DE8418503U1 - Elektrische Waage - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompen-S sation mit einer stromdurchflossenen Spule, die sich 1m Luftspalt eines zylindrischen Permanentmagnetsystems befindet, wobei das Permanentmagnetsystem aus einem aktiven zylindrischen Kern, einer weichmagnetischen Polplatte und einem topfförmigen welchmagnetischen Rtickschluß besteht.

Waagen dieser Art sind allgemein bekannt und beispielsweise 1n der DE-PS 25 18 022 als direkttragende Ausführungsform oder 1n der DE-OS 31 44 260 1n einer Ausführungsform mit Hebelübersetzung oder ir dem DE-GM 81 04 877 in einer Brückenanordnung beschrieben. Die Tragkraft dieser Waagen 1st dabei durch die Wärmeerzeugung des Kompensationsstromes begrenzt, die zu einer mit der Belastung der Waage sich ändernden Übertemperatur des aktiven Kerns des Permanentmagnetsystems führt. Wegen des unvermeidlichen Temperaturkoeffizienten des aktiven Magnetmaterials führt dies zu Änderungen der Empfindlichkeit der Waage, die sich wegen der zeitlich und örtlich ungleichmäßigen Temperaturvertei1ung mit üblichen Korrekturschaltungen nur schwer korrigieren lassen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bauform für das Permanentmagnetsystem einer elektrischen Waage anzugeben, die bei vorgegebener Verlustleistung in der Kompensationsspule zu einer wesentlich reduzierten Übertemperatur des aktiven Kerns des Permanentmagnetsystems führt.

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daB der Raum zwischen dem aktiven Kern und dem topfförmigen weichmagnetischen Rückschluß zumindest weltgehend durch ein gut wärmeleitendes Material ausgefüllt 1st. 5

Durch diese wärmeleitende Füllung wird die Wärme vom aktiven Kern nicht nur durch dessen Bodenflä'che sondern auch durch seine zylindrische Randfläche abgeführt. Dadurch bleibt seine Übertemperatur geringer, besonders 1m Bereich nahe der Polplatte, wo die Wärme bisher nur über einen sehr langen Weg durch den ganzen aktiven Kern abgeführt wurde. Dies wird noch dadurch verstärkt, daß die Wärmeleitfähigkeit üblicher aktiver Magnetmaterialien wie Alnico oder Samarium-Kobalt nur etwa 10 W/m K beträgt, während gute Wärmeleiter wie Aluminium oder Kupfer Werte von weit über 100 W/m K erreichen.

Die wärmeleitende Füllung wird 1n einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung durch ein Gießharz mit gut wärmeleitendem Füllstoff, wie z.B. Kupferspänen, gebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß das Gießharz 1n flüssiger Form in das Permanentmagnetsystem eingefüllt werden kann und dort erstarrt, so daß unabhängig von eventuellen Bauteiltoleranzen stets der ganze Querschnitt mit dem wärmeleitenden Material ausgefüllt ist.

In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung wird als wärmeleitende Füllung ein Metallrohr - vorzugsweise aus Aluminium - benutzt. Dadurch kann die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit vieler Metalle wie beispielsweise Aluminium ausgenutzt werden. Sollte sich dabei aufgrund

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von Bauteiltoleranzen ein Spalt zwischen Metallrohr und aktivem Kern und/oder zwischen Metallrohr und topfförmigem we1chmagnetischen Rückschluß ergeben, so werden diese Spalte vorteil hafterweise durch Ausgießen mit einem Gießharz mit wärmeleitendem Füllstoff ausgefüllt und dadurch thermisch überbrückt.

Das Metallrohr kann aber auch zweckmäßigerweise einen senkrechten, durchgehenden Schlitz aufweisen, wodurch eine federnde Anpassung beispielsweise an den Durchmesser des aktiven Kerns erreicht wird und ein Spalt nur zwischen Metallrohr und topfförmigem weichmagnetischen Rückschluß auftreten kann..

