DE3010402C2

DE3010402C2 - Elektrische Waage

Info

Publication number: DE3010402C2
Application number: DE3010402A
Authority: DE
Inventors: Peter Gossau Kunz
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Toledo GmbH Switzerland
Priority date: 1979-05-16
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1986-06-26
Also published as: GB2050612B; FR2461243B1; US4311202A; JPS6124895Y2; DE8007390U1; CA1136654A; CH635932A5; FR2461243A1; DE3010402A1; JPS55164519U; HU181456B; GB2050612A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Waage, enthaltend einen in einem Waagengehäuse gelagerten Waagbalken, einen mit dem Waagbalken verbundenen Positionsgeber und eine Kompensationseinrichtung mit einem am Waagengehäuse festen Permanentmagnetsystem, dessen zur Krafterzeugung ausgenützte Feldlinien im wesentlichen parallel zueinandei verlaufen, und mit einer im Luftspalt des Permanentmagnetsystems angeordneten, stromdurchflossenen Kompensationsspule, weiche als Flachspule ausgebildet ist und am V-.'aagbalken so befestigt ist, daß ihre zu den Spulenwindungen parallele Mittelebene zu den zur Krafterzeugung ausgenützten Feldlinien lotrecht steht.

Bei einer bekannten derartigen Waage (DE-OS 19 64 307) besteht das Permanentmagnetsystem aus einem Paar von Hufeisenmagneten, die sich mit ihren PoI-flächen unter Belassung eines Luftspaltes gegenüberstehen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich jeweils ein Hufeisenmagnet auf einer Seite einer die Längsachse des Waagbalkens enthaltenden Vertikalebene befindet und die den Luftspalt durchdringenden, zur Krafterzeugung ausgenützten Feldlinien lotrecht zu dieser Vertikalebene verlaufen. Die Kompensationsspule ist am freien Ende des Waagbalkens so befestigt, daß ihre Mittelebene in der erwähnten Vertikalebene liegt, d. h., daß sie die Längsachse des Waagbalkens enthält.

Abgesehen von dem erheblichen Platzbedarf und den Gestehungskosten für die Hufeisenmagnete führt bei der bekannten Waage die Erwärmung der Kompensationsspule unter Last zu ihrer Ausdehnung im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Waagbalkens und damit auch zu einer Verschiebung des Zentrums des Angriffs der elektromagnetischen Kompensationskraft, also zu einem Hebelfehler.

Bekannt ist ferner eine balkenlose elektrische Waage (US-PS 33 22 222), bei der die Kompensationsspule eine Parallelführung mittels zweier zueinander paralleler, schräg zur Mittelebene der Kompensationsspule verlaufender Lenkerfedern aufweist und im Luftspalt eines Paares von Hufeisenmagneten de··- früher erwähnten Art angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Waage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß Hebelfehler des Waagbalkens bei einer Erwärmung der Kompensationsspule stark reduziert werden und sich bei wirtschaftlicher Herstellung der Raumbedarf reduzieren läßt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Mittelebene der Kompensationsspule lotrecht zur Längsachse des Waagbalkens angeordnet ist und daß das Permanentmagnetsystem als Schachtel die Kompensationsspule umgibt und eine Öffnung für den Waagbalken sowie wenigstens einen flachen Permanentmagneten aufweist, der so angeordnet ist, daß seine zur Krafterzeugung ausgenützten Feldlinien parallel zur Längsachse des Waagbalkens verlaufen und daß seine Flachseiten parallel zur Mittelebene der Kompensationsspule liegen. Bei dieser Ausbildung erfolgt die Wärmedehnung der Kompensationsspule im wesentlichen nur in Querrichtung zum Waagbalken und bleibt damit ohne Einfluß auf den Abstand zum Waagbalken-Drehpunkt. Die spezielle Ausbildung des Permanentmagnetsystems erlaubt geringe Baugröße bei kleinen Herstellungskosten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kompensationsspule als Ringspule auf einen nahe einem Ende des Waagbalkens auf diesen aufgesetzten Spulenträger etwas konzentrisch zur Längsachse des Waagbalkens gewickelt, wobei die Ausbildung als Ringspule eine besonders rationale Herstellung gestat-

tet und eine gleichmäßigere Ausnutzung der Spule bewirkt. Zweckmäßigerweise umfaßt das Permanentmagnetsystem einen scheibenförmigen Permanentmagneten mit zwei Bereichen, wobei ein Bereich gegensinnig zum anderen Bereich magnetisiert ist Solche scheibenförmigen Permanentmagnete sind preisgünstig und benötigen nur geringen Platz. Eine besonders günstige Ausbildung ergibt sich dadurch, daß das Permanentmagnetsystem einer. C-förmigen Eisenblechteil umfaßt, in welchen der Permanentmagnet eingeklebt ist und daß ein das Permanentmagnetsystem abschließendes Eisendeckbleth vorgesehen ist, dessen Abstand zum C-förmigen Eisenblechteil zur Justierung des Magnetfeldes einstellbar ist. Die Justiermöglichkeii des Eisendeckbleches erlaubt eine beispielsweise bei der Werksmoiitage vorzunehmende Grobjustierung der Empfindlichkeit der Waage. Die Feinjustierung kann dann in bekannter Weise mittels eines Drehpotentiometers bei der Inbetriebnahme der Waage erfolgen.

