EP2979067A1 - Wägezellendiagnostik - Google Patents

Wägezellendiagnostik

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Publication number
EP2979067A1
EP2979067A1 EP14711793.1A EP14711793A EP2979067A1 EP 2979067 A1 EP2979067 A1 EP 2979067A1 EP 14711793 A EP14711793 A EP 14711793A EP 2979067 A1 EP2979067 A1 EP 2979067A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
measuring device
force measuring
force
deflection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14711793.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Schrag
Daniel Rupp
Christoph Trautweiler
Hans-Rudolf Burkhard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mettler Toledo Schweiz GmbH
Original Assignee
Mettler Toledo AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=48013829&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP2979067(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Mettler Toledo AG filed Critical Mettler Toledo AG
Priority to EP14711793.1A priority Critical patent/EP2979067A1/de
Publication of EP2979067A1 publication Critical patent/EP2979067A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G23/00—Auxiliary devices for weighing apparatus
    • G01G23/01—Testing or calibrating of weighing apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G7/00—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups
    • G01G7/02—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action
    • G01G7/04—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action with means for regulating the current to solenoids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G7/00—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups
    • G01G7/02—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action
    • G01G7/04—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action with means for regulating the current to solenoids
    • G01G7/045—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action with means for regulating the current to solenoids having a PID control system

Definitions

  • the invention relates to a method for checking the operability of a force measuring device.
  • a load cell is a mechanical mass converter for determining the mass, in which the weight force exerted by the sample is converted into an electrical signal, examples being a strain gauge load cell, string load cell or EMFR (electro-magnetic force restoration) load cell.
  • EMFR electro-magnetic force restoration
  • a load cell finds its use in force measuring devices, in particular scales, which convert the weight of an applied load into an electrical signal.
  • load cells which operate on the principle of electromagnetic force compensation, the weight of the sample is either directly or by one or more, mounted on bearings (s) power transmission lever to a
  • the sensor generates a compensation force corresponding to the weight of the weighing sample and thereby provides an electrical signal which is further processed by a weighing electronics unit, the processing unit, and displayed.
  • An EMFR load cell usually has a parallelogram with a fixed parallel leg and connected to this by two parallel guides movable parallel leg, which serves as a load receiving area.
  • the weight is transmitted via a coupled to the load receiving, longitudinally rigid, flexible coupling element to a load beam, which is supported on the fixed parallel leg.
  • the purpose of such a weighing cell is to reduce the weight force corresponding to the applied load to such an extent that the measuring sensor generating the compensation force can output a measuring signal corresponding to the weight force.
  • the connecting points of the individual elements are in
  • Bend bearings define an axis of rotation between the two coupled elements and can at a one-piece load cell, also called monolithic load cell or monoblock, designed as a thin material locations.
  • the parallel guides are usually as
  • Weighing cells also called direct measuring systems, are characterized by a single
  • the Biegelager are thinner and therefore more prone to damage that may affect the weighing result or make the force measuring device unusable. For example, a shock to the pan or an impact on the ground can lead to excessive stress on the parallel guides and other components.
  • the possible consequences range from bent Biegelagern, spring joints or
  • a sensor used in an EMFR load cell may be configured as a current-carrying coil in a permanent magnet.
  • the coil is arranged on the weighing beam and the permanent magnet on
  • the permanent magnet on the load beam and the coil is arranged on the fixed parallel leg, but also the variant in which the permanent magnet on the load beam and the coil is arranged on the fixed parallel leg is possible.
  • the coil is traversed by an electric current, whereby an applied load
  • a position measuring device detects the deflection of the coil from its Einspiellage, whereupon a control unit regulates the current due to the position measurement signal so that the coil is returned to the Einspiellage again. Is the coil in the single-play position, ie if all on System attacking forces are equal to zero, the magnitude of the electric current to determine the weighing result is measured and displayed.
  • an excessively high stress also affect the coil in the magnet system or the position measuring device.
  • Position measuring device relative to a position in which the
  • EP 1 785 703 A1 discloses a method for monitoring and / or for
  • the force measuring device in this case has a force measuring cell arranged in an interior of a housing, as well as a sensor, which has a life span of the force measuring device
  • the state of a force-measuring device can be monitored without the housing having to be opened in order to determine the state of the force-measuring device.
  • the disadvantage here is that damage to the load cell, be it on a
  • Position measuring device after an excessively high stress is not recognizable.
  • the load cell In order to ensure that the force measuring device functions correctly and the user can rely on the displayed measured value, the load cell must be checked at regular intervals. This periodic check is usually done by the manufacturer, which means a failure of the force measuring device and is associated with costs for the user.
  • the object of the present invention is to provide a method by which the functionality of a force measuring device can be checked.
  • the objects are achieved by a method for checking the functional capability of a force measuring device according to claim 1 which works according to the electromagnetic force compensation principle.
  • the force measuring device comprises a fixed parallel leg and a load of an applied weighing sample receiving movable parallel leg, which is connected by parallel guides with the fixed parallel leg. Furthermore, the force measuring device comprises a movable with the
  • Parallel shank in a force-transmitting manner connected sensor comprising a movable in a magnet system coil, which can be traversed by an electric current, as well as a caused by the application of a load on the movable parallel leg deflection of the coil from its Einspiellage with respect to the magnetic system detecting position sensor.
  • the electric current through the coil serves to cause the coil and the movable parallel leg connected to the coil or the magnet system to move through the electromagnetic force between the coil and the magnet system
  • At least one system identifier of the force measuring device is created by means of a processing unit, and the system identifier with at least a fixed in the processing unit persistently stored fixed system reference means, which is determined on the basis of the comparison, the operability of the force measuring device and according to which an action of the
  • the force measuring device is capable of
  • the sensor can be arranged in various ways in the force measuring device. Either the coil on the movable parallel leg and the magnet system on the fixed parallel leg, or the coil on the fixed parallel leg and the magnet system is attached to the movable parallel leg. In both cases, the coil and the magnet system can move relative to each other.
  • the electrical current through the coil usually regulated by a PID controller, in both cases causes an electromagnetic force between the coil and the magnet system which returns the coil to its Einspiellage relative to the magnet system and / or there holds when a load on the load receiving area is hung up.
  • the coil which is arranged movably in the magnet system, can be configured by one or more windings.
  • the magnet system itself may be a permanent magnet or a current-carrying electromagnet.
  • the magnet system is arranged as a permanent magnet on the movable part, for example, to simplify the power supply of the coil.
  • the Einspiellage is the position of the coil in the magnet system, in which there is a balance between all forces acting on the system forces. For lever systems, this also corresponds to a weighing beam position equal to zero. Due to the
  • connection of the coil with the weighing beam is a deviation of the balance beam from the Einspiellage synonymous with a deflection of the coil from its Einspiellage.
  • the weighing beam is that one-sided or two-sided lever of the force-transmitting connection to which the position sensor monitors the single-play position.
  • the axis of rotation of the balance beam, the center of gravity of the balance beam, the connection of the first lever arm with the coupling, and the force generation center of the sensor lie together on one level. If this is true, then that is
  • a deflection of the coil or of the magnet system from its / their Einspiellage is in direct measuring systems synonymous with a deviation of the power transmission linkage from its Einspiellage.
  • such an inventive method is used in microbalances
  • the invention is suitable both for force measuring devices with sensors, which according to the push principle, as well as those according to the push-pull principle, the Create compensation force. Their difference lies in the generation of the
  • a push system can generate the compensation force in only one direction, while a push-pull system is capable of producing one
  • the deflection of the coil from its Einspiellage is determined and quantified by the position sensor, which serves a position control unit to regulate the electrical current through the coil so that the coil and connected to the coil or the magnet system movable parallel leg through the electromagnetic force between the Coil and the magnet system in the
  • the size of the deflection of the coil from its Einspiellage can also be determined by means of an additional position sensor.
  • additional sensors sensors are possible, which the same information about the size of the deflection of the coil within the magnet system as
  • this sensor signal could be from an acceleration
  • Speed, angle or position sensor are provided to provide this information to a processing unit.
  • the position sensor used is preferably an optoelectronic position sensor whose sensor signal corresponds to the displacement of the interconnected moving parts of the load cell caused by the application of the load to the load receiver from a single-play position.
  • an optoelectronic position sensor whose sensor signal corresponds to the displacement of the interconnected moving parts of the load cell caused by the application of the load to the load receiver from a single-play position.
  • Position sensor typically includes a light emitter and a light receiver, which are fixed with a gap on the fixed parallel leg, as well as a passing through the space and the deflection of the moving parts mitbutde shutter.
  • the signal of the position sensor is fed to the position controller, which then regulates the electrical current through the coil so that the diaphragm and its associated movable parts of the load cell are returned by the electromagnetic force between the coil and permanent magnet in the Einspiellage.
  • the control ensures that the electromagnetic force between the coil and the magnet system keeps the balance balanced.
  • the load cell with all its characteristics of the components
  • Position sensors are dependent on various influencing factors.
  • the reference means of the system describes the perfect condition or the functionality of the system after completion of production and assembly or when delivered to the user. This system reference means is persistently stored in the processing unit of the force measuring device.
  • the identifier of the system identifies the current state or the
  • the system identifier thus identifies the current state or the functionality of the force measuring device. A deviation of the system identifier from the system reference means therefore indicates a changed state or an altered functionality.
  • a development of the invention provides that the at least one
  • System identifier and the at least one system reference means each make a reference between the size of the electric current and the size of the deflection of the coil from their Einspiellage.
  • the at least one system reference means the functioning of the force measuring device at the time of initial adjustment, in particular an adjustment during manufacture or near completion of the force measuring device, and / or the condition of proper functioning of the force measuring device.
  • a development of the invention provides that the at least one
  • System identification means and / or the at least one system reference means in each case a system table with the size of the deflection of the coil from its Einspiellage and the magnitude of the electric current associated values of the weight of the and / or comprises a system function with at least one parameter and at least the magnitude of the deflection of the coil from its Einspiellage and the size of the electric current as input variables.
  • the at least one parameter of the system function is to be understood as a variable of a mathematical function which describes the relationship between the magnitude of the deflection of the coil from its insertion position and the magnitude of the electric current.
  • a system table is used to compare the system identifier with the
  • System reference means the corresponding value from a table, which has values depending on the size of the deflection of the coil from its Einspiellage and the magnitude of the current selected.
  • a system function is a mathematical function with at least two input quantities and at least one parameter.
  • Parameter of the system function is stored as a parameter table. From a parameter table, the corresponding parameter of the system function in
  • An advantageous development of the invention provides that the determination of the values of the system table and / or the determination of the at least one parameter of the system function respectively without and with the movable parallel leg acting weight is carried out, wherein it may be in the weight to an externally levitated or an internally be applied by means of a device weight.
  • the determination of the values and / or the at least one parameter under different load conditions improves the accuracy of the checking of the functionality over the entire weighing range of the gravimetric
  • Another aspect of the invention provides that the at least one
  • a particularly advantageous development of the invention provides that by means of the comparison, a break or crack and / or bending of a joint of the
  • Parallel guidance and / or a change in position of the coil in the magnet system with respect to an original position and / or a position change of the position sensor is compared to an original position checked, the original positions respectively for the state of the force measuring device, in which the system reference means was created.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that from the created system identifier and the previously created system identification means a course of functioning is created, by means of which a prediction of the functionality, in particular the remaining time to the next maintenance of the force measuring device, can be made ,
  • a load cell for electromagnetic force compensation gravimetric force measuring apparatus having a force transmitting mechanical connection between a sensor, comprising a movable in a magnet system coil and a movable parallel leg, wherein either the coil or the magnet system is in communication with the movable parallel leg, characterized by characterized in that the force measuring cell has a position sensor which detects the deflection of the coil from its inserting position by the application of a load on the movable parallel leg, by means of which the size of the deflection of the coil from its inserting position can be determined, the size of the deflection of the coil from its inserting position can be used in a procedure for checking the functionality.
