DE8906487U1

DE8906487U1 - Oberschalige elektronische Waage

Info

Publication number: DE8906487U1
Application number: DE8906487U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1988-06-04
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1989-08-31

Description

• · te» · · &igr; &igr;

• *·· · ··*· _aa &igr; _t

Sartorius GmbH Alcte SW 0808-&Ggr;&Rgr; Heender Landstraße 94-108 Ko/ek D-3400 Göttingen O&erschaliga elektronische Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine oberschalige elektronische Waage, wie sie allgeaein bekannt ist.

IQ Ebenfalle allgeaein bekannt ist die Benutzung von aagnetischen Rührern, bei denen durch aehrere Spulen außerhalb dee Gefäßes ein aagnetisches Drehfeld erzeugt wird und ein Peraanentaagnet innerhalb dee Gefäßes von diese» Drehfeld aitgenoaaen wird. Aus der US-PS 4 725 149 ist es weiter bekannt, eine oberschalige Waage und aindestene einen Magnetrührer nebeneinander aufzustellen, den Behälter ait dea Wägegut durch einen Drehtisch zwischen Waage und Magnetrührer hin und her zu transportieren und dadurch Dosier- und Mischvorgänge zu autoaatisieren.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine oberschalige elektronische Waage so weiterzubilden, daß die Waage die Funktion des Ruhrers mit übernehmen kann und daß ein gleichzeitiges Wägen und Rühren möglich ist. 5

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in der Waagschale die Antriebsmittel für einen Magnetrührer integriert sind.

Durch diese Integration ergibt sich häufig exne deutliche Zeiteinsparung, da die Zeit für die Wägung und das anschließende Umsetzen auf einen getrennten Kagnetrührctr entfällt und die Wägung statt dessen nebenbei während des Rührvorganges stattfindet. Dies ist vorteilhaft z.B. bei i| 15 der Schaffung neuer Farbmischungen in der Farbenindustrie. Die zugegebenen Farbkomponenten (Werden sofort verrührt und durchmischt, können optisch kontrolliert, eventuell tonmäßig nachgebessert und die Komponenten sofort gravimetrisch erfaßt, registriert und somit die erarbeitete Rezeptur für die neue Farbmischung dokumentiert werden.

Daneben ist ea z.B. auch möglich, bei Suspensionen das Absetzen der Partikel während des Wägevorganges zu verhindern, so daß die Suspension sofort nach der W&gung weiterverarbeitet werden kann. Dadurch ist z.B. ein»

portionierende Entnah«· der Suspension aus einem Vorratsbehälter z.B. Bioreaktor unmittelbar von der Waage aus möglich. Auch in Verbindung mit filtrierenden Rührzellen, wie sie z.B. durch die DE-OS 34,45 446 bekannt sind, lassen sich kontinuierliche Filtrationen und Aufkonentrationen gravimetrisch überwachen.

Vorteilhaft· Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
35

SW 8808

»· tit

Die Erfindung wird in folgenden anhand der sohematiechen Figuren beschrieben. Dabei seigti

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht der Waage, Fig. 2 einen Schnitt durch die wesentlichen mechanischen Teile der Waage und ein Blockschaltbild der

Elektronik,
Fig. 3 eine Aufsicht auf die Antriebsmittel für den

Magnetrührer,

Fig. 4 ein Detail der Waage in einer anderen Ausgestaltung und

Fig. 5 einen Schnitt durch die Waage in einer dritten Ausgestaltung. In der perspektivischen Gesamtansicht der Waage in Fig. l

