DE917814C - Waage - Google Patents

Description

• Waage Das Abwiegen irgendwelcher Gegenstände, Füllungen usw. geschieht fast ausnahmslos mittels Waagen, bei denen eine Kraftmessung ausgeübt wird. Die hierbei notwendige Rückstellkraft ist entweder die Anziehungskraft der Erde selbst (Schwerkraft) oder die Kraft einer irgendwie gearteten Feder. In Spezialfällen werden allerdings auch noch andere Kräfte, z. B. magnetische, elektromagnetische oder elektrostatische Kräfte, benutzt.
• Der Nachteil all dieser Waagen besteht darin, daß das Einpendeln des Zeigers in die Ruhelage stets eine gewisse Zeit erfordert. Die Waagen können im allgemeinen nicht mit so großer Dämpfung ausgerüstet werden, daß sie fast augenblicklich zum Stillstand kommen. Vielmehr pendeln sie noch einige Male über den Nullpunkt hin und her, ehe sie zur Ruhe kommen. Die Empfindlichkeit derartiger Gewichtsorgane und die Dämpfung derselben stehen in engem Zusammenhang und lassen sich unter ein gewisses Maß nicht herabdrücken.
• Auch die bekannten mechanischen Schnellwaagen eignen sich zu einer wirklichen Schnellwägung, die beispielsweise im Bruchteil einer Sekunde stattfinden soll, nicht.
• In sehr vielen Fällen ist aber laufendes, schnellstes Abwiegen irgendwelcher Stoffe oder Gegenstände von großer Bedeutung. So ist es z. B. notwendig, daß bei automatischen Abfüllmaschinen oder Verpackungsmaschinen vor oder während des automatischen Verpackungsvorgangs eine Gewichts kontrolle eingeführt wird. Da die einzelnen Vorgänge bei automatisch arbeitenden Maschinen meist nur Bruchteile einer Sekunde dauern, darf auch das Abwiegen nicht länger dauern, wenn nicht die Leistungsfähigkeit der gesamten Maschine dadurch stark herabgesetzt werden soll.
• Die Erfindung benutzt für das Abwiegen das an sich bekannte Verfahren, bei dem die Waage mit einem elastischen Schwingungsorgan mechanisch verbunden flst und die Frequenz der Schwingungen gemessen wird. Dieses bekannte Verfahren eignet sich jedoch nur für Einzelwägungen. Die Erfindung zeigt daher einen neuen Weg, der gestattet, in sehr kurzer Zeit, z. B. einer Zehntelsekunde oder weniger, Wägungen beliebigen Gewichts mit größter Genauigkeit laufend durchzuführen; er ist deshalb ganz hervorragend für Massenwägung, z. B. für automatische Abfüllmaschinen der verschiedensten Art, geeignet. Nach der Erfindung kann eine schnellere Anzeige und damit ein schnelleres Wiegen dadurch erreicht werden, daß die Schwingungen zweier Systeme miteinander verglichen werden, von denen das eine System mit dem zu wiegenden Gut, das andere System mit einem Vbergleichs gewicht in Verbindung gebracht ist und die Schwingungen beider Systeme miteinander verglichen werden. Die Differenz der Schwingungen wird zur Anzeige bzw. Kontrolle verwendet.
• Die Erfindung benutzt nun solche vorzugsweise gleichartigen Federn, die mit gleicher Masse belastet sind, wobei jedoch die eine der beiden Massen den zu wiegen den Stoff darstellt. Sind alle Daten gleich, so muß auch die Schwingungszahl beider Federn gleich sein. Werden im übrigen die Federn zu gleicher Zeit angestoßen bzw. erregt, so schwingen sie auch konphas, ändert man jedoch das Gewicht der einen Masse, so verändert sich auch die Schwingungszahl, und die Federn schwingen nunmehr mit verschiedener Frequenz. Diese Verschiedenheit kann schon festgestellt werden bei sehr geringen Abweichungen, wenn man den Phasenunterschied mißt, welcher nach einer gewissen, allerdings sehr kurzen Zeit entstanden ist. Es ist also nur nötig, die Phase der beiden schwingenden Federn zu vergleichen, um festzustellen, ob und in welcher Richtung das zu untersuchende Gewicht von dem Normalgewicht abweicht. Erfindungsgemäß kann das Wiegen z. B. in der Weise erfolgen, daß nach dem Auflegen des zu untersuchenden Stoffes beide Federn im gleichen Moment angeregt werden.
