DE3879892T2

DE3879892T2 - Wägeapparat mit digitaler Wägezelle und Abdichtung.

Info

Publication number: DE3879892T2
Application number: DE88310890T
Authority: DE
Inventors: Benny N Dillon; Neil C Griffen; Mark E Weihs
Original assignee: Mettler Toledo LLC
Current assignee: Mettler Toledo International Inc
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-11-18
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2008-11-19
Also published as: CN1034428A; JP2709837B2; AU599884B2; EP0319176B1; BR8806267A; EP0319176A2; DE3879892D1; MX165666B; CA1304761C; AR245820A1; US4815547A; EP0319176A3; AU2565188A; CN1016640B; JPH01250028A

Description

Die Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung, und insbesondere eine modulare "intelligente" digitale Lastzelle sowie die Verwendung einer Schwenklaststütze als einen Kraftaufnehmer.
Die sogenannte "Schwenklaststütze" ist eine Säule mit gekrümmten Stirnflächen und ist in Wägevorrichtungen für eine Anzahl von Jahren verwendet worden, üblicherweise als eine Lastübertragungseinrichtung. Ein prinzipieller Vorteil der Schwenklaststütze besteht darin, daß sie selbstaufrichtend ausgelegt sein kann, das heißt, daß die Stütze, nachdem sie aus ihrer normalen aufrechten Position um ihre Basis oder ihr auf dem Boden stehendes Ende ausgelenkt worden ist, in ihre aufrechte Position zurückkehrt, wenn die auslenkende Last entfernt wird. Das Merkmal des Selbstausrichtens ist ein Vorteil bei Wägeanwendungen, wo vorübergehende Seitenlasten vorkommen. Das Merkmal des Selbstausrichtens entsteht durch Gestalten der Stütze derart, daß der Radius der Krümmung einer jeden Stirnfläche größer als die Hälfte der Gesamthöhe der Stütze ist. Die Schwenklaststütze ist auch einfach herzustellen, weil alle erforderlichen Formgebungen kreisförmig sind und durch Drehen der Stütze auf einer Drehbank erreicht werden können. Bohren, Hämmern und Spanabhebende Bearbeitung sind nicht erforderlich. Die Stütze ist daher preisgünstig herzustellen.
Es sind säulenartige Strukturen mit Dehnmeßstreifen oder ähnlichen Wandlern geschaffen und als Kraftaufnehmer bei Wägeanwendungen eingesetzt worden. Die Betriebseigenschaften der Säule waren in diesem Zusammenhang jedoch nicht gänzlich zufriedenstellend, und zwar in erster Linie aufgrund von Nichtlinearitätsproblemen. Die Säule unterliegt bei Belastung ungleicher Zug- und Druckspannung, was eine nichtlineare Spannungscharakteristik im Vergleich mit einem Kraftaufnehmer hervorruft, der in etwa gleicher Zug- und Druckspannung unterliegt. Eine gewisse Linearitätskorrektur ist erzielt worden, indem ein Halbleiter dem Dehnmeßstreifen in Serie mit der Eingangsspannung der Dehnmeßstreifenbrücke hinzugefügt worden ist, was die Spannung der Brücke im Sinne einer Kompensation der Nichtlinearität verändert. Nichtlinearität bleibt jedoch ein wesentlicher Nachteil der säulenförmigen Lastzelle.
In jüngster Zeit ist die sogenannte "digitale Lastzelle" aufgetaucht, bei der ein Analog/digital-Wandler und ein Mikroprozessor einer einzelnen Lastzelle zugeordnet sind. Die elektronischen Schaltungen sind auf einer gedruckten Schaltungsplatte angebracht, die direkt mit dem Kraftaufnehmer verbunden ist. Diese Entwicklung erlaubte die digitale Korrektur verschiedener Ungenauigkeiten von Lastzellen (EP-A-171 237).
Aus der AU-A-72907/87 ist eine Wägevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Bei dieser bekannten Wägevorrichtung werden die analogen Ausgangssignale von Kraftaufnehmern einschließenden Zellen über eine Verbindungsdose an einen Instrument-Kasten mit einem Schalter zum Multiplexen und einem A/D-Wandler, gefolgt von einem mit einem RAM zusammenarbeitenden uP gegeben, wobei der Instrument-Kasten eine Anzeige sowie ein damit verbundenes Tastenfeld aufweist. Die Digitalisierung der Lastsignale von der Zelle sowie die Korrektur der digitalen Lastdarstellung erfolgen in dem Instrument-Kasten, der eine von den Zellen getrennte unabhängige Einheit darstellt. Mithin werden die verschiedenen Kraftaufnehmer beziehungsweise Lastzellen miteinander in solch einer Weise kombiniert, daß im Falle der Notwendigkeit des Austauschs eines einzelnen Kraftaufnehmers dieser Kraftaufnehmer an die Schaltung und die anderen damit zusammenhängenden Gegebenheiten angepaßt werden muß, und die gesamte Wägevorrichtung, das heißt alle anderen Kraftaufnehmer und die gesamte Schaltung müssen erneut kalibriert werden. Solche eine Kalibrierung schließt normalerweise physikalische Justierungen an dem Kraftaufnehmer der Wandlungseinrichtung und/oder an der an die Wandlungseinrichtungen anzuschließenden Schaltung ein.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine digitale Lastzelle zu schaffen, die modular ist und keine physikalischen Justierungen nach der Herstellung erfordert und die eingeschlossen ist, um nur eine digitale Analyse und Korrektur von einer externen Quelle zu ermöglichen und (auch) nur diese zu erfordern.
Die vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Wägevorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Lastzelle erfordert nach der Herstellung keine physikalische Justierung innerhalb der Einfassung und kann unter Verwendung einer Signaldurchführung durch die Einfassung gesteuert und korrigiert werden. Eine Anzahl solcher modularer Lastzellen in einer oder mehreren Waage(n) kann mit einer gemeinsamen Steuerung und in einem lokalen Netzwerk miteinander verschaltet sein.
Der Kraftaufnehmer kann eine Schwenklaststütze sein, und vorbestimmte Linearitäts-Korrekturfaktoren können gespeichert sein und auf die Wägeauslesungen angewendet werden.
Die GB-A-1 462 808 offenbart eine Verarbeitung von Wägeinformationen, wonach digitale Einrichtungen einem jeden Wandler getrennt zugeordnet sind, um die Flexibilität bei der Verarbeitung der davon erhaltenen Daten zu steigern.
EP-0 106 099 A1, EP-0 200 324 A2 und US-A-4 044 920 offenbaren, einen oder mehrere Kraftaufnehmer einzufassen, um sie gegen die Umgebung abzuschirmen.
Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt einer digitalen Lastzelle mit einem Schwenklaststützen-Kraftaufnehmer nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Lastzelle nach Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Vorderansicht eines Schwenklaststützen-Kraftaufnehmers;
Fig. 4 ist eine abgewickelte Ansicht des Abschnitts mit verringertem Durchmesser des Kraftaufnehmers nach Fig. 3, die die Anordnung der Dehnmeßstreifen darauf zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung der digitalen Lastzelle;
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf eine digitale Lastzellen verwendende Fahrzeugwaage;
Fig. 7 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Verschaltung der Hauptkomponenten der Fahrzeugwaage nach Fig. 6;
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild einer bevorzugten Form der in der Waage nach den Fig. 6 und 7 verwendeten Hauptsteuerung;
die Fig. 9A bis 9M sind Flußdiagramme, die den Betrieb einer jeden digitalen Lastzelle nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
die Fig. 10A und 10B sind Flußdiagramme, die ein in der digitalen Lastzelle involviertes Verfahren zur Linearitäts-Kompensation zeigen;
die Fig. 11A bis 11L sind Flußdiagramme, die den Betrieb der Hauptsteuerung nach Fig. 8 zeigen; und
die Fig. 12A und 12B sind Flußdiagramme, die das Verfahren zum Zuordnen einer Adresse zu einer Ersatzlastzelle in einem Multi-Lastzellen-System zeigen;
