WO2022179824A1 - Verfahren zum betrieb einer waage mit ionisator - Google Patents

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WO2022179824A1
WO2022179824A1 PCT/EP2022/052666 EP2022052666W WO2022179824A1 WO 2022179824 A1 WO2022179824 A1 WO 2022179824A1 EP 2022052666 W EP2022052666 W EP 2022052666W WO 2022179824 A1 WO2022179824 A1 WO 2022179824A1
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WO
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weighing
ionizer
values
weighed
calculated
Prior art date
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PCT/EP2022/052666
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English (en)
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Inventor
Heinrich Feldotte
Heyko Holst
Winfried Graf
Olaf Dudda
Original Assignee
Sartorius Lab Instruments Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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Priority to US18/454,322 priority patent/US20230392974A1/en

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    • 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
    • G01G7/06—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electrostatic action
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G01G3/1414—Arrangements for correcting or for compensating for unwanted effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G21/00—Details of weighing apparatus
    • G01G21/28—Frames, Housings
    • G01G21/286—Frames, Housings with windshields

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a scale with a weighing item receptacle arranged in a weighing chamber for receiving items to be weighed, a weighing sensor mechanically connected to the weighing item receptacle, an ionizer, by means of which an ion cloud can be introduced into the weighing chamber, and a control system with the weighing sensor and the Ionizer connected weighing electronics, comprising the steps:
  • a weighing item receptacle for receiving items to be weighed, which is arranged inside a weighing chamber.
  • the weighing space is delimited on all sides by a draft shield, which has at least one wall element that can be opened, in order to enable the item to be weighed to be positioned on the item to be weighed.
  • a weighing sensor is mechanically connected to the receptacle for the item to be weighed, by means of which measured values can be recorded, on the basis of which a weighing value is calculated by means of weighing electronics connected to the weighing sensor, which value corresponds to the mass of the item to be weighed.
  • the weight value is output, which is usually done by displaying the weight value on a scale display.
  • Electrostatic charging of the item to be weighed is particularly problematic if - as is usual - the item to be weighed is weighed in a container made of non-conductive, i.e. electrically insulating material; because in this way the charge of the goods to be weighed cannot flow off.
  • the receptacle itself is usually made of metal and therefore does not become electrostatically charged. Instead, charges can usually flow away via a conductive connection with the scale housing.
  • ionizers are able to ionize air molecules with the help of high-voltage electrodes.
  • the sign of the ions generated at an electrode tip corresponds to the sign of the voltage applied to the respective high-voltage electrode.
  • ionizers include at least two high voltage electrodes and are operated to produce both positive and negative ions.
  • the generated ions form an ion cloud that spreads out in the weighing chamber. When they meet, the charges of the ion cloud can interact with the charges of an electrostatically charged item to be weighed and neutralize them.
  • Such a scale with an ionizer is known from EP 1 813920 B1.
  • the ionizer is activated using data from an electrostatic sensor, which is based on the principle of detecting induction charges or the principle of the field mill and which can detect the magnitude and/or sign of electrostatic charges on the goods to be weighed.
  • the item to be weighed is placed on the weighing item holder of the scale.
  • the electrostatic charge condition of the goods to be weighed is then determined by means of the electrostatic sensor. If the goods to be weighed are electrostatically charged, the data from the electrostatic sensor is forwarded to a measuring unit in the electronic weighing system. This compares the transmitted data from the electrostatic sensor with a specified threshold value.
  • an action is triggered by the electronic weighing system.
  • This action can be, for example, blocking the further weighing process and/or activating the ionizer.
  • Activating the ionizer causes an ion cloud to be generated and introduced into the weighing chamber.
  • the electrostatic charge state of the item to be weighed approaches its electrostatic neutral state due to a recombination of the charges of the ion cloud with the charges of the item to be weighed.
  • the duration and intensity of the ionizer operation are determined according to the level of electrostatic charging of the goods to be weighed.
  • the electrostatic charge of the goods to be weighed is then determined again using the electrostatic sensor.
  • the ionizer will then restart if necessary activated.
  • the disadvantage of this known device is that the control of the ionizer has to be based on the data of an electrostatic sensor that is to be provided separately. This makes the control of the ionizer and thus the weighing process as a whole (time-consuming) consuming and expensive.
  • a scale with an ionizer is known from the generic document mentioned at the outset, which uses the development of the weight values even during the activity of the ionizer in order to draw conclusions about the achievement of the electrostatic neutral state. Specifically, while the ionizer is active, measured values from the weighing sensor are constantly recorded and converted into weight values in a device-specific manner. These weight values are treated as provisional weight values and their development over time is observed in particular. In the case of heavily electrostatically charged items to be weighed, the effect of the ionizer activity is strong and the preliminary weighing values change quickly. As the charge on the goods to be weighed decreases as a result of the ionizer activity, the provisional weighing values gradually stabilize.
  • a scale with an ionizer is also known from DE 202008017708 U1, this comprising four partial ionizers.
  • the four partial ionizers are activated and deactivated in pairs, which is controlled by a program in the electronic weighing system.
  • the activation of the partial ionizers and their duty cycle is controlled as a function of the measured humidity, the open state of the draft shield and/or the signal from other sensors. No statement is made about the exact time at which all partial ionizers are deactivated, only that this takes place depending on the measured humidity, the open state of the draft shield and/or the signal from other sensors.
  • Another disadvantage of this known device is the need for a separate sensor for controlling the ionizer.
  • the control of the ionizer and thus the weighing process as a whole becomes unnecessarily (time-)consuming and cost-intensive.
  • measured values of the weighing sensor are recorded when the ionizer is activated and weighing values are calculated from these.
  • the ionizer when the ionizer is activated, only provisional weighing values are initially calculated.
  • the final weight value is only calculated when a predetermined number of provisional weight values, which were calculated in succession, have been recognized as being stable within predetermined limits. It is the final weighing value that is finally output.
  • the invention makes use of the knowledge that the continuously calculated weight value of an electrostatically charged item to be weighed is unstable when it interacts with the charges of an ion cloud. Because as soon as the charges of the ion cloud meet those of the item to be weighed, they recombine, which changes the prevailing Coulomb forces and thus the vertical force component, which is added to the weight force acting on the item to be weighed. The successively calculated weighing values of an electrostatically charged item to be weighed change accordingly when the ionizer is activated. These changes in the weight value are used to determine the electrostatic charging status of the goods to be weighed. The final weight value should only be calculated and output when successively calculated preliminary weight values have approached a stable value approximately asymptotically.
  • the weighing process is compared to others known from the prior art Method shortened, namely in that the steps of data acquisition by a sensor and the evaluation and reaction to the sensor data are omitted.
  • positive and negative ion clouds are generated alternately during a detection phase by means of the ionizer, and during a neutralization phase that follows the detection phase, only an ion cloud of the sign that led to larger changes in the successively calculated, preliminary weight values in the detection phase.
  • the ionizer is therefore operated in a detection phase in such a way that only positive and only negative ion clouds are alternately generated by means of the ionizer.
  • the electrostatic charge status of the goods to be weighed more precisely the sign of the electrostatic charge, can be determined. If the goods to be weighed are (predominantly) positively charged, the interaction with a negatively charged ion cloud causes larger changes in the weight value than with a positively charged ion cloud.
  • a neutralization phase that follows the recognition phase, the ionizer is then operated in such a way that only an ion cloud of that sign is generated that led to larger changes in the provisional weighing values in the recognition phase.
  • the necessary operating time of the ionizer to neutralize the electrostatic charging state of the item to be weighed and, as a result, the duration of the weighing process as a whole is shortened.