erkennt man das Gehäuse 3, die Waagschale 20, die Anzeige 19 und Bedienungetasten 21. Die Waagschale 20 ist etwas höher ausgebildet als bei üblichen Waagen, um Antriebsmittel für einen Magnetrührer aufzunehmen. Diese Antriebsmittel können z.B. aus einem flachen Elektromotor mit senkrechter Achse, die am oberen Ende einen Permanentmagneten trägt, bestehen; oder sie können auch aus mehreren Spulen bestehen, die so von einem Wechselstrom durchflossen __ werden, daß ein magnetisches Drehfeld oberhalb der Waagschale entsteht. Das eigentliche Rührelement besteht dann aus einem Permanentmagneten 29, der auf dem Boden dee Ge- K fäßes 30 oder der Filterzelle liegt und vom magnetischer! Drehfeld mitgenommen wird, sobald das Gefäß auf die Waag- ■ schale gestellt wird. Einzelheiten des Aufbaues und der _; Formgebung von Magnetrührern sind von den diskreten Geräten | her bekannt und können für die erfindungsgemäee integrierte | Lösung übernommen werden, so daß sie hier nicht im ein- f zelnen erläutert werden müssen. Diese durch die Waagschale verdeckten Antriebsmittel sind in Fig. 1 zur Verdeutlichung der Erfindung in Form von drei Spulen 24, 25 und 26, die auf einer weichmagnetischen Rückschlußplatte 23 befestigt sind, gestrichelt angedeutet.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die wesentlichen mechanischen Teile der Waage und ein Blockschaltbild der Elektronik, wobei das Gehäuse 3 nur teilweise angedeutet ist. Das Wägesystem besteht aus einem Systemträger 1, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Am Lastaufnehmer 2 ist eine Unterschale 12 befestigt, die über isolierende Gummipuffer 13 und ebenfalls isolierende Gegenstücke 31 die eigentliche Haagschale 20/22 trägt.

Die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft wird vom Lastaufnehmer 2 über ein Koppelelement 9 auf den Lastarm des Übersetzungehebele 7 übertragen. Dar Übersetzungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Systemträger gelagert. Am Kompensationsarm des Übereetzungshebels 7 ist ein Spulenkörper mit einer Spule 11 befestigt. Die Spule befindet sich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems und erzeugt die Kompensationskraft. Die Größe des Kompensationsstromes durch die Spule 11 wird dabei in bekannter Weise durch einen Lagensensor 16 und einen Regelverstärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht zwischen dem GewicLt des Wägegutes und der elektromagnetisch erzeugten Kompensationskraft herrscht. Der Kompensationsetrom erzeugt an einem 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. Von den verschiedenen Bedivsnungstasten 21 ist in Fig. 2 nur eine eingezeichnet. Diese Teil· des Wägesystemes der elektronischen Waage sind allgemein bekannt und im vorstehenden daher nur ganz kurz beschrieben.

SW 8808

Zusätzlich sind nun innerhalb der Waagschale 20/22 drei Spulen 24,25 und 26 vorhanden, die auf einen weichmagnetlachen Rückschluß 23 befestigt sind. Diese Spulen werden über Leitungen 27 und 27* alt Wechselströmen versorgt, wobei die Phasenlage dieser Wechselstrom« zueinander so gewählt ist, daft oberhalb der Spulen auf der Waagschale ein Magnetisches Drehfeld entsteht. Von diesen Drehfeld wird ein Rührmagnet in Behälter auf der Waagschale mitgenommen. Dl« CoefBä.ite 20 der Waagschale muß daher aus eine» unmagnetischen Material bestehen. Das Durchgreifen der magnetischen Feldlinien nach unten wird durch den weichmagnetischen Rückschluß 23 und durch die ebenfalls weichmagnetische Unterplatte 22 der Waagschale 20/22 verhindert. Dadurch werden wägefehler aufgrund von magnetischen Kräften zwischen den Spulen 24,25,26 und beispielsweise dem Permanentmagneten 10 verhindert. Die magnetischen Kräfte zwischen den Spulen 24,25,26 und dem Rührmagneten im Behälter auf der Waagschale stören die Wägung nicht, da sie sich als innere Kräfte innerhalb des zu wägenden Systeme aufheben.

Von den insgesamt vier Stromzuführungen für die drei Spulen 24, 25 und 26 sind in Fig. 2 nur zwei gezeichnet. Die anderen beiden Stromzuführungen sind in gleicher Weise ausgeführt. Die gehäusefesten Leitungen 27 und 27* sind über flexible Verbindungen 32 mit einer Stromdurchführung 33 im Innern der isolierenden Gummipuffer 13 verbunden. Die flexiblen Verbindungen 32 sind notwendig, us» Kraftrückwirkungen auf das Wägesystem zu verhindern. Die Stromdurchführungen 33 enden in Kontaktplättchen auf der Oberseite der Gummipuffer 13. In entsprechender Weise tragen die Isolieretücke 31 Kontsktplättchen auf ihrer Unterseite, an die die Zuleitungen zu den Spulen 24, 25 und 26 angeschlossen sind. Durch diesen Aufbau der Stromzuführungen kann «lie Waagschale 20/22 abgehoben und z.B. gesäubert werden und

SW 8808

beim Wiederauflegen auf die Gummipuffer 13 wird die elektrische Verbindung zu den Spulen 24, 25 und 26 automatisch wiederhergestellt.

