DE4235250C1 - Netzbetriebene elektronische Waage mit motorisch angetriebener Arretierung und/oder Gewichtsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine netzbetriebene elek­ tronische Waage mit einem Meßwertaufnehmer, mit einer Steuer- und Auswerteelektronik, mit einer Anzeige für das Wägeergebnis und mit einer motorisch angetriebenen Arre­ tiervorrichtung, die eine Beschädigung des Meßwertauf­ nehmers beim Transport der Waage verhindert. Sie bezieht sich genauso auf eine netzbetriebene elektronische Waage mit einem Meßwertaufnehmer, mit einer Steuer- und Aus­ werteelektronik, mit einer Anzeige für das Wägeergebnis und mit einer motorisch angetriebenen Gewichtsschaltung.

Waagen dieser Art mit motorisch angetriebener Arretier­ vorrichtung und/oder motorisch angetriebener Gewichts­ schaltung sind allgemein bekannt. Unter dem Begriff "Gewichtsschaltung" soll dabei sowohl eine Substitutions­ gewichtsschaltung, wie sie von Analysenwaagen her bekannt ist, als auch eine Kalibriergewichtsschaltung, die ein oder mehrere Kalibriergewicht(e) auf den Meßwertaufnehmer abzu­ senken gestattet, verstanden werden. Eine solche Waage mit Kalibriergewichtsschaltung ist z. B. in der DE-OS 38 15 626 beschrieben.

Nachteilig an den bekannten Ausführungen ist, daß beim Aus­ fall der Netzspannung bzw. beim Trennen der Verbindung zum Netz keine Arretierung bzw. keine Veränderung der Stellung der Gewichtsschaltung mehr möglich ist. Daher muß zusätz­ lich eine manuelle Betätigung und/oder ein entsprechender Warnhinweis in der Bedienungsanleitung vorhanden sein. Trotzdem ist dadurch nicht ausgeschlossen, daß der Bediener der Waage, wenn er die Waage an einen anderen Platz trans­ portieren will, einfach den Netzstecker zieht und die Waage hochhebt und wegtransportiert, so daß die Waage unarretiert und/oder in einer Stellung der Gewichtsschaltung, die nicht gegenüber den Transporterschütterungen geschützt ist, transportiert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß diese sich automatisch zum Transport arretiert bzw. die Gewichtsschaltung in eine transportgesicherte Stellung (Arretierposition) fährt.

Erfindungsgemäß wird dies für eine Waage mit Arretiervor­ richtung dadurch erreicht, daß die Arretiervorrichtung durch einen Gleichstrom-Elektromotor angetrieben wird, daß die Steuer- und Auswerteelektronik beim Wegfall der Versorgungsspannung einen Befehl zum Arretieren an den Elektromotor gibt und daß dem Elektromotor ein Konden­ sator zugeordnet ist, dessen Kapazität so bemessen ist, daß er ohne weitere Energiezufuhr den Elektromotor bis zum Ende des Arretiervorganges mit Energie versorgen kann. Für eine Waage mit Gewichtsschaltung wird dies dadurch erreicht, daß die Gewichtsschaltung durch einen Gleich­ strom-Elektromotor angetrieben wird, daß die Steuer- und Auswerteelektronik beim Wegfall der Versorgungsspannung dem Gewichtsschaltungsmotor den Befehl gibt, die Gewichts­ schaltung in die Arretierposition zu fahren, und daß dem Elektromotor ein Kondensator zugeordnet ist, dessen Kapazi­ tät so bemessen ist, daß er ohne weitere Energiezufuhr den Elektromotor bis zum Erreichen der Arretierposition mit Energie versorgen kann.

Enthält eine Waage sowohl eine motorisch angetriebene Arretiervorrichtung als auch eine motorisch angetriebene Gewichtsschaltung, so können beide erfindungsgemäßen Maß­ nahmen getrennt voneinander eingesetzt werden, es kann jedoch auch in einer vorteilhaften Weiterbildung ein ge­ meinsamer Gleichstrom-Elektromotor benutzt werden.

Um auch im Fall einer nur kurzzeitigen Spannungsversorgung der Waage ein Liegenbleiben im entarretierten Zustand zu vermeiden, ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestal­ tung vorgesehen, daß der Motor zum Entarretieren bzw. zum Verstellen der Gewichtsschaltung aus der Arretierposition heraus erst dann freigegeben wird, wenn der Kondensator genügend weit aufgeladen ist. Dies kann in einer einfache­ ren Ausführung durch ein entsprechend bemessenes Verzöge­ rungsglied erfolgen, in einer vornehmeren Ausführung durch eine entsprechend aufgebaute Überwachungselektronik.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine oberschalige Waage mit Gewichtsschaltung,

Fig. 2 eine dazugehörige elektronische Schaltung,

Fig. 3 eine Analysenwaage oder Mikrowaage mit Arre­ tierung im Schnitt und

Fig. 4 eine Analysenwaage oder Mikrowaage mit Gewichts­ schaltung.