Fig. 13 ist eine Seitenansicht einer anderen modularen digitalen Lastzelle nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ist eine teilweise geschnittene und maßstabsvergrößerte Seitenansicht des Kraftaufnehmers der Lastzelle nach Fig. 13;
Fig. 15 ist eine horizontale Schnittansicht der Lastzelle nach Fig. 14 an der Linie 15-15;
Fig. 16 ist eine vertikale Schnittansicht einer weiteren modularen digitalen Lastzelle nach dieser Erfindung; und
Fig. 17 ist eine horizontale Schnittansicht der Lastzelle nach Fig. 16 an der Linie 17-17.
Bezug nehmend zunächst auf die Fig. 1 bis 4 schließt eine Lastzelle nach der vorliegenden Erfindung einen Schwenklaststützen-Kraftaufnehmer 12 aus rostfreiem Stahl oder dergleichen ein. An dem Kraftaufnehmer ist eine gedruckte Schaltungskarte 14 angebracht, und eine allgemein mit 15 bezeichnete Einfassung faßt die Karte und das meiste des Kraftaufnehmers ein. Die gedruckte Schaltungskarte 14 enthält die elektronischen Schaltungen, die der Lastzelle zugeordnet sind, einschließlich eines Analog/digital-Wandlers und eines Mikroprozessors, und ist nachstehend vollständiger beschrieben. Die gedruckte Schaltungskarte ist mit Schrauben 17 an dem Kraftaufnehmer 12 befestigt, die sich durch Abstandshalter in den Körper des Kraftaufnehmers erstrecken. Die Kombination von Kraftaufnehmer, Schaltungskarte und Einfassung stellt die allgemein mit 20 bezeichnete digitale Lastzelle dar.
Die Einfassung 15 ist im wesentlichen zylindrisch und schließt ein oberes und ein unteres schalenartiges Element 21 beziehungsweise 22 ein, die beide vorzugsweise aus rostfreiem Stahl sind. Jedes Element 21,22 weist an seinem offenen Ende einen Flansch 23 beziehungsweise 24 auf, der sich radial nach außen von dem Rand des Elements erstreckt. Die Flansche 23,24 sind miteinander verschweißt, um das obere mit dem unteren Element zu verbinden. In den geschlossenen Enden der Elemente 21,22 sind zentrale Öffnungen 25,26 vorgesehen, durch die sich die äußeren Endabschnitte des Kraftaufnehmers 12 erstrecken. Die Elemente 21,22 sind jeweils an der Peripherie der Öffnungen 25,26 an der Schulter auf dem Kraftaufnehmer 12 verschweißt, wie bei 27,28 gezeigt. Das obere Element 21 weist ein Paar radialer Öffnungen 30 und 31 auf. Ein elektrischer Anschluß 33 erstreckt sich durch die Öffnung 30 und ist an dem Wandabschnitt des die Öffnung 30 festlegenden Elements 21 angeschweißt. Von dem Anschluß 33 läuft elektrische Verkabelung 34 innerhalb der Einfassung 15 zu einem Anschluß auf der Schaltungskarte 14. Eine Lüftungsröhre 36 erstreckt sich durch die Öffnung 31 und ist durch Löten unbeweglich an der Wand des Elements 21 befestigt. Die Lüftungsröhre 36 erlaubt eine Reinigung des Inneren der Einfassung 15 und darauf folgendes Abdichten gegen die äußere Atmosphäre durch Verschließen der Lüftungsröhre.
Gemäß den Fig. 3 und 4 hat der Schwenklaststützen- Kraftaufnehmer 12 insgesamt die Form einer zylindrischen Säule, die bezüglich einer Quermittellinie 50 in Längsrichtung symmetrisch ist. In beiden Richtungen von der Mittellinie 50 erstreckt sich ein Teil eines Abschnitts 52 mit verringertem Durchmesser, um in einen oberen Rumpfabschnitt 54 beziehungsweise einen unteren Rumpfabschnitt 55 überzugehen. Eine obere Schulter 57, an die das obere Einfassungselement 21 angeschweißt ist, erstreckt sich von dem Rumpfabschnitt 54 zu einem oberen Hals 58, der in einer oberen Lastfläche 60 endet. Entsprechend erstreckt sich eine untere Schulter 62, an die das untere Einfassungselement 22 angeschweißt ist, von dem Rumpfabschnitt 55 zu einem unteren Hals 63, der in eine untere Lastfläche 65 mündet. Jede Lastfläche 60,65 hat einen Krümmungsradius, der größer als eine Hälfte der Gesamthöhe der Schwenklaststütze ist, um die Stütze selbstaufrichtend zu machen, das heißt, daß sie dann, wenn sie auf einer Lastfläche 60,65 abgestützt ist, in eine aufrechte Position zurückkehrt, wenn eine sie von dieser Position ablenkende Kraft entfernt wird. In dem oberen Rumpfabschnitt 54 ist ein Paar Gewindeöffnungen 68 zum Aufnehmen von Schrauben 17 vorgesehen, um die Schaltungskarte 14 an den Kraftaufnehmer anzubringen. Der Kraftaufnehmer 12 kann in sehr kosteneffektiver Weise aus einem/einer passenden kreiszylindrischen Stab oder Stange hergestellt werden, der/die auf einer Drehmaschine gedreht wird, wobei mit Ausnahme der Öffnungen 68 kein Bohren, Hämmern oder andere spanende Bearbeitung erforderlich sind.
Der Abschnitt 52 mit verringertem Durchmesser auf dem Kraftaufnehmer führt zu einem gewünschten Spannungsbereich in diesem Abschnitt, wenn die Schwenklaststütze unter Lasten im Nennbereich steht. Gemäß Fig. 4 sind ein Satz Dehnmeßstreifen und ein Temperaturmeßwiderstand auf der Peripherie des Abschnitts 52 mit verringertem Durchmesser angebracht. Oberhalb beziehungsweise unterhalb der Mittellinie 50 ist ein Paar druckempfindliche Dehnmeßstreifen 75,76 an diametral gegenüberliegenden Stellen auf dem Abschnitt 52 mit verringertem Durchmesser angeordnet, wobei deren Spannungsmeßelemente in Längsrichtung der Schwenklaststütze orientiert sind, um die von den auf die Lastflächen 60,65 wirkenden Lasten hervorgerufenen Druckspannungen zu erfassen. An denselben diametral gegenüberliegenden Stellen wie die druckempfindlichen Dehnmeßstreifen 75,76, jedoch auf den Druckmeßstreifen gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie 50 ist ein Paar zugempfindliche Dehnmeßstreifen 79,80 angebracht. Die zugempfindlichen Elemente der Meßstreifen 79 und 80 sind im wesentlichen mit der Quermittellinie 90 ausgerichtet, um Zugspannungen infolge einer Zunahme des Umfangs des verringerten Abschnitts 52 zu erfassen, wenn die Lastflächen 60,65 komprimierende Last erfahren. In der Mitte zwischen den beiden vertikal fluchtenden Sätzen Dehnmeßstreifen und fluchtend mit der Quermittellinie 50 ist ein temperaturempfindlicher Nickelwiderstand 82 auf dem verringerten Abschnitt 52 angebracht.
Die Lastzelle nach den Fig. 1 bis 4 wird zusammengebaut, indem zunächst die gedruckte Schaltungskarte 14 mit dem Kraftaufnehmer 12 mittels der Schrauben 17 verbunden wird und die Verkabelung zwischen dem Kraftaufnehmer und der gedruckten Schaltungskarte angeschlossen wird. Der Anschluß 33 und die Lüftungsröhre 36 werden an dem oberen Einfassungselement 21 angeschweißt oder angelötet. Der Kraftaufnehmer und die Schaltungskarte werden in das obere Einfassungselement 21 eingepaßt und die Kabelungsanschlüsse zwischen der Schaltungskarte und dem Anschluß 33 werden hergestellt. Das obere Element 21 wird an die Schulter 57 auf dem Kraftaufnehmer 12 angeschweißt, wie bei 27 gezeigt. Sodann wird das untere Einfassungselement 22 an das obere Element 21 angesetzt und die beiden werden an den Flanschen 23,24 zusammengeschweißt. Sodann wird das untere Element 22 an der Schulter 62 auf den Kraftaufnehmer 12 angeschweißt, wie bei 28 gezeigt. Dann wird die Anordnung durch die Lüftungsröhre 36 gereinigt und die Lüftungsröhre wird gebördelt und zugeschweißt, um die elektronischen Schaltungen und die nicht mit der Last in Kontakt stehenden Abschnitte des Kraftaufnehmers 12 innerhalb der Einfassung 15 hermetisch abzuschließen. Das Ergebnis ist eine hermetisch abgeschlossene, unabhängige digitale Lastzelle, die nur über den Anschluß 33, der die Lastzelle mit einem Computer oder einer anderen Steuerung verbindet, justiert, kompensiert und weiter charakterisiert werden kann und muß. Demzufolge können alle Analysen, Korrekturen und Justierungen von einem entfernten Ort ohne physikalischen Eingriff in die Lastzelle ausgeführt werden. Dadurch kann die Lastzelle ein modulares, austauschbares Bauteil in einem Wägesystem sein.
