DE2844336C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Waage, mit einem Permanentmagnet­ system, das gebildet ist durch einen Kern, einen seitlich des Kernes an­ geordneten Mantel, ein erstes Joch, welches den magnetischen Kreis zwi­ schen dem einen Ende des Mantels und dem einen Ende des Kernes schließt, sowie ein zweites Joch, welches den magnetischen Kreis zwischen dem an­ deren Ende des Mantels und dem anderen Ende des Kernes schließt, wobei zwischen dem zweiten Joch und dem ihm zugeordneten Ende des Kernes ein ringförmiger Luftspalt freigelassen ist und im Luftspalt unter Belassung eines Spieles eine der elektromagnetischen Kraftkompensation dienende, mit Strom beaufschlagbare Spule angeordnet ist, welche von einem Hebel zur Lastübersetzung getragen ist.

Bei einer bekannten derartigen Waage (CH-PS 5 91 685) ist die der elektro­ magnetischen Kraftkompensation dienende Spule auf einen isolierenden Träger gewickelt, welcher mit einer Kappe ein Kopfstück des Kernes unter Belassung eines Spieles außen übergreift. Wiederum außerhalb dieser Kappe erstreckt sich der Lastübersetzungs-Hebel, der an sei­ nem Ende an der Kappe starr befestigt ist, an seinem anderen Ende über ein Biegekoppel mit einem parallel geführten Lastaufnehmer verbun­ den ist und an einer zwischen den Enden gelegenen Stelle in einem von dem topfartig ausgebildeten und einen zylindrischen Mantel auf­ weisenden Permanentmagnetsystem getragenen Biegelager schwenkbar ge­ lagert ist.

Durch den Einsatz eines asymmetrischen Permanentmagnetsystems wird zwar bei der bekannten Waage eine geringere Bauhöhe erreicht als bei einer anderen bekannten, nachstehend noch erläuterten Waage, welche ein symmetrisch ausgebildetes Permanentmagnetsystem mit einem im zen­ tralen Joch angeordneten Luftspalt verwendet. Störend ist aber die exponierte Anordnung des die Spule tragenden Hebels, welcher dadurch zumindest in Übergangsstadien eine andere Temperatur als das Permanent­ magnetsystem annehmen kann.

Bekannt ist ferner eine elektrische Waage (DE-OS 20 38 214), welche ein symmetrisch bezüglich seiner zur Längsachse lotrechten Mittelebene ausgebildetes Permanentmagnetsystem verwendet, das ein zentrales Joch mit einem die Spule aufnehmenden ringförmigen Luftspalt enthält. Auf jeder Seite dieses Joches und koaxial zu diesem sind permanentmagne­ tische Kerne und endseitige Joche vorgesehen, wobei ein Mantel den magnetischen Kreis zum zentralen Joch schließt. Um den die Spule tragenden, der Lastübersetzung dienenden Hebel einen Zugang zur Spule und ein Bewegungsspiel zu verschaffen, ist im Mantel und im zentralen Joch ein zur Längsachse paralleler Schlitz ausgespart. Der Hebel er­ streckt sich in der erwähnten Mittelebene, d. h. im Bereich des zentralen Joches, und ist in der axialen Mitte der Spule an dieser befestigt.

Diese Ausbildung hat den Nachteil, daß durch die Gestaltung des Per­ manentmagnetsystems erhebliche Bauhöhe benötigt wird und eine grobe Störung des anzustrebenden gleichmäßigen Kraftlinienverlaufs im Luft­ spalt durch den Schlitz verursacht wird.