Weiter läßt sich vorte1lhafterwe1se ein Loch zur Aufnahme eines Temperaturfühlers 1n das Metallrohr bohren, wodurch dieser Temperaturfühler eine für das ganze Permanentmagnetsystem hinreichend repräsentative Temperatur annimmt.
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Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel einer oberschal igen Waage mit Parallelführung und Hebelübersetzung anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
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Fig. 1 einen Schnitt durch die elektrische Waage mit einer wärmeleitenden Füllung des Permanentmagnetsystems in einer ersten Ausgestaltung und
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Fig. 2 einen Schnitt durch ein Permanentmagnetsystem mit einer wärmeleitenden Füllung in einer zweiten Ausgestaltung.

Die elektrische Waage in Fig. 1 besteht aus einem gehäusefesten 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

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zur Aufnahme des Wägegutes und überträgt die der Kasse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein Koppeieie* ment 9 mit den Dünnstellen 12 und 13 auf den kürzeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7. Der übersetzungshebel 7 1st durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Systemträger 1 gelagert. Am längeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7 1st ein Spulenkörper 10 mit einer Spule 11 befestigt. Die Spule 11 befindet sich 1m Luftspalt eines Permanentmagnetsystems 20 ... 23 und erzeugt die Kompensationskraft. Die Größe des Kompensationsstromes durch die Spule 11 wird dabei in bekannter Welse durch den Lagensensor 16 und den Regelverstärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht zwischen dem uewicht des Wägegutes und der elektromagnetischen

Kompensationskraft herrscht. Der Kompens^tionsstrom

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 digital angezeigt.

Das Permanentmagnetsystem 20 ... 23 besteht nun aus einem aktiven zylindrischen Kern 21, einer weichmagnetischen Polplatte 20, einem weichmagnetischen topfförmigen Rückschluß 22 und aus einer Gießharzfüllung Das Gießharz 23 wurde dabei beim Ansetzen mit einem gi.^;, wärmeleitenden Füllstoff wie z.B. Aluminium- oder Kupfer-Spänen versetzt, so daß es eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die in der Spule 11 entstehende Stromwärme fließt dann zum Teil über den Spulenkörper 10 und den Ubersetzungshebel 7 ab, zum Teil gelangt sie auf den oberen Rand 22a des topfförmigen Rück·

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Schlusses 22 und wird von dort an den Systemträger 1 abgeführt und zum Teil gelangt sie auf die Polplatte und fließt von dort über den oberen Teil des aktiven Kerns 21, die Gießharzfüllung 23 und den topffö'rmigen Rückschluß 22 zum Systemträger 1 ab. Der Hauptteil des aktiven Kerns 21 bleibt dadurch unbeeinflußt von der wechselnden Stromwärme.

In Fig. 2 1st eine andere Ausgestaltung des Permanent- ;

magnetsystems gezeigt. Die Spule 11, der Spulenkor- ι per 10 und der Übersetzungshebel 7 sind wie In F1g. 1 j ausgebildet. Das Permanentmagnetsystem besteht hier ί aus einem aktiven zylindrischen Kern 31 sowie einer j, runden Polplatte 30, einer Bodenplatte 32 und einem ί

Rohr 33 als weichmagnetischen Rückschluß. Dabei ist

das Rohr 33 nicht hinterstochen und der Luftspalt wird nur durch die Polplatte 30 mit ihrem gegenüber dem aktiven Kern größeren Durchmesser definiert. Das Rohr 33 1st über den Luftspalt hinaus hochgezogen und trägt als Abschluß eine Abdeckplatte 34 als magnetische Abschirmung. Weiter 1st ein Aluminiumrohr 35 als Wärmeleiter zwischen dem aktiven Kern 31 und dem Außenrohr 33 eingesetzt. Die Durchmesser des aktiven Kerns 31, des Aluminiumrohres 35 und des weichmagnetischen Rückschluß-Rohres 33 sind dabei entweder so bemessen, daß sich eine Preßpassung und damit ein geringer Wärmeübergangswiderstand ergibt, oder sie sind so bemessen, daß sich jeweils ein kleiner Luftspalt bildet - und damit die Fertigungstoleranzen großzügig bemessen sein können - und dieser Luftspalt durch Gießharz mit wärmeleitendem Füllstoff ausgefüllt wird. 1st das Aluminiumrohr 35 geschlitzt, so tritt ein Spalt selbstverständlich nur an einem der übergänge auf. ^:·