• Infolge ihrer gegebenenfalls abweichenden Schwingungen entsteht schon nach kurzer Zeit ein Phasenunterschied zwischen beiden Schwingungen, welcher je nach Größe und Richtung über die Größe der Gewichtsabweichung nach oben oder unten etwas aussagt. Wählt man erfindungsgemäß eine relativ hohe Frequenz, beispielsweise von 50 oder gar 100 Hz, so erhält man schon nach Bruchteilen einer Sekunde selbst bei geringen prozentualen Abweichungen vom Normalgewicht starke Phasenunterschiede, womit eine eindeutige Anzeige für die Abweichung vom Normalgewicht gegeben ist.
• Zum Messen dieser Phasenunterschiede wird erfindungsgemäß eine D opp elelektronenröhre benutzt, bei welcher auf das Gitter des einen Systems die Vergleidlsfrequenz bzw. Normalfrequenz gegeben wird, während auf das Gitter des anderen Systems die andere Frequenz gegeben wird, welche von der Feder erzeugt wird, auf der das zu messende Gewicht liegt.
• Im Anodenkreis der beiden Elektronenröhrensysteme befindet sich ein gepoltes Differentialrelais, welches sekundärseitig einen starken Strom in der einen oder anderen Richtung je nach Stellung des Ankers schließt. Der Stromkreis hinter dem Relais wird außerdem kurzzeitig durch einen beliebig gearteten Schalter geschlossen. Dieser Schalter schließt den Stromkreis in Abhängigkeit von einem Erregerimpuls, welcher die beiden Federn zu Beginn des Meßvorgangs in Schwingung versetzt. Zwischen dem Einsetzen des Erregerimpulses und dem Meßvorgang liegt eine konstante Zeitspanne. Bei abweichenden Gewichten, d. h. abweichender Schwingungszahl, tritt also ein definierter Phasenunterschied zwischen den beiden Schwingungen auf, welcher zur Folge hat, daß das Relais, je nachdem ob die Phase vor- oder nacheilt, den Stromkreis in der einen oder anderen Richtung schließt. Die Steuerung der Erregung sowie des Meßvorgangs kann beispielsweise durch eine Schalteinrichtung erfolgen, die von einer Nockenwalze, welche sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht, betätigt wird. Damit ist dann die Zeit zwischen dem Erregungs- und Meßvorgang zwangläufig konstant.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Zeichnung.
• Die Feder I ist einseitig an einem irgendwie gearteten Block 2 eingespannt. Sie trägt die Masse 3, welche vor den beiden Elektromagneten 4 und 5 schwingen kann. Diese Magneten sind lediglich als Spulen gezeichnet. Selbstverständlich haben sie im Innern einen Eisenkern, wie dies allgemein bekannt ist. Der Elektromagnet 4 dient zum Arretieren der Feder 1, d.h., bei Stromdurchgang wird die Feder angezogen und kann nicht schwingen. Bei Stromunterbrechung dagegen schwingt die Feder frei und erzeugt in der Spule 5 einen der Schwingung entsprechenden Wechselstrom. Man wird die Spule 5 vorzugsweise mit einem Permanentmagnet ausrüsten, da dann die mechanische Frequenz mit der elektrisch erzeugten übereinstimmt.