Die eventuellen dynamischen Störkräfte durch die Bewegung des Rührers und des Wägegutes werden durch digitale Filterung in der digitalen Signalverarbeitungeeinheit 18 praktisch vollständig unterdrückt. Dazu erzeugt die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 die signale für die Ansteuerung der Spulen 24,25,26 seibot. Nur der Leistungsverstärker 28 ist als getrennte Baugruppe außerhalb der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 vorhanden. Der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 ist dadurch die genaue Ruhrfrequenz bekannt, so daß sie bei der digitalen Filterung der Meßwerte vom Meßwertaufnehmer den Filteralgorithmus so wählen kann, daß gerade diese Frequenz besonders stark unterdrückt wird. Dadurch stören die durch das Rühren verursachten dynamischen Störkräfte das Wägeergebnis in der Anzeige praktisch nicht.

In Fig. 3 ist nochmal eine Aufsicht auf die Unterplatte 22 der Waagschale gezeigt. Man erkennt die Anordnung der drei Spulen 24,25 und 26 auf dem weichmagnetischon Rückschluß 23. Die Mittelpunkte der drei Spulen bilder ein gleichseitiges Dreieck. Werden die drei Spulen mit drei Wechselspannungen versorgt, deren Phasenlage jeweils um 120' gegeneinander verschoben ist, entsteht das für den Rührmagneten benötigte Dtahfeld.

Eine andere Ausgestaltung der Antriebsspulen für den

Hagnetrührer in der Waagschale ist in Fig. 4 gezeichnet. Die Unterplatte 122 und der weichaagnetische Rückschluß entsprechen den Teilen 22 und 23 der ersten Ausgestaltung nach den Figuren 2 und 3, Statt der <*rei Spulen in der er-

SW 8808

sten Ausgestaltung sind in der Ausgestaltung nach Fig. 4 zwei Spulen 124 und 125 alt waagerechter Spulenachse vorgesehen, wobei die beiden Spulen senkrecht zueinander stehen. Die Ansteuerung der Spulen 124 und 125 erfolgt siit zwei um 90* gegeneinander phasenversetzten Wechselspannungen, so daß wieder ein Drehfeld entsteht. Die Wicklungsenden der beiden Spulen 124 und 125 sind an die vier Anschlußpunkte 131...134 geführt, die in der schon beschriebenen Weise über isolierte Anschlußplättchen die Verbindung zur Elektronik innerhalb der Waage herstellen. Zn dieser Ausgestaltung können die beiden Anechlußpunkte 131 und 133 elektrisch leitend alt der Waagschale verbunden sein (Masseverbindungen 141 und 143). Genauso können die beiden entsprechenden Zuleitungen innerhalb des Gehäuses alt dem Massepotential verbunden sein. Auf diese Weise ist eine Masseverbindung der Waagschale geschaffen. Trotzdem kann die Waagschale 120/122 beliebig auf die Anschluß- und Abstützpunkte aufgelegt werden, da bei einer 180'-Drehung der Waagschale die beiden Massepunkte 131 und 133 unter sich vertauscht werden und nur die Ansteuerung der beidon Spulen vertauscht wird, was auf die Rührwirkung keinen Einfluß hat.

Will man in ähnlicher Weise in der Ausgestaltung nach Fig.

2 und 3 ein beliebiges Aufsetzen der Waagschale erlauben, so muß man beispielsweise die drei Spulen in einer Dreieckesohaltung verbinden und die drei Anschluß- und Abatutzpunkte in den Ecken eines gleichseitigen Dreiecke anordnen. Der Masseanschluß der Waagschale kann dann z.B. über drei

Widerstände in Sternschaltung erfolgen.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausgestaltung, bei der die Antriebsmittel auf einer Zwischenschale befestigt sind und dadurch ein· einfache Nachrüetnöglichkait erreicht wird.