Die elektronische Waage in Fig. 1 besteht aus einem ge­ häusefesten Systemträger 1, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Der Lastaufnehmer 2 trägt in seinem oberen Teil die Lastschale 3 zur Aufnahme des Wägegutes und überträgt die der Masse des Wägegutes ent­ sprechende Kraft über ein Koppelelement 9 auf den Lastarm des Übersetzungshebels 7. Der Übersetzungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Systemträger 1 gelagert. Am Kom­ pensationsarm des Übersetzungshebels 7 ist ein Spulenkörper mit einer Spule 11 befestigt. Die Spule 11 befindet sich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems 10 und erzeugt die Kompensationskraft. Die Größe des Kompensationsstromes durch die Spule 11 wird dabei in bekannter Weise durch den Lagensensor 16 und den Regelverstärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Wägegutes und der elektromagnetisch erzeugten Kompensationskraft herrscht. Der Kompensationsstrom erzeugt am Meßwiderstand 15 eine Meßspannung, die einem Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 übernommen und in der Anzeige 19 digital angezeigt. Weiter ist ein Temperatursensor 26 vorhanden, der die Temperatur des Meßwertaufnehmers in ein digitales Signal umformt und über die Leitung 31 der digi­ talen Signalverarbeitungseinheit 18 zuführt. Die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 kann dadurch Temperaturfehler des Meßwertaufnehmers korrigieren.

Der Lastarm des Übersetzungshebels 7 ist über den Befesti­ gungspunkt des Koppelelementes 9 hinaus verlängert und läuft in einem nach unten abgekröpften Teil 22 aus. Am Teil 22 sind drei senkrecht stehende Zentrierstifte be­ festigt, von denen in Fig. 1 nur die beiden Zentrierstifte 24 und 25 zu erkennen sind. Diese Zentrierstifte tragen das Kalibriergewicht 13. Das Kalibriergewicht weist eine von unten kommende Bohrung 29 auf, die in einer kegeligen Fläche 23 ausläuft. Diese Bohrung geht genau durch den Schwerpunkt des Kalibriergewichtes, so daß die kegelige Fläche senkrecht über dem Schwerpunkt des Kalibrierge­ wichtes liegt.

Weiter ist in Fig. 1 eine Hubvorrichtung für das Kalibrier­ gewicht angedeutet, die aus einem Stachel 20 besteht, der in einer gehäusefesten Hülse 21 in senkrechter Richtung beweglich geführt wird. Die Vorrichtung zum Bewegen des Stachels ist nur durch einen Exzenter 28 und einen Elektro­ motor 41 angedeutet. Der Stachel 20 reicht durch ein Loch 27 im Teil 22 bis in die Bohrung 29 im Kalibriergewicht 13. In der gezeichneten Stellung, in der das Kalibriergewicht auf den Zentrierstiften und damit auf dem Übersetzungs­ hebel 7/12/22 aufliegt, endet der Stachel 20 mit seiner kegelförmigen Spitze dicht unterhalb der kegeligen Fläche 23. Wird nun der Stachel durch den Exzenter 28 angehoben, so kommt er mit der kegeligen Fläche 23 in Kontakt, hebt das Kalibriergewicht 13 vom Übersetzungshebel ab und drückt es gegen gehäusefeste Anschläge 39. Dies ist die Normal­ stellung des Kalibriergewichtes (Wägestellung und Arretier­ stellung), während die in Fig. 1 gezeichnete abgesenkte Stellung nur für den Kalibriervorgang eingenommen wird. Der Schwerpunkt des Kalibriergewichtes 13 läßt sich durch die Schraube 38 geringfügig verschieben, wodurch ein Fein­ abgleich erreicht werden kann.

Nach dem Betätigen einer nicht dargestellten Kalibriertaste aktiviert die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 über die Leitung 36 die Kalibriersteuerung 40. Diese Kalibrier­ steuerung 40 startet den Elektromotor 41, und die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 wartet nach dem Aufsetzen des Kalibriergewichtes 13 auf den Übersetzungshebel 7/12/22 die Beruhigung des Meßwertes von der Waage (Stillstand) ab, übernimmt den Wert, berechnet und speichert den neuen Kali­ brierfaktor und läßt über die Kalibriersteuerung 40 den Motor das Kalibriergewicht wieder in die Wägestellung an­ heben.

