DE3125805A1

DE3125805A1 - Waage mit elektromagnetischer kraftkompensation

Info

Publication number: DE3125805A1
Application number: DE19813125805
Authority: DE
Inventors: Peter El.-Ing. 8625 Gossau Kunz
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1980-08-22
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1982-04-08
Also published as: FR2488989B1; US4373596A; JPS5742924U; FR2488989A1; DE8119043U1; JPS6126889Y2; GB2082776A; CH647322A5; GB2082776B; CA1149830A

Description

Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)

Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation

Die Erfindung betrifft eine Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation, umfassend einen Lastteil mit einer Lastspule, einen Referenzteil mit einer Referenzspule, ein Permanentmagnetsystem, in dessen Luftspalt die Last- und die Referenzspule nebeneinander und unabhängig voneinander beweglich angeordnet sind, je eine Positionsgeber- und eine Regelschaltung für den Last- und den Referenzteil, sowie eine Auswerte- und Anzeigeschaltung für das Gewicht des auf den Lastteil einwirkenden Wägegutes. Eine derartige Waage ist z.B. aus der US-Patentschrift 3,322,222 bekannt geworden.

Waagen mit elektromagnetischer Kraftkompensation zeigen bekanntlich folgende Arbeitsweise: Mit der Waagschale bzw. dem Lastaufnehmer ist (direkt oder indirekt) eine Spule verbunden, die beweglich in das Magnetfeld eines Permanentmagnetsystems taucht. Durch die Spule fliessender Strom erzeugt nach bekannten Gesetzmässigkeiten eine Kraft senkrecht zum Verlauf des Magnetfeldes im Luftspal't,

Eine Regelschaltung bestimmt die Grosse des durch die Spule fliessenden Stromes so, dass die resultierende, auf den Lastaufnehmer wirkende elektromagnetische Kraft der Gesamtlast (Wägegut plus eventuelle Totlast des Last aufnehmers) entgegengesetzt gleich ist (Gleichgewichtszustand) . In diesem Zustand ist der Spulenstrom in guter Annäherung proportional zur Last, und kann zur Anzeige des Gewichtes ausgewertet werden.

Diese Abhängigkeit des Stromes von der Last gilt jedoch, wie erwähnt, nur angenähert. Sie unterliegt Störeinflüssen, die sich bei höheren Anforderungen an die Wägegenauigkeit insbesondere in Form von Nichtlinearitäten und Empfindlichkeitsänderungen unangenehm bemerkbar machen können.

Eine wesentliche Quelle dieser Störeinflüsse beruht auf folgendem Phänomen: Der durch die Spule fliessende Kompensationsstrom baut ein eigenes stromproportionales Magnetfeld auf, das sich dem Permanentmagnetfeld überlagert. Bei idealen Voraussetzungen, insbesondere hinsichtlich der Lage der Spule im Luftspalt, können sich die Kraftkomponenten, des überlagerten Magnetfeldes gegenseitig aufheben. Solche idealen Voraussetzungen liegen jedoch meist nicht vor. Gewollte und ungewollte, auch schon kleine Verschiebungen der Spule führen dazu, dass aus dem spuleneigenen Magnetfeld Kraftkomponenten übrig bleiben. Diese wirken sich je nach ihrer Richtung .in einem vergrösserten oder verringerten Spulenstrom aus und damit schliesslich in einer Verfälschung der Gewichtsanzeige.

Die beschriebenen Störeinflüsse wirken sich besonders unangenehm bei Waagen der eingangs umschriebenen Art

aus, bei denen zwei Spulen in einem gemeinsamen Luft-. spalt, also eng benachbart, angeordnet sind. Hier resultieren die beschriebenen Effekte nicht nur aus' dem jeweils eigenen Spulenstrom, sondern werden auch noch von der Grosse des Stroms durch die jeweils andere Spule beeinflusst. Hinzu kommt, dass mit der Breite des Luftspal tes das Streufeld zunimmt und damit die Homogenität des Permanentmagnetfeldes abnimmt, was die Störeffekte ebenfalls beeinflusst.

Aufgabe der Erfindung war es, bei einer Waage der ein-^; gangs erwähnten Art die genannten Störeffekte zu reduzieren, also insbesondere die Linearität zu verbessern und die Empfindlichkeit besser konstant zu halten, wobei gleichzeitig eine besonders raumsparende, rationell zu fertigende Gestaltung des Permanentmagnetsystems gefunden werden sollte. Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass das Permanentmagnetsystem die Form eines teilweise geschlossenen Kastens aufweist, der aus zwei im wesentlichen gleichen Teilen zusammengesetzt ist, und dass ein den Kasten unter Bildung von zwei Teil-Luftspalten unterteilendes Zwischenelement vorhanden ist, an welchem wenigstens ein flach ausgebildeter Dauermagnet befestigt ist, so dass die bei den als Flachspulen ausgebildeten Kompensationsspulen beidseits des Dauermagneten (bzw. der Dauermagnete) angeordnet sind, wobei der Magnetfluss durch die unteren Spulenteile demjenigen durch die oberen Spulenteile ent gegengesetzt ist. Damit wird eine Entkopplung der beiden Spulen erreicht, welche eine bedeutende Reduktion der oben beschriebenen gegenseitigen Störoinflüsse bewirkt. Ausserdem ergibt sich ein räumlich sehr kompaktes, wirtschaftlich herstellbares Permanentmagnetsystem.