Der Schwenklaststützen-Kraftaufnehmer 12 mit den darauf angebrachten Dehnmeßstreifen oder anderen Wandlern kann selbstverständlich als eine Lastzelle betrieben werden, ohne daß eine digitale Schaltungskarte daran angebracht wäre und/oder daß sie mit der Karte eingefaßt wäre. Genausogut können andere Formen des Kraftaufnehmers verwendet werden, um die modularen digitalen Lastzellen zu bilden.
Im Betrieb wird eine Last auf die Lastflächen 60 und 65 aufgebracht, was in erster Linie zu von den Dehnmeßstreifen 75 und 76 erfaßten Druckspannungen parallel zur Längsachse der Schwenklaststütze führt. Beträchtlich geringere Zugspannung wird durch radiale Expansion des verringerten Abschnitts 52 erzeugt. Die Zugspannung wird von den Meßstreifen 79 und 80 erfaßt. Da die Druckspannungen signifikant größer als die Zugspannungen sind, ist das Ausgangssignal der von den Dehnmeßstreifen 75,76,79 und 80 gebildeten Brückenschaltung im wesentliche nicht linear. Wie vorstehend ausgeführt, war dies in der Vergangenheit ein signifikanter Nachteil bei der Verwendung von säulenförmigen Lastzellen.
Gemäß Fig. 5 schließt die elektrische Schaltung der digitalen Lastzelle 20 nach den Fig. 1 bis 4 Dehnmeßstreifen 75,76,79 und 80 ein, die in der elektrischen Brückenschaltung 90 verschaltet sind. Die Brückenschaltung gibt ein analoges Wägesignal an einen Vorverstärker 92. Das Wägesignal von dem Vorverstärker 92 wird über ein Analogfilter 94 an einen Eingangsanschluß eines analogen Schalters 96 gegeben. Der Ausgangsanschluß des Schalters 96 ist mit dem Eingangsanschluß eines Multiple-Slope-Integrating-Analog/Digital-Wandlers 100 verbunden. Der Nickelwiderstand 82 ist seriell mit der Brückenschaltung 90 verschaltet und gibt über einen Vorverstärker 101 ein Signal an einen anderen Eingangsanschluß des analogen Schalters 96. Die Brückenschaltung 90 wird durch eine Energieversorgung 103 betrieben, die ferner über den analogen Schalter 96 eine bekannte Bezugsspannung an den Multiple- Slope-A/D 100 gibt. Der Ausgangsanschluß des A/D-Wandlers 100 ist mit einem Mikroprozessor 105 verbunden, vorzugsweise ein Intel 8344. Der Mikroprozessor 105 steuert den Betrieb des analogen Schalters 96, damit analoge Wägesignale von der Brücke 90 und die Temperatur anzeigende Signale von dem Nickelwiderstand 82 durch den A/D-Wandler 100 in digitale Form gewandelt und an den Mikroprozessor 105 übertragen werden.
Der Mikroprozessor 105 ist mit einem Speicher 105a mit ROM, EEPROM und RAM zum Speichern von Programmen und von Daten versehen, die von dem A/D-Wandler 100 und von einer entfernten Steuerung oder einem entfernten Computer empfangen werden. Der Mikroprozessor 105 ist ferner mit einer seriellen Schnittstelleneinheit 105b versehen, die über einen Treiber 107 und einen Empfänger 108 mit einem Bus oder dergleichen verbunden ist, und zwar für die Kommunikation mit einer Steuerung oder einem Computer.
In den Fig. 6 und 7 ist eine Waage zum Wägen von Fahrzeugen unter Verwendung mehrerer digitaler Lastzellen gezeigt. Das System schließt acht digitale Lastzellen 20 wie oben beschrieben ein, die eine zum Halten eines Fahrzeugs wie etwa eines Lastkraftwagens geeignete Plattform 125 tragen. Die Lastzellen 20 sind über eine Verbindungsdose 127 miteinander und über einen Bus 128 mit einer Hauptsteuerung 130 verbunden. Die Hauptsteuerung kann an eine oder mehrere Einrichtung(en) 132, wie etwa einen Drucker oder einen Host-Computer angeschlossen sein. Die digitalen Lastzellen 20 und die Hauptsteuerung 130 sind so verschaltet und programmiert, daß sie ein LAN (Local Area Network) bilden, wobei die Hauptsteuerung 130 als Master und die Lastzellen 20 als Slaves arbeiten. Das LAN verwendet vorzugsweise das Intel-BITBUS-Kommunikationssystem.
Gemäß Fig. 8 beinhaltet die Hauptsteuerung 130 einen Mikroprozessor 140, vorzugsweise einen Intel 8344, der mit einem internen RAM-Speicher 140a und einer seriellen Interface- Einheit 140b versehen ist. Der Mikroprozessor 140 ist für die Kommunikation mit den digitalen Lastzellen 20 über den Treiber 142 und den Empfänger 143, die mit der seriellen Interface- Einheit 140b verschaltet sind, mit dem Bus 128 verschaltet. Der Mikroprozessor 140 kommuniziert ferner mit einem Adressen/Daten-Bus 150, an den ein Programmspeicher 152, ein RAM 153, eine Echtzeituhr 154 und ein Paar dualer Übertrager 156,157 angeschlossen sind. Die Übertrager 156 und 157 verschalten den Bus 150 mit verschiedenen peripheren Geräten, wie etwa einen Drucker 160, einem Host-Computer 161, einem Barcode-Schreiber 163 und einer seriellen Eingangs/Ausgangs-Leitung 164. Eine parallele Eingangs/Ausgangs-Leitung 166 ist ebenfalls mit dem Bus 150 verschaltet, und zwar über einen Latch 167.
Der Mikroprozessor 140 gibt Wägedaten über eine Anzeigesteuerung 174 an eine Sieben-Stellen-Vakuumfluoreszenz-Anzeige 172. An den Mikroprozessor 140 ist über eine Tastenfeldsteuerung 182 ein Tastenfeld 180 für die manuelle Auswahl und Eingabe von verschiedenen Modi und Optionen während der Kalibrierung und der Einrichtung des Systems und für die Ausführung kleiner Änderungen beim Betrieb des Systems angeschlossen. Ferner ist an den Mikroprozessor 140 ein programmierbarer Dauerspeicher 183 für die Speicherung verschiedener Kalibrierungskonstanten und ähnlicher Informationen angeschlossen, die während der Kalibrierung und der Einrichtung des Systems bestimmt werden.
Die in Fig. 8 gezeigte Hauptsteuerung wird als Model 8530 Digital Indicator von der Toledo Scale Corporation, der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, hergestellt und vertrieben.
Beim Betrieb des Systems nach den Fig. 6 und 7 fragt die als LAN-Master arbeitende Hauptsteuerung die als LAN-Satelliten oder -Slaves arbeitenden Lastzellen mit einem gewünschten Takt ab, um von jeder Lastzellen Wägedaten zu empfangen. Die Daten von jeder Lastzelle können in bestimmter Hinsicht aufbereitet und mit den Daten von anderen Lastzellen der Waage aufsummiert werden, und das Ergebnis kann weiter aufbereitet werden, um das schließlich angezeigte Gewicht zu gewinnen.
Wenngleich die Verschaltung und der Betrieb als ein LAN bevorzugt wird, können die digitalen Ausgangsanschlüsse einer jeden Lastzelle oder von Gruppen von Lastzellen, die sich einen A/D-Wandler teilen, individuell mit der Hauptsteuerung verschaltet sein, anstelle über einen gemeinsamen Bus. Das wesentliche Merkmal ist, daß die Hauptsteuerung digitale Informationen von jeder der Mehrzahl Lastzellen empfängt und diese aufbereitet.
Die in den Fig. 1 bis 5 gezeigten digitalen Lastzellen sind derart programmiert, daß sie als Slaves für eine Hauptsteuerung oder einen Host-Computer arbeiten und auf an sie gegebene Befehle reagieren. Die Lastzelle kann alleine mit einer Steuerung arbeiten oder als eine Lastzelle in einer Waage oder einem System mit mehreren Lastzellen und mit einer gemeinsamen oder Hauptsteuerung. Jede Lastzelle hat eine eigene in einem Speicher gespeicherte Adresse, die es in letztem Fall der Mastersteuerung ermöglicht, Befehle nur an diese zu senden. Bei der Herstellung werden alle Lastzellen mit derselben Adresse versehen, die nötigenfalls während der Einrichtung der Waage durch eine eigene Adresse ersetzt wird.
