DE8007390U1 - Elektrische waage - Google Patents
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Description
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Patentanwälte" <\ .". .". '"
Dipl.-lng.A.WEDpX'1 1I, j .j ·:"::'J
Dipl.-lng. K. EMPU
Dipl.-lng. K. EMPU
München 80, Schumannstr. 2
18. März 1980 Akte: Gm 23 844
Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)
Die Erfindung betrifft eine elektrische Waage, umfassend ein Permanentmagnetsystem und eine in dessen Magnetfeld
angeordnete stromdurchflossene Spule zur Lastkompensation, einen im Waagengehäuse gelagerten Waagbalken,
wobei die Spule am Waagbalken befestigt ist, und einen mit dem Waagbalken verbundenen Positionsgeber.
Eine solche Waage ist bekannt geworden aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 64 307. Bei dieser bekann
ten Waage ist die Spule in Rechteckform gewickelt und
am Ende des Waagbalkens montiert. Sie ist dabei so angeordnet, dass die Spulenebene vertikal und dabei parallel
zur Balkenlängsachse verläuft. Die Spule taucht in einen Luftspalt zwischen den Polpaaren zweier Hufeisenmagnete,
deren Feldlinien im wesentlichen quer zu Balkenlängsachse verlaufen.
Die bekannte Anordnung benötigt verhältnismässig viel Platz, ausserdem ist das Wickeln der Spule (Viereckform!)
unbefriedigend. Auch sind Hufeisenmagnete relativ teuer. Vor allem aber ist das Wärmeverhalten der
bekannten Waage nachteilig: Die Erwärmung der Spule unter Last führt zur Ausdehnung im wesentlichen in
Richtung der Balkenlängsachse und damit zu einer Verschiebung des Zentrums des Angriffs der elektromagnetischen
Kompensationskraft, also zu einem Hebelfehler.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Verbesserung einer Waage der eingangs genannten Art im Hinblick auf
die Ausschaltung des erwähnten Hebelfehlers aus der Spulenerwärmung, ferner auf geringeren Raumbedarf und
wirtschaftlichere Herstellung.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Spulenebene senkrecht zur Längsachse des Waagbalkens angeordnet ist und die zur Krafterzeugung ausgenützten
Feldlinien des Permanentmagnetsystems parallel zur Längsachse des Waagbalkens verlaufen. Die An-Ordnung
der Spule in Querrichtung bedeutet, dass Wärmedehnungen im wesentlichen auch nur in Querrichtung
stattfinden und damit ohne Einfluss auf den Abstand zum Balkendrehpunkt bleiben.
Dieses Grundkonzept kann eine Reihe besonders vorteilhafter Ausgestaltungen erfahren. So ist vorzugsweise
die Spule als Ringspule auf einen nahe einem Ende des Waagbalkens auf diesen aufgesetzten Spulenträger etwa
konzentrisch zur Längsachse des Waagbalkens gewickelt, wobei die Ausbildung der Spule als Ringspule eine besonders
rationelle Herstellung gestattet und eine gleichmässigere Ausnützung der Spule bewirkt.
Zweckmässigerweise umfasst das Permanentmagnetsystem
einen scheibenförmigen Magnetkern mit zwei Bereichen, wobei ein Bereich gegensinnig zum anderen Bereich magnetisiert
ist. Scheiben-Magnete sind wesentlich billiger als Hufeisenmagnete, ferner benötigen sie bedeutend
weniger Platz. Dabei kann das Permanentmagnetsystem einen C-förmigen Eisenblechteil umfassen, in welches der
Magnetkern eingeklebt ist, und ein das Permanentmagnetsystem abschliessendes Eisendeckblech vorgesehen sein,
dessen Abstand zum C-Formteil zur Justierung des Magnetfeldes einstellbar ist. Die Justiermöglichkeit des
Deckbleches erlaubt eine beispielsweise bei der Werksmontage vorzunehmende Grobjustierung der Empfindlichkeit
der Waage. Die Feinjustierung kann dann in bekannter Weise mittels eines Drehpotentiometers bei der Inbetriebnahme
der Waage geschehen.
Besonders raumsparend ist eine Ausführungsform, bei der
der Positionsgeber eine am Waagbalken befestigte Fahne umfasst, welche durch eine zentrale Bohrung im Permanentmagnetsystem
reicht und hinter diesem in einen Lagesensor eintaucht, welcher kapazitiv, induktiv oder
fotoelektrisch arbeiten mag.