  • the ionizer is preferably deactivated and further measured values of the weighing sensor are then recorded, from which further preliminary weighing values are continuously calculated, until a predetermined number of these successively calculated, further preliminary weighing values as were reliably detected within specified tolerances.
  • the ionizer is therefore deactivated as soon as successively calculated preliminary weight values no longer vary. Further provisional weight values are then continuously calculated until these also remain stable. Only when this is the case is the final weighing value calculated and output.
  • Deactivating the ionizer before calculating the final weighing value has the advantage that the final weighing value is determined undisturbed by the so-called ion wind, which results from the movement of the ion cloud generated by an activated ionizer. Because even if the goods to be weighed have already approached their electrostatic neutral state, the ion wind influences the weight value - even if only in the pg range. Accordingly, when operating high-resolution scales and continuing to calculate further provisional weight values after the ionizer has been deactivated, a sudden change in load can be seen. Because the final weight value is only calculated after the ionizer has been deactivated and after the subsequent load step, the final weight value that is output is even more precise and less influenced by interference factors that impair the accuracy of the weight value.
  • the final weighing value is particularly preferably calculated exclusively from the other provisional weighing values.
  • the final weighing value should not be calculated from preliminary weighing values or from a combination of preliminary and further preliminary weighing values. Instead, the final weight value should be calculated solely from other provisional weight values, i.e. those weight values that are based on the measured values of the weighing sensor with the ionizer deactivated. This ensures that only after deactivating the ionizer conditional load step calculated weight values as a basis for calculating the final weight value, which further increases the precision of the final weight value.
  • the weighing area is delimited on all sides by an openable draft shield.
  • the draft shield enables the weighing value to be determined more precisely, unaffected by environmental influences such as drafts.
  • the ionizer is preferably activated by opening the draft shield when the item to be weighed is not loaded. This means that the ionizer is put into operation when the draft shield is opened and at the same time no load is registered on the load holder. If the ionizer is activated when the draft shield is opened while there are no items in the weighing pan, electrostatically charged items can be discharged by the ion cloud generated by the ionizer when they are brought into the weighing chamber, i.e. before they are placed on the weighing pan. In this way, the total time required for the weighing process can be further reduced.
  • the ionizer can be activated by loading the weighing goods holder.
  • the ionizer is activated by registering a weight or load on the weighing object holder.
  • the advantage of this is that the ionizer is only put into operation when it is actually needed - namely when an item to be weighed is actually being weighed. In this way, the operating time of the ionizer is shortened and, as a result, the waste heat generated by the power dissipation of the ionizer in its activated state is reduced.
  • the latter is beneficial in terms of weighing technology in that the waste heat from the ionizer can cause unwanted convection currents in the weighing chamber that falsify the weighing value.
  • the ionizer can be activated by the signal from a proximity sensor crossing a loading path.
  • the loading path is to be understood here as the path that the item to be weighed has to take when the scales are operated as intended in order to be brought into a weighing space that may be separated from the environment by an openable draft shield and placed on the weighing item receptacle.
  • the activation of the ionizer by the signal from such a proximity sensor is a variant that is easy to implement. So can the sensor for example, be designed as an inductive or as an optical proximity sensor (z. B. in the form of a light barrier).
  • the ionizer can be activated earlier, for example when the goods to be weighed are introduced into the weighing chamber, or only later, for example when the goods to be weighed are placed on the weighing goods holder.
  • the ionizer can be activated by an operable switch.
  • the switch is preferably located outside the weighing room.
  • the switch can be arranged in an operating unit for the manual or other specific input (for example with the foot) of control commands for the operation of the scales. This allows a user of the method according to the invention to activate the ionizer himself—if desired.
  • the ionizer is switched on and off in a pulsed manner in its activated state, and correction terms for the mathematical correction of the final weight value are determined from changes occurring in successively calculated, provisional weight values when the ionizer is switched off.
  • the activated ionizer is therefore switched on and off alternately. If changes occur in successive, provisional weighing values even when the ionizer is switched off, it can be concluded that, in addition to the electrostatic charging of the goods to be weighed, other disruptive factors influence the accuracy of the weighing value. Because when the ionizer is switched off, no ion cloud is generated.
  • FIG. 1 a schematic representation of a scale for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 a first exemplary course of weight values during operation according to the invention of a scale with an ionizer according to FIG. 1,
  • FIG. 3a a second exemplary course of weight values when operating a scale according to the invention with the ionizer switched on and off in a pulsed manner
  • FIG. 3b a third exemplary course of weight values when operating a scale according to the invention with the ionizer switched on and off in a pulsed manner and
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary course of weight values when operating a scale according to the invention, comprising a recognition phase and a neutralization phase.
  • FIG. 1 An example of such a scale that is suitable for carrying out the method according to the invention is shown in FIG.
  • the balance 10 from FIG. 1 comprises a weighing chamber 12 which—which is not absolutely necessary for the invention but is advantageous—is bounded on all sides by a draft shield 24 .
  • a Weighing item receptacle 14 In the weighing room 12 is a Weighing item receptacle 14 on which an item to be weighed can be positioned.
  • the draft shield 24 has at least one element that can be opened, for example an openable side wall, so that the goods to be weighed can be introduced into the weighing space 12 delimited by the draft shield 24 and placed on the receptacle 14 for the goods to be weighed.
  • the weighing object receptacle 14 arranged in the weighing chamber 12 is mechanically connected to a weighing sensor 16 which in turn is connected to weighing electronics 20 . Measured values are recorded by means of the weighing sensor 16, from which weighing values are calculated by means of the electronic weighing system 20, which correspond to the mass of the goods to be weighed.
  • the scale 10 also includes a display 22, by means of which weighing values can be output and displayed.
  • the balance 10 includes an ionizer 18, by means of which an ion cloud can be introduced into the weighing chamber 12.
  • FIG. 2 shows a first exemplary course of weight values 28 when operating a scale 10 with an ionizer 18, as shown in FIG.
  • a stable zero value can initially be seen when the item to be weighed is unloaded.
  • the weighing sensor 16 begins to produce measured values from which provisional weighing values are continuously calculated by means of the electronic weighing system 20 .
  • the measured values of the weighing sensor 16 are preferably recorded when it is registered that the receptacle 14 to be weighed is loaded and the draft shield 24 is closed. However, the recording of the measured values can also be started simply by loading the receptacle 14 to be weighed or by closing the draft shield 24 .
  • the ionizer 18 is activated.
  • the ionizer 18 is switched on permanently in its activated state (period Ti), both positive and negative ions being generated at the same time.
  • the activation of the ionizer 18 is noticeable in the case of the electrostatically charged item to be weighed by a time-dependent change in the weighing values; more precisely, the provisional weighing values decrease over time.
  • the reason for this is that an ion cloud is generated by means of the ionizer 18 and is introduced into the weighing chamber 12, where the charges of the ion cloud recombine with those of the goods to be weighed.
  • FIG. 2 shows how a possible weighing value curve 28 looks when the loading of the weighing object receptacle 14 (time t2) and the activation of the ionizer 18 (time t 3 ) differ in time, more precisely, if the activation of the ionizer 18 only after the loading of the weighing item 14 takes place.
  • This selected example serves only to illustrate the effect of the ionizer activation on the course of the weighing value 28.
  • the ionizer 18 is preferably already activated by the opening of the draft shield 24 when the weighing goods receptacle 14 is unloaded or by the signal from a proximity sensor that crosses a loading path. ie before loading the weighing object receptacle 14. Likewise, the activation of the ionizer 18 can take place by loading the weighing object receptacle 14 (ie at the same time as the loading of the weighing object receptacle 14) or by actuating a switch.