Für hebellose Waagen mit einem symmetrisch ausgebildeten Permanent­ magnetsystem der vorerwähnten Bauart (DE-OS 22 33 850) ist es bekannt, den Schlitz und damit die Störung des Kraftlinienverlaufes zu vermei­ den, indem der Träger der Spule mit axialen Verlängerungen ausgestattet ist, die sich nach oben und unten erstrecken und durch Öffnungen in den endseitigen Jochen geführt sind und außerhalb der Joche an ein System von Parallel-Lenkern angeschlossen sind. Durch diese Ausbildung wird die durch das Permanentmagnetsystem vorgegebene axiale Bauhöhe noch ver­ größert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Waage der eingangs erläuterten Art so weiterzubilden, daß eine sehr niedrige Bauform und damit auch ein geringes Eigengewicht erhalten wird und die Homogenität der Temperatur­ verteilung zwischen den Bauteilen verbessert wird, ohne Störungen des Kraftlinienverlaufes im Luftspalt hinnehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Hebel in an sich bekannter Weise in das Innere des Permanentmagnetsystems einsteht und daß der Hebel wenigstens teilweise angeordnet ist zwischen einerseits dem ersten Joch und andererseits dem im zweiten Joch ausge­ bildeten Luftspalt.

Vorteilhaft weist dabei der Hebel eine den Kern umgreifende ring­ förmige Partie auf, an welcher die Spule befestigt ist. Dies ergibt eine wegen ihrer Symmetrie besonders vorteilhafte Ausbildung hin­ sichtlich Temperatureinflüssen und mechanischer Belastung.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Mantel des Permanent­ magnetsystems von zwei streifenförmigen Seitenwänden gebildet, welche parallel oder in einem spitzen Winkel zueinander verlaufen können. Dieser einfache mechanische Aufbau ist günstig im Hinblick auf die Montage (erleichterte Zugänglichkeit). Zweckmäßigerweise sind dabei zur rationellen Herstellung der Mantel und wenigstens eines der Joche aus einem Stück geformt.

Sollen gewisse den Kraftmessern eigene systematische Fehler ausge­ schaltet werden, so kann dies in bekannter Weise durch Kombination zweier Kraftmesser geschehen (vergleiche beispielsweise die US-PS 36 88 854). Für diesen Fall sieht eine weitere Ausbildung der Er­ findung vor, daß zwischen dem ersten Joch und dem ihm zugeordneten Ende des Kernes ein zweiter ringförmiger Luftspalt freigelassen ist, in welchem eine der elektromagnetischen Kraftkompensation dienende, mit Strom beaufschlagbare Spule angeordnet ist, welche von einem zweiten Hebel getragen ist, wobei dieser Hebel in das Innere des Per­ manentmagnetsystems einsteht, und wenigstens teilweise zwischen den beiden Luftspalten angeordnet ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist ein Ende des ersten und/oder zweiten Hebels innerhalb des Permanentmagnetsystems gelegen und weist einen fotoelektrischen Lagedetektor auf, wodurch eine noch bessere Raumausnützung erreicht wird.

Ist die Waage zur Wägung größerer Lasten bestimmt, so kann unmittel­ bar über dem Permanentmagnetsystem ein weiterer Lastübersetzungs-Hebel angeordnet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen, nicht maßstäblichen Zeichnungen näher erläutert. Dabei wird lediglich der wesentliche Teil des mechanischen Aufbaus der Waage dargestellt. Die dazugehörige elektrische Schaltung kann beispielsweise derjenigen entsprechen, die aus der bereits erwähnten US-PS 36 88 854 bekannt ist. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einem Längs­ schnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 das erste Ausführungsbeispiel in Vorderansicht und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel im Längsschnitt.

Beispiel I (Fig. 1-3)

Das Permanentmagnetsystem umfaßt einen Kern 10, je ein als Polschuh ausgebildetes erstes (unteres) und zweites (oberes) Joch 12 bzw. 14, welche durch zwei einen Mantel bildende Seitenwände 16 vertikal ver­ bunden sind. Das erste Joch 12 und die Seitenwände 16 sind dabei nach Art eines U aus einem Stück geformt (in anderen Fällen mag es zweck­ mäßig sein, die Seitenwände 16 und das zweite Joch 14 einstückig zu gestalten oder gar einen Hohlkörper aus Seitenwänden und beiden Jochen zu formen). Zwischen Kopf und Fußstück des Kerns 10 und den Jochen 12 bzw. 14 ist je ein ringförmiger Luftspalt 18, 18′ vorgesehen, in den mit Spiel je eine stromdurchflossene, der elektromagnetischen Kompen­ sation dienende Referenz-Spule 20 bzw. Last-Spule 20′ taucht.

