DE2818368A1 - Elektromagnetisch kraftkompensierende waage - Google Patents
Elektromagnetisch kraftkompensierende waageInfo
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- G01G7/02—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action
- G01G7/04—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action with means for regulating the current to solenoids
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Description
Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)
Elektromagnetisch kraftkompensierende Faaqe
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch kraftkompensierende Waage, mit einem Lastaufnehmer und mit einer mit
diesem starr gekoppelten, im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems angeordneten, an einem Spulenträger befestigten
Spule, die von einem lastabhängigen Kompensationsstrom
durchflossen wird.
Eine solche Waage wurde beispielsweise aus der schweizerischen Patentschrift 586 897 bekannt. Diese zeigt den heute
weitverbreiteten Typ der oberschaligen Waage mit parallel geführtem Lastaufnehmer. An diesem Waagentyp wird eine
grundsätzliche Schwäche vieler Waagen mit elektromagnetischer Kraftkompensation besonders deutlich: Sowohl die
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Wägelast (einschliesslich einer eventuellen Tara) als auch das Eigengewicht des Lastaufnehmers (die Totlast) werden
vom die Spule durchfliessenden Strom kompensiert. Der von den Lenkern der Parallelführung getragene Anteil ist so
gering, dass er praktisch nicht ins Gewicht fällt. Es ist nun aber andererseits erwünscht, den Stromverbrauch und
damit die Wärmeleistung im Magnetluftspalt möglichst klein zu halten, um die Wärmedrift der Waage gering zu halten.
Dementsprechend ging die Erfindung von der Aufgabe aus,
ein besseres Verhältnis von Wärmeentwicklung im Luftspalt zu Nutzlast der Waage zu erreichen. Sie löst diese Aufgabe
dadurch, dass bei einer Waage der eingangs qenannten Art am Lastaufnehmer im Bereich des Permanentmagnetfeldes wenigstens
ein ferromagnetisches Bauteil zum wenigstens angenäherten
Ausgleich einer Vorlast befestigt ist. Sie macht sich also das Streufeld des Permanentmagneten zunutze.
Grundsätzlich sind dabei verschiedene Stellen am Lastaufnehmer zum Anbringen des ferromagnetischen Bauteils denkbar.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der es am
Spulenträger befestigt ist.
Zum Erzielen einer gleichmässigen magnetischen Kraftwirkung (ohne Dreh- oder Bie-gemomente) ist es zweckmässig, eine
Mehrzahl von rotationssymmetrisch angeordneten ferromagnetischen Bauteilen vorzusehen.
Bei der Auswahl der Werkstoffe ist vorzugsweise darauf zu achten, dass das ferromagnetische Bauteil und das Permanent-
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ORIGINAL INSPECTED
magnetsystem wenigstens angenähert sich kompensierende Temperaturkoeffizienten des magnetischen Verhaltens aufweisen.
Damit wird eine gleichbleibende, von Temperaturschwankungen des Systems weitgehend unabhängige Vorlastkompensation
möglich.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der nicht massstäblichen-Zeichnung
sind
Figur 1 eine blockschematische Darstellung der ganzen Waage, und
Figur 2 eine Ansicht von unten.
Figur 1 zeigt eine übliche Waage der eingangs erwähnten Gattung. Ein Lastaufnehmer, bestehend im wesentlichen aus
einem Rohr 10 und einer Waagschale 12, ist mittels zweier Lenker 14 im Waagengestell 16 parallel geführt. Das Rohr
10 durchsetzt mit Spiel einen zentralen Kanal 18 in einem zylindrischen Eisenkern 20. Dieser ist befestigt an einer
oberen runden Abschlussplatte 22 aus ferromagnetisehern
Material. Konzentrisch zum Kern 20 ist ein Ring-Permanentmagnet 24 angeordnet, oben mit der Platte 22 und unten mit
einer Polschuh-Platte 26 verbunden. Ein ringförmiger Fuss 28 bildet die Halterung des Magnetsystems im Waagengestell
16. In den ringförmigen Luftspalt 30 zwischen dem Kern 20 und dem Polschuh 26 taucht eins Kompensationsspule 32. Sie
ist auf einen Träger 34 aus elektrisch isolierendem Material gewickelt, der fest mit dem Lastaufnehmer (Rohr 10)
verbunden ist.
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-JT-
Zwischen den beiden Lenkern 14 ist auf der diesen gegenüberliegenden
Seite am Rohr 10 eine Kondensatorplatte 36 befestigt. Sie befindet sich im Spalt zwischen zwei ortsfest
im Waagengestell 16 angeordneten weiteren Kondensatorplatten 38 und bildet mit diesen einen Differentialkondensator.
Weitere konventionelle mechanische Details wie Gehäuse, Wegbegrenzer (Anschläge) etc. werden der üebersichtlichkeit
halber nicht gezeigt.
Der elektrische Teil der Waage, hier nur andeutungsweise dargestellt, umfasst ausser der Spule 32 und dem Differentialkondensator
36, 38, 38 noch . 3
- eine über Leitungen 40 mit den Kondensatorplatten 38 verbundene Abtast- oder Geberschaltung 42,
- eine Kompensationsschaltung 44, welche einen Regelverstärker, eine Stromquelle und eine Auswerteschaltung umfasst
und von welcher die Spule 32 über Leitungen 46, 46'
gespeist wird, und
- eine Anzeige 48.