  • the force measuring device in this case has a movable in a magnet system coil, which can be traversed by an electric current, which serves the coil and connected to the coil or the magnet system movable parallel leg, by the electromagnetic force between the coil and the magnet system in to return and / or maintain the single-play days, and a force-transmitting mechanical connection between the coil and a
  • the computer-based program accesses a system reference means and at least one system identifier.
  • the system identifier can in the memory of the program-executing unit stored and the system reference means persistently stored.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a load cell of a
  • Fig. 2 is a monolithic load cell as a lever system in the
  • FIG. 3 shows a load cell as a direct measuring system
  • Fig. 5 is a block diagram with the help of the life cycle of a
  • Fig. 6 is a position-current diagram, over the entire deflection range of
  • Fig. 7 is a position-current diagram, over the entire deflection range of
  • Fig. 8 shows a detail of the position-current diagram of Fig. 6, with the
  • System functions S K i, S K2 and S K3 a system identifier of a force measuring device with damaged Biegelagern or spring joints or membranes, and with possibilities of thresholding the system functions;
  • Fig. 9 A position-current diagram, over the entire deflection range of
  • Coil having a system function SK of a system identifier of a force measuring device with an eccentrically shifted coil in the magnet system in comparison with a system function SE of a system reference means;
  • Figure 1 shows a schematic representation of a load cell 10 of a
  • Force measuring device 1 as a lever system from the side in a sectional view.
  • the force measuring device 1 is supported on a base.
  • the movable parallel leg 12 which is connected by two parallel guides 14 with the fixed parallel leg 1 1, the load to be measured is placed on a shell 1 5.
  • the parallel guides 14 are each by Biegelager 16 with the movable parallel leg 12,
  • Bend bearings 16 define an axis of rotation and behave transversely to the axis of rotation as a substantially rigid force transmitting element.
  • the force measuring device 1 can also be designed as undershielded, usually having a hanger.
  • the coupling 13 transmits the weight to the first lever arm 1 8 of the balance beam 17, which is mounted on a bearing point.
  • the measuring sensor 20 is positioned at its outer end, which compensates the reduced weight of the load with a compensation force.
  • the sensor 20 shown here is as one in a Magnetic system 27 movably mounted current-carrying coil 25 shown.
  • the movable parallel leg 12 By placing a mass or applying a force on the shell 15, the movable parallel leg 12, guided in parallel through the parallel guides 14, lowers. Connected via the coupling 13 with the movable parallel leg 12, the balance beam 17 transmits this movement with a defined translation to the other, the transmitter 20 facing the end of the balance beam 17.
  • Position sensor 21 a position signal 22 corresponding to the deflection of the coil 25 is determined from the Einspiellage. This position signal 22 is the
  • Einspiellage is the strength of the electric coil current 24 is a measure of the determined to be determined, applied mass or force applied to the moving
  • Parallel leg 12 The strength of the electric coil current 24 is measured, processed by means of a processing unit 26 (see FIG. 3), and then displayed as a display value on a display.
  • FIG. 2 is a possible embodiment of a load cell 10 of a
  • the fixed parallel leg 1 1, the movable parallel leg 12, the coupling 13, the parallel guides 14 and the balance bar 17 are in direct material connection of a single homogeneous
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of a load cell 100 as
  • the fixed parallel leg 1 1 1 is supported on the ground.
  • the movable parallel leg 1 12, which serves the load bearing is connected to a power transmission link 1 17 and is through
  • the sensor 120 is at the lower end of the
  • Power transmission linkage 1 17 arranged, in which case the coil with the
  • movable parallel leg 1 12 is in communication and the magnet system 127 is disposed on the fixed parallel leg 1 1 1. Further embodiments would be possible by attaching the sensor 120 in the area between the
  • Parallel guides 1 14 and / or by a reversed arrangement of magnet system 127 and coil 1 25 The thinner a material bridge of a material connection or a spring joint or a diaphragm, the more damage is a load cell 10, 1 00 in case of impacts on the movable parallel leg 12, 1 12, an impact on the ground or an excessively high load. As a result, the material connection or the spring joint or the membrane may be bent, have torn places or even break or be completely severed.
  • the position sensor 21 and the sensor 20, 1, 20 are also susceptible to impacts, overloads and / or impact with the ground. These components of a force measuring device 1 are positioned and aligned during manufacture or near completion of a force measuring device 1. A subsequent adjustment of the force measuring device 1 thus always refers to the position in which the force measuring device 1 has been positioned and aligned. A position deviating from this position of a component falsifies the weighing result without being noticed by the user.
  • Power transmission link 1 17 connected coil 125 or with the
  • Transmission linkage 1 17 connected magnetic system 127 are deflected from their Einspiellage, that is, they take a different position.
  • the new position x is determined by the position sensor 21 and forwarded as a position signal 22 to a position control unit 23.
  • the position control unit 23 usually having a PID controller, constantly determines the necessary for the return of the system in the Einspiellage electric coil current 24.
  • the coil 25, 125 forms a magnetic field and generated in the magnet system 27th , 127 a compensation force, which brings the balance beam 1 7 and the transmission rod 1 17 and thus the coil 25, 125 back to the Einspiellage.
  • the whole process is constantly repeated in the sense of regulating or holding the system in the single-play days.
  • This control circuit detects the deflection of the balance beam 1 7 or the power transmission link 1 1 7 so dynamic, that is several times per second, for example in the range of 500Hz - 10kHz. Since the electric coil current 24 is a direct measure of the compensation force, the electric coil current 24 is measured and from this the weight of the applied load as a display value calculated by the processing unit. to
  • the inventive method for checking the functionality is characterized in that the processing unit 26 in addition to the size of the electric current 24, the position signal 22 of the position sensor 21, so the size of the deflection of the coil 25, 125 used from their Einspiellage to assess the functionality. This is shown in FIG. 3 by the dashed line
  • a second additional sensor 28 e.g. an acceleration, speed,
  • the force measuring device 1 is thus able to incorporate the size of the deflection of the coil 25, 1 25 from its Einspiellage in the assessment of functionality, and so also damage such as the magnetic system 20, 120, at the position measurement, to the Parallel guides 14, 1 14 especially the bending bearing 16 or the spring joints or the membranes and to take into account the lever translation.
  • the system reference means 30 Stored in the processing unit 26 is the system reference means 30, which was created during an adjustment of the force-measuring device 1 (see the
  • the system reference means 30 is stored persistently, ie permanently and can only be overwritten when the force measuring device 1 is readjusted. This is indicated in Figure 4 by the symbol of the closed lock.
  • the system identifier 29, however, can be updated during operation of the force measuring device 1, for example after a successful
  • the out-of-date system identifier 29 ' but must not be deleted, but can continue to be stored in the processing unit 26 to give, for example, in a history information about the course of the functioning of a force measuring device 1 can.
  • FIG. 5 shows the life cycle of a force-measuring device 1 as a block diagram.
  • all components or components of a force-measuring device 1 are manufactured and assembled into a force-measuring device 1.
  • Subsequently or promptly to the completion of the force measuring device 1 is usually carried out a calibration of the force measuring device 1 and an adjustment of the components and parts of the force measuring device. 1
  • a system reference means 30 is created, which maps the state of perfect functionality. This system reference means 30 is stored persistently in the processing unit 26.
  • System reference means 30 can be in the form of a system table or a
  • System function be stored with at least one parameter.
  • a system reference means 30 can be determined individually for each individual force-measuring device 1, or generically for one and the same type of force-measuring device 1.
  • this generically determined system reference means 30 an average value is determined from a plurality of previously determined system reference means 30, which can then be used for all force measuring devices 1 of the same type.
  • the force measuring device 1 can now be delivered to the user and put into operation.
  • adapted force measuring devices 1 can be maintained with the creation of the system reference means 30 and done only at the site.
  • Today's force measuring devices must be checked and tested for their functionality by the manufacturer in a certain time interval in order to meet certain accuracy requirements from national regulations, calibration regulations and / or industry standards. This can be done locally by a service technician or by the manufacturer of the force measuring device 1. If a damage is discovered in the functional test by the manufacturer and it turns out that the cost of a repair will not be worthwhile
  • Functioning of the force measuring device is ordered and can take appropriate steps if necessary.
  • the inventive method fits into this life cycle prior to the periodic maintenance by the manufacturer and checks the functionality during the time interval between two maintenance operations the force measuring device 1. As a result, it can be detected even before an actual maintenance whether the functionality is given or limited. This prevents the use of the force measuring device 1 if damage to the
  • Force measuring device 1 would be present and the force measuring device 1 seems to be undamaged or seems to work without errors. On the other hand, the time interval between two servicing can also be prolonged if the check of the functionality is positive in each case, whereby the user saves costs which arise due to the failure of the force-measuring device 1.
  • the inventive method compares each of the at least one
  • System reference means 30 with at least one system identifier 29 and determined on the basis of the comparison, the operability of the force measuring device. 1
  • the system identifier 29 and the system reference means 30 each relate the magnitude of the electrical current 24 to the magnitude of the deflection of the coil 25, 125 from their single-player locations, and may take the form of values in a system table or system function with at least one parameter to be available.
  • System reference means 30 represents the state of the force measuring device 1 with perfect functionality and the system identifier 29 the state of the force measuring device 1 with the current, current functionality.
  • the system identifier 29 must be created in the form of values in a system table or system function with at least one parameter.
  • the determination of the values of the system table or the system function with at least one parameter as a step before the comparison of the system identifier 29 with the system reference means 30, as well as the determination of the values of a system table or the system function with at least one parameter of the system reference means 30 during the adjustment, can different types take place.
  • the determination is advantageously carried out during the production of the force-measuring device 1, especially during the adjustment phase.
  • the determination is made by varying the deflection of the coil 25, 125 and in
  • Substantially simultaneous measurement of the size of the electric current 24 associated deflection of the coil 25, 1 25 done.
  • the processing unit can specify a desired position or a nominal current by means of two interfaces to the position control unit 23.
  • the two processes described above for determining the values of a system table and / or of a system function having at least one parameter can additionally be carried out with an additionally applied calibration weight. From the measurement with calibration weight and a measurement without calibration weight can then each have a separate system reference means 30 and system identifier 29 for the magnet system 20, 120, for the parallel links 14, 1 14 and their Biegelager 16 or their spring joints, the position sensor 21 and / or of
  • System identifier 29 ' can be created a course of operability, by means of which a prediction over the remaining time until the next maintenance of the force measuring device can be made.
  • the force-measuring device 1 has an internal calibration weight that can be connected to the movable parallel leg 12, 12, the force-measuring device 1 can use one or more of the abovementioned possibilities for determining the values of a system table and / or the system function perform menu-controlled or autonomous with at least one parameter.
  • the processing unit 26 may be a release of the force measuring device 1, a blocking of the force measuring device 1, or a warning to the user, or generally an action of
  • Such a warning may include the information that maintenance is imminent or operability
  • FIGS. 6 to 10 show various system functions of force-measuring devices 1 based on position-current diagrams.
  • the system function establishes a relationship between the magnitude of the electrical current 24 and the magnitude of the deflection of the coil 25, 125 from its single-play position, and is one way to represent a system identifier 29 and a system reference 30, respectively.
  • Markings 100% and -100% and 10% and -10% on the horizontal axis define the deflection position of the coil 25, 125 in the magnet system 20, 1 20.
