DE2853073C2

DE2853073C2 - Oberschalige, elektromagnetisch kraftkompensierende Wägevorrichtung

Info

Publication number: DE2853073C2
Application number: DE2853073A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl.-Phys. Dr. 3404 Adelebsen Berg; Erich 3406 Bovenden Knothe; Franz-Josef 3414 Hardegsen Melcher
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1987-01-29
Also published as: FR2443672B1; GB2037442A; DE2853073A1; US4276949A; GB2037442B; CH643065A5; FR2443672A1

Description

Die Erfindung betrifft eine oberschalige, elektromagnetisch kraftkompensierende Wägevorrichtung mit einer Lastschale, die sich an mehreren Abstützpunkten abstützt, mit mehreren Kompensationsspulen, die gegeneinander berührungslos gelagert sind und jeweils einen Teil der Last aufnehmen, und mit einer elektrischen Summationseinrichtung, die die in den Kompensationsspulen fließenden Ströme summiert und ein gewichtsproportionales Ausgangssignal liefert.
Eine Wägevorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 23 44 668 bekannt. Bei dieser Wägevorrichtung stützt sich die Lastschale auf mehreren luftgeführten Tragelementen ab, die jeweils eine Kompensationsspule zur elektromagnetischen Kraftkompensation tragen.
Nachteilig an dieser bekannten Wägevorrichtung ist der hohe Aufwand für die luftgeführten Tragelemente und die bei höheren Lasten erheblichen Ströme und großen Magnete, die zur direkten Kraftkompensation notwenidg sind. Außerdem führen eine verschiedene Halterung oder verschiedene Temperaturkoeffizienten der Magnete zu störenden Ecklastfehlern.
Zur Herabsetzung der elektromagnetisch zu erzeugenden Kräfte ist es bereits bekannt, Übersetztungshebel einzusetzten. Eine Wägevorrichtung bei der sich die Lastschale auf zwei Hebeln abstützt, ist z. B. in dem DE-GM 76 07 012 gezeigt. Die Lastanteile der beiden Hebel werden durch ein Koppelelement mechanisch aufsummiert und zur Spule einer elektromagnetischen Kraftkompensationseinrichtung weitergeleitet. Nachteilig an dieser Konstruktion ist, daß das Hebelverhältnis jedes einzelnen Hebels durch Abstandsänderung der Gelenkstellen mechanisch eingestellt und fixiert werden muß, um Ecklastfehler zu vermeiden. Daneben beschränkt das Koppelelement zwischen den Hebeln zur Summation der Kräfte die Genauigkeit der Wägevorrichtung, da es bei Last- oder temperaturabhängigen Bewegungen der einzelnen Hebel gegeneinander in senkrechter oder waagerechter Richtung zu zusätzlichen Kräften führt, die das Wägeergebnis verfälschen.
Aus der DE-OS 22 24 135 ist weiterhin eine unterschalige Wägevorrichtung mit zwei Spulen an einem Hebel bekannt. Die zweite Spule dient hierbei der Erzeugung einer konstanten beziehungsweise einer in Stufen veränderbaren Gegenkraft wie eine Gewichtsschaltung. Bei dieser Anordnung stützt sich die Lastschale jedoch an einem einzigen Punkt am Hebel mit der vollen Kraft ab, so daß diese Wägevorrichtung nicht zu der Gattung gehört, auf die sich die Erfindung bezieht.
Weiter sind Wägevorrichtungen bekannt, die zwei Spulen in einer einzigen Magneteinheit (DE-OS 22 01 106) bzw. in zwei getrennten Magneteinheiten (DE-OS 23 44 758) enthalten. Bei diesen Wägevorrichtungen wird jedoch die eine Spule nur von einem festen Referenzgewicht belastet, während die zu messende Last nur auf die andere Spule wirkt. Auch diese Wägevorrichtungen gehören also nicht zu der Gattung, auf die sich die Erfindung bezieht.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine oberschalige, elektromagnetische kraftkompensierende Wägevorrichtung der eingangs erwähnten Gattung so weiterzuentwickeln, daß auch bei höheren Lasten das Magnetgewicht gering bleibt und Ecklastfehler durch verschiedene Alterung und verschiedenen Temperaturgang mehrerer Magnete vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß sich die Lastschale mittels Abstützpunkten auf mehreren, an Festpunkten gelagerten Hebeln abstützt, daß die Kompensationsspulen mit den freien Enden dieser Hebel fest verbunden sind und daß die Kompensationsspulen entweder in einem Luftspalt oder in mehreren, magnetisch in Reihe liegenden Luftspalten einer einzigen Magneteinheit angeordnet sind.
Durch die Abstützung auf Hebel kann eine Kraftuntersetzung zwischen der Lastschale und den Kompensationsspulen erreicht werden, so daß die Magnete kleiner gehalten werden können. Weiter kann durch die Hebel der horizontale Abstand zwischen den Abstützpunkten überbrückt werden und die Spulen können sich in dem Luftspalt oder in den Luftspalten einer einzigen Magneteinheit befinden. Änderungen des Magnetfeldes der Magneteinheit führen damit nur zu Empfindlichkeitsänderungen, nicht jedoch zu Ecklastfehlern. Durch die Erfindung können also die Vorteile von Hebelübersetzungen ausgenutzt werden, ohne daß die oben angegebenen Nachteile üblicher Hebelanordnungen mit mechanischer Kraftsummation in Kauf genommen werden müssen.
Die Magneteinheit ist vorteilhafterweise rotationssymmetrisch ausgebildet und die Kompensationsspulen sind konzentrisch zur Symmetrieachse der Magneteinheit angeordnet.
Als Hebelanordnung für die erfindungsgemäße Wägevorrichtung werden vorteilhafterweise zwei V- oder Y-förmige Hebel eingesetzt oder ein V- oder Y-förmiger und ein &wedgeq;-förmiger Hebel oder drei &wedgeq;-förmige Hebel.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform mit zwei Y-förmigen Hebeln mit angedeuteter Lastschale,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Magnetanordnung für Fig. 1 nach der Linie 2-2 in Fig. 1, in größerer Darstellung,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Magnetanordnung für Fig. 1,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform mit einem Y-förmigen Hebel und einem &wedgeq;-förmigen Hebel und