Weitere Massnahmen zur optimalen Raumausnützung und zur
Rationalisierung der Montage sind möglich, so z.B. die Befestigung des Permanentmagnetsystems an der Rückwand
des Waagengehäuses und/oder die Schwenklagerung des Waagbalkens an einer Rippe des Waagengehäuses mit wenigstens
einem Biegelager.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der nicht massstäblichen Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen sind
Figur 1 ein Längsschnitt durch die Waage entlang der Linie 1 - 1 in Figur 2,
Figur 2 eine Draufsicht auf die Waage (ohne Abdeckung) ,
Figur 3 a und b eine Darstellung des Permanentmagneten, und
Figur 4 ein Teilschnitt entlang der Linie 4 - 4 in Figur 1.
Als Beispiel wurde eine obenschalige Waage mit parallelgeführtem
Lastaufnehmer gewählt. Dabei wurde auf die Darstellung des elektrischen Teils verzichtet (Stromversorgung,
Regelung, Auswertung etc. einschliesslich der Digitalanzeige), da diese Bestandteile konventionell
und für das Verständnis der Erfindung entbehrlich sind. Die Waage wurde ferner ohne Deckel und Waagschale
gezeichnet.
Ein Waagengehäuse 10 aus Druckguss umfasst in üblicher
Weise einen Boden 12, Seitenwände 14 und eine Rückwand 16. Ferner ist eine von oben gesehen etwa U-förmige
Rippe 18 an den Boden 12 angegossen; die Rückwand 16 verfügt, symmetrisch zur Mittellinie, über ein Paar Lagerböcke
20 mit je einer oberen und unteren Auflagefläche 22.
An den Auflageflächen 22 sind Biegelager 24 befestigt
(Schrauben 26), welche andererseits mit dem gehäuseseitigen Ende je eines unteren bzw. oberen T-Lenkers 28
aus Leichtmetall verschraubt sind. Die beiden Lenker 28 bilden eine Parallelführung des Lastaufnehmers. Dieser
besteht aus einem Koppelglied 30 und einer Waagschale (nicht gezeigt), welche zentrisch auf einen am Koppelglied
30 befestigten Kegelzapfen 32 aufsetzbar ist. Die
T-Lenker 28 sind mit ihrem Steg über je ein weiteres Biegelager 24 (Schrauben 26) am oberen (33) bzw. unteren
(34) Quersteg des rahmenförmig ausgebildeten Koppelgliedes 30 befestigt.
Vom Koppelglied 30 wird die Last auf einen zweiarmigen Hebel 36 übertragen. Zwei Stehlager 38 verbinden ihn
mit der Rippe 18 des Gehäusebodens (Schrauben 40) und definieren seine Schwenkachse. Zwischen einem Ansatz 42
des Hebels 36 und einem Quersteg 44 des Koppelgliedes 30 stellt ein Biegelager 46 (Schrauben 48) die Verbindung
her. Der Hebel 36 umfasst einen durch eine Rippe 50 versteiften Rahmen, an den sich am freien Ende ein
länglicher Dorn 52 anschliesst. Etwa in der Mitte zwischen dem Ende des Dorns 52 und dem Rahmen ist ortsfest
eine runde Spule 54 montiert: Sie umfasst ausser einem Nabenteil 56 zwei Mantelscheiben aus Leichtmetall, zwischen
denen der Spulendraht aufgewickelt ist.
Der Dorn 52 ragt mit Spiel durch eine zentrale Oeffnung 58 des Permanentmagnetsystems und mündet an seinem Ende
in eine Fahne 60, welche, zusammen mit einem ortsfesten fotoelektrischen Geber (Sender 62, Empfänger 64) einen
Positionsdetektor bildet, dessen Signale in bekannter Weise die Grosse des Stroms durch die Kompensationsspule
54 steuern.
Das über Augen 66 (Schrauben 68) direkt an der Gehäuserückwand 16 befestigte Permanentmagnetsystem umfasst
ein in Form einer offenen rechteckigen Schachtel geformtes Eisenblech 70, dessen vier Ecken unter Bildung
je einer Ventilationsöffnung 72 ausgeschnitten sind.
