der Achsen der Spulen .jedes Spulensystems entspricht.

Fig. 3 zeigt einen Oszillator 16, der mit den Spulen 14' und 14'' des Spulensystems 14 verbunden'ist. Die Wiegeplatte 5 und der Träger 4 sind schematisch dargestellt. Das am Träger 4 befestigte Abschirmblech 12 befindet sich in Ausgangsstellung des Trägers gleichermaßen im 7/irkungsbereich der Spulen 14' und 15' wie auch der Spulen 14'' und 15'' der Spulensysteme 14 und 15. Die Spulen 15' und 15'' sind mit einem Differenzgleichrichter 17 verbunden, dessen einzelne Bauelemente nicht näher bezeichnet sind. Der Ausgang des Differenzgleichrichters 17 führt zum Eingang eines Verstärkers 18, dessen Ausgang am Eingang eines Spannungs-Stromwandlers 19 liegt. An den Ausgang des Spannungs-Stromwandlers 19 ist die Spule angeschlossen.

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Die Wirkungsweise der in Pig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung ist wie folgt:

Der Oszillator 16 induziert mit Hilfe der Spulen 14-' und 14-· · des Spulensystems 14- elektrische Spannungen in die Spulen 15' und 15'' des Spulensystems 15· Der Träger 4- "bzw. das Abschirmblech 12 "befinden sich in derjenigen Stellung in Bezug auf die Lage der Spulen 14-!und 15' sowie 14-" und 15'', in der mit Hilfe des Verstärkers 18 und des Spannungs-Stromwandlers 19 sowie der Spule 6 eine . derartige Kraft zwischen den einander entgegenwirkenden Magnetfeldern der Spule 6 und des Magneten 11 wirkt, dass das Taragewicht, bestehend aus dem Gewicht des Trägers 4-,der Wiegeplatte und der Spule 6, gerade kompensiert wird.

7fird die Wiegeplatte mit einem Gewicht "belastet, so wird die" Wiegeplatte 5 mit dem Träger 4- und dem Abschirmblech 12 geringfügig absenken. Dadurch wird in die Spule 15' eine grössere und in die Spule 15'' eine kleinere Spannung als in Ausgangsstellung des Trägers 4- induziert. Dies hat eine entsprechende Spannungsänderung am Ausgang des Differenzgleichriehters 17 zur Folge. Der mit dem Ausgang des Differenzgleichrichters 17 verbundene Verstärker 18 gibt eine entsprechende Spannung auf"den Spannungs-Stromwandler 19. Dieser Wandler formt die anliegende Spannung in einen dieser Spannung proportionalen Strom um, der der am Träger 4- befestigten Spule 6 zugeführt wird. Dieser Strom bewirkt eine Erhäung der auf den Träger 4- von der Spule 6 aus wirkenden

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Kraft im Sinne des Ausgleichs, des auf der Wiegeplatte 5 befindlichen Gewichtes. So lange das Gleichgewicht zwischen der Summe aus üR ar age wicht und zu bestimmendem Gewicht und der magnetischen Gegenkraft nicht erreicht ist, hat das infolge der am Differenzgleichrichter 17 anstehenden Spannung eine entsprechende Erhöhung des durch die Spule 6 fließenden Stromes zur Folge. Erst bei Erreichen des Gleichgewichtes zwischen dem Gesamtgewicht und der magnetischen Gegenkraft wird sich der Strom in der Spule nicht mehr weiter erhöhen. Der dann durch die Spule 6 fließende Strom ist ein Maß für das die Wiegeplatte 5 belastende, zu verwiegende Gewicht.

Besonders hervorzuheben ist, dass die erforderlichen mechanischen Bauelemente auf diese Art der Meßwertbildung nur einen sehr geringen Einfluß haben. Unter Vermeidung der bei bekannten Einrichtungen vorhandenen nachteiligen Einflüsse derartiger mechanischer Bauelemente wird die von einem zu verwiegenden Gewicht ausgehende Kraft von einer gleich grossen, ohne Kraftumlenkungen ebenfalls und in der gleichen Achse auf die Wiegefläche wirkenden Saft kompensiert.

Die erfxndungsgemasse Wägeeinrichtung erlaubt in einfacher Weise eine Anhebung des Wiegetisches, we-shalb die Einrichtung besonders geeignet ist für dynamische Tagungen, bei denen die zu verwiegenden Teile sich in Bewegung befinden. Ζ_υφ Beispeil können die zu verwiegenden Teile"in.ausreichendem Abstand voneinander auf einem Förderband oder dgl. gefördert werden und während der Förderung z.B. durch Anheben des Wiege-

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tisches über das Niveau des Förderbandes hinaus verwogen werden. Zu diesem Zweck kann z.B. das Förderband aus mehreren, mit Abstand voneinander befindlichen einzelnen Bändern geringer Breite bestehen, zwischen denen kammartig gestaltete Elemente des t¥iegetisches auf- und abbewegt werden können, so dass die Elemente des Wiegetisches in Wägestellung oberhalb des Niveaus des bzw. der Förderbänder liegen und dabei vom zu bestimmenden Gewicht belastet sind. Auf diese Weise sind Messungen unbeeinflußt von Einwirkungen durch das Förderband. Es ist jedoch auch möglich, das Förderband über den Wiegetisch gleiten zu lassen und dabei Wägungen vor-, zunehien. Jedoch sind dann besondere Maßnahmen erforderlich, um Verfälschüren des Meßergebnisses durch vom Förderband auf den Wiegetisch übertragene Schwingungen und dgl. zu vermeiden.