Zweckmässigerweise besteht das Zwischenelement aus unmagnetischem Material. Damit sind unerwünschte magnetische Nebenschlüsse weitgehend vermieden. '

Vorzugsweise sind wenigstens zwei gleich gestaltete, untereinander angeordnete Dauermagnete vorgesehen. Dabei weisen dann, bezogen auf denselben Teil-Luftspalt, ein den oberen Spulenteilen·zugeordneter und ein den unteren Spulenteilen zugeordneter Dauermagnet entgegengesetzt gerichtete Polaritäten auf. Diese Ausfuhrungsform hat den Vorteil einfacherer Herstellung im Hinblick auf die Magnetisierung der Dauermagnete.

Eine vorteilhafte, besonders montage freundliche Ausfüh-rungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Paare von Dauermagneten vorhanden sind, welche selbsthaltend in Aussparungen des Zwischenelementes angeordnet sind.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der Kasten von zwei U-förmigen Jochen gebildet werden. Alternativ dazu kann der Kasten von zwei L-förmigen Jochen gebildet werden. Beide Varianten zeichnen sich durch rationelle Herstellung der Bauteile sowie einfache Montage aus»

Um eine Verstärkung des Magnetfeldes zu bewirken, können zusätzlich an den Kastenwänden weitere Dauermagnete angeordnet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der nicht massstäblichen Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen ist

Figur 1 eine schematische Gesamtdarstellung der Waage mit einem relativ grosser gezeichneten Schnitt durch das Permanentmagnet-

system entlang der Linie 1 - 1 in den Figuren 2 und 3,

Figur 2 und Figur 3 je ein Detail zu Figur 1,. und Figur 4 ein Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des Permanentmagnetsystems.

Beispiel I (Figur 1 bis 3)

Im Waagengestell 10 ist mittels zweier Lenker 12 (mit Biegelagern 14) ein Lastaufnehmer 16 mit Waagschale 18 parallel geführt. Ueber ein Biegekoppel 20 ist ein zweiarmiger Uebersetzungshebel 22 angelenkt, der auf einem Schwenklager 24 im Waagengestell 10 ruht. Am freien Ende des Hebels 22 ist eine Kompensationsspule 28 montiert, die Lastspule.

Ein zweiter Hebel 23, an einem Schwenklager 25 im Waagengestell 10 montiert, ist an seinem einen Ende mit einer zweiten Kompensationsspule 29 verbunden, der Referenzspule. Das andere Ende trägt ein Ausgleichsgewicht 26.

Das Permanentmagnetsystem 27 umfasst zwei gleiche, U-förmige Weicheisenjoche 30, die zusammen einen seitlich offenen Kasten bilden. Dieser umschliesst als Zwischenelement eine Trennwand 32, bestehend aus Aluminium (oder Messing), welche durch das Zusammenwirken von Vorsprüngen 34 (in den Jochen 30) und Ausnehmungen 36 (in der Trennwand 32) in der korrekten Lage gehalten wird. Die Trenn- wand 32 hat zwei Oeffnungen 38 mit seitlichen Zungen, die beidseits über je einen Absatz 40 verfügen. Vier quaderförmige, flache Dauermagnete 42 sind in die Aussparungen 38 eingepasst, wo sie durch die Absätze 40 seitlich fixiert sind. Im übrigen wird jeweils ein Paar durch die gegenseitige Anziehungskraft der Dauermagnete 42 in seiner Lage festgehalten. Das obere Paar ist dabei gegen-

sinnig zum unteren Paar eingesetzt, was den Verlauf des Magnetfeldes betrifft. Vier Löcher 44 dienen zum Verschrauben der Joche 30 mit der Trennwand 32 zum fertigen Permanentmagnetsystem 27, und je zwei Löcher 46 erlauben eine Befestigung im Waagengestell (nicht gezeichnet). Beidseits der Dauermagnete 42 ergibt sich je ein Teil-Luftspalt 48, 49, in welchem die als ovale Flachspulen ausgebildeten !Compensationsspulen 28, 29 für Last- und Referenzteil angeordnet sind. Oeffnungen 50 erlauben die Durchführung der Verbindungselemente zwischen den Spulen und dem Last- bzw. Referenzhebel.