• Praktisch genau in gleicher Weise ist das andere Schwingungssystem aufgebaut. Die Feder 6 ist ebenfalls einseitig in den Block 7 eingespannt und trägt die Masse 10 und 28. Die Masse lo ist eine relativ große Masse, welche der Masse 3 entspricht. Di. kleinere Masse 28 dient lediglich zum Korrigieren. wenn die Schwingung in der einen oder anderen Richtung etvras abweichen soll. Die Feder 6 wird wie die Feder I durch einen Elektromagnet 8 arretiert und schwingt ebenfalls wie die Feder 1 vor einem Magnetsystem 9, wobei zweckmäßigerweise alle Verhältnisse möglichst gleichartig ausgebildet sind. Bei gleicher Masse 3 und 10 bzw. 28 würden demnach durch Entarretieren beide Federn mit gleicher Frequenz und konphas schwingen. Die in den Elektromagneten 5 und 9 auf diese Weise erzeugten elektrischen Wechselspannungen werden den beiden Gittern der Elektronenröhre 11 zugeführt. Die beiden Gitter erhalten ihre negative Vorspannung in üblicher Weise durch einen Kathodenwiderstalld 13, welcher auch durch einen Kondensator 12 überbrückt wird. In den Anodenkreisen der Röhre 1 1 liegt das Relais 17, d. h. geblauer die beiden Wicklungen 18 und 19 dieses Relais. Die Mitte der Wicklung liegt an Anodenspannung. Dieses Relais besteht außerdem aus dem Anker 22 mit den beiden Kontakten 20 und 21. Es ist als sogenanntes Differentialrelais ausgebildet, d. h., im stromlosen Zustand steht der Anker in der Mitte zwischen beiden Kontakten und berührt je nach Polarität beim Stromdurchgang den Kontakt 20 oder 21.
• Schwingen beide Federn I und 6 mit gleicher Frequenz und konphas, so werden, falls die Polarität der Wicklungen 5 und 9 richtig gewählt ist, die Ströme in 18 und 19 sich aufheben, und der Anker 22 des Relais 17 bleibt in Ruhestellung. Bei einem Phasenunterschied der beiden Schwingungen tritt jedoch eine Spannungsdifferenz in den beiden Wicklungen 18 und 19 auf, und der Anker wird in der einen oder anderen Richtung angezogen. In welcher Richtung der Anker 22 angezogen wird, hängt eindeutig von der Phase ab, oder, was dasselbe ist, welche von beiden Schwingungen vor-bzw. nacheilt, sofern der Phasenunterschied kleiner als 1800 ist. Bei 1 8o0 tritt ein sogenannter Phasensprung auf, und der Vorgang kehrt sich um. Aus diesem Grunde wäre die Messung nicht eindeutig, wenn nicht eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen wird, welche diese Eindeutigkeit zwangläufig herbeiführt. Das Relais I7 schaltet nämlich nicht unmittelbar einen weiteren Stromkreis, sondern dieser Stromkreis wird durch einen von einer Nockenwalze 24 betätigten Schalter 25 nur kurzzeitig geschlossen. Die Nockenwalze 24 dreht sich mit gleicher Geschwindigkeit wie der weiterhin angeordnete, einen Schalter 16 betätigende Nocken 15, und die Schaltvorgänge folgen somit zwangläufig. Bei dem Schließen des Kontaktes 25 wird je nach der Stellung des Ankers 22 bei bestehender Phasendifferenz, d. h. also Gewichtsunterschied, der Kontakt 20 oder 21 geschlossen, und es fließt von der Stromquelle 23 nun im Stromkreis 26 oder 27 ein Strom, welcher eine Anzeige oder aber auch einen beliebig gearteten Steuervorgang auslöst. Der durch die Nockenwalze 15 betätigte Kontakt 16 dient dazu, die beiden Federn I und 6 über die Elektromagnete 4 und 8 aus der Stromquelle 14 zu arretieren und sie bei Öffnen des Kontaktes 16 durch den Nocken 15 gleichzeitig zu entarretieren, wobei beide Federn infolge der frei gewordenen Federkraft Schwingungen ausführen. Die Nocken 15 und 24 drehen sich voraussetzungsgemäß mit gleicher Drehzahl. Nach einer gewissen Zeit schließt demnach der Nocken 24 den Kontakt 25 für kurze Zeit. In diesem Augenblick wird gewissermaßen eine Phasenmessung vorgenommen, d. h., bei ungleicher Phase der beiden Schwingungen, hervorgerufen durch verschiedene Gewichte, fließt ein Strom in den Wicklungen 18 und 19 des Relais I7 und bewirkt über den Anker 22 einen Stromfluß im Stromkreis 26 oder 27. Die Nocken 1 5 und 24 stehen so zueinander und sind so ausgebildet, daß bei Unterbrechung des Meßvorgangs die Federn I und 6 sogleich wieder arretiert werden und ein neuer Meßvorgang nach einiger Zeit erfolgen kann.
