DE29707659U1

DE29707659U1 - Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation

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Publication number: DE29707659U1
Application number: DE29707659U
Authority: DE
Original assignee: Mettler Toledo Schweiz GmbH; Mettler Toledo GmbH Switzerland
Current assignee: Mettler Toledo Schweiz GmbH; Mettler Toledo GmbH Switzerland
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2007-04-29
Also published as: US5856638A; JP3042987U

Description

Patentanwälte
Leinwebers, Zimmermann
Rosental7/iLAufQ. :.. : ::. : : . . ., _1QQ7

··· · Zo. April 1997

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Mettler-Toledo AG, Im Langacher, CH-8606 Greifensee

Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation

Gegenstand der Erfindung ist eine Waage mit elektromagnetischer &iacgr;&ogr; Kraftkompensatron, umfassend ein Permanentmagnet-System, mit mindestens einem Permanetmagnet, einer Polplatte, einem Rückschlusskörper und einer Spule, die in einen Luftspalt in das Permanentmagnet-System eintaucht und von einem lastabhängigen Strom durchflossen wird, und mit einem Temperaturfühler, der in das Permanentmagnet-System eingesetzt ist.

Die Feldstärke des Permanentmagnet-Systems einer elektronischen Waage wird z.B. durch den lastabhängigen Kompensationsstrom, bzw. die durch den Kompensationsstrom in der Spule erzeugte Wärme, beeinflusst. Soll eine Beeinflussung des Messresultates ausgeschaltet oder verhindert werden, ist eine Kompensation erforderlich. Dabei ist zu unterscheiden zwischen kurzfristigen und langfristigen Temperaturänderungen. Die Kompensation langfristiger Temperaturänderungen, wie sie beim Einschalten der Waage auftreten, ist seit langem bekannt und im Stand der Technik sind dazu verschiedene Lösungsvorschläge gemacht worden.

Bei der im DE-GM-8418503 vorgeschlagenen elektrischen Waage ist zwischen dem aktiven Kern und dem weichmagnetischen Rückschlussrohr mit einer Presspassung oder mit einem wärmeleitenden Füllstoff ein Aluminiumrohr eingesetzt. In einer Bohrung im Aluminiumrohr sitzt ein Temperaturfühler, welcher Temperaturänderungen des Aluminiumrohres, hervorgerufen durch den Wärmeabfluss aus der Polplatte, mit der das Aluminiumrohr ebenfalls in gut

wärmeleitendem Kontakt steht, erfasst. Das gut wärmeleitende Aluminiumrohr erlaubt eine rasche Wärmeabfuhr von der Polplatte des Permanentmagnet-Systems. Es bildet also eine Wärmeableitbrücke, die eine geringere Erwärmung des aktiven Kerns bewirkt und dadurch wärmebedingte

os Empfindlichkeitsänderungen des Permanentmagnet-Systems vermindert. Eine Temperaturändemng, erfasst durch den Temperaturfühler, kann trotz guter Wärmeleitfähigkeit des Aluminiumrohres erst mit Verzögerung erfasst werden. Damit wird auch die elektronische Korrektur erst mit Verzögerung erfolgen. Das Aluminiumrohr kann auch unter Bildung eines Spaltes zum

&iacgr;&ogr; aktiven Kern liegen und die Wärme aus der Polplatte direkt nach unten abführen, so dass sie vom Temperaturfühler gemessen werden kann. In beiden Ausführungsformen erfolgt indirekt eine Messung der Temperaturändemng der Polplatte, welche die von der Spule aufgenommene Strahlungswärme nach unten weiterleitet.

