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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Waage nach dem Prinzip
der elektromagnetischen Kraftkompensation mit einer im Luftspalt eines gehäusefesten
Permanentmagnetsystems befindlichen Spule zur Erzeugung einer lastproportionalen
Gegenkraft.
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Elektrischen Waagen dieser Art sind bekannt und z.B. in der DE-PS
25 18 022 beschrieben. Um mit diesen Waagen eine hohe Genauigkeit zu erreichen,
erwies es sich als notwendig, das Permanentmagnetsystem vor magnetischen Beeinflussungen
von außen zu schützen. Eine solche magnetische Beeinflussung kann z.B. durch Permanentmagnete
in der Umgebung der Waage erfolgen, deren Magnetfluß sich dem Magnetfluß des Permanentmagnetsystems
im Luftspalt überlagert, oder auch bereits durch weichmagnetische Materialien in
der Umgebung der Waage, die das Streufeld des Permanentmagnetsystems verändern und
so auch den Magnetfluß im Luftspalt des Permanentmagnet systems beeinflussen. Zur
Abschirmung solcher magnetischer Störeinflüsse ist es dblich, das Permanentmagnetsystem
mit Abschirmblechen oder einem mehr oder weniger geschlossenen Abschirmkasten aus
einem weichmagnetischen Werkstoff zu umgeben (siehe z.B. Firmenschrift "Magnetische
Abschirmungen" der Fa. Vakuumschmelze GmbH, Hanau). Die auf diese Weise mit
wirtschaftlichen
Mitteln zu erzielenden Abschirmfaktoren sind jedoch begrenzt, da z.B. eine Vergrößerung
der Wanddicke der Abschirmung deren Abschirmwirkung nur unwesentlich erhöht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Waage der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß sie besonders unempfindlich gegen weichmagnetische
Materialien in der Umgebung der Waage ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens ein zusätzlicher
gehäusefester Permanentmagnet zwischen Permanentmagnetsystem und Gehäuse vorhanden
ist, dessen magnetisches Feld das magnetische Feld im Luftspalt des Permanentmagnetsystems
beeinflußt.
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Weichmagnetisches Material in der Umgebung der Waage wirkt daher in
doppelter Weise auf die Waage ein: zum einen schwächt es in der üblichen Weise das
magnetische Feld im Luftspalt des Permanentmagnetsysterns (es saugt gewissermaßen
Feldlinien aus dem Luftspalt heraus), zum anderen bildet es einen teilweisen weich-
magnetischen
Rückschluß für die Feldlinien des zusätzlichen Permanentmagneten und vergrößert
dadurch den Einfluß des zusätzlichen Permanentmagneten auf das magnetische Feld
im Luftspalt des Permanentmagnetsystems. Diese beiden Effekte können sich bei richtiger
Dimensionierung des zusätzlichen Permanentmagneten aufheben und die Waage vollständig
unempfindlich gegen weichmagnetische Materialien in der Umgebung der Waage machen.
Bei üblicher Geometrie für das Gehäuse der elektrischen Waage und für das Permanentmagnetsystem
ergibt sich dabei ein zusätzlicher Permanentmagnet, deren magnetische Feldenergie
etwa um den Faktor 1000 kleiner ist als die magnetische Feldenergie des Permanentmagnetsystems.
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Zweckmäßigerweise wird der zusätzliche Permanentmagnet bzw. die zusätzlichen
Permanentmagnete mit einer üblichen magnetischen Abschirmung des Permanentmagnetsystems
kombiniert und direkt außerhalb dieser Abschirmung angeordnet. Bei einer doppelwandigen
magnetischen Abschirmung wird der zusätzliche Permanentmagnet bzw.
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die zusätzlichen Permanentmagnete zweckmäßigerweise zwischen den beiden
Schalen der magnetischen Abschirmung angeordnet.
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Vorteilhafterweise wird bei einem rotationssymmetrischen Permanentmagnetsystem
ein zusätzlicher Permanentmagnet in der Symmetrieachse des Permanentmagnet
systems
angeordnet. Ist diese Symmetrieachse z.B. senkrecht und liegt der Luftspalt des
Permanentmagnetsystems im unteren Teil, so wird der zusätzliche Permanentmagnet
mittig unterhalb des Permanentmagnetsystems angeordnet. Durch diesen zusätzlichen
Peri:ianentr;iagneten wird dann der liinfluß weichlnagrletischer IMaterialier unterhalb
der Waage - also z.B. einer eisernen Tischplatte, auf der die Waage steht - kompensiert.
Aus dieser Richtung ist die elektrische Waage im allgemeinen am empfindlichsten
gegen magnetische Einflüsse.
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Sollte auch eine Kompensation der magnetischen Einflüsse von einer
Seite her notwendig sein, so wird ein zusätzlicher Magnet vorteilhafterweise seitlich
neben dem Mantel des Permanentmagnetsystems angeordnet.
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Bei der üblichen Waagenbauart mit einem flachen und schmalen Gehäuse
ist es vorteilhaft) einen zusätzlichen Perrnanentmagneten in der Achse des rotationssymmetrischen
Permanentmagnetsysterns und zwei zusitzliche Permanentmagneten seitlich neben dem
Mantel des Permanentmagnetsystems an gegenüberliegenden Stellen anzuordnen. Dadurch
werden alle Richtungen, in denen weichmagnetisches Material nahe an das Permanentmagnet-
system
herangebracht werden können, einzeln kompensiert.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der einzigen Figur beschrieben,
die schematisch eine elektrische Waage im Schnitt zeigt.