  • the electrostatic charge state of the electrostatically charged item to be weighed approaches its electrostatic neutral state, which is noticeable through changes in the provisional weighing values. Accordingly, when the item to be weighed has reached its electrostatic neutral state within specified tolerances, this is recognized by the fact that a predetermined number of consecutive, provisional weighing values remains stable, as is the case at time U in FIG.
  • FIG. 2 also shows a smaller jump in load at time t 5 after the provisional weighing values have become stable. This results from the deactivation of the ionizer 18. Because even if the electrostatic charge state of the item to be weighed is already in its neutral state and the charges of the ion cloud generated by the ionizer 18 no longer interact with the charges of the item to be weighed, the ion wind generated by the ionizer 18 has nevertheless an undesired, falsifying effect on the calculated weight values.
  • provisional weighing values remains stable within specified limits. Only then will - ideally only from the other provisional weight values - the final weight value is calculated and output.
  • FIG. 3a shows a second exemplary course of weight values 28' when the scale 10 is operated with the ionizer 18. Reference symbols which correspond to those from FIG. 2 correspond to the points in time or periods of time there.
  • FIG. 3a shows a weighing value profile 28' in which the ionizer 18 is switched on and off in a pulsed manner in its activated state (time segment Ti).
  • time segment Ti time segment Ti
  • the times at which the ionizer is switched on are identified as t3i and those at which the ionizer is switched off as t32.
  • the electrostatic charge state of the item to be weighed is the only disruptive factor in the weighing chamber 12 that affects the accuracy of the weight value, the successively calculated, provisional weight values only change when the ionizer 18 is switched on, but not when this is switched off.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary course of weight values 28'' when operating a scale 10 with an ionizer 18.
  • the ionizer operation is divided into a detection phase (time segment T 2 ) and a neutralization phase (time segment T 3 ).
  • the detection phase T2 initially only positive or only negative ion clouds are alternately generated by means of the ionizer 18 and introduced into the weighing chamber 12.
  • the times at which only positive ions are generated are marked t33; the times at which only negative ions are generated are marked t34.
  • the goods to be weighed are predominantly negatively electrostatically charged, therefore introducing positively charged ion clouds into the weighing chamber 12 causes larger changes in the preliminary weighing values than introducing negatively charged ion clouds.
  • the electrostatic charge state of the item to be weighed is recognized by the weighing electronics 20 on the basis of this difference in the course of the weighing value 28′′′.
  • a neutralization phase T 3 which follows the recognition phase T 2 , only an ion cloud of that sign can be generated by means of the ionizer 18 which is opposite to the electrostatic charge state of the item to be weighed. In this way, the neutralization of the electrostatic charge on the item to be weighed and thus the overall duration of the weighing process can be further accelerated.
  • History of the weighing value when the item to be weighed reaches its electrostatic neutral state ts History of the weighing value when the ionizer is deactivated ⁇ b History of the weighing value after the ionizer has been deactivated

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Waage (10) mit einer in einem Wägeraum (12) angeordneten Wägegutaufnahme (14) zur Aufnahme von Wägegut, einem mechanisch mit der Wägegutaufnahme (14) verbundenen Wägesensor (16), einem Ionisator (18), mittels dessen eine Ionenwolke in den Wägeraum (12) einbringbar ist, und einer steuerungstechnisch mit dem Wägesensor (16) und dem Ionisator (18) verbundenen Wägeelektronik (20), umfassend die Schritte: - Einbringen einer Ionenwolke in den Wägeraum (12) zur Annäherung des – sofern vorhanden – elektrostatischen Aufladungszustandes des Wägeguts an seinen elektrostatischen Neutralzustand mittels des Ionisators (18), - Erkennen des innerhalb vorgegebener Toleranzen erreichten elektrostatischen Neutralzustandes und - Erfassen von Messwerten des Wägesensors (16), Berechnen eines für den elektrostatischen Neutralzustand repräsentativen, finalen Wägewerts daraus und Ausgeben des finalen Wägewerts, wobei bei aktiviertem Ionisator (18) fortlaufend Messwerte des Wägesensors (16) erfasst werden, aus denen fortlaufend vorläufige Wägewerte berechnet werden, und wobei, nachdem eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden, der finale Wägewert berechnet und ausgegeben wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass während einer Erkennungsphase mittels des Ionisators (18) abwechselnd positive und negative Ionenwolken erzeugt werden, und während einer sich an die Erkennungsphase anschließenden Neutralisationsphase lediglich eine Ionenwolke desjenigen Vorzeichens, das in der Erkennungsphase zu größeren Änderungen der aufeinanderfolgend berechneten, vorläufigen Wägewerte geführt hat.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Waage mit Ionisator
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Waage mit einer in einem Wägeraum angeordneten Wägegutaufnahme zur Aufnahme von Wägegut, einem mechanisch mit der Wägegutaufnahme verbundenen Wägesensor, einem Ionisator, mittels dessen eine lonenwolke in den Wägeraum einbringbar ist, und einer steuerungstechnisch mit dem Wägesensor und dem Ionisator verbundenen Wägeelektronik, umfassend die Schritte:
Einbringen einer lonenwolke in den Wägeraum zur Annäherung des - sofern vorhanden - elektrostatischen Aufladungszustandes des Wägeguts an seinen elektrostatischen Neutralzustand mittels des Ionisators,
Erkennen des innerhalb vorgegebener Toleranzen erreichten elektrostatischen Neutralzustandes und
Erfassen von Messwerten des Wägesensors, Berechnen eines für den elektrostatischen Neutralzustand repräsentativen, finalen Wägewerts daraus und Ausgeben des finalen Wägewerts. wobei bei aktiviertem Ionisator fortlaufend Messwerte des Wägesensors erfasst werden, aus denen fortlaufend vorläufige Wägewerte berechnet werden, und wobei , nachdem eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden, der finale Wägewert berechnet und ausgegeben wird. Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren ist aus der JP 2016-173 308 A bekannt.
Handelsübliche Analysen- bzw. Präzisionswaagen weisen eine Wägegutaufnahme zur Aufnahme von Wägegut auf, die innerhalb eines Wägeraums angeordnet ist. Für gewöhnlich ist der Wägeraum durch einen Windschutz allseitig begrenzt, wobei dieser mindestens ein öffenbares Wandelement aufweist, um ein Positionieren des Wägeguts auf der Wägegutaufnahme zu ermöglichen. Mit der Wägegutaufnahme mechanisch verbunden ist ein Wägesensor, mittels dessen Messwerte erfasst werden können, anhand derer mittels einer mit dem Wägesensor verbundenen Wägeelektronik ein Wägewert berechnet wird, der der Masse des Wägeguts entspricht. Der Wägewert wird schließlich ausgegeben, was meistens durch ein Anzeigen des Wägewerts auf einer Anzeige der Waage erfolgt.
Um die Masse eines Wägeguts möglichst präzise bestimmen und einen verlässlichen Wägewert ausgeben zu können, müssen bei einem Wägevorgang sämtliche Faktoren, die die Genauigkeit des Wägewerts nachteilig beeinflussen können, klein gehalten werden. Einer dieser Störfaktoren ist das Vorhandensein elektrostatischer Ladungen im Wägeraum und mitunter direkt am Wägegut selbst.