  • FIG. 6 shows a system function A of an idealized force-measuring device 1 with ideal behavior of the flexure bearings 16 or of the spring joints and of the magnet system 20, 1 20 as a straight line, which means that a deflection of the coil 25, 125 from their single-play position results in a linear change of electric current 24 results.
  • the system functions S EI , S E2 and S E3 correspond to the real behavior of the magnet system 20, 1 20 and at the same time constitute a system reference means 30.
  • FIG. 7 shows a system identifier 29 created by the processing unit 26 with the system functions S K i, S K2 and S K3 of a force measuring device 1 in which at least one flexure bearing 16 or spring joint or membrane has been damaged by an excessively high load, shown. Good to see are the not even running
  • System functions or the characteristics of the system functions at the deflection position P can be of various shapes accept. For example, as shown at system function SK2, over a small range of deflection position associated with a large deviation of coil electric current 24, or as shown at system function S K 3, over a large range of deflection position associated with a small deviation of coil electrical current 24 ,
  • FIG. 8 is an enlarged section of the dashed rectangle in FIG. 7.
  • a comparison between a system reference means 30 and a system identifier 29, as shown in FIG. 8, is to quantify the extent of the deviation and to qualify it by means of a threshold value.
  • a threshold value for example, a tolerance band may be set, whose included range may not be exceeded, or it may, as shown in the system function S K 3, for the
  • System identifier 29 be set a threshold, or combined both possibilities.
  • the tolerance band does not have to be the same width over the entire deflection range, but can also be set depending on the deflection. This ensures that a deviation of the system function of a
  • FIG. 9 shows how a displacement of the position sensor 21 results in a system function SK of a system identifier 29. If the position sensor 21 is no longer at the position at which the adjustment was made deviates
  • suitable tolerances or thresholds are set, preferably with tighter tolerances in the field of Einspiellage.
  • a system reference means 30 and a system identifier 29 are dependent on the mass of the applied load, ie the values of the system table and / or the system function parameters of a system reference means 30 or a system identifier 29 apply to a specific applied load.
  • FIGS. 6, 7 and 8 this is illustrated with different system functions SEI, S E 2 and S E 3 or S K i, S K 2 and S K 3. The stronger the associated on the moving
  • the system reference means 30 and the system identifier 29 therefore contain at least one system table and / or one system function with the corresponding parameters which is then used to check the functionality if the system table or the system function corresponding to the

Landscapes

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Abstract

Die Kraftmessvorrichtung umfasst einen feststehenden Parallelschenkel (11, 111) und einen die Last eines aufgelegten Wägeguts aufnehmenden beweglichen Parallelschenkel (12, 112), welcher durch Parallelführungen (14, 114) mit dem feststehenden Parallelschenkel (11, 111) verbunden ist. Weiter umfasst die Kraftmessvorrichtung einen mit dem beweglichen Parallelschenkel (12, 112) in kraftübertragender Weise verbundenen Messaufnehmer (20, 120) umfassend eine in einem Magnetsystem (27, 127) beweglichen Spule (25, 125), welche von einem elektrischen Strom (24) durchflossen werden kann, sowie einen die durch das Auflegen einer Last auf den beweglichen Parallelschenkel (12, 112) verursachte Auslenkung der Spule (25, 125) aus ihrer Einspiellage in Bezug auf das Magnetsystem (27, 127) ermittelnden Positionssensor (21, 28). Der elektrische Strom (24) durch die Spule (25, 125) dient dazu die Spule (25, 125) und den mit der Spule (25, 125) oder dem Magnetsystem (27, 127) verbundene bewegliche Parallelschenkel (12, 112), durch die elektromagnetische Kraft zwischen der Spule (25, 125) und dem Magnetsystem (27, 127), in die Einspiellage zurückzuführen und/oder dort zu halten. Erfindungsgemäss wird mindestens ein Systemkennmittel (29) der Kraftmessvorrichtung (1) mittels einer Verarbeitungseinheit (26) erstellt, und das Systemkennmittel (29) mit mindestens einem in der Verarbeitungseinheit (26) persistent abgespeicherten unveränderlichen Systemreferenzmittel (30) verglichen, wobei aufgrund des Vergleichs die Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung (1) bestimmt wird und wonach eine Aktion der Kraftmessvorrichtung (1) erfolgt, und wobei zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit die Grösse des elektrischen Stromes (24) und die Grösse der Auslenkung der Spule(25, 125) aus ihrer Einspiellage verwendet werden.

Description

Wägezellendiagnostik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Kraftmessvorrichtung.
Eine Wägezelle ist ein mechanischer Messgrössenumformer zur Bestimmung der Masse, bei dem die vom Wägegut ausgeübte Gewichtskraft in ein elektrisches Signal umgeformt wird, Beispiele sind Dehnungsmessstreifen-Wägezelle, Saiten-Wägezelle oder EMFR-Wägezelle (Electro-Magnetic Force Restauration). Häufig findet eine Wägezelle ihren Einsatz in Kraftmessvorrichtungen, insbesondere Waagen, welche die Gewichtskraft einer aufgelegten Last in ein elektrisches Signal wandeln. Bei Wägezellen, welche nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation arbeiten, wird die Gewichtskraft des Wägeguts entweder direkt oder durch einen oder mehrere, auf Lagern gelagerte(n) Kraftübertragungshebel zu einem
elektromechanischen Messaufnehmer übertragen. Der Messaufnehmer erzeugt eine der Gewichtskraft des Wägeguts entsprechende Kompensationskraft und stellt dabei ein elektrisches Signal zur Verfügung, welches durch eine Wägeelektronik, der Verarbeitungseinheit, weiterverarbeitet und zur Anzeige gebracht wird.
Eine EMFR-Wägezelle weist meist ein Parallelogramm auf mit einem feststehenden Parallelschenkel und einen mit diesem durch zwei Parallelführungen verbundenen beweglichen Parallelschenkel, welcher als Lastaufnahmebereich dient. In
Hebelsystemen wird die Gewichtskraft über ein an den Lastaufnahmebereich gekoppeltes, längssteifes, biegeelastisches Koppelelement an einen Wägebalken übertragen, welcher am feststehenden Parallelschenkel abgestützt ist. Der Zweck einer solchen Wägezelle besteht darin, die der aufgelegten Last entsprechende Gewichtskraft soweit zu untersetzen, dass der die Kompensationskraft erzeugende Messaufnehmer ein der Gewichtskraft entsprechendes Messsignal ausgeben kann. Bekanntermassen sind die Verbindungsstellen der einzelnen Elemente in
hochauflösenden Wägezellen durch Biegelager ausgestaltet. Biegelager definieren eine Drehachse zwischen den zwei gekoppelten Elementen und können bei einer einstückigen Wägezelle, auch monolithische Wägezelle oder Monoblock genannt, als dünne Materialstellen ausgestaltet sein.
In EMFR-Wägezellen bei denen die Gewichtskraft direkt, also ohne Untersetzung der Kompensationskraft mittels Hebeln, von der vom Messaufnehmer erzeugten
Kompensationskraft kompensiert wird, sind die Parallelführungen meist als
Federelemente bzw. Federgelenke oder Membranen ausgestaltet. Bei solchen
Wägezellen, auch Direktmesssysteme genannt, wird von einem einzelnen
Messaufnehmer eine der Gewichtskraft der Last entsprechende gleich grosse
Kompensationskraft entgegengebracht, oder bei mehreren in einem Verbund angeordneten Messaufnehmern eine entsprechende Teilkompensationskraft.
Bei hochauflösenden Kraftmessvorrichtungen sind die Biegelager dünner und daher auch anfälliger auf Beschädigungen, welche das Wägeresultat beeinflussen oder die Kraftmessvorrichtung unbrauchbar machen können. Zum Beispiel kann ein Schlag auf die Waagschale oder ein Aufprall auf den Untergrund zu einer übermässig hohen Beanspruchung der Parallelführungen und anderen Komponenten führen. Die möglichen Folgen reichen von verbogenen Biegelagern, Federgelenken oder
Membranen, über angerissene Stellen in den Biegelagern, Federgelenken oder Membranen, bis zu einem Bruch eines Biegelagers, Federgelenks oder einer
Membran. Ein in einer EMFR-Wägezelle verwendeter Messaufnehmer kann zum Beispiel als eine stromdurchflossene Spule in einem Permanentmagneten ausgestaltet sein. Dabei ist meist die Spule am Wägebalken angeordnet und der Permanentmagnet am
feststehenden Parallelschenkel befestigt, aber auch die Variante in, welcher der Permanentmagnet am Wägebalken und die Spule am feststehenden Parallelschenkel angeordnet ist, ist möglich. Im Betrieb einer Kraftmessvorrichtung wird die Spule von einem elektrischem Strom durchflössen, wodurch eine die aufgelegte Last
kompensierende Kompensationskraft erzeugt wird. Eine Positionsmesseinrichtung erfasst die Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage, woraufhin eine Regeleinheit die Stromstärke aufgrund des Positionsmesssignals so regelt, dass die Spule wieder in die Einspiellage zurückgeführt wird. Ist die Spule in der Einspiellage, d.h. wenn alle am System angreifenden Kräfte gleich Null sind, so wird die Grösse des elektrischen Stromes zur Bestimmung des Wägeresultats gemessen und zur Anzeige gebracht.
Ebenso kann sich eine übermässig hohe Beanspruchung, wie oben erwähnt, auch auf die Spule im Magnetsystem oder die Positionsmesseinrichtung auswirken. Im
Herstellungsprozess einer Kraftmessvorrichtung ist die Justierung der Wägezelle ein wichtiger Schritt um die Empfindlichkeit und Genauigkeit einzustellen. Diese
Einstellungen gelten jeweils nur für die Konfiguration, in welcher die Justierung durchgeführt wurde. Bei einer übermässig hohen Beanspruchung kann sich dabei die Ausrichtung der Spule im Magnetsystem verändern oder die Positionseinrichtung relativ zum Wägebalken verschieben, was zur Folge hat, dass das Wägeresultat nicht korrekt ermittelt wird.
Ist trotz Schädigung der Wägezelle, sei es an einem Biegelager oder durch
Positionsveränderungen der Spule im Magnetsystem oder an der
Positionsmesseinrichtung gegenüber einer Position in welcher die
Kraftmessvorrichtung geeicht wurde, eine vermeintliche Messung des Wägeguts noch möglich, ist eine solche Beschädigung mit heutigen Mitteln nicht zu erkennen.
Trotzdem wird von der Kraftmessvorrichtung ein Wägeresultat ausgegeben, welches nicht korrekt ist da die Kraftmessvorrichtung unbeschadet bzw. ohne Fehler zu funktionieren scheint. Die EP 1 785 703 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung und/oder zur
Bestimmung des Zustandes einer Kraftmessvorrichtung. Die Kraftmessvorrichtung weist dabei eine in einem Innenraum eines Gehäuses angeordnete Kraftmesszelle auf, sowie einen Sensor, welcher ein die Lebensdauer der Kraftmessvorrichtung
beeinflussender Parameter des Innenraumklimas misst. Durch das Verfahren kann der Zustand einer Kraftmessvorrichtung überwacht werden ohne dass dabei das Gehäuse zwecks Zustandsbestimmung der Kraftmessvorrichtung geöffnet werden muss.
Nachteilig dabei ist, dass eine Beschädigung der Wägezelle, sei es an einem
Biegelager oder eine Positionsveränderung der Spule oder der
Positionsmesseinrichtung, nach einer übermässig hohen Beanspruchung nicht erkennbar ist. Um zu gewährleisten, dass die Kraftmessvorrichtung korrekt funktioniert und sich der Benutzer auf den angezeigten Messwert verlassen kann, muss die Wägezelle in regelmässigen Abständen überprüft werden. Diese periodische Überprüfung geschieht meist durch den Hersteller, was einen Ausfall der Kraftmessvorrichtung bedeutet und mit Kosten für den Benutzer einhergeht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, durch welches die Funktionsfähigkeit einer Kraftmessvorrichtung überprüft werden kann.