Die dargestellte Waage arbeitet bekanntlich wie folgt: Eine Auslenkung aus der Null- oder Sollposition (diese ist durch
gleiche Abstände der Kondensatorplatte 36 zu den beiden Platten 38 definiert) erzeugt in der Geberschaltung 42,
meist einer Brückenschaltung, ein Differenz- oder Fehlersignal. Dieses bestimmt im Regelteil der Schaltung 44 die
Grosse eines Kompensationsstroms durch die Spule 32. Die
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elektromagnetische Kraftwirkung des Spulenstroms im Magnetfeld des Luftspalts 30 bewirkt im eingeschwungenen
Zustand einen Ausgleich der Gewichtswirkung des Wägegutes auf der Waagschale 12 (einschliesslich gegebenenfalls einer Tara), und die Waage wird wieder in die Sollposition zurückgeführt. Die Grosse des hierfür notwendigen Kompensationsstroms v/ird im Auswerteteil in einen digitalen Gewichtswert verwandelt und in der Anzeige 48 dargestellt.
Zustand einen Ausgleich der Gewichtswirkung des Wägegutes auf der Waagschale 12 (einschliesslich gegebenenfalls einer Tara), und die Waage wird wieder in die Sollposition zurückgeführt. Die Grosse des hierfür notwendigen Kompensationsstroms v/ird im Auswerteteil in einen digitalen Gewichtswert verwandelt und in der Anzeige 48 dargestellt.
Am Spulenträger 34 sind gemäss der Erfindung symmetrisch
zur Achse des Lastaufnehmers 10 vier Eisenstücke 50 mit
Schrauben 52 befestigt. Sie sind aus Material hergestellt, dessen Temperaturkoeffizient des magnetischen Verhaltens dem des Permanentmagnetsystems 20 bis 26 entspricht, und kompensieren die Totlast der Waage.
Schrauben 52 befestigt. Sie sind aus Material hergestellt, dessen Temperaturkoeffizient des magnetischen Verhaltens dem des Permanentmagnetsystems 20 bis 26 entspricht, und kompensieren die Totlast der Waage.
Die bereits oben erwähnten Wegbegrenzer (Anschläge) sind so eingestellt, dass eine Berührung zwischen den Eisenstücken
50 und der Polschuhplatte 26 nicht möglich ist, ein "Kleben" also nicht eintreten kann. -
Durch die magnetische Vorlastkompensation lässt sich bei gleicher Nutzlast der Stromverbrauch verringern bzv/. bei
gleichem Stromverbrauch die Nutzlast erhöhen. Dies 'fällt insbesondere ins Gewicht bei Waagen mit im Verhältnis zur
Nutzlast grosser» Eigengewicht von Lastaufnehmer, Spule und sonstigen beweglichen Teilen. Auch auf die digitale Auswertung
zur Ermittlung des Wägeresultates wirkt sich die
Elimitierung der Totlast vorteilhaft aus, beispielsweise
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durch Verringerung desjenigen Anteils des Bruttoresultates, der "wegtariert" werden muss.
Die Erfindung wurde zwar anhand oberschaliger Waagen ohne Balken beschrieben, es sind aber auch bei Waagen mit Waagbalken
oder Uebersetzungshebeln Fälle denkbar, bei denen sie nutzbringend angewendet werden kann. Voraussetzung ist
stets lediglich eine praktisch gleichbleibende Gleichgewichtslage (Einspiellage), um Aenderungen der die Vorlast
kompensierenden (abstandsabhängigen) Magnetkraft zu vermeiden.
Prinzipiell können statt der Eisenstücke (5 0) auch Permanentmagnete
verwendet werden. Die jeweilige Anordnung hängt von der Konstruktion der Waage (z.B. mit oder ohne
Hebel; Kompensationsspule am unteren oder oberen Ende des Topfmagnetsystems) und der daraus resultierenden erwünschten
Kraftrichtung ab.
Zweckmässigerweise sind die ferromagnetischen Bauteile so dimensioniert, dass sie die Totlast nur zu etwa 90 bis 95 %
kompensieren, wobei der Rest mittels der regelmässig vorhandenen Tarierung oder aber Nullpunktskorrektur elektromagnetisch
kompensiert wird.
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e e r s e ι \ e
Claims (4)
- Patentansprüche/I./Elektromagnetisch kraftkompensierende Waage, mit einem Lastaufnehmer und mit einer mit diesem starr gekoppelten, im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems angeordneten, an einem Spulenträger befestigten Spule, die von einem lastabhängigen Kompensationsstrom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Lastaufnehmer (10) im Bereich des Permanentmagnetfeldes wenigstens ein ferromagnetisches Bauteil (50) zum wenigstens angenäherten Ausgleich einer Vorlast befestigt ist.
- 2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Bauteil (50) am Spulenträger (34) befestigt ist.
- 3. Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl rotationssymmetrisch angeordneter ferromagnetischer Bauteile (50) vorgesehen ist.
- 4. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Bauteil und das Permanentmagnetsystem wenigstens angenähert sich kompensierende Temperaturkoeffizienten des magnetischen Verhaltens aufweisen.809848/0622
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