• Diese Einrichtung ist besonders vorteilhaft bei automatischen Abfüllmaschinen der verschiedensten Art anzuwenden. Die Masse 3 ist jeweils das su messende Gut. Es wird durch eine Transporteinrichtung an genau definierter Stelle auf die Feder 1 gebracht, und da der Nocken und auch 24 mit dem Mechanismus der Maschine gekuppelt wurde, würde bei richtiger Einstellung der Nocken die Abwägung beginnen, sobald das Gut 3 auf die Feder I gelegt ist. Dann spielt sich der gesamte Meßvorgang, wie ausführlich beschrieben, ab.
• Nachdem die Arretierung der Federn wieder eingesetzt hat, wird das Gut 3 durch die Transporteinrichtung weiterbefördert, und der Vorgang wiederholt sich von neuem. Im Stromkreis 26 und 27 können mechanische Auswurfvorrichtungen liegen, welche je nach Über- oder Untergewicht das Gut sortiert herauswerfen. Bei richtigem Gewicht spricht die Einrichtung nicht an, und das Gut passiert die Transportbahn unbeeinflußt weiter und gelangt so schließlich zur Verpackung.
• Selbstverständlich kann das dargestellte Schwingungssystem auch in anderer Weise aufgebaut sein.
• Das Wiegegut kann auf Unterlagen zu liegen kommen, die am Ende der federnden Systeme etwa im rechten Winkel zu den Längsachsen der federnden Systeme angeordnet sind, so daß ein ungenaues Aufliegen des Wiegegutes ohne Einfluß auf den Meßvorgang ist.
• Die beschriebene erfindungsgemäße Einrichtung, welche mit niederfrequenten Schwingungen arbeitet, hat überall da eine Anwendung, wo in kurzer Zeit das Gewicht eines Stoffes, Materials oder irgendeines Gutes vorzugsweise in automatischen Fördereinrichtungen, Verpackungsmaschinen, Abfüllmaschinen usw. bestimmt werden soll und wo bei Abweichung des normalen Gewichts ein Ausscheiden des Gutes oder wenigstens eine sinnfällige Anzeige stattfinden soll.
• Sollen nun aber sehr kleine Massen gewogen oder im Gewicht verglichen werden, ist die Verwendung wesentlich höherer Schwingungen, unter Umständen mittel- oder hochfrequkenter Schwingungen, erforderlich. Das Prinzip der Erfindung ändert sich hierbei nicht. Als Schwingungssystem werden in solchen Fällen an Stelle der beschriebenen Blattfedern Quarzschwinger, Turmaline oder Magnetostriktionsschwinger verwendet. Alle diese Schwinger ändern ihre Eigenfrequenz mit der Masse, mit der sie behaftet sind.
• Natürlich kann bei diesen hochfrequenten Schwingungen das Entarretieren sowie der gesamte Meßvorgang nicht mehr genau genug mit mechanischen Kontakten wie den beschriebenen beherrscht werden. An Stelle der beschriebenen mechanischen Steuerungen mit Schaltnockenwalzen werden dann vorzugsweise elektronische Steuerungen verwendet.
• Es sind besondere Verzögerungsrelais oder geeignete elektrische Schaltungen hierfür erforderlich.
• Die Verwendung hochfrequenter Schwingungen dürfte vor allen Dingen notwendig sein, wenn es sich um den Vergleich von Gewichten mit sehr geringer Gewichtsdifferenz handelt, wie z. B. der Vergleich mit Normal- oder Urgewichten.
• PATENTANSPROCHE: I. Waage, gekennzeichnet durch eine Vergleichsanordnung zweier Schwingungssysteme, von denen das eine Schwingungssystem aus dem das Wiegegut aufnehmenden Bauteil einschließlich desselben und das andere aus dem das Vergleichsgewicht aufnehmenden Bauteil einschließ -lich desselben besteht.