Zudem soll es möglich sein, dass das Verfahren am Betriebsort der
Kraftmessvorrichtung und durch diese selbst durchgeführt werden kann.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäss mit einem Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit, einer nach dem elektromagnetischen Kraftkompensationsprinzip arbeitenden Kraftmessvorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst.
Die Kraftmessvorrichtung umfasst einen feststehenden Parallelschenkel und einen die Last eines aufgelegten Wägeguts aufnehmenden beweglichen Parallelschenkel, welcher durch Parallelführungen mit dem feststehenden Parallelschenkel verbunden ist. Weiter umfasst die Kraftmessvorrichtung einen mit dem beweglichen
Parallelschenkel in kraftübertragender Weise verbundenen Messaufnehmer umfassend eine in einem Magnetsystem beweglichen Spule, welche von einem elektrischen Strom durchflössen werden kann, sowie einen die durch das Auflegen einer Last auf den beweglichen Parallelschenkel verursachte Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage in Bezug auf das Magnetsystem ermittelnden Positionssensor. Der elektrische Strom durch die Spule dient dazu die Spule und den mit der Spule oder dem Magnetsystem verbundenen beweglichen Parallelschenkel, durch die elektromagnetische Kraft zwischen der Spule und dem Magnetsystem, in die
Einspiellage zurückzuführen und/oder dort zu halten.
Erfindungsgemäss wird mindestens ein Systemkennmittel der Kraftmessvorrichtung mittels einer Verarbeitungseinheit erstellt, und das Systemkennmittel mit mindestens einem in der Verarbeitungseinheit persistent abgespeicherten unveränderlichen Systemreferenzmittel verglichen, wobei aufgrund des Vergleichs die Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung bestimmt wird und wonach eine Aktion der
Kraftmessvorrichtung erfolgt, und wobei zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit die Grösse des elektrischen Stromes und die Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage verwendet werden.
Durch das erfinderische Verfahren ist die Kraftmessvorrichtung in der Lage die
Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage bzw. deren Position im Magnetsystem mit in die Überprüfung der Funktionsfähigkeit einfliessen zu lassen, da die Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage zusätzlich der Verarbeitungseinheit zugeführt wird.
Der Messaufnehmer kann auf verschiedene Arten in der Kraftmessvorrichtung angeordnet sein. Entweder ist die Spule am beweglichen Parallelschenkel und das Magnetsystem am feststehenden Parallelschenkel, oder die Spule am feststehenden Parallelschenkel und das Magnetsystem am beweglichen Parallelschenkel befestigt. In beiden Fällen können sich die Spule und das Magnetsystem relativ zu einander bewegen. Der elektrische Strom durch die Spule, meist geregelt durch einen PID- Regler, bewirkt in beiden Fällen eine elektromagnetische Kraft zwischen der Spule und dem Magnetsystem, welche die Spule relativ zum Magnetsystem in ihre Einspiellage zurückführt und/oder dort hält wenn eine Last auf den Lastaufnahmebereich aufgelegt wird. Die Spule, welche im Magnetsystem beweglich angeordnet ist, kann durch eine oder mehrere Wicklungen ausgestaltet sein. Das Magnetsystem selbst kann ein Permanentmagnet oder ein stromdurchflossener Elektromagnet sein. Die
gebräuchlichste Art ist es das Magnetsystem am feststehenden Bereich anzubringen und die Spule direkt oder gekoppelt über ein- oder mehrere Hebel am
Lastaufnahmebereich. Dies ist meist deshalb sinnvoll, weil die geringere
Massenträgheit, in diesem Fall die Massenträgheit der Spule, ein schnelleres
Zurückführen in die bzw. ein stabileres Halten der Einspiellage ermöglicht. Es gibt aber auch Kraftmessvorrichtungen in denen das Magnetsystem als Permanentmagnet am beweglichen Teil angeordnet ist, um beispielsweise die Stromversorgung der Spule zu vereinfachen. Die Einspiellage ist die Lage der Spule im Magnetsystem, in welcher ein Gleichgewicht zwischen allen auf das System wirkenden Kräften besteht. Bei Hebelsystemen entspricht dies ebenfalls einer Wägebalkenposition gleich null. Aufgrund der
Verbindung der Spule mit dem Wägebalken ist eine Abweichung des Wägebalkens von der Einspiellage gleichbedeutend mit einer Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage. Gleiches gilt wenn anstelle der Spule das Magnetsystem mit dem
Wägebalken verbunden ist. Als Wägebalken wird im Sinne dieser Anmeldung jener ein- oder zweiseitige Hebel der kraftübertragenden Verbindung bezeichnet, an welchem der Positionssensor die Einspiellage überwacht. In bevorzugter Weise liegen die Drehachse des Wägebalkens, der Massenschwerpunkt des Wägebalkens, die Verbindung des ersten Hebelarms mit der Koppel, und der Krafterzeugungsmittelpunkt des Messaufnehmers, zusammen auf einer Ebene. Ist dies erfüllt, so ist der
Wägebalken ohne aufgelegte Last momentfrei und unabhängig von einem schiefen Untergrund stets im Gleichgewicht. Die Ebene gebildet durch die oben genannten Punkte wird auch niveauneutrale Ebene genannt.
In einem Direktmesssystem ist die Spule oder das Magnetsystem des
Messaufnehmers an einem Kraftübertragungsgestänge angebracht, welches direkt mit dem Lastaufnahmebereich verbunden ist, was bedeutet, dass keine Hebel zur
Untersetzung der aufgebrachten Kraft vorhanden sind. Eine Auslenkung der Spule oder des Magnetsystems aus ihrer/dessen Einspiellage ist bei Direktmesssystemen gleichbedeutend mit einer Abweichung des Kraftübertragungsgestänges aus dessen Einspiellage.
Bevorzugt kommt ein solches erfinderisches Verfahren bei Mikrowaagen zur
Anwendung, da diese meist sehr dünne Biegelager aufweisen. Diese Waagen können eine Wägelast von 10g mit einer Messauflösung von 0.001 mg bestimmen, d.h. bis auf einen Zehnmillionstel genau. Es reichen deshalb schon verhältnismässig geringe Überbelastungen aus, um bei einer Mikrowaage eine Schädigung eines Biegelagers hervorzurufen.
Die Erfindung eignet sich sowohl für Kraftmessvorrichtungen mit Messaufnehmer, welche nach dem Push-Prinzip, als auch solche, die nach dem Push-Pull-Prinzip die Kompensationskraft erzeugen. Ihr Unterschied liegt in der Erzeugung der
Kompensationskraft: ein Push-System kann die Kompensationskraft in nur eine Richtung erzeugen, während ein Push-Pull-System in der Lage ist, eine
Kompensationskraft in zwei entgegengesetzte Richtungen zu erzeugen. Die Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage wird mittels des Positionssensors ermittelt und quantifiziert, welcher einer Positionskontrolleinheit dazu dient den elektrischen Strom durch die Spule so zu regeln, dass die Spule und der mit der Spule oder dem Magnetsystem verbundene bewegliche Parallelschenkel durch die elektromagnetische Kraft zwischen der Spule und dem Magnetsystem in die
Einspiellage zurückgeführt werden. Alternativ kann die Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage auch mittels eines zusätzlichen Positionssensors ermittelt werden. Als zusätzliche Sensoren sind Sensoren möglich, welche dieselbe Information über die Grösse der Auslenkung der Spule innerhalb des Magnetsystems als
Sensorsignal erfassen, wie sie der Positionssensor der Positionsmessung erfasst. Zum Beispiel könnte dieses Sensorsignal von einem Beschleunigungs-,
Geschwindigkeits-, Winkelmess- oder Positionssensor bereitgestellt werden, um diese Information einer Verarbeitungseinheit zur Verfügung zu stellen.
Als Positionssensor wird vorzugsweise ein optoelektronischer Lagesensor eingesetzt, dessen Sensorsignal der durch das Auflegen der Last auf den Lastaufnehmer verursachten Auslenkung der miteinander verbundenen beweglichen Teile der Wägezelle aus einer Einspiellage entspricht. Ein solcher optoelektronischer
Lagesensor umfasst typischerweise einen Lichtsender und einen Lichtempfänger, welche mit einem Zwischenraum auf dem feststehenden Parallelschenkel festgelegt sind, sowie eine den Zwischenraum durchsetzende und die Auslenkung der beweglichen Teile mitmachende Blendenfahne. Das Signal des Lagesensors wird dem Positionsregler zugeführt, welcher daraufhin den elektrischen Strom durch die Spule so regelt, dass die Blendenfahne und die mit ihr verbundenen beweglichen Teile der Wägezelle durch die elektromagnetische Kraft zwischen Spule und Permanentmagnet in die Einspiellage zurückgeführt werden. Mit andern Worten, die Regelung sorgt dafür, dass die elektromagnetische Kraft zwischen der Spule und dem Magnetsystem der Wägelast das Gleichgewicht hält. Als System ist hier die Wägezelle mit all ihren Eigenschaften der Bestandteile
(Parallelogramm, Hebeluntersetzung, Biegelager, Messaufnehmer, Positionssensor) und deren Einflussfaktoren gemeint. Eigenschaften wie Materialeigenschaften, Widerstandsmomente, Homogenität des Magnetfeldes und Linearität des
Positionssensors sind von verschiedenen Einflussfaktoren abhängig.
Temperaturveränderungen, Vibrationen und Schwingungen des Untergrunds oder Schläge auf die Wägezelle beeinflussen das System oder können dieses sogar bleibend verändern. Das Referenzmittel des Systems beschreibt den einwandfreien Zustand bzw. die Funktionsfähigkeit des Systems bei nach abgeschlossener Fertigung und Montage bzw. bei Auslieferung an den Benutzer. Dieses Systemreferenzmittel ist persistent in der Verarbeitungseinheit der Kraftmessvorrichtung abgespeichert. Das Kennmittel des Systems kennzeichnet den aktuellen Zustand bzw. die
Funktionsfähigkeit des Systems und wird bei Bedarf und/oder in einem vorgegebenen Zeitintervall ermittelt. Das Systemkennmittel kennzeichnet also den momentanen Zustand bzw. die Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung. Eine Abweichung des Systemkennmittels vom Systemreferenzmittel deutet demnach auf einen veränderten Zustand bzw. auf eine veränderte Funktionsfähigkeit hin.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine
Systemkennmittel und das mindestens eine Systemreferenzmittel jeweils einen Bezug zwischen der Grösse des elektrischen Stromes und der Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage herstellen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine Systemreferenzmittel die Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung zum Zeitpunkt der erstmaligen Justierung, insbesondere einer Justierung während der Herstellung oder zeitnah der Fertigstellung der Kraftmessvorrichtung, und/oder den Zustand einer einwandfreien Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung darstellt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine
Systemkennmittel und/oder das mindestens eine Systemreferenzmittel jeweils eine Systemtabelle mit zur Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage und zur Grösse des elektrischen Stromes zugehörigen Werten der Gewichtskraft der aufgelegten Last umfassen/umfasst und/oder eine Systemfunktion mit mindestens einem Parameter und mit mindestens der Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage und der Grösse des elektrischen Stromes als Eingangsgrössen umfassen/umfasst. Der mindestens eine Parameter der Systemfunktion ist im Kontext dieser Erfindung als Variable einer mathematischen Funktion zu verstehen, welche die Abhängigkeit zwischen der Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage und der Grösse des elektrischen Stromes beschreibt.