Die bisher beschriebenen Teile der Waage sind als Stand der Technik bekannt und deshalb in ihrem Aufbau und ihrer Funk­ tion nur ganz kurz beschrieben.

Weiter weist die Kalibriersteuerung 40 einen Kondensator 30 als Energiespeicher auf. Dieser Kondensator 30 wird immer aufgeladen gehalten. Solange die Versorgungsspannung un­ unterbrochen zur Verfügung steht, tritt dieser Kondensator nicht in Funktion. Nur in dem Fall, daß die Versorgungs­ spannung in der Waage ausfällt - was z. B. auch beim Ziehen des Netzsteckers der Fall ist - und wenn sich in diesem Augenblick die Kalibriergewichtsschaltung gerade in der Kalibrierstellung oder in einem Übergangszustand befindet, nur in diesem Fall tritt der Kondensator 30 in Funktion und liefert die notwendige Energie, um den Motor 41 (einen Gleichstrom-Elektromotor) wieder in die Wäge- und Arretier­ stellung zu fahren. Den Befehl zu dieser Operation erhält die Kalibriersteuerung 40 durch die Spannungsüberwachungs­ schaltung innerhalb des Mikroprozessors 18 oder durch eine gesonderte Spannungsüberwachungsschaltung.

In Fig. 2 ist eine beispielhafte Ausführung der Schal­ tung 40 zum Ansteuern des Motors 41 dargestellt. Der Kondensator 30, der z. B. eine Kapazität von 1 F haben kann, wird durch die Diode D1 aufgeladen, wobei der Innen­ widerstand der Versorgungsspannung den Ladestrom begrenzt. Erreicht die Spannung am Kondensator 30 die Schwellspannung der Zenerdiode ZPD 3,6, so wird der Transistor T1 leitend und der eine Eingang 50 des Tors IC1.1 wird auf H-Pegel gelegt. Damit kann der Mikroprozessor 18 über die Leitung 36 und den Transistor T5 das Tor IC1.1 durchschalten und über die Diode D2, die Widerstände R4 und R6 und den Tran­ sistor T2 den Gleichstrommotor 41 ansteuern. Der Wider­ stand R5 dient dabei zur Strombegrenzung für den Motor 41. Der gestrichelt umrandete Schaltungsteil 55 ist also eine Überwachungsschaltung, die erst beim Erreichen einer Min­ destspannung am Kondensator 30 dem Mikroprozessor 18 er­ laubt, den Motor 41 anzusteuern. Damit wird erreicht, daß nach dem Einschalten der Versorgungsspannung der Motor 41 erst dann anlaufen kann, wenn die im Kondensator 30 ge­ speicherte Energie ausreicht, den Motor 41 wieder in seine Ausgangsstellung zurücklaufen zu lassen.

Der Motor senkt nun - wie anhand von Fig. 1 beschrieben - das Kalibriergewicht 13 auf den Hebel 7/12/22 zur Kali­ brierung ab. Das Erreichen der Kalibrierstellung wird dem Mikroprozessor 18 durch das Öffnen des Schalters S2 über die Leitung 51 gemeldet. Der Mikroprozessor 18 stoppt daraufhin über die Leitung 36 den Motor 41. Der Transi­ stor T3 wirkt dabei als Kurzschlußbremse. Ein geringer Nachlauf des Motors 41 stört dabei nicht, da sich der Ex­ zenter 28 in seinem flachen Minimum befindet. - Nach Stillstand der Waage und Übernahme des Kalibrierergeb­ nisses in den Mikroprozessor 18 startet der Mikropro­ zessor 18 den Motor 41 wieder und der Motor 41 läuft weiter bis zum Erreichen der Wägestellung, die durch das Öffnen des Schalters S1 über die Leitung 52 dem Mikro­ prozessor gemeldet wird. Der Mikroprozessor stoppt dann den Motor 41.