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In FIg. 2 sollen durch die dicke Strichstärke an den Übergängen des Aluminiumrohres 35 alle Varianten angedeutet sein. Weiter 1st das Aluminiumrohr 35 an seinem oberen Ende abgedreht gezeichnet, wodurch es in der Mitte 35a bis an die Polplatte 30 reicht, ohne daß die Bewegungsfreiheit der Spule 11 und des Spulenkörpers 10 in senkrechter Richtung eingeschränkt wird. Dadurch fließt ein erheblicher Teil der Wärme aus der Polplatte 30 direkt Ober das Aluminiumrohr 35 ab, ohne den aktiven Kern 31 zu berühren. Das Aluminiumrohr 35 1st kurzer als der aktive Kern 31, so daß vor der Bodenplatte 32 ein Luftspalt bleibt und Längentoleranzen keine Rolle spielen. Im (in Fig. 2) unteren Bereich 1st eine gut wärmeleitende Verbindung ja nicht notwendig, da dort keine Wärme erzeugt wird.

Weiter 1st in Fig. 2 1m Aluminiumrohr 35 eine Bohrung zu erkennen, die sich in einer Bohrung 37 in der Bodenplatte 32 fortsetzt. In dieses Sackloch kann dann ein Temperaturfühler 38 eingesetzt werden, der der digitalen Signal Verarbeitungseinheit 18 ein Temperatursignal liefert und in bekannter Welse eine Korrektur von Temperatureinflüssen ermöglicht. Die Tiefe dieser Bohrung 36 kann dabei so gewählt werden, daß das Zeitverhalten des Temperaturfühlers 38 bei Temperaturänderungen möglichst gut mit dem Zeltverhalten des ganzen Permanentmagnetsystems übereinstimmt.

Selbstverständlich 1st auch in der Geometrie des magnetischen Rückschlusses nach F1g. 2 ein Ausgießen möglich und umgekehrt bei der Geometrie des magnetischen Rückschlusses nach F1g. 1 (nur mit abnehmbaren Boden) der Einsatz eines Metallrohres.

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Claims (7)

Sartorius GmbH Akte SW 8410 Weender Landstraße 94-108 Κ'ά-kl D-3400 Gottingen Elektrische Waage Ansprüche.'

1. Elektrische Waage nach dem Prinzip der eiektromagnetischen Kraftkompensation mit einer stromdurchflossenen Spule, die sich Im Luftspalt eines zylindrischen Permanentmagnetsystems befindet, wobei das Permanentmagnetsystem aus einem aktiven zylindrischen Kern, einer weichmagnetischen Polplatte und einem topfförmigen weichmagnetischen Rückschluß besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem aktiven Kern (21,31) und dem topfförmigen weichmagnetischen Rückschluß (22,32/33) zumindest weltgehend durch ein gut wärmeleitendes Material (23,35) ausgefüllt 1st.

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2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem aktiven Kern (21) und dem topfförmigen weichmagnetischen Rückschluß (22) mit einem Gießharz (23) mit gut wärmeleitendem FuI1 — stoff, wie z.B. Kupferspäne, ausgefüllt ist.

3. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallrohr (35) in den Raum zwischen dem aktiven Kern (31) und dem top förmigen weichmagneuiscnen Ruckschluß (32/33) eingesetzt ist.

4. Elektrische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumrohr (35) in den Raum zwischen dem aktiven Kern (31) und dem topfförmigen weichmagnetischen Rückschluß (32/33) eingesetzt ist.

5. Elektrische Waage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Spalte zwischen dem Metallrohr (35) und dem aktiven Kern (31) sowie zwischen dem Metalirohr (35) und dem topfförmigen weichmagnetischen

Rückschluß (32/33) durch Gießharz mit gut wärmeleitendem Füllstoff ausgefüllt sind.

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6. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 3 bis 5,

25 dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (35) einen

; senkrechten, durchgehenden Schlitz aufweist.

7. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (35) eine Bohrung (36) zur Aufnahme eines Temperaturfühlers (38) aufweist.

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