Die digitale Lastzelle ist ferner so programmiert, daß sie ihre Gewichtsauslesungen im Hinblick auf die Temperatureffekte auf den Nullpunkt und den Meßbereich, im Hinblick auf die Meßbereichstrimmung und im Hinblick auf Linearität und Kriechen kompensiert. Der vorgesehene Kompensationsalgorithmus, einschließlich der Werte der Konstanten, ist in dem Lastzllenspeicher gespeichert. Die Werte der Konstanten werden während der Herstellung der Lastzelle bestimmt. Die Konstanten werden bestimmt, indem die Lastzelle während der Herstellung an einen Host-Computer angeschlossen wird, die Lastzelle den zum Gewinnen von Daten für die Verwendung in dem Korrekturalgorithmus erforderlichen variierenden Gewichten und Temperaturbedingungen unterworfen wird und die Daten zur Auflösung nach den entsprechenden Konstanten verwendet werden. Die Konstanten werden dann von dem Host-Computer an die Lastzelle übertragen und in dem Speicher gespeichert.
Ein für die Verwendung bei der Linearitätskorrektur geeigneten Logarithmus lautet:
WC = D WR(1 + WR E) (1)
wobei WC das im Hinblick auf die Linearität korrigierte Gewicht, WR die unkorrigierte Gewichtsauslesung und D und E Konstanten sind. Die Werte für die Konstanten werden bestimmt, indem Gewichtsauslesungen bei halber Last und bei voller Last vorgenommen werden und die Werte in die Gleichung eingesetzt werden. Sind WC1 und WR1 die Werte bei halber Last und sind WC2 und WR2 die Werte bei voller Last und wird WC2 gleich WR2 gesetzt, dann gilt
Die Werte der Konstanten D und E in diesen Gleichungen werden dann für die Verwendung bei den Linearitätskorrekturen während des Betriebs an die Lastzelle übertragen.
Das Flußdiagramm nach den Figuren 9A bis 9M zeigt den Betrieb der digitalen Lastzelle, ob in einem Einzel- oder Multizellensystem verschaltet und im Kalibrier- oder Normalbetrieb. Nach dem START bei Block 250 wird der Betrieb im "stillen" Modus bei Block 251 begonnen. Dies ist im wesentlichen ein lokaler Modus, weil die Hauptsteuerung oder der Host- Computer die Kommunikation mit der Lastzelle noch nicht begonnen hat. Bei den Blöcken 252 und 253 wird die Lastzellenadresse aus dem Speicher abgelesen und auf Gültigkeit geprüft. War die gespeicherte Adresse ungültig, wird eine Adresse mit willkürlichem Wert, zum Beispiel 1 oder 240 bei Block 255 geladen. Nachdem die gespeicherte Adresse als gültig erkannt worden oder eine neue zugeordnet worden ist, fährt der Betrieb direkt oder über Punkt 254 mit Block 257 fort, wo eine ROM-Fehlerprüfung ausgeführt wird und Marken gesetzt werden, wenn solche Fehler gefunden werden. Sodann wird bei Block 259 eine Temperaturauslesung bei dem Nickelwiderstand 82 in Fig. 5 vorgenommen und für die Verwendung bei der Kompensation gespeichert. Bei Block 260 wird eine digitale Gewichtsauslesung vorgenommen und eine Negativ-Bereichsüberschreitungs-Marke wird gelöscht. Das ausgelesene Gewicht wird bei Block 262 geprüft, um festzustellen, ob es außerhalb des Bereiches liegt oder nicht. Wenn nicht, fährt der Betrieb über Punkt 264 mit Block 268 (Fig. 9B) fort, wo festgestellt wird, ob an den Daten eine Kompensation vorgenommen werden soll oder ob sie in ihrer unveränderten Form dargestellt werden sollen. Wenn bei Block 262 festgestellt wird, daß das ausgelesene Gewicht außerhalb des Bereiches liegt, wird bei Block 269 eine Marke gesetzt und der Betrieb fährt über Punkt 270 mit Block 272 (Fig. 9B) fort. Dementsprechend springt der Betrieb durch die Punkte 270 zu Block 272, wenn die Gewichtsauslesung entsprechend der Feststellung bei Block 268 nicht kompensiert werden soll.
Ist die Gewichtsauslesung zu kompensieren, wird bei Block 275 eine Subroutine ausgeführt, um an den Nullpunkts- und Meßbereichskoeffizienten Temperaturkompensationen vorzunehmen. Bei Block 276 wird eine Subroutine "LINCOR" verwendet, um die Gewichtsauslesung im Hinblick auf Nichtlinearität wie nachstehend erläutert zu korrigieren. Bei den Blöcken 277 beziehungsweise 278 werden Subroutinen ausgeführt, um die Gewichtsauslesung entsprechend einem Meßbereichstrimmkoeffizienten zu modifizieren und die Gewichtsauslesung im Hinblick auf Kriechen in der Lastzelle zu korrigieren.
Bei den Blöcken 272, 280, 281 und 282 werden Speicherfehler und außerhalb des Bereichs liegende Daten aufgespürt, und es wird ein geeigneter Fehlercode geladen, wenn irgendwelche dieser Bedingungen gefunden werden. Sodann fährt der Betrieb über Punkt 284 mit Block 286 (Fig. 9C) fort, wo festgestellt wird, ob die Lastzelle sich in dem stillen Modus befindet oder nicht. Wenn nicht, werden bei Block 288 die Gewichts- und Temperaturauslesungen in einen seriellen Puffer zur Übertragung geladen und der Betrieb geht über zu Block 290. Befindet sich die Lastzelle im stillen Modus, wird unter Umgehung von Block 288 über Punkt 291 zu Block 290 übergegangen, wo eine Überprüfung auf irgendwelche von einem Host-Computer oder einer Steuerung empfangene Nachrichten erfolgt. Wenn keine Nachrichten vorliegen und sich die Zelle gemäß der Feststellung bei Block 292 im stillen Modus befindet, kehrt der Betrieb über Punkt 293 bei Block 252 zur Hauptschleife zurück und der oben beschriebene Betrieb wird wiederholt. Befindet sich die Lastzelle nicht in dem stillen Modus, fährt der Betrieb von Block 292 zu Block 295 fort und durchläuft immer wieder Punkt 296, bis der serielle Puffer leer ist, was anzeigt, daß die Gewichts- und Temperaturauslesungen an die Steuerung oder an den Host-Computer übertragen worden sind. Zu diesem Zeitpunkt kehrt der Betrieb über Punkt 293 bei Block 252 (Fig. 9A) zur Hauptschleife zurück.
Wenn gemäß der Feststellung bei Block 290 eine Nachricht empfangen worden ist, fährt der Betrieb über Punkt 298 mit Block 300 (Fig. 9D) fort, wo die Gültigkeit der Nachricht festgestellt wird. Ist die Nachricht ungültig, wird bei Block 301 eine entsprechende Antwort abgesendet und der Betrieb kehrt über Punkt 296 zu Block 295 zurück. Ist die Nachricht entsprechend der Feststellung bei Block 300 gültig, fährt der Betrieb über Punkt 303 mit Block 305 (Fig. 9E) fort, um den Inhalt der Nachricht festzustellen. Eine Nachricht mit einem Rücksetzbefehl bewirkt eine Rückkehr des Betriebes zu START- Punkt 250. Handelt es sich entsprechend der Feststellung bei Block 307 bei der Nachricht um einen Befehl zum Aktivieren der Datenausgabe, wird bei Block 308 der stille Modus zugunsten eines aktiven Datenmodus gesperrt. Der Betrieb fährt dann über Punkt 310 mit Block 311 (Fig. 9M) fort, um der Steuerung oder dem Host-Computer zu antworten, daß die Anweisung ausgeführt wird. Der Zyklus fährt dann über Punkt 296 mit Block 295 (Fig. 9C) fort, um die Daten zu übermitteln und zum Beginn des Betriebs bei Block 252 zurückzukehren.
Ist bei Block 307 (Fig. 9E) festgestellt worden, daß die Nachricht etwas anderes als einen Befehl zum Aktivieren der Datenausgabe darstellt, fährt der Betrieb über Punkt 315 mit Block 316 (Fig. 9F) fort, um festzustellen, ob die Nachricht einen Befehl für Daten in unveränderter oder kompensierter Form darstellt. Ist dies der Fall, wird bei Block 317 der befohlene Datenmodus gesetzt, es wird über Punkt 310 und Block 311 geantwortet, daß der Befehl ausgeführt worden ist, und der Betrieb kehrt über Punkt 296 zu Block 295 zurück.