is Bei der Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation in der DE-Al-3324402 ist in einer Bohrung im Permanentmagnet ein Temperaturfühler eingesetzt, um die Erwärmung des Magnets durch den lastabhängigen Strom in der Spule zu messen. Eine zeitliche Verzögerung ist auch hier stets unvermeidbar, da vorerst die Polplatte und der Permanentmagnet erwärmt werden müssen, bevor die Temperaturändemng durch den Temperaturfühler feststellbar ist. Die störenden Folgen der Temperaturändemng des Permanentmagnets treten sofort auf, eine entsprechende Kompensation ist jedoch nur mit zeitlicher Verzögerung möglich. In der JP-A-07218323 wird weiter eine elektromagnetische Waage beschrieben, bei der direkt gegenüber der Spule in einer Ausnehmung in der Polplatte ein Temperaturfühler zur Messung der Temperatur eingesetzt ist. Die Ausnehmung wird von einer Platte überspannt. Mit dieser bekannten Anordnung des Temperaturfühlers an der Oberfläche der Polplatte erfolgt die Messung der Temperatur, bevor die Verlustwärme der Spule die Polplatte erwärmen kann und insbesondere den Permanentmagneten erreicht hat. Dies kann zu einer Überreaktion bei der Kompensation der Einwirkung der

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Temperaturänderung auf den Permanentmagneten führen. Die Messung der Temperatur erfolgt direkt im Wirkungsbereich der Spule, wobei der Temperaturfühler nicht gleichartig beaufschlagt ist wie der wärmeempfindliche Permanentmagnet, von dem die Veränderung des Messergebnisses ausgeht. Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen Druckschriften, bei denen eine zu grosse Verzögerung der Erfassung der Temperaturänderung vorliegt, erfolgt bei der in der japanischen Schrift vorgeschlagenen Ausbildung die Messung der Temperaturänderung zu schnell und nicht in Übereinstimmung mit der Änderung des Messwertes, welche durch

&iacgr;&ogr; die Aufwärmung des Permanentmagneten verursacht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die bei einer Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation Temperaturänderungen innerhalb des Permanentmagnet-Systems erfasst und zur Kompensation der Messwerte heranzieht, wenn eine Änderung des Messergebnisses eintritt. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, durch die Kompensationsspule hervorgerufene schnelle Temperaturänderungen zu einem optimalen Zeitpunkt zu berücksichtigen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation, umfassend ein Permanentmagnet-System, mit mindestens einem Permanetmagnet, einer Polplatte, einem Rückschlusskörper und einer Spule, die in einen Luftspalt in das Permanentmagnet-System eintaucht und von einem lastabhängigen Strom durchflossen wird, und mit einem Temperaturfühler, der in das Permanentmagnet-System eingesetzt ist, wobei sich der Temperaturfühler ausserhalb des unmittelbaren Wärme-Einflussbereiches der Spule befindet und mit einem in den Wärme-Einflussbereich der Spule ragenden thermischen Leiter verbunden ist.

Mit dem thermischen Leiter, der im Bereich zwischen der Spule und dem Permanentmagneten eingesetzt ist, z.B. in Gestalt einer

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trichterförmigen Hülse, deren Fuss den Magnetkern durchdringt und den Temperaturfühler aufnimmt, kann die Wärmeentwicklung der Spule, insbesondere deren abgestrahlte Verlustwärme, erfasst werden, wenn eine messbare, die Messwerte der Waage beeinflussende Temperaturerhöhung der Polplatte und des Permanentmagnets eintritt. Die gemessene Temperaturänderung am Ort des Temperaturfühler im Innern des Permanentmagnet-Systems erfolgt zu einem Zeitpunkt, der sich zur Kompensation der die Messfehler erzeugenden Wirkung der Erwärmung optimal verwenden lässt. Die Anordnung des Temperaturfühlers ausserhalb des

&iacgr;&ogr; direkten Einflussbereiches der Verlustwärme der Spule verhindert eine Überreaktion, und es kann durch die zwar geringe zeitliche Verzögerung des Wärmeflusses im thermischen Leiter zum Temperaturfühler die folgende Temperaturerhöhung des Permanentmagneten kompensiert werden. Die Hülse kann kostengünstig hergestellt und in das Permanentmagnet-System

is eingesetzt werden. Konstruktive Veränderungen an der Waage sind nicht oder nur in geringen Umfang nötig.