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In einem Gehäuse 1 ist ein Permanentmagnetsystem 6 befestigt, das
aus einem aktiven Kern 16, einem weichmagnetischen Rückschluß 14 und einem Kragen
15 besteht.
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Dieses Permanentmagnetsystem 6 erzeugt in einem Luftspalt 8 ein magnetisches
Feld. In den Luftspalt 8 ragt eine Spule 7 mit ihrer Wicklung 17 hinein, so daß
ein durch die Spule fließender Strom eine senkrechte Kraft erzeugt. Die Spule 7
ist durch einen Bolzen 3 mit einer Waagschale 2 verbunden. Bolzen 3, Waagschale
2 und Spule 7 sind über zwei Lenker 4 und 5 in Form einer Parallelführung in senkrechter
Richtung beweglich mit dem Gehäuse 1 verbunden. Ein nicht gezeichneter Lagensensor
steuert über einen Regelkreis in bekannter Weise den Strom durch die Wicklung 17
so, daß die elektromagnetisch erzeugte Kraft gerade der vom Wägegut auf die Waagschale
2 ausgeübten Kraft das Gleichgewicht hält.
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Diese elektromagnetisch erzeugte Kraft ist bekanntlich proportional
zum Strom durch die Wicklung 17 und proportional zum Magnetfeld im Luftspalt 8.
Damit die Anzeige der Waage direkt aus einer digitalen Messung des Stromes hergeleitet
werden kann, muß das Magnetfeld im Luftspalt 8 entsprechend der Genauigkeit der
Waage konstant gehalten werden. Um eine Beeinflussung des Magnetfeldes im Luftspalt
8 des Permanentmagnetsystems 6 durch aktive Magnete oder durch weichmagnetisches
Material in der Umgebung möglichst zu vermeiden, ist eine Abschirrnung 9 in Form
eines Kastens aus einem weichmagnetischen Werkstoff vorgesehen. Zur Verbesserung
der Abschirmwirkung kann die Abschirmung zweischalig ausgeführt sein, in der Abbildung
angedeutet durch ein weiteres Blech 10 aus einem weichmagnetischen Werkstoff. Die
Abschirmwirkung dieser Maßnahme ist jedoch begrenzt, so daß besonders durch weichmagnetische
Materialien unterhalb der Waage eine bei hochauflösenden Waagen merkliche Beeinflussung.
des Magnetfeldes im Luftspalt 8 bestehen bleibt. Dieser Resteinfluß wird durch einen
zusätzlichen Permanentmagneten 11 kompensiert, der mittig unter dem Permanentmagnetsystem
6 außerhalb der Abschirmung 9 an dieser befestigt ist.
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Direkt über dem zusätzlichen Permanentmagneten 11 befindet sich ein
Loch 12 in der Abschirmung 9.
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Der Wirkungsmechanismus dieses zusätzlichen Permanentmagneten 11 ist
folgender: der zusEtzltche Permanentmagnet 11 erzeugt im Luftspalt 8 ein zusätzliches
Magnetfeld, das sich zu dem vom aktiven Kern 16 erzeugten Feld hinzuaddiert. Der
Beitrag des zusätzlichen Permanentmagneten 11 ist Jedoch sehr klein ( 10-3 ) gegenüber
dem Beitrag des aktiven Kerns 16, da der zusätzliche Permanentmagnet 11 kleiner
ist und weil ihm der magnetische Rückschluß weitgehend fehlt. Demgegenüber besitzt
der aktive Kern 16 einen guten magnetischen Rückschluß 14.
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Durch weichmagnetisches Material unterhalb der Waage wird nun der
Rückschluß für den zusätzlichen Permanentmagneten 11 verbessert, so daß der zusätzliche
Permanentmagnet 11 einen vergrößerten Beitrag zurn Magnetfeld im Luftspalt 8 liefert.
Der zusätzliche Per£nanentrnagnet 11 wird nun so stark gewählt, daß dieser Effekt
gerade den - ohne den zusätzlichen Permanentmagneten 11 alleine vorhandenen - Einfluß
des weichmagnetischen lflaterials unterhalb der Waage auf das Permanentmagnetsystem
6 kompensiert.
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Muß wegen besonders hoher Ansprüche an die Waage auch der Einfluß
weichmagnetischer Materialien vorne vor der Waage kompensiert werden, so ist dafür
ein zusätzlicher Permanentmagnet 13 seitlich neben dem Mantel des Permanentmagnetsystems
6 vorgesehen. Seine Wirkungsweise entspricht der oben erläuterten Wirkungsweise
des zusätzlichen Perinanentmagneten 11.
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Ist das Permanentmagnetsystem 6 nicht soweit vorn im Waagengehäuse
eingebaut wie in der Figur, ist das Waagengehäuse dafür aber sehr schmal, so wird
die magnetische Beeinflußbarkeit von vorn vernachlässigbar sein, dafür wird aber
die magnetische Beeinflußbarkeit von den beiden Seitenflächen merkbar sein. In diesem
Fall ist es zweckmäßig, links und rechts je einen zusätzlichen Permanentmagneten
seitlich neben dem Mantel des Permanentmagnetsystems anzuordnen.
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Nach dem oben geschilderten Wirkungsmechanismus ist es jedem Fachmann
leicht möglich, die Positionierung des/der zusätzlichen Permanentmagnete(n) gemäß
den jeweiligen Erfordernissen vorzunehmen, ohne daß hier geometrische Anordnung
im einzelnen dargestellt werden müßte.
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