Zentrisch zur Bohrung 58 ist ein Permanentmagnet 74 eingeklebt, auf dessen freier Stirnseite je ein oberes
und unteres Eisenblech 76 aufgeklebt ist. Den Abschluss des Permanentmagnetsystems bildet ein als Joch dienendes
Eisenblech 78 mit einem nahe dem Zentrum beginnenden, nach unten offenen Schlitz 80. Der Zwischenraum
zwischen Joch 78 und Permanentmagnet 74, 76 ist der Luftspalt, in welchem die Kompensationsspule 54 untergebracht
ist.
Figur 3 zeigt etwas vergrössert den Permanentmagneten 74, wobei Pfeile den Verlauf der magnetischen Feldlinien
andeuten: Der Magnet 74 ist so magnetisiert, dass die Feldlinien in der oberen Hälfte entgegengesetzt zu
denen der unteren Hälfte verlaufen. Dieser Wechsel im Verlauf der Feldlinien bewirkt zusammen mit der Wickelrichtung
des Drahtes in der Kompensationsspule 54, dass der Spulenstrom im ganzen Luftspalt stets eine nach unten
gerichtete Kraft erzeugt. Die als Polschuhe wirkenden halbmondförmigen Bleche 76 verursachen eine gewisse
Vergleichmässigung des Verlaufs der magnetischen Feldlinien im Luftspalt.
In Figur 4 ist ein weiteres Detail dargestellt. Am oberen Flansch des Bleches 70 ist auf der Innenseite ein
Blechstreifen 81 vorgesehen, der von einer Schraube 82 gehalten wird. In der Höhe der Schmalseite des Blechstreifens
81 durchsetzt eine Schraube 84 ein Gewindeloch im Deckel 78. Ein Hineindrehen der Schraube 84 bewirkt
ein Verschwenken des Streifens 81 um die Achse der Halteschraube 82, sodass der Deckel 78 oben parallel
vom Blechprofil 70 abgedrückt wird; es resultiert ein Luftspalt 86, der sich auf beiden Seiten konisch
von oben nach unten verjüngt. Die Schraube 84 ist mit einer Kontermutter 88 in jeder Stellung fixierbar; damit
lässt sich, z„B. bei der Endmontage der Waage, die Empfindlichkeit (wenigstens angenähert) justieren.
Die beschriebene Waage eignet sich besonders für mittlere Auflösungen des Messergebnisses (z.B. für eine Anzeige
von 2 kg auf 0,1g genau).
Claims (7)
- Schutzanspräche{lj. Elektrische Waage, umfassend- ein Permanentmagnetsystem und eine in dessen Magnetfeld angeordnete stromdurchflossene Spule zur Lastkompensation,- einen im Waagengehäuse gelagerten Waagbalken, wobei die Spule am Waagbalken befestigt ist, und- einen mit dem Waagbalken verbundenen Positionsge-ber'dadurch gekennzeichnet, dass- die Spulenebene senkrecht zur Längsachse des Waagbalkens angeordnet ist und- die zur Krafterzeugung ausgenützten Feldlinien des Permanentmagnetsystems parallel zur Längsachse des Waagbalkens verlaufen.
- 2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule als Ringspule auf einen nahe einem Ende des Waagbalkens auf diesen aufgesetzten Spulenträger etwa konzentrisch zur Längs-achse des Waagbalkens gewickelt ist.
- 3. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Permanentmagnetsystem einen scheibenförmigen Magnetkern mit zwei Bereichen umfasst, wobei ein Bereich gegensinnig zum anderen Bereich magnetisiert ist.
- 4. Elektrische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Permanentmagnetsystem einen C-förmigen Eisenblechteil umfasst, in welches der Magnetkern eingeklebt ist, und dass ein das Permanentmagnetsystem abschliessendes Eisendeckblech vorgesehen ist, dessen Abstand zum C-Formteil zur Justierung des Magnetfeldes einstellbar ist.._ 9 —
- 5. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber eine am Waagbalken befestigte Fahne umfasst, welche durch eine zentrale Bohrung im Permanentmagnetsystem reicht und hinter diesem in einen Lagesensor eintaucht.
- 6. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Permanentmagnetsystem an der Rückwand des Waagengehäuses befestigt ist.
- 7. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Waagbalken mit wenigstens einem Biegelager an einer Rippe des Waagengehäuses schwenkbar gelagert ist.
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