Fig. 5 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform mit drei &wedgeq;-förmigen Hebeln.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Wägevorrichtung mit einer Lastschale 3, die sich auf zwei Y-förmigen Hebeln 1 und 2 abstützt. Die Abstützpunkte am Hebel 1 sind mit 13 und 14 bezeichnet, während die Abstützpunkte am Hebel 2 mit 23 und 24 bezeichnet sind. Der Hebel 1 ist mit den Gelenken 11 und 12 an Festpunkten 8 am nicht gezeichneten Gehäuse gelagert, desgleichen der Hebel 2 mit den Gelenken 21 und 22. Die Gelenke 11, 12, 21, 22 können dabei in bekannter und daher nicht näher erläuteter Weise durch Schneiden/Pfannen oder durch Federelemente in Form von Bändern oder Kreuzbänder realisiert sein. Der Hebel 2 trägt an seinem freien Ende eine Kompensationsspule 6, die in den Luftspalt einer Permanentmagneteinheit 4 hineinragt. Ebenso trägt der Hebel 1 an seinem freien Ende eine Kompensationsspule 5, die konzentrisch zu der Kompensationsspule 6 ebenfalls in den Luftspalt der Permanentmagneteinheit 4 hineinragt (Fig. 2). Beide Kompensationsspulen 5, 6 haben gegeneinander und gegenüber der ortsfesten Permanentmagneteinheit jeweils einen geringen Abstand, damit sie sich bei den auftretenden geringen last- oder temperaturabhängigen, senkrechten oder waagerechten Bewegungen der Hebel 1 und 2 nicht berühren. Jede Kompensationsspule 5, 6 ist Bestandteil eines elektrischen Regelkreises, der in bekannter Weise die vom zugeordneten Hebel 1 bzw. 2 übertragene Kraft kompensiert und den Hebel dadurch in seiner Null-Lage hält. Da die Größe der vom einzelnen Hebel 1 bzw. 2 übertragenen Kraft von der Lage der Last auf der Lastschale abhängt, ist auch die vom Strom in jeder Kompensationsspule 5 bzw. 6 erzeugt Gegenkraft von der Lage der Last auf der Lastschale 3 abhängig. Erst die Summe der beiden Ströme in den Kompensationsspulen 5 und 6 ergibt das lastproportionale Meßsignal. Bei dieser elektrischen Summation können leicht Ungleichheiten im Hebelverhältnis der Hebel 1 und 2 ausgeglichen werden, wobei es keine Rolle spielt, ob diese Ungleichheiten aus Fertigungstoleranzen stammen oder auch aus bestimmten konstruktiven Gründen absichtlich herbeigeführt wurden. Die elektrische Justierung des Hebelverhältnisses kann in bekannter Weise z. B. analog-elektrisch durch Stromteiler oder digitalelektrisch durch Bewertungsfaktoren realisiert werden.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführung der Magnetanordnung 4 für die Ausführungsform der Wägevorrichtung nach Fig. 1 dargestellt. Diese Magnetanordnung besitzt zwei Luftspalte 41 und 42, die magnetisch in Reihe liegen. Der zylinderförmige Rückschluß 43 des Magnetkreises wird dabei durch einen Distanzring bzw. mehrere Distanzstücke 44 aus unmagnetischem Material gehalten. Die Kompensationsspule 5 taucht in den Luftspalt 41 ein, die Kompensationsspule 6 in den Luftspalt 42. Gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Ausführung ergibt sich durch diese Ausführung bei gleicher Funktionsweise eine leichtere Montage der Kompensationsspulen 5 und 6.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung zeigt Fig. 4. Die runde Lastschale 3 stützt sich hier an den Punkten 18 und 19 auf einen Y-förmigen Hebel 15 ab, daneben nur noch an einem Punkt 27 auf einen &wedgeq;-förmigen Hebel 25. Am Hebel 15 ist die Kompensationsspule 5 befestigt, am Hebel 25 die Kompensationsspule 6. Beide Kompensationsspulen 5 und 6 ragen in den Luftspalt der Magneteinheit 4, die entsprechend Fig. 2 ausgebildet ist auch auch entsprechend Fig. 3 ausgebildet sein kann. Das Hebelverhältnis der beiden Hebel 15 und 25 kann verschieden gewählt sein - z. B. kann der Abstand der Gelenkstellen 26 und 27 gleich dem Abstand der Gelenkstellen 16 und 18 bzw. 17 und 19 gewählt werden - und die richtige Bewertung der Ströme in den Kompensationsspulen 5 und 6 kann in oben beschriebener Weise elektrisch erfolgen. Dadurch sind die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten wesentlich erweitert gegenüber der sonst üblichen mechanischen Summation der Teilkräfte über Koppelelemente mit der dabei notwendigen Gleichheit der Hebelverhältnisse.
Eine weitere Ausführungsform mit drei &wedgeq;-förmigen Hebel 31, 32 und 33 zeigt Fig. 5. Die Lastschale 3 stützt sich an den Punkten 37, 38 und 39 auf diesen Hebeln ab. Die Hebel sind an den Punkten 34, 35 und 36 einzeln gelenkig mit Festpunkten des Gehäuses verbunden und tragen an ihrem freien Ende je eine Kompensationsspule 5 bzw. 6 bzw. 7. Die drei Kompensationsspulen tauchen konzentrisch in den Luftspalt der Magnetanordnung 4. Durch die Benutzung der drei &wedgeq;-förmigen Hebel zusammen mit der elektrischen Bewertung und Summation der Teilströme in den drei Kompensationsspulen entfällt sowohl die mechanische Justierung der Hebelverhältnisse als auch die Justierung der Parallelität der Gelenkstellen an den Y-förmigen Hebeln. Durch den sehr symmetrischen Aufbau und die freie Beweglichkeit der drei Kompensationsspulen gegeneinander ist diese Anordnung auch weitgehend unempfindlich gegen Temperaturänderungen und Temperaturgradienten.