Fällt nun die Versorgungsspannung aus, so fällt der Ein­ gang 53 des Tors IC1.4 auf L-Pegel. Ist dabei der Schal­ ter S1 offen - die Kalibriergewichtsschaltung also in ihrer Wägestellung, die in diesem Fall gleich der Arretierstel­ lung ist -, so passiert nichts. Ist der Schalter S1 aber geschlossen - läuft der Motor 41 also oder befindet er sich in der Kalibrierstellung -, so ist auch der Eingang 54 des Tores IC1.3 auf L-Pegel und das Tor IC1.2 steuert durch und versorgt über D3 und R4, R6 und T2 den Motor 41 (weiterhin) mit Strom. Der Motor 41 läuft also weiter bzw. startet neu und bleibt erst stehen, wenn der Schalter S1 öffnet. Die Tore IC1.1 bis IC1.4 erhalten ihre Betriebsspannung VO direkt vom Kondensator 30, zudem sind es Typen, die auch mit geringer Betriebsspannung arbeiten, so daß ihre Funk­ tion auch bei sich entladendem Kondensator 30 so lange gewährleistet ist, bis die Endstellung des Motors 41 erreicht ist.

Wird die Waage nicht durch einen Mikroprozessor gesteuert, so kann die Ansteuerung des Motors 41 selbstverständlich auch durch andere Schaltungen realisiert werden. Beispiels­ weise kann dies durch Relais erfolgen, die so geschaltet sind, daß beim Zurückfallen aller Relais in die Ruhestel­ lung der Motor 41 so lange Strom aus dem Kondensator 30 erhält, bis die Wäge- und Arretierstellung erreicht ist.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der elektro­ nischen Waage gezeigt. Es handelt sich hierbei um eine unterschalige Analysen- oder Mikrowaage mit motorischer Arretierung. Die Waage besteht aus einem Gehäuse 61, das einen Wägeraum 62, einen Raum 63 für den Meßwertaufnehmer und einen Raum für die Elektronik 64 umschließt. Der Meß­ wertaufnehmer arbeitet wieder nach dem Prinzip der elektro­ magnetischen Kraftkompensation. Er besteht aus einem Balken 65, der auf einem gehäusefesten Bock 66 mittels eines Federgelenkes 67 drehbar gelagert ist. Am kürzeren Hebel­ arm des Balkens 65 hängt ein bewegliches Zwischenstück 60, das im unteren Bereich 68 den Waagschalenbügel 69 und die eigentliche Waagschale 70 trägt. Am längeren Hebelarm des Balkens 65 ist die Spule 71 befestigt, die sich im Feld des Permanentmagnetsystems 72 befindet. Von der Elektronik 64 ist nur die Ansteuerschaltung 73 für die Arretierung und der zugeordnete Kondensator 74 angedeutet. Weiter erkennt man die Anzeige 75 für das Wägeresultat.

Für den Transport weist die Waage gemäß Fig. 3 nun eine Arretiervorrichtung auf, die aus zwei Hebeln 76 und 77 zur Fixierung des Balkens 65 sowie aus zwei Drückstücken 78 und 79 zur Fixierung des beweglichen Zwischenstückes 60 be­ steht. Die Arretierhebel 76 und 77 sind auf der einen Seite an Festpunkten 80 und 81 des Gehäuses 61 gelagert und werden beim Arretieren am anderen Ende von Exzentern 82 und 83 gegen den Balken 65 gepreßt und fixieren ihn. Die Ex­ zenter werden durch einen nicht dargestellten Gleichstrom- Elektromotor angetrieben und von der Ansteuerschaltung 73 angesteuert. Diese Ansteuerschaltung 73 funktioniert ge­ nauso wie bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben und steuert selbsttätig die Arretierschaltung an, falls die Versorgungsspannung der Waage unterbrochen wird. In gleicher Weise wird auch das bewegliche Zwischen­ stück 60 mittels der Druckstücke 78 und 79, der zugehörigen Exzenter 84 und 85 und eines nicht dargestellten Gleich­ strom-Elektromotors für den Transport fixiert.

In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform der elektro­ nischen Waage mit einer Substitutionsgewichtsschaltung gezeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 3 sind mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet und nicht nochmal erläutert. Die Substitutionsgewichtsschaltung besteht aus einem Gewichtsträger 90, der am beweglichen Zwischenstück 91 befestigt ist und der mehrere Gewichtsstücke 92 trägt, von denen in Fig. 4 nur zwei beispielhaft dargestellt sind. Die Gewichtsstücke 92 können durch Haken 93, die bei 94 gehäusefest gelagert sind, vom Gewichtsträger 90 abgehoben und in dieser abgehobenen Stellung fixiert werden. Die Transportstellung ist diejenige Stellung, in der alle Ge­ wichtsstücke abgehoben sind. In Fig. 4 sind alle Gewichts­ stücke abgesenkt und liegen auf dem Gewichtsträger 90 auf. Dies ist die Null-Stellung. Die Haken 93 werden durch Ex­ zenter 95 bewegt. Die Exzenter 95 wiederum werden durch nicht dargestellte Gleichstrom-Elektromotoren angetrieben. Die Steuerung der Gleichstrom-Elektromotoren erfolgt durch eine Ansteuerelektronik 96, die je nach Last auf der Waag­ schale 70 mehr oder weniger Gewichtsstücke 92 auf den Gewichtsträger 90 ablegt bzw. von ihm abhebt, bis in etwa Gleichgewicht am Balken 65 herrscht und die verbleibende Gewichtsdifferenz von der Spule der elektromagnetischen Kraftkompensation kompensiert werden kann. Bei Ausfall der Versorgungsspannung steuert die Ansteuerelektronik 96 die Gleichstrom-Elektromotoren wieder so an, daß die Gewichte alle abgehoben werden (= Transportstellung) und entnimmt die dazu notwendige Energie dem Kondensator 74.