Eine elektrostatische Aufladung des Wägeguts wird insbesondere dann problematisch, wenn - wie üblich - das Wägegut in einem Gefäß aus nicht-leitfähigem, d.h. elektrisch isolierendem, Material gewogen wird; denn so kann die Ladung des Wägeguts nicht abfließen. Die Wägegutaufnahme selbst ist hingegen für gewöhnlich aus Metall gefertigt und lädt sich dementsprechend nicht elektrostatisch auf. Stattdessen können hier Ladungen in der Regel über eine leitfähige Verbindung mit dem Waagengehäuse abfließen.
Wird ein elektrostatisch aufgeladenes Wägegut in einem Gefäß aus nicht-leitfähigem Material auf der Wägegutaufnahme einer Waage platziert, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen dem Wägegut und den geerdeten Waagenteilen. Aufgrund der Coulomb-Kraft ziehen sich die unterschiedlich geladenen Teilchen an, während sich gleich geladene Teilchen abstoßen. Die vertikale Komponente dieser Kraft addiert sich zu der in vertikaler Richtung wirkenden Gewichtskraft. Sie wird daher vom Wägesensor und der Wägeelektronik miterfasst und verfälscht in der Folge den berechneten Wägewert, was sich insbesondere bei Wägevorgängen mit hochauflösenden Waagen negativ auswirkt.
Um den Einfluss elektrostatischer Ladungen auf den Wägewert gering zu halten, ist es üblich, Waagen mit Ionisatoren auszustatten. Solche Ionisatoren sind in der Lage, mit Hilfe von Hochspannungselektroden Luftmoleküle zu ionisieren. Dabei entspricht das Vorzeichen der an einer Elektrodenspitze erzeugten Ionen dem Vorzeichen der an die jeweilige Hochspannungselektrode angelegten Spannung. Für gewöhnlich umfassen Ionisatoren mindestens zwei Hochspannungselektroden und werden derart betrieben, dass sowohl positive als auch negative Ionen erzeugt werden. Die erzeugten Ionen bilden eine lonenwolke, die sich im Wägeraum ausbreitet. Bei einem Aufeinandertreffen können die Ladungen der lonenwolke mit den Ladungen eines elektrostatisch aufgeladenen Wägeguts wechselwirken und diese neutralisieren.
Aus der EP 1 813920 B1 ist solch eine Waage mit einem Ionisator bekannt. Dort wird der Ionisator anhand von Daten eines Elektrostatik-Sensors aktiviert, der auf dem Prinzip der Detektion von Influenzladungen oder dem Prinzip der Feldmühle basiert und der die Höhe und/oder das Vorzeichen elektrostatischer Aufladungen des Wägeguts detektieren kann. Bei einem Wägevorgang wird Wägegut auf der Wägegutaufnahme der Waage platziert. Mittels des Elektrostatik-Sensors wird dann der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts ermittelt. Ist das Wägegut elektrostatisch aufgeladen, werden die Daten des Elektrostatik-Sensors an eine Messeinheit der Wägeelektronik weitergeleitet. Diese vergleicht die übermittelten Daten des Elektrostatik-Sensors mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Wird dieser überschritten, wird eine Aktion der Wägeelektronik ausgelöst. Diese Aktion kann beispielsweise ein Blockieren des weiteren Wägevorgangs und/oder ein Aktivieren des Ionisators sein. Das Aktivieren des Ionisators bewirkt, dass eine lonenwolke erzeugt und in den Wägeraum eingebracht wird. Dadurch nähert sich der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts aufgrund einer Rekombination der Ladungen der lonenwolke mit den Ladungen des Wägeguts an seinen elektrostatischen Neutralzustand an. Die Dauer und die Intensität des Ionisator-Betriebs erfolgen entsprechend der ermittelten Höhe der elektrostatischen Aufladung des Wägeguts. Im Anschluss wird die elektrostatische Aufladung des Wägeguts erneut mittels des Elektrostatik-Sensors ermittelt. Daraufhin wird der Ionisator gegebenenfalls erneut aktiviert. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis die durch den Elektrostatik- Sensor detektierte elektrostatische Aufladung des Wägeguts den vordefinierten Schwellenwert unterschreitet. Es wird also erkannt, wenn der elektrostatische Neutralzustand des Wägeguts - innerhalb vorgegebener Toleranzen - erreicht wird. Im Anschluss wird der eigentliche Wägeprozess in Gang gesetzt. Das heißt, aus den von dem Wägesensor erfassten Messwerten wird ein Wägewert berechnet, der für den elektrostatischen Neutralzustand des Wägeguts repräsentativ ist. Dieser Wägewert ist schließlich der finale Wägewert, der ausgegeben wird.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, dass für die Steuerung des Ionisators auf die Daten eines gesondert vorzusehenden Elektrostatik-Sensors zurückgegriffen werden muss. Dies macht die Steuerung des Ionisators und damit den Wägevorgang insgesamt (zeit-)aufwendig und kostenintensiv.
Aus der eingangs genannten, gattungsbildenden Druckschrift eine Waage mit Ionisator bekannt, die die Entwicklung der Wägewerte selbst während der Aktivität des Ionisators nutzt, um Rückschlüsse auf die Erreichung des elektrostatischen Neutralzustandes zu ziehen. Speziell werden, während der Ionisator aktiv ist, ständig Messwerte des Wägesensors erfasst und in gerätespezifischer Weise in Wägewerte umgerechnet. Diese Wägewerte werden als vorläufige Wägewerte behandelt und insbesondere ihre zeitliche Entwicklung beobachtet. Bei stark elektrostatisch aufgeladenem Wägegut ist der Effekt der Ionisator-Aktivität stark und die vorläufigen Wägewerte ändern sich rasch. Mit abnehmender Aufladung des Wägegutes als Resultat der Ionisator-Aktivität stabilisieren sich die vorläufigen Wägewerte allmählich. Erreichte Stabilität der vorläufigen Wägewerte innerhalb vorgegebener Toleranzen wird dann als Erreichung des elektrostatischen Neutralzustandes interpretiert. Nachteilig aber ist, dass dieser Ansatz nur mit guter, wenigstens qualitativer Vorkenntnis des elektrostatischen Zustandes des Wägegutes funktioniert. Wird nämlich der Ionisator "falsch" gepolt und dadurch die Aufladung des Wägegutes erhöht, kommt es nach einiger Zeit ebenfalls zu einer Stabilisierung der vorläufigen Wägewerte - nämlich dann, wenn die maximal möglich elektrostatische Aufladung des Wägegutes erreicht ist. Die in der Druckschrift vorgeschlagene Interpretation der Wägewert-Stabilität als elektrostatischer Neutralzustand ist dann falsch. In der EP 2 757354 A1 wird zwar auf die Vorteilhaftigkeit einer A-priori-Kenntnis des Vorzeichens der Wägegut-Aufladung hingewiesen, insbesondere um einen Ionisator derart anzusteuern, dass er das Wägegut ausschließlich mit Ionen der "richtigen" Polarität besprüht. Allerdings wird dafür der aus dem weiter oben bereits diskutierten Stand der Technik bekannte Ansatz eines speziellen Elektrostatik-Sensors propagiert. Bzgl. dessen Nachteilen wird auf das oben Gesagte verwiesen.