War die Nachricht entsprechend der Feststellung bei Block 316 kein Datenformbefehl, fährt der Betrieb über Punkt 319 zu einer Serie von Prüfungen fort, um festzustellen, ob die Nachricht eine solche ist, die Kompensationsdaten, wie etwa Algorithmus-Kompensations-Konstanten, beinhaltet, die im Speicher abzulegen sind oder nicht. Bei Block 322 (Fig. 9G) wird festgestellt, ob die Nachricht Temperaturkompensationsdaten enthält oder nicht. Wenn nicht, fährt der Betrieb über Punkt 322 nacheinander mit Block 326 (Fig. 9H) zum Feststellen, ob die Daten Kriechkompensationsdaten sind, Punkt 327 und Block 329 (Fig. 9J) zum Feststellen, ob die Daten Linearitäts- Kompensationsdaten sind, und Punkt 330 mit Block 331 (Fig. 9K) zum Feststellen fort, ob die Daten Meßbereichstrimmungs- Kalibierungsdaten sind. Wenn festgestellt wird, daß die Nachricht einen oder mehr Typen von Kompensationsdaten beinhaltet, fährt der Betrieb über Punkt 333 zu Block 335 (Fig. 9G) fort, wo die Daten im Speicher abgelegt werden. Sodann wird bei Block 336 eine Prüfung vorgenommen, um festzustellen, ob die Datenspeicherung erfolgreich war. Wenn ja, fährt der Betrieb über Punkt 310 mit Block 311 fort, um zu antworten, daß der Nachrichtsbefehl ausgeführt worden ist, und dann über Punkt 296 mit Block 295. War die Datenspeicherung nicht erfolgreich, wird bei Block 338 eine Antwort dahingehend abgesendet, und der Betrieb fährt über Block 296 mit Block 295 fort.
Es sei darauf hingewiesen, daß Kompensationskonstanten zum Korrigieren im Hinblick auf Temperatur, Kriechen, Linearität und Meßbereichstrimmkalibrierung nur während des Einrichtens als Teil des Herstellungsverfahrens an die Lastzelle gegeben werden. Demzufolge wären Resultate der vorbeschriebenen Tests auf Anwesenheit solcher Daten in einer empfangenen Nachricht negativ, wenn die Lastzelle als ein Teil des Waagensystems nach den Fig. 6 und 7 arbeitet.
Wiederum gemäß den Fig. 9A bis 9M fährt der Betrieb dann, wenn die empfangene Nachricht bei Block 331 (Fig. 9K) den letzten Test auf Beinhalten von Datenkonstanten durchlaufen hat, über Punkt 340 mit Block 341 (Fig. 9L) fort, um festzustellen, ob die Nachricht eine Adressenzuordnung für die Lastzelle beinhaltet. Wenn nicht, fährt der Betrieb über Punkt 296 mit Block 295 fort. Stellt die Nachricht eine Adressenzuordnung dar, wird die Adresse bei Block 343 im Speicher gespeichert und es wird bei Block 344 eine Prüfung vorgenommen, um festzustellen, ob das Einspeichern der Adresse zufriedenstellend ausgeführt worden ist. War das Einspeichern der Adresse nicht zufriedenstellend, wird bei Block 345 eine entsprechende Antwort abgesandt, und der Betrieb fährt über Punkt 296 mit Block 295 fort. Ist die Adresse entsprechend einer Feststellung bei Block 344 erfolgreich eingespeichert worden, fährt der Betrieb über Punkt 310 mit Block 311 (Fig. 9M) fort, um eine Antwort zu übertragen, daß der Befehl ausgeführt worden ist. Der Betrieb fährt dann über Punkt 296 mit Block 295 fort.
Die Fig. 10A und 10B zeigen die bei Block 276 (Fig. 9B) in der Subroutine LINCOR ausgeführten Schritte zum Erhalten einer Linearitätskorrektur der Gewichtsauslesung. Der Einstieg in die Subroutine erfolgt bei Punkt 350 (Fig. 10A), und es wird mit Block 351 fortgefahren, wo die Linearitäts-Kompensationskonstanten D und E geladen werden. Der Betrieb fährt dann mit Block 353 fort, wo eine Prüfung ausgeführt wird, um festzustellen, ob die Konstanten korrekt geladen worden sind. Wenn nicht, fährt der Betrieb über Punkt 354 mit Block 355 (Fig. 10B) fort, wo eine Fehlermarke gesetzt wird, und der Betrieb kehrt über Punkt 357 bei Block 277 zu dem Hauptprogramm zurück. Sind die Linearitäts-Kompensationskonstanten gemäß der Feststellung bei Block 353 zufriedenstellend geladen worden, fährt der Betrieb mit Block 358 fort, wo eine linearitätskorrigierte Gewichtsauslesung berechnet und gespeichert wird. Der Betrieb kehrt dann über Punkt 357 zu Block 277 in dem Hauptprogramm zurück.
Das Flußdiagramm nach den Fig. 11A bis 11L zeigt den Betrieb der Hauptsteuerung 130 in der Waage nach den Fig. 6 und 7. Nach Einschalten der Energieversorgung bei Block 400 und einigen Initialisierungsschritten bei Block 401 wird die Anzahl der Lastzellen in dem System bei Block 403 aus dem Speicher ausgelesen und die Information wird bei Block 405 geprüft. Wenn die Lastzellenanzahl nicht eingegeben worden ist und die Zellen identifiziert worden sind, wird bei Block 406 der Einrichtungsmodus gewählt und der Betrieb springt über Punkt 407 zu Entscheidungsblock 410 (Fig. 11B), um die Aktivität des Tastenfelds zu prüfen. Wenn Tastenfeldaktivität vorhanden ist und das System gemäß der Entscheidung bei Block 412 im Einrichtungsmodus steht, springt der Betrieb über Punkt 413 zu Entscheidungsblock 415 (Fig. 11C), um festzustellen, ob die Anzahl der Lastzellen und ihre Adressen bekannt sind. Da sie es nicht sind, fährt der Betrieb mit Entscheidungspunkt 417 fort, um festzustellen, ob das Tastenfeld Einzeln/Gesamt-Tastenaktivität anzeigt. Wenn ja, springt der Betrieb über Punkt 418 zu Blocks 420 und 421 (Fig. 11D), wo eine geeignete Anzeige befohlen wird und eine Einzelzellenmarke gesetzt oder gelöscht wird, je nach dem, ob eine oder mehrere Lastzelle(n) in dem System ist/sind. Der Betrieb springt dann über Punkt 423 zurück zu Block 425 und 426 (Fig. 11C), wo die Anzahl Lastzellen eingegeben wird und ihnen Adressen zugeordnet werden. Die Lastzellenadressen werden zugeordnet, indem nur die erste Lastzelle an den Bus angeschlossen wird, sie als Nr. 240 angesprochen wird, was bei der Herstellung allen Lastzellen zugeordnet wird, und ihr dann befohlen wird, diese Adresse in die neuzugeordnete Adresse zu ändern. Sodann wird die zweite Lastzelle in dem System an den Bus angeschlossen und das Verfahren wird wiederholt. Dies schreitet fort, bis alle Lastzellen an den Bus angeschlossen und ihnen Adressen zugeordnet worden sind.
Von Block 426 fährt der Betrieb über Punkt 430 mit Blocks 432 und 433 (Fig. 11E) fort, wo ein Rücksetzbefehl an alle Lastzellen gegeben wird, gefolgt von einem Befehl zum Abgeben von Daten bei Abfragung. Wenn gemäß der Feststellung bei Block 435 eine Zelle nicht positiv antwortet, wird bei Block 436 die Adresse der höchstrangigen nichtantwortenden Zelle angezeigt, um einer Bedienperson nötigenfalls einen Eingriff zu ermöglichen. Sodann springt der Betrieb über Punkt 423 zu den Blöcken 425 und 426 (Fig.11C), wo die Lastzellenadressen abermals zugeordnet werden, und kehrt dann über Punkt 430 zu den Blöcken 432,433 und 435 zurück. Der Betrieb durchläuft diese Schleife, bis gemäß der Feststellung bei Entscheidungsblock 435 alle Lastzellen in dem System positiv geantwortet haben.
Von Entscheidungspunkt 435 fährt der Betrieb über Punkt 440 mit Entscheidungsblock 442 (Fig. 11F) fort, um festzustellen, ob das System den Einrichtungsmodus verlassen hat. Wenn nicht, springt der Betrieb über Punkt 445 zu Block 446 (Fig. 11G), um eine Aktivierungsprüfung einer oder mehrerer einer Serie von Tasten zu beginnen, die verschiedene Einrichtungsfunktionen befehlen. Wird am Entscheidungsblock 446 festgestellt, daß ein Tastenbefehl eine Lastzellenadresse neu zuordnet, springt der Betrieb über Punkt 448 zu der in den Fig. 12A und 12B gezeigten Routine, die nachstehend beschrieben ist. Das Neuzuordnen einer Lastzellenadresse kann beispielsweise notwendig werden, wenn eine einzelne Lastzelle in dem System nach den Fig. 6 und 7 als defekt erkannt worden ist und ersetzt werden muß. In diesem Fall muß dieselbe Adresse wie diejenige der ersetzten Lastzelle einer neuen Lastzelle zugeordnet werden.