Claims

1. Oberschalige, elektromagnetisch kraftkompensierende Wägevorrichtung

- mit einer Lastschale, die sich an mehreren Abstützpunkten abstützt,

- mit mehreren Kompensationsspulen, die gegeneinander berührungslos gelagert sind und jeweils einen Teil der Last aufnehmen,

- und mit einer elektrischen Summationseinrichtung, die die in den Kompensationsspulen fließenden Ströme summiert und ein gewichtsproportionales Ausgangssignal liefert,

dadurch gekennzeichnet,

- daß sich die Lastschale (3) mittels Abstützpunkten (13, 14, 23, 24; 18, 19, 27; 37, 38, 39) auf mehreren, an Festpunkten (8; 16, 17, 26; 34, 35, 36) gelagerten Hebeln (1, 2; 15, 25; 31, 32, 33) abstützt,

- daß die Kompensationsspulen (5, 6, 7) mit den freien Enden dieser Hebel (1, 2; 15, 25; 31, 32, 33) fest verbunden sind

- und daß die Kompensationsspulen (5, 6, 7) entweder in einem Luftspalt (9) oder in mehreren, magnetisch in Reihe liegenden Luftspalten (41, 42) einer einzigen Magneteinheit (4) angeordnet sind.

2. Oberschalige Wägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinheit (4) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die Kompensationsspulen (5, 6, 7) konzentrisch zur Symmetrieachse der Magneteinheit (4) angeordnet sind.

3. Oberschalige Wägevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit zwei Kompensationsspulen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinheit (4) zwei axial übereinanderliegende, magnetisch in Reihe geschaltete Luftspalte (41, 42) aufweist, in denen je eine Kompensationsspule (5, 6) angeordnet ist.

4. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lastschale (3) auf zwei V- oder Y-förmige Hebel (1, 2) abstützt.

5. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Lastschale (3) auf einen V- oder Y-förmigen Hebel (15) und einen &wedgeq; -förmigen Hebel (25) abstützt.

6. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lastschale (3) auf drei &wedgeq;-förmigen Hebeln (31, 32, 33) abstützt.