Um eine Wärmeübertragung von der wärmeleitenden Hülse an das Magnetsystem zu verhindern, kann eine Isolation gegenüber dem Permanentmagnet-System, an dem sie befestigt ist, vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von illustrierten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen eher summarischen Querschnitt durch den mechanischen Teil der elektronischen Waage,

Figur 2 einen vergrösserten, detaillierteren Querschnitt durch das Permanentmagnet-System und die darin eintauchende Kompensationsspule, und

Figur 3 einen Querschnitt durch den mechanischen Teil einer elektronischen Waage mit Flachmagneten als weiteres

Ausführungsbeispiel

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Der in Figur 1 schematisch dargestellte mechanische Teil einer elektronischen Waage 1 umfasst einen mit dem Waagengehäuse fest verbundenen Parallelogrammschenkel 3, der mittels zweier Lenker 5 und 7 mit dem auslenkbaren, lastaufnehmenden Parallelogrammschenkel 9 verbunden ist Am Parallelogrammschenkel 9 ist ein Ausleger 11 zur Aufnahme der Last F angeformt. Die beiden Parallelogrammschenkel 3 und 9 sind durch Biegelager 13 mit den beiden Lenkern 5 und 7 verbunden. Am feststehenden Parallelogrammschenkel 3 ist weiter ein Permanentmagnet-System 15 befestigt, welches einen Permanentmagneten 17 mit einer darauf

&iacgr;&ogr; aufgesetzten Polplatte 19 sowie einen topfförmigen Rückschlusskörper 21 umfasst. Von oben ragt eine Spule 23 in den Luftspalt 25 zwischen dem Rückschlusskörper 21 und der Polplatte 19. Die Spule 23 ist an einem Hebel 27 befestigt, welcher über einen Koppel 29 die Normalkomponente der Last F überträgt. Der Hebel 27 ist über ein Biegelager 31 an einer mit dem das Permanentmagnetsystem 15 tragenden Ausleger des Parallelogrammschenkels verbundenen Säule 33 aufgehängt. Mit Bezugszeichen 35 ist ein Positionsgeber, der die Gleichgewichtslage des Hebels 27 kontrolliert, dargestellt.
Die Funktionsweise einer elektromagnetischen, kraftkompensierenden Waage wird als bekannt vorausgesetzt; sie wird unter anderem in den in der Beschreibungseinleitung gewürdigten Schriften zum Stand der Technik erläutert.

In der Darstellung des Permanentmagnet-Systems 15 und der in den Luftspalt 25 eintauchenden Spule 23 ist ein thermischer Leiter, im dargestellten Beispiel in den Figuren 1 und 2 eine trichter- oder becherförmige Hülse 37, sichtbar, welche koaxial über der Polplatte 19 angeordnet ist. Die im Beispiel rotationssymmetrisch ausgebildete Hülse 37 weist einen rohrförmigen Fuss 39 auf, der in einer Bohrung 41, welche die Polplatte 19 und den Permanentmagnet 17 durchdringt, eingeschoben ist. Der rohrförmige Fuss 39 kann gegenüber der Umgebung thermisch isoliert sein.

AIs Isolation kann ein den Fuss 39 umschlingender Schrumpfschlauch 45 oder ein anderes geeignetes Isolationsmittel, z.B. in Gestalt eines Rohrabschnittes, eingesetzt sein. Im Fuss 39 oder an anderer geeigneter Stelle der Hülse 37 ist ein Temperaturfühler 43 eingesetzt, um Temperaturänderungen an der Hülse 37, welche aus einem thermisch leitenden Material wie Aluminium oder Kupfer besteht, zu erfassen und an die Wägeelektronik weiterzuleiten. Der Temperaturfühler 43 kann mit einer gut wärmeleitenden Paste mit der Hülse 37 verbunden sein, um einen raschen und einwandfreien Wärmeübergang zu gewährleisten. Der becherförmige Oberteil