Am Ende des Verfahrens der Neuzuordnung der Lastzellenadresse kehrt der Betrieb über Punkt 440 (Fig. 11F) zu Entscheidungsblock 442 zurück, um festzustellen, ob der Einrichtungsmodus bereits verlassen worden ist oder nicht. Wenn nicht, fährt der Betrieb über Punkt 445 fort, um das Abfragen nach Tastenbefehlen wieder aufzunehmen. Ist bei Entscheidungsblock 453 (Fig. 11G) ein Tastenbefehl empfangen worden, um die Waage zu kalibrieren, springt der Betrieb über Punkt 455 zu dieser Routine. Ist der Kalibriervorgang abgeschlossen, kehrt der Betrieb über Punkt 440 zu Entscheidungsblock 442 (Fig. 11F) und Punkt 445 zurück, um das Abfragen nach Tastenbefehlen wieder aufzunehmen. Der Betrieb setzt sich in dieser Weise fort, und zwar über Entscheidungsblöcke 457, 459 und 461. Ein Verschiebejustier-Tastenbefehl bei Block 457 initiiert über Punkt 463 eine Routine zum Bestimmen der Werte von Lastpositions-Korrekturkonstanten. Ein bei Block 459 erfaßter Befehl initiiert eine Kalibrierungstrimmroutine über Punkt 465. Ein Tastenbefehl bei Block 461 veranlaßt den Betrieb, über Punkt 467 zu einer Routine für die Lastpositionsjustierung einer Waage nach dem Austauschen einer Lastzelle zu springen.
Sind alle Tastenbefehle ausgeführt worden, fährt der Betrieb über Punkt 440 mit Block 442 (Fig. 11F) fort. Ist der Einrichtungsmodus verlassen worden, fährt der Betrieb über Punkt 470 mit Entscheidungsblock 472 (Fig. 11H) fort. Ist keine Lastzellenfehlermarke gesetzt worden, werden bei Block 475 alle Lastzellen ausgelesen und bei Block 476 wird eine Prüfung durchgeführt, um festzustellen, ob von allen Zellen Daten empfangen worden sind. Wenn nicht, werden bei Block 478 die fehlerbehafteten Zellen angezeigt, und bei Block 480 wird eine Zellenfehlermarke gesetzt. Der Betrieb springt dann über Punkt 407 zu Entscheidungsblock 410 (Fig. 11B), und kehrt über Punkt 470 zu Entscheidungsblock 472 zurück, wenn keine Tastfeldaktivität vorliegt. Da die Zellenfehlermarke gesetzt worden ist, fährt der Betrieb über Punkt 430 mit den Blöcken 432 und 433 (Fig. 11E) fort, wo die Lastzellen zurückgesetzt und wieder angewiesen werden, Daten zu liefern. Wenn gemäß der Feststellung bei Block 435 alle Zellen nicht positiv antworten, fährt der Betrieb über Block 436 und Punkt 423 mit Blocks 425 und 426 (Fig. 11C) fort, um wieder Lastzellenadressen zuzuordnen, und kehrt dann über Punkt 430 zurück, bis gemäß der Entscheidung bei Block 435 (Fig. 11E) alle Zellen positiv antworten. Sodann fährt der Betrieb über Punkt 440 und Entscheidungsblock 442 (Fig. 11F) und über Block 470 und Block 472 (Fig. 11H) fort, um bei Block 475 erneut alle Zellen auszulesen.
Wenn gemäß der Feststellung bei Block 476 von allen Lastzellen Daten gewonnen werden, fährt der Betrieb über Punkt 485 mit Entscheidungsblock 487 (Fig. 11J) fort, um auf etwaige, mit den Lastzellendaten empfangene Fehlermeldungen zu überprüfen. Werden irgendwelche solcher Fehlermeldungen empfangen, wird diese Tatsache bei Block 489 angezeigt, und der Betrieb fährt über Punkt 407 mit Block 410 (Fig. 11B) fort. Liegt keine Tastenfeldaktivität vor, kehrt der Betrieb über Punkt 470 zurück, um bei Block 475 (Fig. 11H) wieder Daten von allen Lastzellen auszulesen. Ist bei Block 487 (Fig. 11J) festgestellt worden, daß keine Fehlermeldungen mit den Daten empfangen worden sind, fährt der Betrieb über Punkt 492 mit Entscheidungsblock 494 (Fig. 11K) fort. Ist gemäß der Entscheidung bei Block 494 die Einzelzellenmarke gesetzt, springt der Betrieb über Punkt 496 zu Block 497 (Fig. 11B), wo die Einzellastzellendaten angezeigt werden. Der Betrieb kehrt dann zu Punkt 470 (Fig. 11H) zurück, und zwar über Block 410 alleine oder über Blocks 412 und 498.
Wenn gemäß der Feststellung bei Block 494 (Fig. 11K) die Einzelzellenmarke nicht gesetzt ist, wird der Betrieb bei Block 500 aufgenommen, um die Gewichtsauslesungen von den Lastzellen im Hinblick auf die Lastposition zu justieren und die Auslesungen aufzuaddieren, um das Gesamtgewicht auf der Waage zu erhalten. Bei Block 500 wird das Gesamtgewichtsregister gelöscht und bei Block 501 wird ein Register auf N gesetzt, die Zahl der Lastzellen in dem System. Die Lastpositions-Korrekturkonstante X für die Lastzelle mit der höchsten Nummer im System wird bei Block 503 aus dem Speicher gelesen und in das Register M geladen. War das Lesen der Lastpositionskonstante X für die Lastzelle N gemäß der Feststellung bei Block 505 nicht erfolgreich, wird die Nummer 1 bei Block 506 in das Register M geladen und der Betrieb fährt fort. Ist die Lastpositionskonstante entsprechend der Feststellung bei Block 505 erfolgreich aus dem Speicher gelesen worden, springt der Betrieb über Punkt 508 zu Block 510, wo die Gewichtsauslesung von der Lastzelle N mit der in dem Register M gespeicherten Lastpositionskonstante XN multipliziert wird und das Ergebnis dem Gesamtgewichtsregister zuaddiert wird. Dann wird bei Block 512 N herabgezählt und bei Block 514 darauf überprüft, ob es gleich null ist. Wenn nicht, kehrt der Betrieb über Punkt 515 zu Block 503 zurück, wo die Verschiebejustierkonstante X für die Lastzelle mit der nächsthöchsten Nummer in dem System aus dem Speicher gelesen und in das Register M geladen wird.
Der Betrieb schreitet in derselben Weise wie oben beschrieben fort, bis die Gewichtsauslesungen aller Lastzellen mit den entsprechenden Lastpositions-Korrekturkonstanten multipliziert und in dem Gesamtgewichtsregister aufsummiert worden sind. An diesem Punkt stellt Block 514 fest, daß die Auslesungen von allen Zellen aufsummiert worden sind. Dann werden die Nullpunkts- und Meßbereichskalibrierkonstanten bei Block 517 aus dem Speicher gelesen. War das Auslesen aus dem Speicher gemäß der Feststellung bei Block 519 nicht erfolgreich, erfolgt bei Block 520 eine Fehleranzeige und der Betrieb kehrt über punkt 407 zu Block 410 (Fig. 11B) zurück. War das Auslesen des Speichers erfolgreich, fährt der Betrieb über punkt 522 mit Block 525 (Fig. 11L) fort, wo die Nullpunkts- und Meßbereichskonstanten auf die Gewichtsauslesung angewendet werden. Bei Block 527 werden dann andere Routinen ausgeführt, die sich auf eine automatische Nullpunktseinstellung und auf Tara beziehen. Bei Block 528 wird die Gewichtsauslesung für die Anzeige gerundet und verkürzt, und bei Block 530 wird das endgültige Gewicht angezeigt. Der Betrieb kehrt dann über Punkt 407 zu Block 410 (Fig. 11B) zurück, um auf Tastenfeldaktivitäten zu überprüfen und die Lastzellen für Getsauslesungen abzufragen.
Zurückkehrend zu Fig. 11A und Entscheidungsblock 405, nahm die obige Beschreibung an, daß die Adressen noch nicht den Lastzellen im System zugeordnet worden waren. Wären jedoch die Adressen gemäß der Feststellung bei Block 405 vorher zugeordnet worden, würde der Betrieb über punkt 535 mit Block 540 fortfahren, wo Vorbereitungen für das Abfragen der Lastzellen vorgenommen würden. Sodann würde der Betrieb wie vorstehend beschrieben bei Block 432 mit Rücksetzbefehlen fortfahren, die an alle Lastzellen gesendet werden.
Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, eine oder mehrere defekte Lastzelle(n) in einer Waage mit mehreren Lastzellen auszutauschen. Da jede Lastzelle in einer Waage einzelnen überwacht und überprüft werden kann, kann eine defekte Lastzelle leicht gefunden werden. Wenn dies geschieht, wird eine die defekte ersetzende neue Lastzelle in das System eingesetzt, und der neuen Lastzelle wird eine Adresse zugeordnet.