&diams; · t·»· B % ■■

tt* ··■■

Das eigentliche Wägesystem, das Gehäuse und die Elektronik - also die Teile sit den Bezugszahlen 1 bis 21 - sind genauso aufgebaut vie in der ersten Ausgestaltung. Die Haagschale 220, die ofexs» ^Üfe.r3iass6atz direkt auf 4en Gummipuffern 213 aufliegt, liegt bsi eingebautem Rührzuststs auf Swiechanpuffem 2IA= .Die Zwischenpuffer 214 sind auf ZwischSiiachale 222 befestigt, die die Antriebsspulen 225 uft-d 226 amm. Ma^jäetrü^rers tragen. Unterhalb der 3ck^i}Mch^l^ 222 fiind direkt unterhalb der Zaiacisenpuffer 214 konkave Abstandsteile 215 angebracht, mit denen sich die Zwischenschale 232 auf den Gummipuffern 213 and damit auf dem Wägesystem abstützt. Auf der Zwischenschale 222 ist waiter der weichmagnetische Rückschluß 223 befestigt. Die Ansteuerelektronik kann entweder als Baugruppe 228 ebenfalls auf der Zwischenschale 222 befestigt sein oder aber gesondert untergebracht sein.

SW 8808

Claims

f · «ti * · t * • · * « « ···* «&igr; » t 9 &aacgr; «4* 4 · * · I III Ansprüche:

1. Oberschalige elektronische Waage, dadurch gekennzeichnet, daß in der fta!£$&3hale (20/22,220) die Antriebsmittel (24,25,26,124,125,224,225,226) für einen Magnetrührer integriert sind.

2. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel durch einen flachen Elektromotor mit vertikaler Achse und an dessen oberen Ende angeordneten Permanentmagneten gebildet ist.

3. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel aus mehreren, an der Waagschale befestigten Spulen (24,25, 26,124,125) bestehen, die ein magnetisches Drehfeld erzeugen.

20

4. Oberschalige elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Waagschale (20/22,220) unterhalb der Antriebsmittel (24,25,26,124,125,224,225,226) für den Magnetrührer mindesten? ein Abschirmblech (23,123,223) aus einem weichmagnetischen Werkstoff befindet.

5. Oberschalige elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet» daß in einer Auswerteelektronik (18) ie*.· Waage Filter vorhanden «ind, die bei der Frequenz des Magnetrüh-ers eine besonders große Störunterdrückung besitzen.

SW 8808

li

- 10 -

6. Oberschalige elektronisch· waage nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet. daß eich die Waagschale (20/22) an Mindestens drei Punkten auf einer Unterschale (12) abstützt, daß diese Abstützpunkte aus Metall bestehen, daß nindestens zwei dieser Abstut&zgr;-punkte elektrisch gegenüber der Unterschale (12) und gegenüber der Waagschale (20/22) isoliert sind und daß Üoöf diese AoBcüxüzpünjnie die Stromversorgung der Antriebsmittel (24,25,26) für den Magnetrührer erfolgt. 10

7. Oberschalige elektronische Waage nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Waagschale (220) auf einer Zwischenschale (222) abstützt, daß sich die Zwischenschale (222) auf einer Unterschale (12) bzw. direkt auf den Lastaufnehner (2) des Wägesystens abstützt und daß die Antriebsmittel (224,225,226) für den Magnetrührer an der Zwischenschale (222) befestigt sind.

8. Oberschalige elektronische Waage nach einen der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein von einen Gehäuse (3) umschlossenes Wägesystem (1,2,4 bis 11), welches nach den Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation arbeitet, eine Auswerteelektronik (14 bis 19), eine von Wägesysten (1,2,4 bis 11) abgestützte Waagschale (20) nit integrierten Antriebsnitteln (24,25, 26,124,125,224,225,226) für einen Magnetrührer, Abschirmmittel (23,123,223) zwischen Waagschalenoberseite und Wägesysten (1,2,4 bis 11) und elektronische Filter in der Auswerteelektronik (14 bis 19) zur Störunterdrückung von gegebenenfalls von Magnetrührersyste» ausgehenden Störfrequenzen.