Auch aus der DE 202008017708 U1 ist eine Waage mit einem Ionisator bekannt, wobei dieser vier Teilionisatoren umfasst. Die vier Teilionisatoren werden paarweise aktiviert und wieder deaktiviert, was über ein Programm der Wägeelektronik gesteuert wird. Dabei wird das Aktivieren der Teilionisatoren und deren Einschaltdauer in Abhängigkeit von der gemessenen Luftfeuchte, dem Öffnungszustand des Windschutzes und/oder dem Signal anderer Sensoren gesteuert. Über den genauen Zeitpunkt des Deaktivierens aller Teilionisatoren wird keine Aussage gemacht, lediglich dass dies in Abhängigkeit von der gemessenen Luftfeuchte, dem Öffnungszustand des Windschutzes und/oder dem Signal anderer Sensoren erfolgt.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist ebenfalls die Notwendigkeit eines gesonderten Sensors für die Steuerung des Ionisators. Dadurch wird auch hier die Steuerung des Ionisators und somit der Wägevorgang insgesamt unnötig (zeit-)aufwendig und kostenintensiv.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für den Betrieb einer Waage mit Ionisator anzugeben, bei dem der Ionisator während der eigentlichen Neutralisationsphase zuverlässig so aktiviert wird, dass er nur solche Ionen erzeugt, die in der Lage sind, die elektrostatische Aufladung des Wägeguts auch tatsächlich zu neutralisieren.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass während einer Erkennungsphase mittels des Ionisators abwechselnd positive und negative lonenwolken erzeugt werden, und während einer sich an die Erkennungsphase anschließenden Neutralisationsphase lediglich eine lonenwolke desjenigen Vorzeichens, das in der Erkennungsphase zu größeren Änderungen der aufeinanderfolgend berechneten, vorläufigen Wägewerte geführt hat.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, ist auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass bei aktiviertem Ionisator Messwerte des Wägesensors erfasst und aus diesen Wägewerte berechnet werden. Allerdings werden bei aktiviertem Ionisator zunächst nur vorläufige Wägewerte berechnet. Erst wenn eine vorbestimmte Anzahl an vorläufigen Wägewerten, die aufeinanderfolgend berechnet wurden, als innerhalb vorbestimmter Grenzen stabil erkannt wurden, wird der finale Wägewert berechnet. Der finale Wägewert ist es, der schließlich ausgegeben wird.
Die Erfindung nutzt insoweit die Erkenntnis, dass der fortlaufend berechnete Wägewert eines elektrostatisch aufgeladenen Wägeguts instabil ist, wenn dieses mit den Ladungen einer lonenwolke wechselwirkt. Denn sobald die Ladungen der lonenwolke auf die des Wägeguts treffen, rekombinieren sie, wodurch sich die herrschenden Coulomb-Kräfte verändern und damit die vertikale Kraftkomponente, die sich zu der auf das Wägegut wirkenden Gewichtskraft addiert. Entsprechend verändern sich die aufeinanderfolgend berechneten Wägewerte eines elektrostatisch aufgeladenen Wägeguts bei aktiviertem Ionisator. Diese Wägewert-Änderungen werden zur Bestimmung des elektrostatischen Aufladungszustands des Wägeguts genutzt. Der finale Wägewert soll erst dann berechnet und ausgegeben werden, wenn aufeinanderfolgend berechnete, vorläufige Wägewerte sich in etwa asymptotisch an einen stabilen Wert angenähert haben. Denn aus der Stabilität aufeinanderfolgend berechneter Wägewerte bei aktiviertem Ionisator kann geschlossen werden, dass das Wägegut sich an seinen elektrostatischen Neutralzustand angenähert hat. Folglich ist der finale Wägewert für den elektrostatischen Neutralzustand des Wägeguts repräsentativ und nahezu unbeeinflusst von elektrostatischen Aufladungen des Wägeguts. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass auf einen extra Sensor zum Detektieren elektrostatischer Aufladungen am Wägegut verzichtet werden kann. Der Verzicht auf den Sensor macht das Verfahren einfacher und kostengünstiger. Außerdem ist der Wägevorgang im Vergleich zu anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verkürzt, nämlich dadurch, dass die Schritte der Datenerfassung durch einen Sensor und das Auswerten und Reagieren auf die Sensor-Daten entfallen.
Für gewöhnlich werden mittels des Ionisators stets positive und negative Ionen gleichzeitig erzeugt. So wird ein Ladungsgleichgewicht der zum Wägegut wandernden lonenwolke sichergestellt.
Erfindungsgemäß aber werden während einer Erkennungsphase mittels des Ionisators alternierend positive und negative lonenwolken erzeugt, und während einer sich an die Erkennungsphase anschließenden Neutralisationsphase lediglich eine lonenwolke desjenigen Vorzeichens, das in der Erkennungsphase zu größeren Änderungen der aufeinanderfolgend berechneten, vorläufigen Wägewerte geführt hat. Der Ionisator wird also in einer Erkennungsphase so betrieben, dass abwechselnd nur positive und nur negative lonenwolken mittels des Ionisators erzeugt werden. Auf diese Weise kann der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts, genauer gesagt das Vorzeichen der elektrostatischen Aufladung, ermittelt werden. Ist nämlich das Wägegut (überwiegend) positiv aufgeladen, verursacht die Wechselwirkung mit einer negativ aufgeladenen lonenwolke größere Änderungen beim Wägewert als die mit einer positiv aufgeladenen lonenwolke. Denn nur die Ladungen der negativ geladenen lonenwolke können mit den positiven Ladungen des Wägeguts rekombinieren, was zu Änderungen der vorherrschenden Coulomb-Kräfte und somit derjenigen vertikalen Kraftkomponente führt, die sich zu der auf das Wägegut wirkenden Gewichtskraft addiert und den Wägewert verfälscht. Ist umgekehrt das Wägegut (überwiegend) negativ aufgeladen, führt das Einbringen einer positiv geladenen lonenwolke in den Wägeraum zu größeren Änderungen der Wägewerte als das Einbringen einer negativ geladenen lonenwolke. Schließlich können nur die Ladungen der positiv geladenen lonenwolke die negativen Ladungen des Wägeguts neutralisieren, was einen größeren Effekt auf die wirkenden Coulomb-Kräfte und in der Folge auf den Wägewert hat.
In einer Neutralisationsphase, die auf die Erkennungsphase folgt, wird der Ionisator dann derart betrieben, dass lediglich eine lonenwolke desjenigen Vorzeichens erzeugt wird, das in der Erkennungsphase zu größeren Änderungen der vorläufigen Wägewerte geführt hat. Das heißt, in der Neutralisationsphase werden mittels des Ionisators nur noch Ionen eines bestimmten Vorzeichens erzeugt und zwar desjenigen Vorzeichens, das nicht dem der elektrostatischen Aufladung des Wägeguts entspricht. Es werden also nur noch solche Ionen erzeugt, die in der Lage sind, die elektrostatische Aufladung des Wägeguts zu neutralisieren. Auf diese Weise wird die notwendige Betriebsdauer des Ionisators zum Neutralisieren der elektrostatischen Aufladungszustands des Wägeguts und in der Folge die Dauer des Wägevorgangs insgesamt verkürzt.
