DE7812721U1

DE7812721U1 - Elektromagnetisch kraftkompensierende waage

Info

Publication number: DE7812721U1
Application number: DE19787812721U
Authority: DE
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-04-26
Publication date: 1978-08-17
Also published as: JPS53158268U; US4170269A; GB1542003A; FR2391458A1; DE2818368A1; CA1083615A; FR2391458B3; CH612756A5

Description

' Patentanwälte

Dipl.-lng. A. WEDDE
Dipl.-Ing. K. EMPL

München 80, Schumannstr. 2

26. April 1978 Akte: Gm 23 522

Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)

Elektromagnetisch kraftkompensierende Waage

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch kraftkompensierende Waage, mit einem Lastaufnehmer und mit einer mit diesem starr gekoppelten, im Luftspalt eines Permanentmagnet sy stems angeordneten, an einem Spulenträger befestigten Spule, die von einem lastabhängigen Kompensationsstrom durchflossen wird.

Eine solche Waage wurde beispielsweise aus der schweizerischen Patentschrift 586 897 bekannt. Diese zeigt den heute weitverbreiteten Typ der oberschaligen Waage mit parallel geführtem Lastaufnehmer. An diesem Waagentyp wird eine grundsätzliche Schwäche vieler Waagen <nit elektromagnetischer tfraftkompensation besonders deutlich: Sowohl die

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Wägelast (einschliesslich einer eventuellen Tara) als auch das Eigengewicht des Lastaufnehmers (die Totlast) werden vom die Spule durchfliessenden Strom kompensiert. Der von den Lenkern der Parallelführung getragene Anteil ist so gering, dass er praktisch nicht ins Gewicht fällt. Es ist nun aber andererseits erwünscht, den Stromverbrauch und damit die Wärmeleistung im Magnetluftspalt möglichst klein zu halten, um die Wärmedrift der Waage gering zu halten.

Dementsprechend ging die Erfindung von der Aufgabe aus, ein besseres Verhältnis von Wärmeentwicklung im Luftspalt zu Nutzlast der Waage zu erreichen. Sie löst diese Aufgabe dadurch, dass bei einer Waage der eingangs genannten Art am Lastaufnehmer im Bereich des Permanentmagnetfeldes wenigstens ein ferromagnetisches Bauteil zum wenigstens angenäherten Ausgleich einer Vorlast befestigt ist. Sie macht sich also das Streufeld des Permanentmagneten zunutze.

Grundsätzlich sind dabei verschiedene Stellen am Lastaufnehmer zum Anbringen des ferromagnetisehen Bauteils denkbar. Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der es am Spulenträger befestigt ist.

Zum Erzielen einer gleichmässigen magnetischen Kraftwirkung (ohne Dreh- oder Biegemomente) ist es zweckmässig, eine Mehrzahl von rotationssymmetrisch angeordneten ferromagnetischen Bauteilen vorzusehen.

Bei der Auswahl der Werkstoffe ist vorzugsweise darauf zu achten, dass das ferromagnetische Bauteil und das Permanent-

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magnetsystem wenigstens angenähert sich kompensierende Temperaturkoeffizienten des magnetischen Verhaltens aufweisen. Damit wird eine gleichbleibende, von Temperaturschwankungen des Systems weitgehend unabhängige Vorlastkompensation möglich.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der nicht massstäblichen Zeichnung sind

Figur 1 eine blockschematische Darstellung der ganzen Waage, und

Figur 2 eine Ansicht von unten.

Figur 1 zeigt eine übliche Waage der eingangs erwähnten Gattung. Ein Lastaufnehmer, bestehend im wesentlichen aus einem Rohr 10 und einer Waagschale 12, ist mittels zweier Lenker 14 im Waagengestell 16 parallel geführt. Das Rohr 10 durchsetzt mit Spiel einen zentralen Kanal 18 in einem zylindrischen Eisenkern 20. Dieser ist befestigt an einer oberen runden Abschlussplatte 22 aus ferromagnetischem Material. Konzentrisch zum Kern 20 ist ein Ring-Permanentmagnet 24 angeordnet, oben mit. der Platte 22 und unten mit einer Polschuh-Platte 26 verbunden. Ein ringförmiger Fuss 28 bildet die Halterung des Magnetsystems im Waagengestell 16. In den ringförmigen Luftspalt 30 zwischen dem Kern 20 und dem Polschuh 26 taucht eine Kompensationsspule 32. Sie ist auf einen Träger 34 aus elektrisch isolierendem Material gewickelt, der fest mit dem Lastaufnehmer (Rohr 10) verbunden ist.

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Zwischen den beiden Lenkern 14 ist auf der diesen gegenüberliegenden Seite am Rohr 10 eine Kondensatorplatte 36 befestigt. Sie befindet sich im Spalt zwischen zwei ortsfest im Viaagengestell 16 angeordneten weiteren Kondensatorplatten 38 und bildet mit diesen einen Dif fe-rentialkondensatqr.