Mit einer Systemtabelle wird zum Vergleich des Systemkennmittels mit dem
Systemreferenzmittel der entsprechende Wert aus einer Tabelle, welche Werte in Abhängigkeit der Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage und der Grösse der Stromstärke aufweist, gewählt. Als Systemfunktion ist eine mathematische Funktion mit mindestens zwei Eingangsgrössen und mindestens einem Parameter zu verstehen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der mindestens eine
Parameter der Systemfunktion als eine Parametertabelle abgespeichert ist. Aus einer Parametertabelle wird der entsprechende Parameter der Systemfunktion in
Abhängigkeit der Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage und der Grösse der Stromstärke gewählt. Zudem kann der mindestens eine Parameter der Systemfunktion lastabhängig sein. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ermittlung der Werte der Systemtabelle und/oder die Ermittlung des mindestens einen Parameters der Systemfunktion durch Variieren der Auslenkung der Spule und im Wesentlichen zeitgleichem Messen der zur Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage zugehörigen Grösse des elektrischen Stromes erfolgt, und/oder durch Variieren der Grösse des elektrischen Stromes und im Wesentlichen zeitgleichem Messen der zur Grösse des elektrischen Stromes zugehörigen Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage erfolgt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ermittlung der Werte der Systemtabelle und/oder die Ermittlung des mindestens einen Parameters der Systemfunktion jeweils ohne und mit einem den beweglichen Parallelschenkel beaufschlagenden Gewicht durchgeführt wird, wobei es sich bei dem Gewicht um ein extern auflegbares oder ein intern mittels einer Vorrichtung auflegbares Gewicht handeln kann. Die Ermittlung der Werte und/oder des mindestens einen Parameters unter verschiedenen Lastbedingungen verbessert die Genauigkeit der Überprüfung der Funktionsfähigkeit über den gesamten Wägebereich der gravimetrischen
Kraftmessvorrichtung.
Ein anderer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine
Systemreferenzmittel für jede Kraftmessvorrichtung individuell oder für denselben Typ einer Kraftmessvorrichtung generisch erstellt wird. Es ist offensichtlich, dass jede Kraftmessvorrichtung, geprägt durch die individuellen Fertigungstoleranzen am
Magnetsystem, an den Biegelagern, an der Positionsmessung und der
Hebelübersetzung, eigene Werte und/oder Parameter aufweist, welche dann nur für die eine Kraftmessvorrichtung gelten. Um in der Produktion der
Kraftmessvorrichtungen die Ermittlung dieser Werte und/oder Parameter zu
beschleunigen, kann ein Systemreferenzmittel in der Verarbeitungseinheit
abgespeichert werden, welches generisch aus dem arithmetischen Mittel von vorherig bestimmten Systemreferenzmitteln erstellt wurde.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mittels des Vergleichs ein Bruch oder Anriss und/oder Verbiegen eines Gelenkes der
Parallelführung und/oder eine Positionsveränderung der Spule im Magnetsystem gegenüber einer ursprünglichen Position und/oder eine Positionsveränderung des Positionssensors gegenüber einer ursprünglichen Position überprüft wird, wobei die ursprünglichen Positionen jeweils für den Zustand der Kraftmessvorrichtung gelten, in welcher das Systemreferenzmittel erstellt wurde. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass aus dem erstellten Systemkennmittel und den vorangehend erstellten Systemkennmitteln ein Verlauf der Funktionsfähigkeit erstellt wird, mittels welchem eine Vorhersage über die Funktionsfähigkeit, insbesondere über die verbleibende Zeit bis zur nächsten Wartung der Kraftmessvorrichtung, getroffen werden kann. Eine Kraftmesszelle für nach dem elektromagnetischen Kraftkompensationsprinzip arbeitende gravimetrische Kraftmessvorrichtung mit einer kraftübertragenden mechanischen Verbindung zwischen einem Messaufnehmer, umfassend eine in einem Magnetsystem beweglichen Spule und einem beweglichen Parallelschenkel, wobei entweder die Spule oder das Magnetsystem mit dem beweglichen Parallelschenkel in Verbindung steht, zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftmesszelle einen durch das Auflegen einer Last auf den beweglichen Parallelschenkel verursachte Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage ermittelnden Positionssensor aufweist, mittels welchem die Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage bestimmt werden kann, wobei die Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage in einem Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit verwendet werden kann.
In einem computergestütztem Programm zur Ausführung des Verfahrens zur
Überprüfung der Funktionsfähigkeit mittels einer nach dem elektromagnetischen Kraftkompensationsprinzip arbeitenden gravimetrischen Kraftmessvorrichtung wird ein Signals zur Auslösung einer Aktion durch die Kraftmessvorrichtung, beispielsweise eine Freigabe oder eine Sperrung der Kraftmessvorrichtung, zur Ausgabe gebracht. Die Kraftmessvorrichtung weist dabei eine in einem Magnetsystem bewegliche Spule auf, welche von einem elektrischen Strom durchflössen werden kann, der dazu dient die Spule und den mit der Spule oder dem Magnetsystem verbundenen beweglichen Parallelschenkel, durch die elektromagnetische Kraft zwischen der Spule und dem Magnetsystem, in die Einspiellage zurückzuführen und/oder dort zu halten, sowie eine kraftübertragende mechanische Verbindung zwischen der Spule und einem
beweglichen Parallelschenkel, und einen die durch das Auflegen der Last auf den beweglichen Parallelschenkel verursachte Auslenkung der Spule aus einer ihrer Einspiellage ermittelnden Sensor. Als Eingangsgrössen des computergestützten Programms werden mindestens die Grösse des elektrischen Stromes und die Grösse der Auslenkung der Spule aus ihrer Einspiellage verwendet.
Eine Weiterbildung des computergestützten Programms sieht vor, dass das
computergestützte Programm auf ein Systemreferenzmittel und mindestens ein Systemkennmittel zugreift. Das Systemkennmittel kann dabei im Arbeitsspeicher der programmausführenden Einheit abgespeichert und das Systemreferenzmittel persistent abgespeichert sein.
Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Schnittdarstellung einer Kraftmesszelle einer
oberschaligen Kraftmessvorrichtung als Hebelsystem in der Seitenansicht;
Fig. 2 Eine monolithisch aufgebaute Kraftmesszelle als Hebelsystem in der
Seitenansicht;
Fig. 3 Eine Kraftmesszelle als Direktmesssystem;
Fig. 4 Ein Blockdiagramm mit dessen Hilfe der Funktionsablauf einer
erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung beschrieben wird;
Fig. 5 Ein Blockdiagramm mit dessen Hilfe der Lebenszyklus einer
erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung beschrieben wird;
Fig. 6 Ein Position-Strom-Diagramm, über den gesamten Auslenkungsbereich der
Spule, mit den Systemfunktionen SEI , SE2 und SE3 eines
Systemreferenzmittels und einer idealen Systemfunktion A;
Fig. 7 Ein Position-Strom-Diagramm, über den gesamten Auslenkungsbereich der
Spule, mit den Systemfunktionen SKi , SK2 und SK3 eines Systemkennmittels einer Kraftmessvorrichtung mit beschädigten Biegelagern bzw.
Federgelenken oder Membranen;
Fig. 8 Einen Ausschnitt des Position-Strom-Diagramms aus Fig. 6, mit den
Systemfunktionen SKi , SK2 und SK3 eines Systemkennmittels einer Kraftmessvorrichtung mit beschädigten Biegelagern bzw. Federgelenken oder Membranen, und mit Möglichkeiten der Schwellwertbildung für die Systemfunktionen;
Fig. 9 Ein Position-Strom-Diagramm, über den gesamten Auslenkungsbereich der
Spule, mit einer Systemfunktion SK eines Systemkennmittels und einer Kraftmessvorrichtung mit verschobener Positionsmessung im Vergleich mit einer Systemfunktion SE eines Systemreferenzmittels;
Fig. 10 Ein Position-Strom-Diagramm, über den gesamten Auslenkungsbereich der
Spule, mit einer Systemfunktion SK eines Systemkennmittels einer Kraftmessvorrichtung mit aussermittig verschobener Spule im Magnetsystem im Vergleich mit einer Systemfunktion SE eines Systemreferenzmittels;
Merkmale mit gleicher Funktion und ähnlicher Ausgestaltung sind in der folgenden Beschreibung mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftmesszelle 10 einer
Kraftmessvorrichtung 1 als Hebelsystem von der Seite in einer Schnittdarstellung. Über den feststehenden Parallelschenkel 1 1 ist die Kraftmessvorrichtung 1 auf einer Unterlage abgestützt. Auf den beweglichen Parallelschenkel 12, welcher durch zwei Parallelführungen 14 mit dem feststehenden Parallelschenkel 1 1 verbunden ist, wird die zu messende Last über eine Schale 1 5 aufgelegt. Die Parallelführungen 14 sind jeweils durch Biegelager 16 mit dem beweglichen Parallelschenkel 12,
beziehungsweise mit dem feststehenden Parallelschenkel 1 1 verbunden. Biegelager 16 definieren eine Drehachse und verhalten sich quer zur Drehachse als ein praktisch starres Kraftübertragungselement. Die hier gezeigte Variante als oberschalige
Ausführung ist nicht zwingend. Die Kraftmessvorrichtung 1 kann ebenso als unterschalig, meist ein Gehänge aufweisend, ausgeführt werden. Die Koppel 13 überträgt die Gewichtskraft auf den ersten Hebelarm 1 8 des Wägebalkens 17, welcher an einer Lagerstelle gelagert ist. Am anderen Ende des Wägebalkens 17, dem zweiten Hebelarm 19, ist an seinem äusseren Ende der Messaufnehmer 20 positioniert, welcher die untersetzte Gewichtskraft der Last mit einer Kompensationskraft kompensiert. Der hier dargestellte Messaufnehmer 20 ist als eine in einem Magnetsystem 27 beweglich gelagerte stromdurchflossene Spule 25 gezeigt.
Entspricht die erzeugte Kompensationskraft des Messaufnehmers 20 am zweiten Hebelarm 19 der Gewichtskraft der Last am ersten Hebelarm 18 so ist der
Wägebalken 1 7 im Gleichgewicht und somit in der Einspiellage. Diese Einspiellage wird überwacht durch einen Positionssensor 21 .
Durch Auflegen einer Masse bzw. Aufbringen einer Kraft auf die Schale 15 senkt sich der bewegliche Parallelschenkel 12, parallel durch die Parallelführungen 14 geführt, ab. Über die Koppel 13 mit dem beweglichen Parallelschenkel 12 verbunden, überträgt der Wägebalken 17 diese Bewegung mit einer definierten Übersetzung an das andere, dem Messumformer 20 zugewandten Ende des Wägebalkens 17. Mittels des
Positionssensors 21 wird ein Positionssignal 22 entsprechend der Auslenkung der Spule 25 aus der Einspiellage ermittelt. Dieses Positionssignal 22 ist das
Eingangssignal für eine Positionskontrolleinheit 23, welche einen elektrischen Strom 24 durch die Spule 25 so regelt, dass die resultierende Kompensationskraft die Spule 25 und den mit der Spule 25 verbundene Wägebalken 1 7 wieder in die Einspiellage zurückführt. Im eingeregelten Zustand (Spule 25 befindet sich wieder in der
Einspiellage) ist die Stärke des elektrischen Spulenstroms 24 ein Mass für die zu bestimmende, aufgelegte Masse bzw. aufgebrachte Kraft am beweglichen
Parallelschenkel 12. Die Stärke des elektrischen Spulenstroms 24 wird gemessen, mittels einer Verarbeitungseinheit 26 (siehe Figur 3) verarbeitet, und danach als Anzeigewert auf einem Display zur Anzeige gebracht.