Bevorzugt werden nach dem Erkennen der Stabilität der vorläufigen Wägewerte und vor dem Berechnen des finalen Wägewerts der Ionisator deaktiviert und im Anschluss weitere Messwerte des Wägesensors erfasst, aus denen fortlaufend weitere vorläufige Wägewerte berechnet werden, bis eine vorbestimmte Anzahl dieser aufeinanderfolgend berechneten, weiteren vorläufigen Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden. Der Ionisator wird also deaktiviert, sobald aufeinanderfolgend berechnete, vorläufige Wägewerte nicht mehr variieren. Im Anschluss werden fortlaufend weitere vorläufige Wägewerte berechnet, bis auch diese stabil bleiben. Erst wenn dies der Fall ist, wird der finale Wägewert berechnet und ausgegeben. Den Ionisator vor dem Berechnen des finalen Wägewerts zu deaktivieren hat den Vorteil, dass der finale Wägewert ungestört vom sogenannten lonenwind, der sich aus der Bewegung der von einem aktivierten Ionisator erzeugten lonenwolke ergibt, ermittelt wird. Denn auch wenn das Wägegut sich bereits an seinen elektrostatischen Neutralzustand angenähert hat, beeinflusst der lonenwind - wenn auch nur im pg-Bereich - den Wägewert. Entsprechend ist beim Betrieb von hochauflösenden Waagen beim fortdauernden Berechnen weiterer vorläufiger Wägewerte nach dem Deaktivieren des Ionisators ein Lastsprung erkennbar. Dadurch, dass der finale Wägewert erst nach dem Deaktivieren des Ionisators und nach dem darauffolgenden Lastsprung berechnet wird, ist der ausgegebene finale Wägewert noch präziser und weniger beeinflusst von Störfaktoren, die die Genauigkeit des Wägewerts beeinträchtigen.
Besonders bevorzugt wird der finale Wägewert ausschließlich aus den weiteren vorläufigen Wägewerten berechnet. Mit anderen Worten soll der finale Wägewert nicht aus vorläufigen Wägewerten oder aus einer Kombination aus vorläufigen und weiteren vorläufigen Wägewerten berechnet werden. Stattdessen soll der finale Wägewert allein aus weiteren vorläufigen Wägewerten berechnet werden, also denjenigen Wägewerten, die auf den Messwerten des Wägesensors bei deaktiviertem Ionisator beruhen. So ist sichergestellt, dass ausschließlich nach dem durch das Deaktivieren des Ionisators bedingten Lastsprung berechnete Wägewerte als Grundlage für das Berechnen des finalen Wägewerts dienen, wodurch die Präzision des finalen Wägewerts weiter gesteigert wird.
Idealerweise ist der Wägeraum durch einen öffenbaren Windschutz allseitig begrenzt. Der Windschutz ermöglicht ein präziseres Bestimmen des Wägewerts, unbeeinflusst von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Luftzügen.
Vorzugsweise wird der Ionisator durch Öffnen des Windschutzes bei unbelasteter Wägegutaufnahme aktiviert. Das heißt, der Ionisator wird dann in Betrieb genommen, wenn der Windschutz geöffnet und zugleich keine Last auf der Wägegutaufnahme registriert wird. Wenn der Ionisator auf das Öffnen des Windschutzes hin aktiviert wird, während die Wägegutaufnahme frei von Wägegut ist, kann elektrostatisch aufgeladenes Wägegut bereits beim Einbringen in den Wägeraum, also vor dem Ablegen auf der Wägegutaufnahme, mittels der vom Ionisator erzeugten lonenwolke entladen werden. So kann die für den Wägevorgang benötigte Gesamtzeit weiter verkürzt werden.
Alternativ kann der Ionisator durch Belasten der Wägegutaufnahme aktiviert werden. Hierbei wird der Ionisator also dadurch aktiviert, dass ein Gewicht bzw. eine Last auf der Wägegutaufnahme registriert wird. Dies hat den Vorteil, dass der Ionisator nur dann in Betrieb genommen wird, wenn er wirklich gebraucht wird - nämlich dann, wenn tatsächlich ein Wägegut gewogen wird. Auf diese Weise wird die Betriebszeit des Ionisators verkürzt und in der Folge die Abwärme, die durch die Verlustleistung des Ionisators in seinem aktivierten Zustand erzeugt wird, verringert. Letzteres ist wägetechnisch insofern günstig, als dass die Abwärme des Ionisators unerwünschte, den Wägewert verfälschende Konvektionsströmungen im Wägeraum verursachen kann.
Ebenso kann der Ionisator durch das Signal eines Näherungssensors aktiviert werden, der einen Beschickungsweg kreuzt. Unter dem Beschickungsweg sei hier derjenige Weg zu verstehen, den das Wägegut bei bestimmungsgemäßer Bedienung der Waage zu nehmen hat, um in einen ggf. durch einen öffenbaren Windschutz von der Umgebung abgegrenzten Wägeraum eingebracht und auf der Wägegutaufnahme platziert zu werden. Bei der Aktivierung des Ionisators durch das Signal eines solchen Näherungssensors handelt es sich um eine einfach zu realisierende Variante. So kann der Sensor beispielsweise als induktiver oder als optischer Näherungssensor (z. B. in Form einer Lichtschranke) ausgebildet sein. Je nach Anordnung des Näherungssensors im Beschickungsweg kann das Aktivieren des Ionisators bereits früher, beispielsweise beim Einbringen des Wägeguts in den Wägeraum, oder erst später, beispielsweise beim Ablegen des Wägeguts auf der Wägegutaufnahme, erfolgen.
Alternativ kann der Ionisator durch einen betätigbaren Schalter aktiviert werden. Der Schalter ist vorzugsweise außerhalb des Wägeraums angeordnet. Besonders bevorzugt kann der Schalter in einer Bedieneinheit zur manuellen oder anderweitig gezielten Eingabe (beispielsweise mit dem Fuß) von Steuerbefehlen für den Waagenbetrieb angeordnet sein. Dies erlaubt es einem Nutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens, das Aktivieren des Ionisators - wenn gewünscht - selbst vorzunehmen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Ionisator in seinem aktivierten Zustand gepulst ein- und ausgeschaltet, und aus bei ausgeschaltetem Ionisator auftretenden Änderungen aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte werden Korrekturterme zur mathematischen Korrektur des finalen Wägewerts ermittelt. Der aktivierte Ionisator wird also abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Treten auch bei ausgeschaltetem Ionisator Änderungen bei aufeinanderfolgenden, vorläufigen Wägewerten auf, kann daraus geschlossen werden, dass neben der elektrostatischen Aufladung des Wägeguts weitere Störfaktoren die Genauigkeit des Wägewerts beeinflussen. Denn bei ausgeschaltetem Ionisator wird keine lonenwolke erzeugt. Entsprechend kann in diesem Zeitraum keine lonenwolke zum Wägegut wandern und mit den elektrostatischen Ladungen des Wägeguts rekombinieren. Folglich ändern sich bei ausgeschaltetem Ionisator die herrschenden Coulomb-Kräfte nicht und die Höhe der vertikalen Komponente dieser Kraft, die sich zu der in vertikaler Richtung wirkenden Gewichtskraft addiert und den Wägewert verfälscht, bleibt gleich. Demnach müssen trotz ausgeschaltetem Ionisator auftretende Änderungen der vorläufigen Wägewerte aus anderen Einflussfaktoren resultieren, beispielsweise aus Temperaturschwankungen, Materialkriechen des Wägesensors oder Luftkonvektion. Damit gleichwohl ein möglichst verlässlicher, finaler Wägewert ausgegeben werden kann, werden aus den beschriebenen Änderungen der vorläufigen Wägewerte, die nicht auf einer elektrostatischen Aufladung des Wägeguts beruhen, Korrekturterme ermittelt, mit denen der finale Wägewert mathematisch korrigiert werden kann. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1: eine schematische Darstellung einer Waage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2: einen ersten beispielhaften Verlauf von Wägewerten beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage mit Ionisator gemäß Fig. 1,
Figur 3a: einen zweiten beispielhaften Verlauf von Wägewerten beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage mit gepulst ein- und ausgeschaltetem Ionisator,
Figur 3b: einen dritten beispielhaften Verlauf von Wägewerten beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage mit gepulst ein- und ausgeschaltetem Ionisator und
Figur 4: einen vierten beispielhaften Verlauf von Wägewerten beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Waage, umfassend eine Erkennungs und eine Neutralisationsphase.