Weitere konventionelle mechanische Details wie Gehäuse, Uegbegrenzer (Anschläge) etc. werden der Uebersichtlichkeit halber nicht gezeigt.

Der elektrische Teil der Waage, hier nur andeutungsweise dargestellt, umfasst ausser der Spule 32 und dem Differentialkondensator 36, 38, 38 noch

- eine über Leitungen 40 mit den Kondensatorplatten 38 verbundene Abtast- oder Geberschaltung 42,

- eine Kompensationsschaltung 44, welche einen Regelverstärker, eine Stromquelle und eine Auswerteschaltun- umfasst und von welcher die Spule 32 über Leitungen 46, 46' gespeist wird, und

- eine Anzeige 48.

Die dargestellte Waage arbeitet bekanntlich wie folgt: Eine Auslenkung aus der Null- oder Sollposition (diese ist durch gleiche Abstände der Kondensatorplatte 36 zu den beiden Platten 38 definiert) erzeugt in der Geberschaltung 42, meist einer Brückenschaltung, ein Differenz- oder Fehlersignal. Dieses bestimmt im Regelteil der Schaltung 44 die Grosse eines Kompensafcionsstroms durch die Spule 32. Die

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elektromagnetische Kraftwirkung des Spulenstroms im Magnetfeld des Luftspalts 30 bewirkt im eingeschwungersn
Zustand einen Ausgleich der Gev/ichtswirkung des Wägegutes auf der Waagschale 12 (einschliesslich gegebenenfalls einer Tara), und die Waage wird wieder in die Sollposition zurückgeführt. Die Grosse des hierfür notwendigen Kompensationsstroms wird im Auswerteteil in einen digitalen Gewichtswtrt verwandelt und in der Anzeige 48 dargestellt.

Am Spulenträger 34 sind gemäss der Erfindung symmetrisch zur Achse des Lastaufnehmers 10 vier Eisenstücke 50 mit
Schrauben 52 befestigt. Sie sind aus Material hergestellt, dessen Temperaturkoeffizient des magnetischen Verhaltens dem des Permanentmagnetsystems 20 bis 26 entspricht, und kompensieren die Totlast der Waage.

Die bereits oben erwähnten Wegbegrenzer (Einschläge) sind ßo eingestellt, dass eine Berührung zwischen den Eisen-Etücken 50 und der Polschuhplatte 26 nicht möglich ist, ein "Kleben" also nicht eintreten kann. -

Durch die magnetische Vorlastkompensation lässt sich bei gleicher Nutzlast der Stromverbrauch verringern bzw. bei gleichem Stromverbrauch die Nutzlast erhöhen. Dies fällt insbesondere ins Gewicht bei Xiaagen mit im Verhältnis zur Nutzlast grossem Eigengewicht von Lastaufnehmer, Spule und sonstigen beweglichen Teilen. Auch auf die digitale Auswertung zur Ermittlung des Wägeresultates wirkt sich die Elimitierung der Totlast vorteilhaft aus, beispielsweise

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durch Verringerung desjenigen Anteils des Bruttoresultates, der "wegtariert" werden muss.

Die Erfindung wurde zwar anhand oberschaliger Waagen ohne Balken beschrieben, es sind aber auch bei Waagen mit Waagbalken oder Üebersetzungshebeln Fälle denkbar, bei denen sie nutzbringend angewendet werden kann. Voraussetzung ist stets lediglich eine praktisch gleichbleibende Gleichgewichtslage (Einspiellage), um Aenderungen der die Vorlast kompensierenden (abstan-isabhängigen) Magnetkraft zu vermeiden.

Prinzipiell können statt der Eisenstücke (50) auch Permanentmagnete verwendet werden. Die jeweilige Anordnung hängt von der Konstruktion der Waage (z.B. mit oder ohne Hebel; Kompensationsspule am unteren oder oberen Ende des Topfmagnetsystems) und der daraus resultierenden erwünschten Kraftrichtung ab.

Zweckmässigerweise sind die ferromagnetischen Bauteile so dimensioniert, dass sie die Totlast nur zu etwa 90 bis 95 % kompensieren, wobei der Rest mittels der regelmässig vorhandenen Tarierung oder aber Nullpunktskorrektur elektromagnetisch kompensiert wird.

Claims

Schutzansprüche

1. Elektromagnetisch kraftkompensierende Waage, mit einem Lastaufnehmer und mit einer mit diesem starr gekoppelten, im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems angeordneten, an einem Spulenträger befestigten Spule, die von einem lastabhängigen Kompensationsstrom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Lastaufnehmer (10) im Bereich des Permanentmagnetfeldes wenigstens ein ferromagnetisches Bauteil (50) zum wenigstens angenäherten Ausgleich einer Vorlast befestigt ist.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Bauteil (50) am Spulenträger (34) befestigt i&t.

3. Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl rotationssymmetrisch angeordneter ferromagnetischer Bauteile (50) vorgesehen ist.

4. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Bauteil und das Permanentmagnetsystem wenigstens angenähert sich kompensierende Temperaturkoeffizienten des magnetischen Verhaltens aufweisen.

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