Die Fig. 12A und 12B zeigen das Verfahren zum Zuordnen der Adresse zu der neuen Lastzelle. Der Einstieg in das Verfahren erfolgt über Punkt 448, wenn ein Tastenbefehl zum Neuzuordnen einer Lastzellenadresse bei Block 446 (Fig. 11G) erfaßt worden ist. Anfänglich müssen alle anderen Lastzellen in dem Waagesystem von dem Bus getrennt werden, so daß nur die neue Lastzelle damit verbunden ist. Gemäß Fig. 12A wird die neue Lastzellenadresse, die in diesem Fall dieselbe wie die der entfernten defekten Lastzelle wäre, bei Block 575 auf eine Aufforderungsnachricht von der Anzeige hin über das Tastenfeld eingegeben. Bei Block 578 wird eine Adresse von 240 in ein Adressenregister geladen und der Betrieb fährt über Punkt 579 mit Block 580 fort. Dort werden ein Änderungsbefehl für die Lastzellenadresse und die neue Adresse an die Lastzellenadresse, in diesem Fall 240, in dem Adressenregister übertragen. Bei Block 581 wird dann festgestellt, ob von der adressierten Lastzelle eine positive Antwort erhalten worden ist oder nicht. Wenn ja, ist die Adresse zufriedenstellend zugeordnet worden und der Betrieb kehrt über Punkt 445 zum Abfragen des Tastenfeldes bei Block 446 (Fig. 11G) zurück. Dies wäre normalerweise das Ergebnis, wenn die Ersatzlastzelle eine neue Lastzelle ist, weil die Adresse 240 bei der Herstellung in alle Lastzellen eingespeichert wird.
In einigen Fällen handelt es sich jedoch bei der Ersatzlastzelle nicht um eine neue Lastzelle, und sie könnte eine andere Adresse als 240 gespeichert haben. In diesem Fall würde der Betrieb von dem Entscheidungsblock 581 mit Block 583 fortfahren, wo die Inhalte des Adressenregisters herabgezählt werden und dann bei Block 585 mit null verglichen werden. Sind die Inhalte des Adressenregisters nicht gleich null, kehrt der Betrieb über Punkt 579 zurück, um den Adressenänderungsbefehl und die neue Adresse an die herabgezählte Lastzellenadresse zu übertragen und dann bei Block 581 auf eine positive Antwort zu überprüfen. Der Betrieb geht in dieser Weise weiter, bis eine positive Antwort von der Ersatzlastzelle erhalten wird oder bis bei Block 585 festgestellt worden ist, daß die Inhalte des Adressenregisters gleich null sind. In diesem Fall wird bei Block 587 bewirkt, daß die Anzeige anzeigt, daß keine funktionierende Lastzelle an dem System angebracht worden ist, und der Betrieb kehrt über Punkt 440 zu Block 442 (Fig. 11F) zurück.
Die Fig. 13 bis 15 und die Fig. 16 und 17 zeigen zusätzliche Beispiele modularer digitaler Lastzellen unter Einbeziehung dieser Erfindung. In den Fig. 13 bis 15 sind ein geführter Doppelbalken-Kraftaufnehmer 600 und zwei Einfassungsringe 602, 603 in rostfreiem Stahl gegossen. Ein oberer Balken 605 und ein unterer Balken 606 sind durch eine Vielzahl von durch den Block aus rostfreiem Stahl gebohrte Bohrungen festgelegt, um die Öffnung 608 zu bilden. Ein Paar Dehnmeßstreifen 610, 611 ist auf dem oberen Balken 605 entlang dessen Mittellinie ausgerichtet in herkömmlicher Weise angebracht. Zwischen den Meßstreifen ist ein Nickelwiderstand 615 angeordnet, der für die Temperaturerfassung verwendet wird. Ein anderes Paar Dehnmeßstreifen 617, 618 ist in derselben Art und Weise auf dem unteren Balken 606 angebracht. Bei 620, 621 sind Paare Gewindeöffnungen vorgesehen, um den Kraftaufnehmer an einem Lastträger an einem Ende und an einer Basis an dem anderen Ende anzubringen.
Wie in Fig. 15 gezeigt, sind gedruckte Schaltungskarten 625, 626 auf den Seiten des Kraftaufnehmers 600 angebracht und eine weitere Schaltungskarte 628 ist innerhalb einer Ausnehmung 630 in einem Ende des Kraftaufnehmers angebracht. Die Schaltungskarten enthalten diejenigen analogen und digitalen Schaltkreise, die erforderlich sind, damit die Lastzelle in vergleichbarer Weise wie die Lastzelle nach den Fig. 1 bis 4 arbeitet. Eine geeignete Verkabelung ist zwischen den Schaltungskarten und den Dehnmeßstreifen sowie an einem Anschluß 633 an dem offenen Ende der Ausnehmung 630 vorgesehen. Eine Glas- und Metalldichtung 635 ist an den Kraftaufnehmer 600 angelötet, um das offene Ende der Ausnehmung 630 zu verschließen. Die Dichtung 635 trägt Verkabelungsanschlüsse, die mit der Verkabelung des Anschlusses 633 übereinstimmen. Die Verkabelung von den Anschlüssen der Dichtung 635 her ist in einem Kabel 637 geführt. Die Dichtung 635, die Verkabelung und das Ende des Kabels 637 sind von einer Epoxiddichtung 639 eingefaßt.
Die gedruckten Schaltungskarten 625 und 626 sind zusammen mit den Dehnmeßstreifen-Halteabschnitten des geführten Doppelbalken-Kraftaufnehmers 600 eingefaßt und mittels eines röhrenförmigen Balgs 642 abgedichtet. Der Balg 642 ist über ein Ende des Kraftaufnehmers 600 gestülpt und zwischen Ringen 602 und 603 positioniert. Der Balg 642 ist an den Ringen 602 und 603 durch Verschweißen der äußeren Peripherie eines jeden Rings an der inneren Peripherie der Enden 650, 651 des Balgs 642 angebracht.
Die elektronischen Schaltungen und die nicht mit der Last in Kontakt stehenden Teile der Lastzelle nach den Fig. 13 bis 15 sind somit eingefaßt und abgedichtet. Das Ergebnis ist eine unabhängige, modulare digitale Lastzelle, die nur durch das Kabel 637 justiert, kompensiert und weiter charakterisiert werden kann und muß, wie im Falle der digitalen Lastzelle nach den Fig. 1 bis 4.
Die in den Fig. 16 und 17 gezeigte grundlegende Lastzelle ist als eine Torsionsring-Lastzelle bekannt. Der allgemein mit 675 bezeichnete Kraftaufnehmer wird von rostfreiem Stahl gebildet und schließt einen äußeren Ring 677 sowie eine zentrale Nabe 679 ein, die von einem Diaphragma 680 mit Innengewinde und einem Diaphragma 681 mit Außengewinde mit einem Torsionsring 684 verbunden ist. Im Gebrauch wird der Außenrand üblicherweise durch Bolzen oder Schrauben oder dergleichen gehalten, und die auf die Nabe 679 wirkende Last oder Kraft. Diese Belastung erzeugt Zugspannung in Umfangsrichtung auf dem oberen Abschnitt des Torsionsrings 684 und Zugspannung in Umfangsrichtung auf dem unteren Abschnitt des Torsionsrings. Vier Dehnmeßstreifen 687 bis 690 sind mit 90º-Intervall-Winkelabstand auf der Oberseite des Torsionsrings 634 angeordnet, wobei deren spannungsempfindlichen Elemente in Umfangsrichtunorientiert sind, um im dem Ring erzeugte Druckspannungen zu erfassen. In gleicher Weise sind vier Dehnmeßstreifen, von denen nur zwei gezeigt und mit 692 und 693 bezeichnet sind, auf der Unterseite des Torsionsrings 634 direkt unterhalb der Druckmeßstreifen angebracht, um Zugspannungen in dem Torsionsring zu messen. Die Dehnmeßstreifen sind vorzugsweise in einer elektrischen Brückenschaltung verschaltet. Zwei Öffnungen 694a, 694b sind durch das äußere Diaphragma 681 vorgesehen, zur Durchführung von Verkabelung von den Dehnmeßstreifen 687 bis 690 zu der Ausnehmung unterhalb des Torsionsrings 684. Eine Lastöffnung 695 ist in der Nabe 679 vorgesehen, um das Aufbringen von Lasten auf die Lastzelle zu ermöglichen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist eine ringförmige Schaltungskarte 700 über dem unteren Abschnitt der Nabe 679 eingepaßt und mittels Klebstoffs oder einer anderen geeigneten Anbringungseinrichtung befestigt. Die Schaltungskarte 700 enthält diejenigen analogen und digitalen elektronischen Schaltungen, die erforderlich sind, damit die Lastzelle in einer mit der Lastzelle nach den Fig. 1 bis 4 vergleichbaren Weise arbeitet. Ein Kabelanschluß 701 ist durch eine Öffnung im Außenrand 677 für die Übermittlung von Informationen zwischen der digitalen Lastzelle und einer Steuerung oder einem Computer vorgesehen. Die Ausnehmungen oberhalb und unterhalb des Torsionsrings 684 sind mittels ringförmiger Metalldichtungen 704 und 705, wie etwa rostfreiem Stahlblech, verschlossen und abgedichtet, die an die innere Peripherie des Außenrands 677 und die äußere Peripherie der Nabe 679 angeschweißt oder anderweitig geeignet befestigt sind. Gewünschtenfalls können die Ausnehmungen oberhalb und unterhalb des Torsionsrings 684 mit einem Inertgas gefüllt werden. Die Lastzelle stellt eine weitere modulare, unabhängige digitale Lastzelle dar, die nur über den Kabelanschluß 701 charakterisiert und gesteuert werden kann und muß.