Beschreibung bevorzugter Ausführunqsformen
Um das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Waage durchführen zu können, bedarf es einer Waage, die bestimmte Merkmale aufweist. Ein Beispiel für eine solche Waage, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, ist in Figur 1 dargestellt. Die Waage 10 aus Figur 1 umfasst einen Wägeraum 12, der- was für die Erfindung nicht zwingend notwendig, aber vorteilhaft ist - allseitig durch einen Windschutz 24 begrenzt ist. In dem Wägeraum 12 befindet sich eine Wägegutaufnahme 14, auf der ein zu verwiegendes Wägegut positionierbar ist. Damit Wägegut in den durch den Windschutz 24 begrenzten Wägeraum 12 eingebracht und auf der Wägegutaufnahme 14 abgelegt werden kann, weist der Windschutz 24 wenigstens ein öffenbares Element, beispielsweise eine öffenbare Seitenwand, auf. Die in dem Wägeraum 12 angeordnete Wägegutaufnahme 14 ist mit einem Wägesensor 16 mechanisch verbunden, der wiederum mit einer Wägeelektronik 20 verbunden ist. Mittels des Wägesensors 16 werden Messwerte erfasst, aus denen mittels der Wägeelektronik 20 Wägewerte berechnet werden, die der Masse des Wägeguts entsprechen. Die Waage 10 umfasst weiter eine Anzeige 22, mittels derer Wägewerte ausgegeben und angezeigt werden können. Darüber hinaus umfasst die Waage 10 einen Ionisator 18, mittels dessen eine lonenwolke in den Wägeraum 12 einbringbar ist.
Figur 2 zeigt einen ersten beispielhaften Verlauf von Wägewerten 28 beim Betrieb einer Waage 10 mit Ionisator 18, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. In Figur 2 ist zum Zeitpunkt ti zunächst ein stabiler Nullwert bei unbelasteter Wägegutaufnahme 14 zu erkennen. In dem Moment t2, in dem Wägegut auf der Wägegutaufnahme 14 abgelegt wird, erfolgt ein deutlicher Lastsprung. Mit dem Ablegen des Wägeguts auf der Wägegutaufnahme 14 beginnt der Wägesensor 16 damit, Messwerte zu produzieren, aus denen mittels der Wägeelektronik 20 fortlaufend vorläufige Wägewerte berechnet werden. Die Messwerte des Wägesensors 16 werden vorzugsweise erfasst, wenn registriert wird, dass die Wägegutaufnahme 14 belastet und der Windschutz 24 geschlossen sind. Das Erfassen der Messwerte kann aber auch allein durch das Belasten der Wägegutaufnahme 14 oder das Schließen des Windschutzes 24 gestartet werden.
Zum Zeitpunkt t3 wird der Ionisator 18 aktiviert. Im vorliegenden Beispiel wird der Ionisator 18 in seinem aktivierten Zustand (Zeitabschnitt Ti) permanent eingeschaltet, wobei zeitgleich sowohl positive als auch negative Ionen erzeugt werden. Das Aktivieren des Ionisators 18 macht sich bei dem elektrostatisch aufgeladenen Wägegut durch eine zeitabhängige Änderung der Wägewerte bemerkbar, genauer gesagt nehmen die vorläufigen Wägewerte mit der Zeit ab. Dies liegt darin begründet, dass mittels des Ionisators 18 eine lonenwolke erzeugt wird, die in den Wägeraum 12 eingebracht wird, wo die Ladungen der lonenwolke mit denen des Wägeguts rekombinieren. Die Rekombination wiederum bewirkt eine Änderung der herrschenden Coulomb-Kräfte und damit eine Änderung der vertikalen Kraftkomponente, die zusätzlich zur auf das Wägegut wirkenden Gewichtskraft auf die Wägegutaufnahme 14 wirkt und vom Wägesensor 16 miterfasst wird. In Figur 2 ist gezeigt, wie ein möglicher Wägewerte-Verlauf 28 aussieht, wenn das Belasten der Wägegutaufnahme 14 (Zeitpunkt t2) und das Aktivieren des Ionisators 18 (Zeitpunkt t3) zeitlich auseinanderfallen, genauer gesagt, wenn das Aktivieren des Ionisators 18 erst nach dem Belasten der Wägegutaufnahme 14 erfolgt. Dieses gewählte Beispiel dient lediglich der Verdeutlichung des Effekts der Ionisator- Aktivierung auf den Wägewerte-Verlauf 28. Vorzugsweise wird der Ionisator 18 bereits durch das Öffnen des Windschutzes 24 bei unbelasteter Wägegutaufnahme 14 oder durch das Signal eines Näherungssensors, der einen Beschickungsweg kreuzt, aktiviert — also vor dem Belasten der Wägegutaufnahme 14. Ebenso kann das Aktivieren des Ionisators 18 durch das Belasten der Wägegutaufnahme 14 (also zeitgleich mit dem Belasten der Wägegutaufnahme 14) oder das Betätigen eines Schalters erfolgen.
Bei aktiviertem Ionisator 18 (Zeitabschnitt Ti) nähert sich der elektrostatische Aufladungszustand des elektrostatisch aufgeladenen Wägeguts also seinem elektrostatischen Neutralzustand an, was sich durch Änderungen der vorläufigen Wägewerte bemerkbar macht. Entsprechend wird ein Erreichen des elektrostatischen Neutralzustands des Wägeguts innerhalb vorgegebener Toleranzen dadurch erkannt, dass eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender, vorläufiger Wägewerte stabil bleibt, wie dies in Figur 2 zum Zeitpunkt U der Fall ist.
In Figur 2 ist ferner zum Zeitpunkt t5 ein kleinerer Lastsprung nach dem Einstellen einer Stabilität der vorläufigen Wägewerte zu erkennen. Dieser resultiert aus dem Deaktivieren des Ionisators 18. Denn auch wenn der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts sich bereits in seinem Neutralzustand befindet und die Ladungen der mittels des Ionisators 18 erzeugten lonenwolke nicht mehr mit den Ladungen des Wägeguts wechselwirken, hat der durch den Ionisator 18 erzeugte lonenwind gleichwohl einen unerwünschten, verfälschenden Effekt auf die berechneten Wägewerte.
Um diesen Effekt auf die Wägewertberechnung nicht mitzuerfassen, werden - wie in Figur 2 gezeigt - nach dem Deaktivieren des Ionisators 18 zum Zeitpunkt ts bevorzugt fortlaufend weitere vorläufige Wägewerte berechnet, bis auch hier, wie zum Zeitpunkt te, eine vorbestimmte Anzahl dieser aufeinanderfolgend berechneten, weiteren vorläufigen Wägewerte innerhalb vorgegebener Grenzen stabil bleibt. Erst danach wird - idealerweise ausschließlich aus den weiteren vorläufigen Wägewerten - der finale Wägewert berechnet und ausgegeben.