Am zweiten Joch 14 ist mit zwei elastischen Lagern 22 ein erster Hebel 24 aufgehängt, an dessen ringförmig ausgebildetem, den Kern 10 umfassendem Mittelteil ein Spulenträger 26 fixiert ist. Der Hebel 24 mündet am freien Ende in einer Fahne 28 mit einer Bohrung 30, welche zusammen mit einer ortsfest angebrachten fotoelektrischen Abtastung 32, 34 einen Lagedetektor bilden.

Ein zweiter im wesentlichen gleich ausgebildeter, die Referenz- Spule 20 tragender Hebel 36 befindet sich unter dem ersten Hebel 24. Er ist ebenfalls mit zwei elastischen Lagern 22, welche am ersten Joch 12 angebracht sind, schwenkbar gelagert, und verfügt gleichfalls über einen fotoelektrischen Lagedetektor 28-34.

Mit dem ortsfestmontierten Permanentmagnetsystem verbunden sind zwei Säulen 38. Zwischen ihnen erstrecken sich zwei L-förmige Traversen 40 zur Aufnahme der fotoelektrischen Abtastung 32, 34. Mit den Säulen 38 über eine Parallelführung verbunden ist ein Lastaufnehmer 42, welcher auf einem Konuszapfen 44 eine Wagschale 46 trägt. Die Parallelführung umfaßt je einen oberen und unteren, gleich ausgebildeten Lenker 48, deren jeder an den Lastaufnehmer 42 und die Säulen 38 mittels je zwei elastischen Lagern 50 mit Biegestellen 52 angelenkt ist. Über ein Biegekoppel 54 ist der Lastaufnehmer 42 mit dem ersten Hebel 24 ver­ bunden.

Das Funktionsprinzip von Waagen gemäß diesem Beispiel ist bekannt (ver­ gleiche die obenerwähnte US-PS 36 88 854): Lastabhängige Auslenkungen des Lastaufnehmers 42 aus seiner Sollposition werden vom Lagedetektor 28-34 erfaßt. Dessen Signal bestimmt die Größe eines die Last-Spule 22′ durchfließenden Stromes, dessen Kraftwirkung im Feld des Permanentmagnet­ systems die Last kompensiert. Im Gleichgewichtszustand ist der die Last- Spule durchfließende Strom proportional zur Last und kann in Gewichts­ einheiten angezeigt werden. Die Referenz-Spule 20 wird ebenfalls durch die Kraftwirkung eines Kompensationsstromes in einer Sollposition ge­ halten. Änderungen der Stärke des Magnetfeldes (aus Alterung oder Tempera­ tureinflüssen) oder Änderungen der Erdbeschleunigungen verursachen eine Lageänderung des aus der Referenz-Spule 20 und dem zweiten Hebel 36 be­ stehenden Referenzteils, die von dem diesem zugeordneten Lagedetektor 28-34 erfaßt werden. Die zur Rückführung des Referenzteils 20, 36 in die Soll­ position erforderliche Änderung des Kompensationsstromes durch die Re­ ferenz-Spule 20 beeinflußt den Kompensationsstrom durch die Last-Spule 20′, wodurch die obenerwähnten Fehlereinflüsse korrigiert werden.

Der erfindungsgemäße Anordnung der beiden Hebel 24 und 36 innerhalb des Magnetsystems erlauben gegenüber bekannten Konstruktionen eine merkliche Verminderung der notwendigen Bauhöhe und eine homogenere Temperaturverteilung zwischen diesen Bauteilen.