In Figur 2 ist eine mögliche Ausgestaltung einer Kraftmesszelle 10 einer
Kraftmessvorrichtung 1 als monolithische Zelle von der Seite in einer
Schnittdarstellung gezeigt. Der feststehende Parallelschenkel 1 1 , der bewegliche Parallelschenkel 12, die Koppel 13, die Parallelführungen 14 und der Wägebalken 17 sind dabei in direkter Materialverbindung aus einem einzigen homogenen
Materialblock gearbeitet. Alle diese Elemente werden durch geeignete
Fabrikationstechniken aus einem Metallquader durch Trennung, z.B. zerspanende Bearbeitung, Schneiden, oder Erodieren gebildet. Die Biegelager 1 6, der Drehpunkt des Wägebalkens und die Verbindungsstellen der Koppel 1 3 sind als dünne
Materialbrücken ausgebildet, wobei die Biegelager 16 je nach Wägebereich der Kraftmessvorrichtung 1 in ihrer Materialstärke angepasst werden, d.h. dass die Materialbrücke der Biegelager 1 6 bei höheren Wägebereichen dicker ausfällt.
Figur 3 zeigt eine mögliche Ausgestaltung einer Kraftmesszelle 100 als
Direktmesssystem. Der feststehende Parallelschenkel 1 1 1 ist auf dem Untergrund abgestützt. Der bewegliche Parallelschenkel 1 12, welcher der Lastaufnahme dient ist mit einem Kraftübertragungsgestänge 1 17 verbunden und wird durch
Parallelführungen 1 14, hier in Figur 3 als Membran ausgestaltet, geführt. In dieser Ausführung ist der Messaufnehmer 120 am unteren Ende des
Kraftübertragungsgestänges 1 17 angeordnet, wobei hier die Spule mit dem
beweglichen Parallelschenkel 1 12 in Verbindung steht und das Magnetsystem 127 am feststehenden Parallelschenkel 1 1 1 angeordnet ist. Weitere Ausgestaltungen wären möglich durch Anbringen des Messaufnehmers 120 im Bereich zwischen den
Parallelführungen 1 14 und/oder durch ein vertauschtes Anordnen von Magnetsystem 127 und Spule 1 25. Je dünner eine Materialbrücke einer Materialverbindung bzw. ein Federgelenk oder eine Membrane ist, desto beschädigungsanfälliger ist eine Kraftmesszelle 10, 1 00 bei Schlägen auf den beweglichen Parallelschenkel 12, 1 12, einem Aufprall auf den Untergrund oder einer übermässig hohen Beanspruchung. Als Folge davon kann die Materialverbindung bzw. das Federgelenk oder die Membran verbogen sein, angerissene Stellen aufweisen oder gar brechen bzw. ganz durchtrennt sein.
Ebenso anfällig auf Schläge, Überbelastungen und/oder einen Aufprall mit dem Untergrund ist der Positionssensor 21 und der Messaufnehmer 20, 1 20. Diese Komponenten einer Kraftmessvorrichtung 1 werden während der Herstellung oder zeitnah der Fertigstellung einer Kraftmessvorrichtung 1 positioniert und ausgerichtet. Eine anschliessende Justierung der Kraftmessvorrichtung 1 bezieht sich also immer auf die Position, in welcher die Kraftmessvorrichtung 1 positioniert und ausgerichtet wurde. Eine von dieser Position abweichende Position einer Komponente verfälscht das Wägeresultat ohne vom Benutzer bemerkt zu werden. Trotz Schädigung der Kraftmesszelle 10, 1 00, sei es an einer Materialverbindung bzw. an einem Federgelenk oder an einer Membrane oder durch Positionsveränderungen der Spule und/oder des Positionssensors gegenüber einer Position in welcher die Kraftmessvorrichtung 1 justiert wurde, kann eine vermeintliche Wägung noch möglich sein, jedoch ist eine solche Schädigung mit heutigen Mitteln nicht zu erkennen. Von der Kraftmessvorrichtung 1 wird dennoch ein Wägeresultat ausgegeben, welches aber nicht korrekt ist, da die Kraftmessvorrichtung 1 unbeschadet bzw. ohne Fehler zu funktionieren scheint.
Im Folgenden wird der Funktionsablauf für eine in Betrieb befindliche
Kraftmessvorrichtung 1 anhand des Blockdiagrammes der Figur 4 genauer
beschrieben. Eine auf die Schale 1 5 aufgelegte Last übt eine Kraft F auf den beweglichen Parallelschenkel 12, 1 12 aus. Der Wägebalken 17 und die mit dem Wägebalken 1 7 verbundene Spule 25 oder das mit dem Wägebalken 1 7 verbundene Magnetsystem 27, bzw. das Kraftübertragungsgestänge 1 17 und die mit dem
Kraftübertragungsgestänge 1 17 verbundene Spule 125 oder das mit dem
Kraftübertragungsgestänge 1 17 verbundene Magnetsystem 127 werden aus deren Einspiellage ausgelenkt, das heisst sie nehmen eine andere Position ein. Die neue Position x wird vom Positionssensor 21 ermittelt und als Positionssignal 22 an eine Positionskontrolleinheit 23 weitergeleitet. Anhand des Positionssignals 22 bestimmt die Positionskontrolleinheit 23, meist einen PID-Regler aufweisend, ständig den für die Rückführung des Systems in die Einspiellage nötigen elektrischen Spulenstrom 24. Durch den elektrischen Spulenstrom 24 bildet die Spule 25, 125 ein magnetisches Feld und erzeugt im Magnetsystem 27, 127 eine Kompensationskraft, welche den Wägebalken 1 7 bzw. das Kraftübertragungsgestänge 1 17 und damit die Spule 25, 125 zurück in die Einspiellage bringt. Der ganze Ablauf wiederholt sich ständig im Sinne einer Regelung bzw. eines Haltens des Systems in der Einspiellage. Dieser Regelkreis erfasst die Auslenkung des Wägebalkens 1 7 bzw. des Kraftübertragungsgestänge 1 1 7 also dynamisch, das heisst mehrmals pro Sekunde, z.B. im Bereich von 500Hz - 10kHz. Da der elektrische Spulenstrom 24 ein direktes Mass für die Kompensationskraft ist, wird der elektrische Spulenstrom 24 gemessen und daraus die Gewichtskraft der aufgelegten Last als Anzeigewert von der Verarbeitungseinheit berechnet. Zur
Berechnung des Anzeigewertes bezieht die Verarbeitungseinheit 26 auch
Zusatzfaktoren mit ein, wie zum Beispiel die Umgebungs- und Magnettemperatur sowie zeitabhängige dynamische Effekte. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit zeichnet sich dadurch aus, dass die Verarbeitungseinheit 26 zusätzlich zur Grösse des elektrischen Stromes 24 das Positionssignal 22 des Positionssensors 21 , also die Grösse der Auslenkung der Spule 25, 125 aus deren Einspiellage zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit verwendet. Dies ist in Figur 3 durch die gestrichelte Linie
dargestellt. Ebenfalls möglich anstelle des Positionssignals 22 sind Eingangssignale an die Verarbeitungseinheit 26, welche dieselbe Information über die Position x bzw. über die Position der Spule 25, 125 innerhalb des Magnetsystems 20, 120 beinhalten. In Figur 4 ist dies durch den strichpunktierten Pfad dargestellt. Zum Beispiel könnte ein zweiter zusätzlicher Sensor 28, z.B. ein Beschleunigungs-, Geschwindigkeits-,
Winkelmess- oder Positionssensor, diese Information in Form eines Positionssignal 22' an die Verarbeitungseinheit 26 liefern.
Die Kraftmessvorrichtung 1 ist so in der Lage die Grösse der Auslenkung der Spule 25, 1 25 aus ihrer Einspiellage mit in die Beurteilung der Funktionsfähigkeit einfliessen zu lassen, und so auch Beschädigungen wie zum Beispiel am Magnetsystem 20, 120, an der Positionsmessung, an den Parallelführungen 14, 1 14 speziell der Biegelager 16 bzw. der Federgelenke oder den Membranen sowie an der Hebelübersetzung zu berücksichtigen.
In der Verarbeitungseinheit 26 abgespeichert ist das Systemreferenzmittel 30, welches bei einer Justierung der Kraftmessvorrichtung 1 erstellt wurde (siehe dazu die
Beschreibung zur Figur 5). Das Systemreferenzmittel 30 ist persistent abgespeichert, also dauerhaft und nur bei einer erneuten Justierung der Kraftmessvorrichtung 1 überschreibbar. Dies ist in Figur 4 durch das Symbol des geschlossenen Schlosses gekennzeichnet. Das Systemkennmittel 29 hingegen kann während des Betriebs der Kraftmessvorrichtung 1 aktualisiert werden, zum Beispiel nach einer erfolgten
Überprüfung der Funktionsfähigkeit. Das nicht mehr aktuelle Systemkennmittel 29' muss aber nicht gelöscht werden, sondern kann weiterhin in der Verarbeitungseinheit 26 abgespeichert bleiben, um beispielsweise in einer Historie Auskunft über den Verlauf der Funktionsfähigkeit einer Kraftmessvorrichtung 1 geben zu können.
Unter einer Kalibrierung wird das Feststellen einer Abweichung zwischen dem
Messwert und dem wahren Wert der Messgrösse bei vorgegebenen
Messbedingungen, ohne eine Veränderung vorzunehmen verstanden. Wird hingegen eine Veränderung vorgenommen spricht man von einer Justierung. Zum Beispiel bei einer Waage wird bei einer Justierung durch Feineinstellen ihrer Funktionen mit den dafür vorgesehenen Teilen durch geschultes Fachpersonal (manuell), oder durch den Anwender halbautomatisch, wobei dazu ein externes oder in der Waage eingebautes Referenzgewicht aufgelegt wird, oder automatisch, falls die Waage einen
Justiermechanismus mit Referenzgewicht besitzt, die Veränderung ausgeglichen.