In Figur 3a ist ein zweiter beispielhafter Verlauf von Wägewerten 28‘ beim Betrieb der Waage 10 mit Ionisator 18 dargestellt. Bezugszeichen, die mit denen aus Figur 2 übereinstimmen, entsprechen den dortigen Zeitpunkten bzw. Zeitabschnitten. Im Gegensatz zur Figur 2 ist in Figur 3a ein Wägewerte-Verlauf 28‘ gezeigt, bei dem der Ionisator 18 in seinem aktivierten Zustand (Zeitabschnitt Ti) gepulst ein- und ausgeschaltet wird. Dabei sind in Figur 3a die Zeitpunkte des lonisator-Einschaltens mit t3i und die des lonisator-Ausschaltens mit t32 gekennzeichnet. Ist -wie in Figur 3a gezeigt - der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts der einzige im Wägeraum 12 vorhandene Störfaktor, der die Genauigkeit des Wägewerts beeinträchtigt, ändern sich die aufeinanderfolgend berechneten, vorläufigen Wägewerte lediglich dann, wenn der Ionisator 18 eingeschaltet ist, nicht aber, wenn dieser ausgeschaltet ist.
Ist hingegen - wie im beispielhaften Wägewerte-Verlauf 28“ in Figur 3b gezeigt - zusätzlich zur elektrostatischen Aufladung des Wägeguts mindestens ein weiterer Störfaktor im Wägeraum 12 präsent, der die präzise Bestimmung der Masse des Wägeguts beeinträchtigt (beispielsweise Temperaturschwankungen), sind auch bei ausgeschaltetem Ionisator 18 Änderungen aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte feststellbar. Um den Einfluss dieser zusätzlichen Störfaktoren auf den finalen Wägewert möglichst gering zu halten, werden bei der hier dargestellten Verfahrensvariante aus den Wägewert-Änderungen bei ausgeschaltetem Ionisator 18 Korrekturterme ermittelt, mit denen der finale Wägewert mathematisch korrigiert werden kann.
Figur 4 zeigt schließlich einen vierten beispielhaften Verlauf von Wägewerten 28‘“ beim Betrieb einer Waage 10 mit Ionisator 18. Hier teilt sich der Ionisator-Betrieb in eine Erkennungsphase (Zeitabschnitt T2) und eine Neutralisationsphase (Zeitabschnitt T3) auf. In der Erkennungsphase T2 werden zunächst abwechselnd nur positive oder nur negative lonenwolken mittels des Ionisators 18 erzeugt und in den Wägeraum 12 eingebracht. Die Zeitpunkte, zu denen nur positive Ionen erzeugt werden, sind mit t33 gekennzeichnet; die Zeitpunkte, zu denen nur negative Ionen erzeugt werden, sind mit t34 gekennzeichnet. Im gezeigten Beispiel ist das Wägegut vorwiegend negativ elektrostatisch aufgeladen, weshalb das Einbringen positiv geladener lonenwolken in den Wägeraum 12 größere Änderungen bei den vorläufigen Wägewerten verursacht als das Einbringen negativ geladener lonenwolken. Der elektrostatische Aufladungszustand des Wägeguts wird von der Wägeelektronik 20 aufgrund dieses Unterschieds im Wägewert-Verlauf 28‘“ erkannt. Entsprechend kann in einer Neutralisationsphase T3, die sich an die Erkennungsphase T2 anschließt, lediglich eine lonenwolke desjenigen Vorzeichens mittels des Ionisators 18 erzeugt werden, das dem elektrostatischen Aufladungszustand des Wägeguts entgegengesetzt ist. Auf diese Weise kann das Neutralisieren der elektrostatischen Aufladung des Wägeguts und damit die Gesamtdauer des Wägevorgangs weiter beschleunigt werden.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
Bezugszeichenliste
10 Waage
12 Wägeraum
14 Wägegutaufnahme
16 Wägesensor
18 Ionisator
20 Wägeelektronik
22 Anzeige
24 Windschutz
28, 28‘, 28“, 28‘“ Wägewert-Verlauf ti Nullwert bei unbelasteter Wägegutaufnahme t2 Wägewert beim Belasten der Wägegutaufnahme h Wägewert-Verlauf beim Aktivieren des Ionisators t31 Wägewert-Verlauf bei eingeschaltetem Ionisator t32 Wägewert-Verlauf bei ausgeschaltetem Ionisator t33 Wägewert-Verlauf beim Einbringen positiv geladener lonenwolken in den Wägeraum t34 Wägewert-Verlauf beim Einbringen negativ geladener lonenwolken in den Wägeraum
Wägewert-Verlauf beim Erreichen des elektrostatischen Neutralzustands des Wägeguts ts Wägewert-Verlauf beim Deaktivieren des Ionisators ίb Wägewert-Verlauf nach dem Deaktivieren des Ionisators
Ti Wägewert-Verlauf beim aktivierten Zustand des Ionisators
T2 Erkennungsphase
T3 Neutralisationsphase

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Waage (10) mit einer in einem Wägeraum (12) angeordneten Wägegutaufnahme (14) zur Aufnahme von Wägegut, einem mechanisch mit der Wägegutaufnahme (14) verbundenen Wägesensor (16), einem Ionisator (18), mittels dessen eine lonenwolke in den Wägeraum (12) einbringbar ist, und einer steuerungstechnisch mit dem Wägesensor (16) und dem Ionisator (18) verbundenen Wägeelektronik (20), umfassend die Schritte:
- Einbringen einer lonenwolke in den Wägeraum (12) zur Annäherung des - sofern vorhanden - elektrostatischen Aufladungszustandes des Wägeguts an seinen elektrostatischen Neutralzustand mittels des Ionisators (18),
- Erkennen des innerhalb vorgegebener Toleranzen erreichten elektrostatischen Neutralzustandes und
- Erfassen von Messwerten des Wägesensors (16), Berechnen eines für den elektrostatischen Neutralzustand repräsentativen, finalen Wägewerts daraus und Ausgeben des finalen Wägewerts, wobei bei aktiviertem Ionisator (18) fortlaufend Messwerte des Wägesensors (16) erfasst werden, aus denen fortlaufend vorläufige Wägewerte berechnet werden, und wobei, nachdem eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden, der finale Wägewert berechnet und ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Erkennungsphase mittels des Ionisators (18) abwechselnd positive und negative lonenwolken erzeugt werden, und während einer sich an die Erkennungsphase anschließenden Neutralisationsphase lediglich eine lonenwolke desjenigen Vorzeichens, das in der Erkennungsphase zu größeren Änderungen der aufeinanderfolgend berechneten, vorläufigen Wägewerte geführt hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erkennen der Stabilität der vorläufigen Wägewerte und vor dem Berechnen des finalen Wägewerts der Ionisator (18) deaktiviert und im Anschluss weitere Messwerte des Wägesensors (16) erfasst werden, aus denen fortlaufend weitere vorläufige Wägewerte berechnet werden, bis eine vorbestimmte Anzahl dieser aufeinanderfolgend berechneten, weiteren vorläufigen Wägewerte als innerhalb vorgegebener Toleranzen stabil erkannt wurden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der finale Wägewert ausschließlich aus den weiteren vorläufigen Wägewerten berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wägeraum (12) durch einen öffenbaren Windschutz (24) allseitig begrenzt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) durch Öffnen des Windschutzes (24) bei unbelasteter Wägegutaufnahme (14) aktiviert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) durch Belasten der Wägegutaufnahme (14) aktiviert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) durch das Signal eines Näherungssensors aktiviert wird, der einen Beschickungsweg kreuzt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) durch einen betätigbaren Schalter aktiviert wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (18) in seinem aktivierten Zustand gepulst ein- und ausgeschaltet wird, und aus bei ausgeschaltetem Ionisator (18) auftretenden Änderungen aufeinanderfolgend berechneter, vorläufiger Wägewerte Korrekturterme zur mathematischen Korrektur des finalen Wägewerts ermittelt werden.
PCT/EP2022/052666 2021-02-23 2022-02-04 Verfahren zum betrieb einer waage mit ionisator WO2022179824A1 (de)

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