Alle mechanischen Teile sind in den Figuren nur ganz schematisch dargestellt, da sie nur Hilfsmittel für den eigentlichen Erfindungsgedanken sind. Jeder Fachmann kann daraus leicht eine durchkonstruierte Lösung ableiten.

Bei einer Waage mit Arretiervorrichtung und Gewichts­ schaltung können selbstverständlich getrennte Gleich­ strom-Elektromotoren für die Arretiervorrichtung und für die Gewichtsschaltung vorgesehen sein. Für jeden Motor kann dabei ein gesonderter Kondensator zur Energiespeicherung vorgesehen sein; beide Motoren können jedoch auch aus einem einzigen Kondensator mit Energie versorgt werden. Es ist jedoch auch möglich, einen einzigen Gleichstrom-Elektro­ motor für beide Funktionen zu benutzen und mittels zu­ sätzlicher Kupplungen entweder die Arretiervorrichtung oder die Gewichtsschaltung oder beide anzutreiben.

Claims (5)

1. Netzbetriebene elektronische Waage mit einem Meßwert­ aufnehmer, mit einer Steuer- und Auswerteelektronik, mit einer Anzeige für das Wägeergebnis und mit einer motorisch angetriebenen Arretiervorrichtung, die eine Beschädigung des Meßwertaufnehmers beim Transport der Waage verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß die Arre­ tiervorrichtung (76, 77, 78, 79, 82, 83, 84, 85) durch einen Gleichstrom-Elektromotor angetrieben wird, daß die Steuer- und Auswerteelektronik (73) beim Wegfall der Versorgungsspannung einen Befehl zum Arretieren an den Elektromotor gibt und daß dem Elektromotor ein Konden­ sator (74) zugeordnet ist, dessen Kapazität so bemessen ist, daß er ohne weitere Energiezufuhr den Elektro­ motor bis zum Ende des Arretiervorganges mit Energie versorgen kann.

2. Netzbetriebene elektronische Waage mit einem Meßwert­ aufnehmer, mit einer Steuer- und Auswerteelektronik, mit einer Anzeige für das Wägeergebnis und mit einer motorisch angetriebenen Gewichtsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsschaltung durch einen Gleichstrom-Elektromotor (41) angetrieben wird, daß die Steuer- und Auswerteelektronik (18, 40, 96) beim Wegfall der Versorgungsspannung dem Gleichstrom-Elektromotor (41) den Befehl gibt, die Gewichtsschaltung in die Arretier­ position zu fahren, und daß dem Elektromotor (41) ein Kondensator (30, 74) zugeordnet ist, dessen Kapazität so bemessen ist, daß er ohne weitere Energiezufuhr den Gleichstrom-Elektromotor (41) bis zum Erreichen der Arretier­ position mit Energie versorgen kann.

3. Netzbetriebene elektronische Waage nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Gleichstrom-Elektromotor sowohl die Arretiervorrich­ tung als auch die Gewichtsschaltung antreibt.

4. Netzbetriebene elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ sätzlich eine Überwachungselektronik (55) vorhanden ist, die den Ladezustand des Kondensators (30,74) überwacht und die nach dem Einschalten der Versorgungsspannung den bzw. die Gleichstrom-Elektromotor(en) (41) erst dann freigibt, wenn soviel Energie im Kondensator (30,74) gespeichert ist, daß auch bei einem Ausfall der Versor­ gungsspannung die Arretierposition wieder erreicht werden kann.

5. Netzbetriebene elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ sätzlich ein Zeitverzögerungsglied vorhanden ist, das nach dem Einschalten der Versorgungsspannung den bzw. die Gleichstrom-Elektromotor(en) (41) erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne freigibt.