Besonders raumsparend ist eine Ausführungsform, bei der der Positionsgeber eine am Waagbalkcn befestigte Fahne umfaßt, welche durch eine zentriJe Bohrung im Permanentmagnetsystem reicht und hinter diesem in einen Lagesensor eintaucht Dabei kann der Lagesensor kapazitiv, induktiv oder fotoelektrisch arbeiten. Als weitere Maßnahme zur optimalen Raumausnützung und zur Rationalisierung der Montage kann das Permanentmagnetsystem an der Rückwand des Waagengehäuses befestigt sein und/oder es kann der Waagbalken mit wenigstens einem Biegelager an einer Rippe des Waagengehäuses schwenkbar gelagert sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der nicht maßstäblichen Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Waage entlang der Linie 1-! in Fig. 2;

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Waage (ohne Abdekkung);

F i g. 3a und 3b eine Darstellung des Permanentmagneten; und

Fig.4 einen Teilschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1.

Als Beispiel wurde eine oberschalige Waage mit parallelgeführtem Lastaufnehmer gewählt. Dabei wurde auf die Darstellung des elektrischen Teils (Stromversorgung, Regelung, Auswertung etc. einschließlich der Digitalanzeige) verzichtet, da diese Bestandteile konventionell und für das Verständnis der Erfindung entbehrlich sind. Die Waage wurde ferner ohne Deckel und Waagschale gezeichnet.

Ein Waagengehäuse 10 aus Druckguß umfaßt in üblicher Weise einen Boden 12, Seitenwände 14 und eine Rückwand 16. Ferner ist eine von oben gesehen etwa U-förmige Rippe 18 an den Boden 12 angegossen. Die Rückwand 16 verfügt, symmetrisch zur Mittellinie, über ein Paar Lagerböcke 20 mit je einer oberen und unteren Auflagefläche 22.

An den Auflageflächen 22 sind Biegelager 24 mit Schrauben 26 befestigt, welche andererseits mit dem gehäuseseitigen Ende je eines unteren bzw. oberen T-Lenkers 28 aus Leichtmetall verschraubt sind. Die beiden T-Lenker 28 bilden eine Parallelführung des Lastaufnehmers. Dieser besteht aus einem Koppelglied 30 und einer Waagschale (nicht gezeigt), welche zentrisch auf einen am Koppelglied 30 befestigten Kegelzapfen 32 aufsetzbar ist. Die T-Lenker 28 sind mit ihrem Steg über je ein weiteres Biege.i-.ger 24 und Schrauben 26 am oberen Quersteg 33 bzw. unteren Quersteg 34 des rahmenförmig ausgebildeten Koppelgliedes 30 befestigt.

Vom Koppelglied 30 wird die Last auf einen zweiarmigen Waagbalken 36 übertragen. Zwei als Biegelager 38 ausgebildete und durch Schrauben 40 gehaltene Stehlager verbinden ihn mit der Rippe 18 des Bodens 20 und definieren seine Schwenkachse. Zwischen einem Ansatz 42 des Waagbalkens 36 und einem Quersteg 44 des Koppelgliedes 30 stellt ein durch Schrauben 48 gehaltenes Biegelager 46 die Verbindung her. Der Waagbalken 36 umfaßt einen durch eine Rippe 50 versteiften Rahmen, an den sich am freien Ende ein länglicher Dorn 52 anschließt. Etwa in der Mitte zwischen dem Ende des Doms 52 und dem Rahmen ist fest eine Kompensationsspule montiert. Diese umfaßt eine Ringspule 54 sowie einen zwei Mantelscheiben aus Leichtmetall und einen Nabenteil 56 enthaltenden Spulenträger, der den Draht der Ringspule 54 aufnimmt.

Der Dorn 52 ragt mit Spiel durch eine zentrale Öffnung 58 eines Permanentmagnetsystems und mündet an seinem Ende in eine Fahne 60. Ein ort.?f:3ter fotoelektrischer Lagesensor, bestehend aus einem Sender 62 und einem Empfänger 64 bildet mit der Fahne 60 einen Positionsgeber, dessen Signale in bekannter Weise die Größe des Stroms durch die Kompensationsspule 54, 56 steuern.

Das über Augen 66 und Schrauben 68 direkt an der Rückwand 16 des Waagengehäuses 10 befestigte Permanentmagnetsystem umfaßt ein in Form einer offenen rechteckigen Schachtel geformtes Eisenblechteil 70, dessen vier Ecken unter Bildung je einer Ventilationsöffnung 72 ausgeschnitten sind. Zentrisch zur Öffnung 58 ist ein Permanentmagnet 74 eingeklebt, auf dessen freier Stirnseite je ein oberes und unteres Eisenblech 76 aufgeklebt ist.