Als Blockdiagramm zeigt Figur 5 den Lebenszyklus einer Kraftmessvorrichtung 1 . Zu Beginn werden alle Bauteile bzw. Komponenten einer Kraftmessvorrichtung 1 gefertigt und zu einer Kraftmessvorrichtung 1 zusammengebaut. Anschliessend oder zeitnah zur Fertigstellung der Kraftmessvorrichtung 1 erfolgt üblicherweise eine Kalibrierung der Kraftmessvorrichtung 1 und eine Justierung der Komponenten und Teile der Kraftmessvorrichtung 1 . Dabei wird ein Systemreferenzmittel 30 erstellt, welches den Zustand der einwandfreien Funktionsfähigkeit abbildet. Dieses Systemreferenzmittel 30 wird in der Verarbeitungseinheit 26 persistent abgespeichert. Das
Systemreferenzmittel 30 kann dabei in Form einer Systemtabelle oder einer
Systemfunktion mit mindestens einem Parameter abgespeichert sein. Zusätzlich können noch weitere Setupeinstellungen der Kraftmessvorrichtung 1 in der
Verarbeitungseinheit 26 abgespeichert werden. Ein Systemreferenzmittel 30 kann für jede einzelne Kraftmessvorrichtung 1 individuell, oder für ein und denselben Typ einer Kraftmessvorrichtung 1 generisch ermittelt werden. Bei diesem generisch ermittelten Systemreferenzmittel 30 wird aus mehreren, vorgängig ermittelten Systemreferenzmitteln 30 ein Mittelwert bestimmt, welcher dann für alle Kraftmessvorrichtungen 1 desselben Typs verwendet werden kann. Die Kraftmessvorrichtung 1 kann nun an den Benutzer ausgeliefert und in Betrieb genommen werden. Bei speziellen, an die Betriebsbedingungen, wie z.B. eine ständig vorhandene Vorlast, angepassten Kraftmessvorrichtungen 1 , kann mit der Erstellung des Systemreferenzmittels 30 gewartet werden und erst am Aufstellungsort erfolgen. Heutige Kraftmessvorrichtungen müssen in einem bestimmten Zeitintervall durch die Herstellerfirma auf ihre Funktionsfähigkeit kontrolliert und geprüft werden um gewisse Genauigkeitsanforderungen aus nationalen Verordnungen, Eichvorschriften und/oder Industrienormen zu erfüllen. Dies kann jeweils vor Ort durch einen Servicetechniker oder beim Hersteller der Kraftmessvorrichtung 1 geschehen. Wird in der Funktionsprüfung durch den Hersteller einen Schaden entdeckt und zeigt es sich, dass sich die Kosten einer Reparatur nicht lohnen wird die
Kraftmessvorrichtung 1 ausser Betrieb genommen. Ist das Resultat der
Funktionsprüfung positiv, kann der Benutzer die Kraftmessvorrichtung 1 für das nächste Zeitintervall weiter betreiben. Ist die Kraftmessvorrichtung an ein
Kommunikationsnetz angeschlossen, kann eine Meldung an den Hersteller ausgelöst werden. Aufgrund der Meldung weiss auch der Hersteller wie es um die
Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung bestellt ist und kann bei Bedarf geeignete Schritte einleiten.
Als dritte Möglichkeit können bei Identifikation eines Schadens jene Komponenten ausgetauscht werden, welche einen Defekt erlitten haben oder deren
Funktionsfähigkeit fehlerhaft ist. Anschliessend ist eine erneute Justierung der
Komponenten und Teile der Kraftmessvorrichtung 1 durch den Hersteller notwendig.
Hierbei wird erneut ein Systemreferenzmittel 30 erstellt und in der Verarbeitungseinheit
26 persistent abgespeichert, wobei das vorherige Systemreferenzmittel 30
überschrieben wird. Zusätzliche weitere Setupeinstelllungen können ebenfalls noch in der Verarbeitungseinheit 26 abgespeichert werden. Die Kraftmessvorrichtung 1 ist danach wieder für den Betrieb beim Benutzer freigegeben.
Das erfinderische Verfahren, in Figur 5 durch gestrichelte Linien dargestellt, fügt sich in diesem Lebenszyklus vor der periodischen Wartung durch den Hersteller ein und überprüft während des Zeitintervalls zwischen zwei Wartungen die Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung 1 . Dadurch kann bereits vor einer eigentlichen Wartung erkannt werden ob die Funktionsfähigkeit gegeben oder eingeschränkt ist. Dies verhindert die Benutzung der Kraftmessvorrichtung 1 falls ein Schaden an der
Kraftmessvorrichtung 1 vorliegen würde und die Kraftmessvorrichtung 1 unbeschadet zu sein scheint bzw. ohne Fehler zu funktionieren scheint. Andererseits kann das Zeitintervall zwischen zwei Wartungen auch verlängert werden, wenn die Überprüfung der Funktionsfähigkeit jeweils positiv ausfällt, wodurch der Benutzer Kosten, die durch den Ausfall der Kraftmessvorrichtung 1 entstehen, einspart.
Das erfinderische Verfahren vergleicht jeweils das mindestens eine
Systemreferenzmittel 30 mit mindestens einem Systemkennmittel 29 und bestimmt aufgrund des Vergleichs die Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung 1 . Das Systemkennmittel 29 sowie das Systemreferenzmittel 30 stellen jeweils einen Bezug zwischen der Grösse des elektrischen Stromes 24 und der Grösse der Auslenkung der Spule 25, 125 aus ihrer Einspiellage her, und können dabei in Form von Werten in einer Systemtabelle oder einer Systemfunktion mit mindestens einem Parameter vorhanden sein. Das in der Verarbeitungseinheit 26 persistent abgespeicherte
Systemreferenzmittel 30 repräsentiert dabei den Zustand der Kraftmessvorrichtung 1 mit einwandfreier Funktionsfähigkeit und das Systemkennmittel 29 den Zustand der Kraftmessvorrichtung 1 mit der aktuellen, momentanen Funktionsfähigkeit. Vorgängig zum Vergleich des Systemkennmittels 29 mit dem Systemreferenzmittel 30 muss das Systemkennmittel 29 in Form von Werten in einer Systemtabelle oder einer Systemfunktion mit mindestens einem Parameter erstellt werden. Die Ermittlung der Werte der Systemtabelle oder der Systemfunktion mit mindestens einem Parameter als Schritt vor dem Vergleich des Systemkennmittels 29 mit dem Systemreferenzmittel 30, wie auch die Ermittlung der Werte einer Systemtabelle oder der Systemfunktion mit mindestens einem Parameter des Systemreferenzmittels 30 bei der Justierung, können auf verschiedene Arten erfolgen.
Im Folgenden werden Möglichkeiten zur Ermittlung der Werte einer Systemtabelle sowie der Systemfunktion mit mindestens einem Parameter aufgezeigt. Die Ermittlung wird vorteilhafterweise während der Produktion der Kraftmessvorrichtung 1 , insbesondere während der Justierungsphase durchgeführt. Als eine erste Möglichkeit erfolgt die Ermittlung durch Variieren der Auslenkung der Spule 25, 125 und im
Wesentlichen zeitgleichem Messen der zur Auslenkung der Spule 25, 125 zugehörigen Grösse des elektrischen Stromes 24. Alternativ kann als zweite Möglichkeit die Ermittlung durch Variieren der Grösse des elektrischen Stromes 24 und im
Wesentlichen zeitgleichem Messen der zur Grösse des elektrischen Stromes 24 zugehörigen Auslenkung der Spule 25, 1 25 erfolgen. Um die Auslenkung der Spule 25, 1 25 oder die Grösse des elektrischen Stromes 24 variieren zu können, kann die Verarbeitungseinheit mittels zweier Schnittstellen zur Positionskontrolleinheit 23 eine Sollposition oder einen Sollstrom vorgeben.
Die beiden oben geschilderten Abläufe zur Ermittlung der Werte einer Systemtabelle und/oder der einer Systemfunktion mit mindestens einem Parameter können ergänzend auch mit einem zusätzlich aufgelegten Kalibriergewicht ausgeführt werden. Aus der Messung mit Kalibriergewicht und einer Messung ohne Kalibriergewicht können dann jeweils ein separates Systemreferenzmittel 30 bzw. Systemkennmittel 29 für das Magnetsystem 20, 120, für die Parallellenker 14, 1 14 und deren Biegelager 16 bzw. deren Federgelenke, des Positionssensors 21 und/oder des
Hebelübertragungsverhältnisses gebildet werden.
Aus dem erstellten Systemkennmittel 29 und den vorangehend erstellten
Systemkennmitteln 29' kann ein Verlauf der Funktionsfähigkeit erstellt werden, mittels welchem eine Vorhersage über die verbleibende Zeit bis zur nächsten Wartung der Kraftmessvorrichtung getroffen werden kann.
Sofern die Kraftmessvorrichtung 1 ein internes mit dem beweglichen Parallelschenkel 12, 1 12 verbindbares Kalibriergewicht aufweist, welches bei Bedarf einer Kalibrierung zugeschaltet werden kann, kann die Kraftmessvorrichtung 1 einsatzspezifisch eine oder mehrere der oben erwähnten Möglichkeiten zur Ermittlung der Werte einer Systemtabelle und/oder der Systemfunktion mit mindestens einem Parameter menügesteuert oder autonom durchführen. Nach Überprüfung der Funktionsfähigkeit kann von der Verarbeitungseinheit 26 eine Freigabe der Kraftmessvorrichtung 1 , eine Sperrung der Kraftmessvorrichtung 1 , oder eine Warnung an den Benutzer erfolgen, oder generell eine Aktion der
Kraftmessvorrichtung 1 erfolgen. Eine solche Warnung kann die Information beinhalten, dass eine Wartung kurz bevorsteht oder die Funktionsfähigkeit
eingeschränkt ist.
In den Figuren 6 bis 10 werden anhand von Position-Strom-Diagrammen verschiedene Systemfunktionen von Kraftmessvorrichtungen 1 gezeigt. Die Systemfunktion stellt einen Bezug zwischen der Grösse des elektrischen Stromes 24 und der Grösse der Auslenkung der Spule 25, 125 aus ihrer Einspiellage her, und ist eine Möglichkeit um ein Systemkennmittel 29 bzw. ein Systemreferenzmittel 30 darzustellen. Die
Markierungen 100% und -100% bzw. 10% und -10% auf der horizontalen Achse definieren die Auslenkungsposition der Spule 25, 125 im Magnetsystem 20, 1 20.
In Figur 6 ist eine Systemfunktion A einer idealisierten Kraftmessvorrichtung 1 mit idealem Verhalten der Biegelager 16 bzw. der Federgelenke und des Magnetsystems 20, 1 20 als Gerade eingezeichnet, was bedeutet, dass eine Auslenkung der Spule 25, 125 aus ihrer Einspiellage eine lineare Änderung der elektrischen Stromstärke 24 ergibt. Im Gegensatz zur Systemfunktion A entsprechen die Systemfunktionen SEI , SE2 und SE3 dem realen Verhalten des Magnetsystems 20, 1 20 und stellen zugleich ein Systemreferenzmittel 30 dar.
Erfährt die Kraftmessvorrichtung 1 eine übermässig hohe Belastung, sei es einen Schlag auf die Waagschale 15, einen Aufprall auf den Untergrund, so verändern sich auch die Systemfunktionen. In Figur 7 ist ein durch die Verarbeitungseinheit 26 erstelltes Systemkennmittel 29 mit den Systemfunktionen, SKi , SK2 und SK3, einer Kraftmessvorrichtung 1 , bei welcher mindestens ein Biegelager 16 bzw. Federgelenk oder Membrane durch eine übermässig hohe Belastung Schaden genommen hat, dargestellt. Gut zu erkennen sind die nicht gleichmässig verlaufenden
Systemfunktionen beziehungsweise die Ausprägungen der Systemfunktionen an der Auslenkungsposition P. Solche Ausprägung eines beschädigten Biegelagers 16 bzw. Federgelenks oder einer beschädigten Membrane kann verschiedenste Formen annehmen. Zum Beispiel wie an der Systemfunktion SK2 gezeigt, über einen kleinen Bereich der Auslenkungsposition verbunden mit einer starken Abweichung des elektrischen Spulenstromes 24, oder wie an der Systemfunktion SK3 gezeigt, über einen grossen Bereich der Auslenkungsposition verbunden mit einer schwachen Abweichung des elektrischen Spulenstromes 24.
Figur 8 ist ein vergrösserter Ausschnitt des gestrichelten Rechtecks in Figur 7. Ein Vergleich zwischen einem Systemreferenzmittel 30 und einem Systemkennmittel 29, wie Figur 8 aufzeigt, besteht darin das Ausmass der Abweichung zu quantifizieren und anhand eines Schwellwertes zu qualifizieren. Als Schwellwert kann zum Beispiel ein Toleranzband gesetzt sein, dessen eingeschlossener Bereich nicht überschritten werden darf, oder es kann, wie an der Systemfunktion SK3 gezeigt, für die
eingeschlossene Fläche zwischen dem Systemreferenzmittel 30 und dem
Systemkennmittel 29 ein Schwellwert gesetzt sein, oder beide Möglichkeiten kombiniert. Das Toleranzband muss nicht über den gesamten Auslenkungsbereich gleich breit sein, sondern kann auch in Abhängigkeit zur Auslenkung gesetzt werden. Damit wird erreicht, dass eine Abweichung der Systemfunktion eines
Systemkennmittels 29 im Bereich der Einspiellage für die Qualifizierung eine geringere Toleranz aufweisen muss. Somit kann gewährleistet werden, dass verschiedenste Ausprägungen der Systemfunktionen quantifiziert und nach ihrer Bedeutsamkeit qualifiziert werden.