Ein mit 52 bezeichneter, nur angedeuteter Positionsgeber tastet die Lage des Lastaufnehmers 16 ab (z.B. fotoelektrisch) und gibt ein Lagesignal an eine elektrische Steue rung 60 ab. Ein weiterer Positionsgeber 54 tut das gleiche bezüglich des Referenzteiles. Der nur schematisch als Steuerung 60 dargestellte elektrische Teil der Waage speist die beiden Spulen mit den jeweils erforderlichen Strömen (Leitungen 64 bzw. 66) und ermittelt das Gewicht (Anzeige 68). Die Ausbildung und Arbeitsweise des elektrischen Teils sind konventionell und für die vorliegende Erfindung nicht relevant, weshalb auf die ausführliche Darstellung verzichtet werden konnte.

Beispiel II (Figur 4)

Hier wird der Kasten des Permanentmagnetsystems 27' aus zwei gleichen, L-förmig gestalteten WeicheisenJochen 30' gebildet, welche durch Vorsprünge 70 und Aussparungen 72 ähnlich dem Beispiel I aufeinander abgestimmt sind. In der Mitte ist eine Trennwand 32' aus unmagnetischem Material gefangen (Passung 74), in deren Fenster je ein Paar Dauermagnete 42 eingeklebt ist, wobei in diesem Fall die Magnete jedes Paares sich berühren. An den Jochwänden

sind je zwei weitere Dauermagnete 42 angeklebt, jeweils gegenüber den zentralen Magnetpaaren. Die Pfeile geben den Verlauf des Magnetfeldes im oberen und unteren Teil an. Löcher 44" dienen der Befestigung des Permanentmagnetsystems 27' am Waagengestell und/oder der zusätzlichen Verschraubung der Permanentmagnetsystems selbst. Aehnlich den Aussparungen 50 im Beispiel I sind auch hier Ausnehmungen vorgesehen, durch welche die Halterungen der Spulen 28, 29 (hier nicht eingezeichnet) geführt sind. -

Die Trennwand 32 könnte in gewissen Fällen auch aus Eisen bestehen, sie müsste aber dann, oben und unten (an den Verbindungsstellen zu den Jochen) sowie in der Mitte (zwischen den beiden Dauermagnetpaaren) magnetisch isoliert sein. Diese etwas teurere Variante hätte den Vorteil, dass der Luftspalt ( 38, Beispiel I) innerhalb eines Magnetpaares durch des wesentlich höher magnetisch permeable Eisen ersetzt wäre.

Wesentliche Vorteile des vorliegenden Konzeptes liegen in der Möglichkeit begründet, gleich gestaltete und einfach herstellbare Joche für den Aufbau des Permanentmagnetsystems zu verwenden. Ferner kann ein und dieselbe Grosse des Dauermagneten für verschiedene Waagentypen verwendet und die jeweils gewünschte Grosse der Mangetkraft durch die Anzahl verwendeter Dauermagnete erreicht werden. ■

Claims

Patentansprüche

1.) Waage mit elektrischer Kraftkompensation, timfassend — einen Lastteil mit einer Lastspule,

- einen Referenzteil mit einer Referenzspule,

- ein Permanentmagnetsystem, in dessen Luftspalt die Last- und die Referenzspule nebeneinander und unabhängig voneinander beweglich angeordnet sind,

- je eine Positionsgeber- und eine Regelschaltung für den Last- und den Referenzteil, sowie

- eine Auswerte- und Anzeigeschaltung für das Gewicht des auf den Lastteil einwirkenden Wägegutes, dadurch gekennzeichnet, dass das Permanentmagnetsystem (27; 27') die Form eines teilweise geschlossenen Kastens aufweist, der aus zwei im wesentlichen gleichen Teilen (30; 30') zusammengesetzt ist, und dass ein den Kasten unter Bildung von zwei Teil-Luftspalten (48, 49) unterteilendes Zwischenelement (32; 32') vorhanden ist, an welchem wenigstens ein flach ausgebildeter Dauermagnet (42) befestigt ist, so dass die beiden als Flachspulen ausgebildeten Kompensationsspulen (28, 29) beidseits des Dauermagneten (bzw. der Dauermagnete) angeordnet sind, wobei der Magnetfluss durch die unteren Spulenteile demjenigen durch die oberen Spulenteile entgegengesetzt ist.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (32; 32') aus unmagnetischem Material besteht.

3. Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei gleich gestaltete, untereinander angeordnete Dauermagnete (42) vorgesehen sind.

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4. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge-

kennzeichnet, dass zwei Paare von Dauermagneten (42) vorhanden sind, welche selbsthaltend in Aussparungen des Zwischenelementes (32) angeordnet sind.

5. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge-

kennzeichnet, dass der Kasten von zwei U-förmigen Jochen (30) gebildet wird.

6. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kasten von zwei L-förmigen Jochen (30¹) gebildet wird.

7. Waage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich an den Kastenwänden (30¹) weitere Dauermagnete (42) angeordnet sind.