Wie in -Fig. 5 dargestellt, kann zum Zwecke des Anhebens des Wiegetisches mit dem Träger z.B. eine das

zu Förderband auf Vorhandensein von verwiegenden Teilen prüfende Abtasteinrichtung 21 vorgesehen sein, die einen im Regelkreis für die Spule 6 liegenden Schalter 20 betätigt. Die Abtasteinrichtung 21 kann z.B. fotoelektrisch arbeiten. In Offenstellung des Schalters ist der Wiegetisch 5 abgesenkt, in Schließstellung befindet sich der Wiegetisch 5 in Wägestellung.

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Claims

Ansprüche

(λ) Einrichtung zum elektromechanischen Wägen, gekennzeichnet durch einen gegenüber einem ortsfesten Rahmen (2) in vorbe stimmt er. Richtung bewegbar geführten, von einem Gewicht beaufschlagbaren Träger (4-), an dem ein Erzeuger eines Magnetfeldes bekannter Stärke befestigt ist, der sich im Bereich eines weiteren, ortsfesten Erzeugers eines Magnetfeldes ebenfalls bekannter Stärke befindet, welche Erzeuger derart gegeneinander ausgerichtet sind, dass eine der -Virkung des Gewichtes entgegenwirkenden Kraft auf den Träger ausgabt wird, ferner durch eine berührungslos arbeitende Abtasteinrichtung zum Umwandeln der Stellung des Trägers gegenüber dem Rahmen in elektrische V/er te, weiter durch eine mit.der Abtasteinrichtung verbundene Regeleinrichtung zum Steuern der Stärke des Magnetfeldes wenigstens des einen Erzeugers derart, dass der Träger in einer vorbestimmten Stellung gehalten wird und durch eine -Einrichtung zur Anzeige und/ oder weiteren Auswertung der Stärke des bzw. der gesteuerten Magnetfelder oder des dieser Stärke proportionalen 7/ertes einer anderen physikalischen Grosse.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (4) über parallel zueinander verlaufende, in einer zur Richtung der auf den Träger wirkenden Kräfte parallelen Ebene liegende Lenker (3) mit dem Rahmen (2)verbunden ist, dass am einen Ende des Trägers eine Wiegeplatte (5) und am anderen Ende ein Erzeuger eines Magnetfeldes befestigt ist, der in den Wirkungsbereich eines am Rahmen befestigten weiteren Erzeugers eines Magnetfeldes reicht und dass am Träger eine Marke oder dgl. vorge- ■ . · sehen ist, die sich im Wirkungsbereich der am Rahmen vorgesehenen Abtasteinrichtung befindet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn-".-. zeichnet, dass die trägerseitigen und rahmenseitigen Gelenke der Lenker (3) als in Richtung der wirkenden Kräfte biegsame, beidendig fest eingerannte Metallstreifen oder dgl. (7) bzw. (9) ausgeführt sind, die in Richtung quer zur Ebene der Lenker ein hohes Widerstandsmoment aufweisen.
4-, Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenker -(3) die Eon gleichschenkliger Trapeze haben und dass der Träger ) (4) mit den die kleineren Grundlinien der Trapeze bildenden Kanten der Lenker verbunden ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass der am Träger (4-) "befestigte Erzeuger eines Magnetfeldes als Spule ausgebildet ist, die mit der Regeleinrichtung verbunden ist zum Zuführen eines gesteuerten Stromes zur Spule, und dass der weitere, ortsfeste Erzeuger eines Magnetfeldes als Permanentmagnet (11) ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung aus zwei mit geringem Zwischenraum voneinander am Rahmen (2) befindlichen Spulensystemen (14- und 15) mit je zwei miteinander verbundenden Spulen (14-', 14'' bzw. 15', 15'') besteht, welche Spulensysteme derart geometrisch an- ' einander zugeordnet sind, dass die Achsen je einer Spule (14-' und 15' bzw. 14'' und 15'') beider Spu-lensysteme (14· und 15) miteinander fluchten, dass die am Träger (4·) befindliche Marke als Abschirmblech (12) ausgebildet ist, dessen Länge der Entfernung der Achsen der Spulen (14-·, 14-'■ bzw. 15', 15'') eines Spulensystems (14- bzw. 15) entspricht, dass das eine Spulensystem (14-) mit einem Oszillator (16) verbunden ist, während das andere Spulensystem (15) mit einem Differenzgleichrichter (17) verbunden ist, dass der Ausgang des Differenzgleichrichters (17) mit einem Verstärker (18) verbunden ist, dessen Ausgang am Eingang eines Spannungs-Stromwandlers (19) liegt, der bei am

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Ausgang des Differenzgleichrichters anstehender Spannung der am Träger (4) "befestigten Spule . (6) einen dem aufliegenden Gewicht entsprechenden Strom zuführt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Anschläge zur Begrenzung der
Bewegung des Trägers vorgesehen sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Erzeuger von Magnetfeldern Spulen sind.

9· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (20, 21) zum Zwecke des Absenkens bzw.' Anhebens des Trägers (4) bzw. des Wiegetisches (5) vorgesehen ist.

Neuwied, den 22. 4. 1971

Der Vertreter

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