Claims (1)

1. 2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Wiegegut aufnehmende Bauteil und der das Vergleichsgewicht aufnehmende Bauteil mechanisch erregt werden.

   3. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Wiegegut aufnehmende Bauteil und ein mit einem Vergieichsgewicht belasteter Bauteil elektromagnetisch erregt werden.

   4. Waage nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden schwingungsfähigen Bauteile gleichzeitig erregt werden.

   5. Waage nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Schwingungen durch einen mechanischen Schwingungsmesser angezeigt wird.

   6. Waage nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Schwingungen durch einen elektrischen Schwingungsmesser angezeigt wird.

   7. Waage nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Wiegegut aufnehmende Bauteil mit einem schwingungsfähigen System baulich vereinigt ist.

   8. Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der schwingenden Bauteile mit schwingungsfähigen Systemen, die gleichartig sind, baulich vereinigt ist.

   9. Waage nach den Ansprüchen I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenunterschied der beiden schwingenden Systeme gemessen und zur Gewichtsanzeige benutzt wird.

   IO. Waage nach den Ansprüchen I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenunterschied der beiden schwingenden Systeme gemessen und zum selbsttätigen Steuern von selbsttätigen Sortiereinrichtungen benutzt wird.

   I I. Waage nach den Ansprüchen I bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenunterschied durch eine Doppeleiektrodenröhre gemessen wird, an deren einem Gitter die Vergleichsfrequenz und deren anderem Gitter die Frequenz des schlvingenden Systems liegt, das das Wiegegut trägt.

   I2. Waage nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß im Anodenkreis der Doppel elektrodenröhre ein Differentiairelais liegt, welches in Abhängigkeit von der Phasenlage einen sekundären Stromkreis in der einen oder anderen Richtung schließt.

   13. Waage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dieser sekundäre Stromkreis zum Zwecke der Phasenmessung durch eine weitere Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von dem Beginn des Meßvorgangs anspricht, geschaltet wird.

   14. Waage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung dieser Steuerung durch Nockenscheiben geschieht.

   15. Waage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung dieser Steuerung durch Verzögerungsreiais oder andere elektrische Verzögerungsglieder, z. B. elektronische Verzögerungsschalter, erfolgt.

   I6. Waage nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß Phasengleichheit oder -unterschied optische, akustische, mechanische oder elektromagnetische Signale auslöst.

   17. Waage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen oder elektromagnetischen Signale zum Sortieren des Wiegegutes verwendet werden.

   I8. Waage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden schwingungsfähigen Systeme aus gleichen mechanischen Federn gebildet sind, deren Direktionskraft durch die elastischen Eigenschaften der Federn gebildet wird.

   19. Waage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingungsfähigen Systeme ihre Direktionskraft durch die Erdschwere erhalten.

   20. Waage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingungsfähigen Systeme ihre Direktionskraft durch permanentmagnetische, elektromagnetische oder elektrostatische Kräfte erhalten.

   21. Waage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingungsfähigen Systeme Quarzschwinger, Turmalinschwinger oder Magnetostriktionsschwinger sind.

   Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2513678, 2525587.