Anhand der Figur 9 wird gezeigt wie sich ein Verschieben des Positionssensors 21 in einer Systemfunktion SK eines Systemkennmittels 29 resultiert. Ist der Positionssensor 21 nicht mehr an der Position an welcher die Justierung erfolgte weicht die
Systemfunktion SK des Systemkennmittels 29 im Position-Strom-Diagramm in horizontaler Richtung von der Systemfunktion SE des Systemreferenzmittels 30 ab. Eine Abweichung ist somit einfach und schnell detektierbar.
In Figur 1 0 wird die Auswirkung einer sich ausbildenden, aussermittigen Verschiebung der Spule 25, 125 im Magnetsystem 27, 127 auf das Systemkennmittel 29 gezeigt. Analog zur Abweichung in Figur 9 entsteht eine Systemfunktion SK des
Systemkennmittels 29, welche in Richtung vertikal zur Systemfunktion SE des Systemreferenzmittels 30 verschoben ist, was bedeutet, dass an allen Auslenkungspositionen der Spule 25, 125 ein stärkerer Strom 24 durch die Spule 25, 125 fliesst, als im justierten Zustand. In beiden Fällen, der aussermittigen
Verschiebung der Spule 25, 125 im Magnetsystem 27, 127 und der Verschiebung des Positionssensors 21 , sind geeignete Toleranzen bzw. Schwellwerte festzulegen, vorzugsweise mit engeren Toleranzen im Bereich der Einspiellage.
Es hat sich gezeigt, dass ein Systemreferenzmittel 30 und ein Systemkennmittel 29 von der Masse der aufgelegten Last abhängig sind, d.h. die Werte der Systemtabelle und/oder die Parameter der Systemfunktion eines Systemreferenzmittels 30 bzw. eines Systemkennmittels 29 gelten für eine bestimmte aufgelegte Last. In den Figuren 6, 7 und 8 ist dies mit unterschiedlichen Systemfunktionen SEI , SE2 und SE3 bzw. SKi , SK2 und SK3 dargestellt. Je stärker die zugehörige auf den beweglichen
Parallelschenkel 12, 1 12 aufgebrachte Kraft ist, umso grösser ist die Krümmung einer Systemfunktion im Position-Strom-Diagramm. Die Systemfunktion SE3 bzw. Sioweist eine nach oben gebogene Kennlinie auf. Diese entsteht bei Änderung der Kraftrichtung des Messaufnehmers 20, 120 wie dies zum Beispiel bei Push-Pull-Systemen auftritt. Das Systemreferenzmittel 30 und das Systemkennmittel 29 beinhalten deshalb mindestens eine Systemtabelle und/oder eine Systemfunktion mit den entsprechenden Parametern welche dann zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit herangezogen wird, wenn die Systemtabelle bzw. die Systemfunktion der entsprechend mit der
aufgebrachten Kraft am besten übereinstimmen, oder es wird zwischen zwei Werten der Systemtabelle bzw. zwischen zwei Systemfunktionen interpoliert.
Obwohl die Erfindung durch die Darstellung mehreren spezifischen
Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, dass zahlreiche weitere Ausführungsvarianten in Kenntnis der vorliegenden Erfindung geschaffen werden können, beispielsweise indem die Merkmale der einzelnen
Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert und/oder einzelne Funktionseinheiten der Ausführungsbeispiele ausgetauscht werden. Bezugszeichenliste
1 Kraftmessvorrichtung
10 Kraftmesszelle eines Hebelsystems
100 Kraftmesszelle eines Direktmesssystems
1 1 , 1 1 1 feststehender Parallelschenkel
12, 1 1 2 beweglicher Parallelschenkel
13 Koppel
14, 1 14 Parallelführung
15 Waagschale
16 Biegelager
17 Wägebalken
1 1 7 Kraftübertragungsgestänge
18 Erster Hebelarm des Wägebalken
19 Zweiter Hebelarm des Wägebalken
20, 120 Messaufnehmer
21 Positionssensor
22 Positionssignal
23 Positionskontrolleinheit
24 Spulenstrom
25, 125 Spule
26 Verarbeitungseinheit
27, 127 Magnetsystem
28 Zusätzlicher Positionssensor
29 Systemkennmittel
29' vorangegangenes Systemkennmittel
30 Systemreferenzmittel
A Ideale Systemfunktion
SE, SEI , SE2, SE2 Systemfunktion des Systemreferenzmittels
SK, SKI , SK2, SK3 Systemfunktion des Systemkennmittels
F Gewichtskraft der aufgelegten Last
x Position des Wägebalkens bzw. des Kraftübertragungsgestänges Störgrösse
Temperatursignal
Zeitsignal

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit, einer nach dem
elektromagnetischen Kraftkompensationsprinzip arbeitenden
Kraftmessvorrichtung (1 ), umfassend
- einen feststehenden Parallelschenkel (1 1 , 1 1 1 )
- einen die Last eines aufgelegten Wägeguts aufnehmenden beweglichen Parallelschenkel (12, 1 12), welcher durch Parallelführungen (14, 1 14) mit dem feststehenden Parallelschenkel verbunden ist,
- einen mit dem beweglichen Parallelschenkel (12, 1 12) in kraftübertragender Weise verbundenen Messaufnehmer (20, 1 20) umfassend eine in einem Magnetsystem (27, 127) bewegliche Spule (25, 125), welche von einem elektrischen Strom (24) durchflössen werden kann,
- einen die durch das Auflegen einer Last auf den beweglichen
Parallelschenkel (12, 1 12) verursachte Auslenkung der Spule (25, 1 25) aus ihrer Einspiellage in Bezug auf das Magnetsystem (27, 1 27) ermittelnden Positionssensor (21 , 28),
wobei der elektrische Strom (24) durch die Spule (25, 125) dazu dient die Spule (25, 1 25) und den mit der Spule (25, 125) oder dem Magnetsystem (27, 127) verbundene bewegliche Parallelschenkel (12, 1 1 2), durch die
elektromagnetische Kraft zwischen der Spule (25, 125) und dem
Magnetsystem (27, 127), in die Einspiellage zurückzuführen und/oder dort zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Systemkennmittel (29) der Kraftmessvorrichtung (1 ) mittels einer Verarbeitungseinheit (26) erstellt wird, und
das Systemkennmittel (29) mit mindestens einem in der Verarbeitungseinheit (26) persistent abgespeicherten unveränderlichen Systemreferenzmittel (30) verglichen wird,
wobei aufgrund des Vergleichs die Funktionsfähigkeit der
Kraftmessvorrichtung (1 ) bestimmt wird, und
wobei zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit die Grösse des elektrischen Stromes (24) und die Grösse der Auslenkung der Spule (25, 1 25) aus ihrer Einspiellage verwendet werden.
2. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine Systemkennmittel (29) und das mindestens eine
Systemreferenzmittel (30) jeweils einen Bezug zwischen der Grösse des elektrischen Stromes (24) und der Grösse der Auslenkung der Spule (25, 125) aus ihrer Einspiellage herstellen.
3. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine Systemreferenzmittel (30) die Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung (1 ) zum Zeitpunkt der erstmaligen Justierung, insbesondere einer Justierung während der Herstellung oder zeitnah der Fertigstellung der Kraftmessvorrichtung (1 ), und/oder den Zustand einer einwandfreien Funktionsfähigkeit der Kraftmessvorrichtung (1 ) darstellt.
4. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine Systemkennmittel (29) und/oder das mindestens eine Systemreferenzmittel (30) jeweils eine Systemtabelle mit zur Grösse der Auslenkung der Spule (25, 125) und zur Grösse des elektrischen Stromes (24) zugehörigen Werten der Gewichtskraft der aufgelegten Last umfassen/umfasst und/oder eine Systemfunktion mit mindestens einem Parameter und mit mindestens der Grösse der Auslenkung der Spule (25, 125) und der Grösse des elektrischen Stromes (24) als Eingangsgrössen umfassen/umfasst.
5. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine Parameter der Systemfunktion als eine Parametertabelle abgespeichert ist, wobei der mindestens eine Parameter der Systemfunktion lastabhängig sein kann.
6. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Werte der Systemtabelle und/oder die Ermittlung des mindestens einen Parameters der Systemfunktion durch Variieren der
Auslenkung der Spule (25, 125) und im Wesentlichen zeitgleichem Messen der zur Auslenkung der Spule (25, 1 25) zugehörigen Grösse des elektrischen Stromes (24) erfolgt, und/oder durch Variieren der Grösse des elektrischen Stromes (24) und im Wesentlichen zeitgleichem Messen der zur Grösse des elektrischen Stromes (24) zugehörigen Auslenkung der Spule (25, 125) erfolgt.
Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ermittlung der Werte der Systemtabelle und/oder die Ermittlung des mindestens einen Parameters der Systemfunktion jeweils ohne und mit einem den beweglichen Parallelschenkel (12, 1 1 2) beaufschlagenden Gewicht durchgeführt wird, wobei es sich bei dem Gewicht um ein extern auflegbares oder ein intern mittels einer Vorrichtung auflegbares Gewicht handeln kann.
Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine Systemreferenzmittel (30) für jede Kraftmessvorrichtung (1 ) individuell oder für denselben Typ einer Kraftmessvorrichtung (1 ) generisch erstellt wird.
Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass
mittels des Vergleichs ein Bruch oder Anriss und/oder Verbiegen eines
Gelenks der Parallelführung (14, 1 14) und/oder eine Positionsveränderung der Spule (25, 1 25) im Magnetsystem (27, 127) gegenüber einer ursprünglichen Position und/oder eine Positionsveränderung des Positionssensors (21 , 28) gegenüber einer ursprünglichen Position überprüft wird, wobei die
ursprünglichen Positionen jeweils für den Zustand der Kraftmessvorrichtung (1 ) gelten, in welcher das Systemreferenzmittel (30) erstellt wurde. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass
aus dem erstellten Systemkennmittel (29) und den vorangehend erstellten Systemkennmitteln (29') ein Verlauf der Funktionsfähigkeit erstellt wird, mittels welchem eine Vorhersage über die Funktionsfähigkeit, insbesondere über die verbleibende Zeit bis zur nächsten Wartung der Kraftmessvorrichtung (1 ), getroffen werden kann.
Gravimetrische Kraftmessvorrichtung (1 ) nach dem elektromagnetischen Kraftkompensationsprinzip arbeitend, mit einem Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der gravimetrischen Kraftmessvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Computergestütztes Programm zur Ausführung eines Verfahrens zur
Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 mit Ausgabe eines Signals zur Auslösung einer Aktion durch die
Kraftmessvorrichtung (1 ) und mindestens die Grösse des elektrischen Stromes (24) und die Grösse der Auslenkung der Spule (25) aus ihrer Einspiellage als Eingangsgrössen verwendend, für eine nach dem elektromagnetischen Kraftkompensationsprinzip arbeitende gravimetrische Kraftmessvorrichtung
(1 )- 13. Computergestütztes Programm zur Ausführung des Verfahrens zur
Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass
das computergestützte Programm auf ein Systemreferenzmittel (30) und mindestens ein Systemkennmittel (29) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zugreift.
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