Den Abschluß des Permanentmagnetsystem bildet ein als Joch dienendes Eisendeckblech 78 mit einem nahe dem Zentrum beginnenden, nach unten offenen Schlitz 80. Der Zwischenraum zwischen Eisendeckhlech 78 und den Eisenblechen 76 des Permanentmagneten 74 ist der Luftspalt, in welchem die Kompensationsspule 54,5f untergebracht ist.

Fig. 3 zeigt etwas vergrößert den Permanentmagneten 74, wobei Pfeile den Verlauf der magnetischen Feldlinien andeuten: Der Permanentmagnet 74 ist so magnetisiert, daß die Feldlinien in der oberen Hälfte entgegengesetzt zu denen der unteren Hälfte verlaufen. Dieser Wechsel im Verlauf der Feldlinien bewirkt zusammen mit der Wickelrichtung des Drahtes in der Kompensationsspule 54, 56, daß der Spulenstrom im ganzen Luftspalt stets eine nach unten gerichtete Kraft erzeugt. Die als Polschuhe wirkenden halbmondförmigen Eisenbleche 76 verursachen eine gewisse Vergleichmäßigung des Ve^r'3isfs der magnetischen Feldlinien im Luftspalt.
In Fig.4 ist ein weiteres Detail dargestellt. Am oberen Flansch des Eisenblechteils 70 ist auf der Innenseite ein Blechstreifen 81 vorgesehen, der vor. einer Halteschraube 82 gehalten wird. In der Höhe der Schmalseite des Blechstreifens 81 durchsetzt eine Schraube 84 ein Gewindeloch im Ei^endeckblech 78. Ein Hineindrehen der Schraube 84 bewirkt ein Verschwenken des Blechstreifens 81 um die Achse der Halteschraube 82, so daß das Eisendeckblech 78 oben parallel vom Euenblechteil 70 abgedrückt wird: es resultiert ein Justier-Luftspalt 86, der sich auf beiden Seiten konisch von oben nach unten

b'· verjüngt. Die Schraube 34 ist inii einer Kontermutter 88 in jeder Stellung fixierbar: damit läßt sich. z. B. bei der Endmontage der Waage, die Empfindlichkeit (wenigstens angenähert) justieren.

Die beschriebene Waage eignet sich besonders für
mittlere Auflösungen des Meßergebnisses (z. B. für eine
Anzeige von 2 kg auf 0,1 g genau).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

45

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Waage, enthaltend einen in einem Waagengehäuse gelagerten Waagbalken, einen mit dem Waagbalken verbundenen Positionsgeber und eine Kompensationseinrichtung mit einem am Waagengehäuse festen Permanentmagnetsystem, dessen zur Krafterzeugung ausgenützte Feldlinien im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und mit einer im Luftspalt des Permanentmagnetsystems angeordneten, stromdurchflossenen Kompensationsspule, welche als Flachspule ausgebildet ist und am Waagbalken so befestigt ist, daß ihre zu den Spulenwindungen parallele Mittelebene zu den zur Krafterzeugung ausgenützten Feldlinien lotrecht steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene der Kompensationsspule (54, 56) lotrecht zur Längsachse des Waagbalkens (36) angeordnet ist und daß das Permanentmagnetsystem (70,74,76,78) als Schachtel die Kompensationsspule (54, 56) umgibt und eine Öffnung für den Waagbalken (36) sowie wenigstens einen flachen Permanentmagneten (74) aufweist, der so angeordnet ist daß seine zur Krafterzeugung ausgenützten Feldlinien parallel zur Längsachse des Waagbalkens (36) verlaufen und daß seine Flachseiten parallel zur Mittellinie der Kompensationsspule (54,56) liegen.

2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspule (54, 56) als Ringspule (54) auf einen nahe einem Ende des Waagbalkens (36) auf diesen aufgesetzten Spulenträger etwa konzentrisch zur Längsachse des Waagbalkens (36) gewickelt ist.

3. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß "das Permanentmagnetsystem (70, 74, 76, 78) einen scheibenförmigen Permanentmagneten (74) mit zwei Bereichen umfaßt, wobei ein Bereich gegensinnig zum anderen Bereich magnetisiert ist.

4. Elektrische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Permanentmagnetsystem (70, 74, 76, 78) einen C-förmigen Eisenblechteil (70) umfaßt, in welchen der Permanentmagnet (74) eingeklebt ist, und daß ein das Permanentmagnetsystem (70, 74, 76, 78) abschließendes Eisendeckblech (78) vorgesehen ist, dessen Abstand zum C-förmigen Eisenblechteil (70) zur Justierung des Magnetfeldes einstellbar ist.

5. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsgeber (60, 62, 64) eine am Waagbalken (36) befestigte Fahne (60) umfaßt, welche durch eine zentrale Bohrung im Permanentmagnetsystem (70, 74, 76, 78) reicht und hinter diesem in einen Lagesensor (62,64) eintaucht.

6. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß das Permanentmagnetsystem (70, 74, 76, 78) an der Rückwand (16) des Waagengehäuses (10) befestigt ist.

7. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Waagbalken (36) mit wenigstens einem Biegelager (38) an einer Rippe (18) des Waagengehäuses (10) schwenkbar gelagert ist.