Claims

1. Wägevorrichtung mit mindestens einem Kraftaufnehmer (12, 600, 675), einer an dem Kraftnehmer angebrachten Wandlungseinrichtung (75, 76, 79, 80, 610, 611, 617, 618, 687, 15 688, 689, 690), einer Schaltungseinrichtung (14, 625, 626, 630, 700), die eine Einrichtung (100) zum Erzeugen digitaler Darstellungen von auf den Kraftaufnehmer wirkenden Lasten, eine Einrichtung (105) zum Anwenden mindestens eines Korrekturfaktors auf die digitalen Darstellungen und eine Einrichtung (105, 105b, 107, 108) zum Abgeben der digitalen Darstellungen einschließt wobei die Schaltungseinrichtung (14, 625, 626, 630, 700) auf eine Außensteuerung anspricht und eine Einrichtung (15, 642, 704) vorgesehen ist, die eine abgedichtete Einfassung für die Wandlungseinrichtung und die Schaltungseinrichtung darstellt.

2. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfassungseinrichtung (15) eine Einrichtung (33) aufweist, die eine Durchführung durch die Einfassungseinrichtung für externe Kommunikation mit der Schaltungseinrichtung darstellt.

3. Wägevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (14, 625, 626, 630, 700) an dem Kraftaufnehmer befestigt ist.

4. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer (12) eine Schwenklaststütze ist und der Korrekturfaktor Nichtlinearitäten der digitalen Darstellungen für variierende Lasten auf der Schwenklaststütze korrigiert.

5. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer (600) ein geführter Doppelbalken-Kraftaufnehmer ist.

6. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer (675) ein Torsionsring- Kraftaufnehmer ist.

7. Wägevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (14, 625, 626, 630, 700) eine Einrichtung (82, 615, 101, 100) zum Erzeugen digitaler Darstellungen der Temperatur des Kraftaufnehmers, eine Einrichtung (105a) zum Speichern eines Temperaturkorrekturfaktors und eine Einrichtung (105) zum Verwenden der Temperaturdarstellungen und des Temperaturkorrekturfaktors aufweist, um die digitalen Lastdarstellungen zu korrigieren.

8. Wägevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Lastzelle (20), die einen monolithischen Stift (12) mit jeweils einer gekrümmten Lastfläche (60, 65) an den Enden aufweist, wobei der Radius der Krümmung einer jeden Lastfläche größer als eine Hälfte der Länge des Stiftes ist.

9. Wägevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlungseinrichtung (75, 76, 79, 80) ein erstes Paar Dehnungsmesser (75, 76) zum Erfassen von Druckspannung infolge der Lasten und ein zweites Paar (79, 80) Dehnungsmesser zum Erfassen von Zugspannungen infolge der Lasten sowie eine Einrichtung zum Verschalten der Dehnungsmesser in einer elektrischen Brückenschaltung (90) beinhaltet.

10. Wägevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine dem Stift (12) zugeordnete Einrichtung (100) zum Schaffen digitaler Darstellungen einer Last auf den Lastflächen (60, 65), eine Einrichtung (105a) zum Speichern eines mathematischen Ausdrucks zum Korrigieren der Linearität des Ausgangssignals der Wandlungseinrichtung sowie eine Einrichtung (105) zum Kombinieren der digitalen Darstellungen mit dem mathematischen Ausdruck beinhaltet, um korrigierte digitale Darstellungen zu erhalten.

11. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer ein Schwenklaststützen-Kraftaufnehmer (12) ist, und ferner dadurch, daß sie eine Einrichtung (105a) zum Speichern eines mathematischen Ausdrucks zum Korrigieren der Linearität des Ausgangssignals des Kraftaufnehmers sowie eine Einrichtung (105) zum Kombinieren der digitalen Darstellungen mit dem mathematischen Ausdruck aufweist, um korrigierte digitale Darstellungen zu schaffen.

12. Wägevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schaltungsanbringungseinrichtung (17) umfaßt, die zum Anbringen der Einrichtung für die digitale Darstellung, die Speichereinrichtung und die Kombiniereinrichtung an dem Kraftaufnehmer befestigt ist.

13. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl Lastzellen (20), wobei jede Lastzelle (20) den Kraftaufnehmer (12), die Wandlungseinrichtung (75, 76, 79, 80), die Schaltungseinrichtung (14), die Einfassungseinrichtung (15, 642, 704) und die Durchführungseinrichtung (33, 637, 701) beinhaltet, und durch eine von den Lastzellen getragene Lastaufnahmeeinrichtung (125), eine Einrichtung (127, 128), die die Lastzellen in einem Lokalbereichsnetzwerk verschaltet, eine Einrichtung (130) zum Abfragen der Lastzellen, um die digitalen Darstellungen aufzunehmen, sowie eine Einrichtung (132) zum Kombinieren der digitalen Darstellungen des Gesamtgewichts auf der Lastaufnahmeeinrichtung.

14. Wägevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnehmer Schwenklaststützen (12) sind.

15. Wägevorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (14) eine Einrichtung (105, 105a) zum Anwenden mindestens eines Korrekturfaktors auf die digitalen Darstellungen aufweist.

16. Wägevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (14) eine Einrichtung (105a) zum Speichern der digitalen Darstellungen und eine auf externe Befehle ansprechende Einrichtung (105b) zum Abgeben der gespeicherten digitalen Darstellungen aufweist.

17. Wägevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (14) der oder jeder Lastzelle eine auf externe Befehle ansprechende Einrichtung (105a) zum Speichern einer extern zugeordneten Adresse für die Lastzelle aufweist.