&iacgr;&ogr; 38 der Hülse 37 liegt über der Polplatte 19 und erreicht annähernd oder ganz den Durchmesser der Polplatte 19. Die von der Spule 23 während der Kraftkompensation nach innen abgestrahlte Wärme gelangt folglich nicht nur an die Polplatte 19, sondern gleichzeitig und direkt an die Peripherie 44 der Hülse 37. Die Oberfläche der Hülse 37 ist vorzugsweise schwarz

is lackiert oder eloxiert, um die Wärmestrahlung optimal absorbieren zu können. Durch die hohe Leitfähigkeit des Hülsenwerkstoffes wird jede Temperaturänderung, sei es nun eine Temperaturerhöhung oder ein Temperaturrückgang, auf schnellstem Wege weitergeleitet und vom Temperaturfühler 43 registriert. Die Temperaturänderung erreicht den Temperaturfühler 43 über die Hülse 37 in jedem Fall früher als über die Polplatte 19 oder den Magneten 17, da die Leitfähigkeit sowohl der Polplatte 19 als auch des Magneten 17 kleiner ist als diejenige der Hülse 37. Es gelingt dadurch, auf elektronischem Wege die vom Temperaturfühler 43 ermittelte Temperatur zeitgerecht zur Kompensation der Temperatureinflüsse heranzuziehen.

Die zum Temperaturfühler 43 führenden Kabel können durch das Magnetsystem hindurch zur Waagenelektronik geführt werden.

In der Ausgestaltung der Waage 101 mit einem Permanentmagnet-System gemäss Figur 3 hat der thermische Leiter die Gestalt eine Rohres 140. Er kann zusätzlich einen teller- oder kreisringförmigen, zwischen die Magnete

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117 und die Spule 123 ragenden kreisringförmigen Abschnitt 148 aufweisen. Das Rohr 140 durchdringt in der Bohrung 141 den Permanentmagneten 117 und kann auch in die Spule 123 eindringen. Der Temperaturfühler 143 sitzt vorzugsweise an dem Ende des Rohres 140, das sich im Permanentmagneten befindet. Die Funktions- und Wirkungsweise dieses thermischen Leiters entspricht derjenigen der Hülse 37 im ersten Ausführungsbeispiel. Allerdings wird bei einem auch in die Spule 123 eindringenden Leiter bzw. von dessen als Rohr 140 ausgebildeten Teils, die Temperaturänderang der Spule 123 schneller erfasst, jedoch durch die Anordnung des

&iacgr;&ogr; Temperaturfühlers 143 am anderen Ende des Leiters mit einer gewissen Verzögerung gemessen.

Claims

Schutzansprüche

1. Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation, umfassend ein Permanentmagnet-System, mit mindestens einem Permanetmagnet, einer

os Polplatte, einem Rückschlusskörper und einer Spule, die in einen

Luftspalt in das Permanentmagnet-System eintaucht und von einem lastabhängigen Strom durchflossen wird, und mit einem Temperaturfühler, der in das Permanentmagnet-System eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Temperaturfühler (43,143)

&iacgr;&ogr; ausserhalb des unmittelbaren Wärme-Einflussbereiches der Spule

(23,123) befindet und mit einem in den Wärme-Einflussbereich der Spule (23,123) ragenden thermischen Leiter verbunden ist.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der

is Temperaturfühler (43,143) im Bereich der Symmetrieachse des

Permanentmagnet-Systems (15,115) angeordnet ist.

3. Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Leiter rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

4. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Leiter die Gestalt einer Hülse (37) aufweist.

5. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Leiter die Gestalt eines Rohres (140) mit einem kreisringförmigen Abschnitt (148) aufweist.

6. Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden der Hülse (37) ein rohrförmiger Fuss (39) ausgebildet ist, welcher Fuss

(39) in einer Bohrung (41) die Polplatte (19) und weitere Teile des Permanentmagnet-Systems (15) durchdringt.

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7. Waage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (43) im Boden der Hülse (37) im Innern des Fusses (39) eingesetzt ist.

8. Waage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (143) am Ende des Rohres (140) eingesetzt ist.

9. Waage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (43,143) mit dem thermischen Leiter gut

&iacgr;&ogr; wärmeleitend verbunden ist.

10. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Leiter bezüglich des Permanentmagnets (17,117) wärmeisoliert ist.

11. Waage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolation aus einem den Fuss (39) bzw. das Rohr (140) umschlingenden Schrumpfschlauch oder einem zwischen dem Fuss (39) bzw. dem Rohr (140) und der Bohrung (41,141) eingesetzten wärmeisolierenden Rohrabschnitt besteht.

12. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des thermischen Leiters eine wärmeabsorbierende Beschichtung aufweist.