Beispiel II (Fig. 4)

Dieses als Kraftmesser konzipierte Ausführungsbeispiel ist (mit Aus­ nahme des hier entfallenden Referenzteiles) im wesentlichen gleich auf­ gebaut wie Beispiel I, und gleiche Bezugszeichen entsprechen daher gleichen Bauteilen.

Mit dem am Joch 14′ angelenkten Hebel 24′ ist über ein Biegekoppel 56 ein Lastübersetzungs-Hebel 58 verbunden. Dieser ist mittels zweier elastischer Lager 22′ am Joch 14′ angelenkt und über ein Biegekoppel 60 mit dem parallel geführten Lastaufnehmer 42 verbunden. Aus Belastungs­ gründen mag es dabei zweckmäßig sein, die Formgebung des Lastüber­ setzungs-Hebels 58 und des Jochs 14′ im Bereich des elastischen Lagers 22′ so zu modifizieren, daß dieses statt auf Druck, auf Zug belastet wird.

Die Anordnung nach diesem Beispiel ermöglicht auf kleinem Raum ohne wei­ teres Übersetzungen von z. B. 1 : 100.

Claims (7)

1. Elektrische Waage, mit einem Permanentmagnetsystem, das gebildet ist durch einen Kern, einen seitlich des Kernes angeordneten Mantel, ein erstes Joch, welches den magnetischen Kreis zwischen dem einen Ende des Mantels und dem einen Ende des Kernes schließt, sowie ein zweites Joch, welches den magnetischen Kreis zwischen dem anderen Ende des Mantels und dem anderen Ende des Kernes schließt, wobei zwischen dem zweiten Joch und dem ihm zugeord­ neten Ende des Kernes ein ringförmiger Luftspalt freigelassen ist und im Luftspalt unter Belassung eines Spiels eine der elektro­ magnetischen Kraftkompensation dienende, mit Strom beaufschlagbare Spule angeordnet ist, welche von einem Hebel zur Lastübersetzung getragen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hebel (24; 24′) in an sich bekannter Weise in das Innere des Permanentmagnetsystems (10, 11, 14, 16; 10′, 12′, 14′) einsteht und
daß der Hebel (24; 24′) wenigstens teilweise angeordnet ist zwi­ schen einerseits dem ersten Joch (12; 12′) und andererseits dem im zweiten Joch (14; 14′) ausgebildeten Luftspalt (18′).

2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hebel (24, 36; 24′) eine den Kern (10; 10′) umgrei­ fende ringförmige Partie aufweist, an welcher die Spule (20; 20′) befestigt ist.

3. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mantel des Permanentmagnetsystems von zwei streifen­ förmigen Seitenwänden (16) gebildet ist.

4. Elektrische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mantel und wenigstens eines der Joche (12, 14; 12′, 14′) aus einem Stück geformt sind.

5. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Joch (12) und den ihm zugeordneten Ende des Kerns (10) ein zweiter ringförmi­ ger Luftspalt freigelassen ist, in welchem eine der elektrischen Kraftkompensation dienende, mit Strom beaufschlagbare Referenz- Spule (20) angeordnet ist, welche von einem zweiten Hebel (36) getragen ist, wobei dieser Hebel in das Innere des Permanent­ magnetsystems (10, 12, 14, 16) einsteht und wenigstens teilweise zwischen den beiden Luftspalten (18, 18′) angeordnet ist.

6. Elektrische Waage nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Ende des ersten und/oder zweiten Hebels (24, 36; 24′) innerhalb des Permanentmagnetsystems gelegen ist und einen fotoelektrischen Lagedetektor (28-34) aufweist.

7. Elektrische Waage nach Anspruch 1, bestimmt zur Wägung größerer Lasten, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar über dem Permanentmagnetsystem ein weiterer Lastübersetzungs-Hebel (58) an­ geordnet ist.