CH673153A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit einem zylindrischen Permanentmagnetsystem, mit einem s Magnetdeckel, der zumindest teilweise aus einem Material hoher Permeabilität besteht und zur magnetischen Abschirmung des Permanentmagnetsystems dient, mit einer Spule im Luftspalt des Permanentmagnetsystems zur Erzeugung der belastungsabhängigen Gegenkraft, mit einem optischen io Lagensensor und mit einem Regelverstärker zur Regelung des Stromes durch die Spule.

Waagen dieser Art sind allgemein bekannt und beispielsweise im DE-GM 8 416 544 beschrieben. Sender und Empfänger des optischen Lagensensors befinden sich dort am is gehäusefesten Systemträger, während die Schlitzblende des optischen Lagensensors am Ende des Übersetzungshebels befestigt ist. In Fig. 1 ist das Prinzip des optischen Lagensensors nochmal zur Erläuterung gezeigt: Ein Sender 102 sendet Licht aus, das durch den Schlitz 107 in einer Schlitzblende 20 106 teilweise auf die beiden lichtempfindlichen Flächen 104 und 105 eines optischen Empfängers 103 fällt. Der Sender 102 und der Empfänger 103 sind an gehäusefesten Teilen 101 befestigt, während die Schlitzblende 106 mit den beweglichen Teilen der Waage verbunden ist und sich mit diesen -25 in Fig. 1 in senkrechter Richtung-bewegt; dadurch ändert sich die Lichtverteilung auf den beiden lichtempfindlichen Flächen 104 und 105 und es ergibt sich ein der Auslenkung der Schlitzblende 106 proportionales elektrisches Differenzsignal. (Die Form und die Bauart des Schlitzes sind dabei für 30 die Funktion unwesentlich; auch ein rundes Loch in einem Blech oder ein lichtdurchlässiger Bereich in einer ansonsten lichtundurchlässig beschichteten Glasplatte - um nur zwei Beispiele zu nennen - sollen unter «Schlitzblende» verstanden werden. Ebenso soll unter «Licht» z. B. auch infra-3s rotes oder ultraviolettes Licht verstanden werden).

Es ist weiterhin aus der DE-OS 3 033 272 bekannt, Sender und Empfänger des optischen Lagensensors am Permanentmagnetsystem zu befestigen.

Nachteilig an allen diesen bekannten Ausführungen ist, 40 dass der optische Lagensensor, der ja die Lage der Spule im Luftspalt des Permanentmagnetsystems erfassen soll, verhältnismässig weit von dieser entfernt ist. Dies kann zum Beispiel aufgrund von Temperaturänderungen und/oder Temperaturgradienten zu einer Relativverschiebungzwi-45 sehen Spule und Lagensensor führen und damit die Genauigkeit der Waage beeinträchtigen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, aus dem Permanentmagnetsystem, der Spule und dem optischen Lagensensor eine kompakte Einheit zu bilden, dieTemperaturunter-50 schiede und dadurch verursachte Lagenänderungen minimiert.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einer Waage der eingangs genannten Art der Sender und der Empfänger des optischen Lagensensors innerhalb des 55 Magnetdeckels untergebracht sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 2 bis 60 11 beschrieben.

Die Fig. 1 wurde bereits beim Stand der Technik erläutert.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Waage,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Übersetzungshebel aus 65 Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Magnetdeckel aus Fig. 2,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Magnetdeckel in einer zweiten Ausgestaltung,

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Fig. 6 eine Draufsicht auf den Magnetdeckel in einer dritten Ausgestaltung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Magnetdeckel in einer vierten Ausgestaltung,

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Magnetdeckel in einer fünften Ausgestaltung,

Fig. 9 einen Schnitt durch den Magnetdeckel und das Permanentmagnetsystem in einer anderen Materialkombination,

Fig. 10 eine Draufsicht auf den Übersetzungshebel in einer anderen Ausgestaltung und

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht der Quertraverse aus Fig. 10 in einer anderen Ausgestaltung.

Die elektrische Waage in Fig. 2 besteht aus einem gehäusefesten Systemträger 1, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Der Lastaufnehmer 2 trägt in seinem oberen Teil die Lastschale 3 zur Aufnahme des Wägegutes und überträgt die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein Koppelelement 11 auf den kürzeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7. Der Übersetzungshebel 7 ist durch zwei Federgelenke 8 am Systemträger 1 gelagert. Am längeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7 ist eine Spule 13 befestigt. Die Spule 13 befindet sich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems 14 und erzeugt die belastungsabhängige Gegenkraft. Die Grösse des Stromes durch die Spule 13 wird dabei in bekannter Weise durch den optischen Lagensensor 20,21,22 und den Regelverstärker 16 so geregelt, dass Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Wägegutes und der elektromagnetisch erzeugten Gegenkraft herrscht. Der elektrische Anschluss 23 zur Spule 13 ist dabei in Fig. 2 nur ganz schematisch angedeutet. Der Strom durch die Spule 13 erzeugt am Messwiderstand 15 eine Messspannung, die einem Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 übernommen und in der Anzeige 19 digital angezeigt.

Der optische Lagensensor besteht aus dem Strahlungssender 21, dessen Stromversorgung der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurde, dem Strahlungsempfänger 22 und der Schlitzblende 20. Der Strahlungssender 21 und der Strahlungsempfänger 22 sind am Deckel 24 des Permanentmagnetsystems 14 befestigt, nähere Einzelheiten werden später anhand von Fig. 4 erläutert. Die Schlitzblende 20 ist am Übersetzungshebel 7 befestigt. Die Schlitzblende 20 befindet sich dabei etwa in der Verlängerung der Achse der Spule 13 auf der gegenüberliegenden Seite des Übersetzungshebels 7. Durch diese Anordnung bilden das hintere Ende des Übersetzungshebels 7, die Spule 13 und die Schlitzblende 20 eine kompakte, geometrisch sehr stabile Einheit.

Der Übersetzungshebel 7 ist in Fig. 3 nochmal alleine in Draufsicht in einer beispielhaften Ausgestaltung gezeigt. Ausser der schon beschriebenen Spule 13 und der Schlitzblende 20 erkennt man eine vordere Quertraverse 9, die die beiden Federgelenke 8 trägt und auf deren gegenüberliegenden Seite das Koppelelement 11 mittels einer Mutter 10 auf einem Gewindestift 12 befestigt ist. Die Dicke der vorderen Quertraverse 9 bestimmt also die Länge des kürzeren Hebelarms des Übersetzungshebels 7.

Fig. 4 zeigt in einer Draufsicht auf den Magnetdeckel 24 in einer gegenüber den Figuren 2 und 3 vergrösserten Darstellung die Einzelheiten des optischen Lagensensors. Der Strahlungssender 21 befindet sich auf einer kleinen Platine 26, der Strahlungsempfänger 22 befindet sich ebenfalls auf einer kleinen Platine 27. Beide Platinen sind in einem Teil 25 befestigt, zum Beispiel eingeklebt. Das Teil 25 weist neben der Öffnung 28 für die beiden Platinen eine zylindrische Aussen-fläche auf, mit der es in ein entsprechendes rundes Loch im Magnetdeckel 24 passt. Dadurch ist eine senkrechte Ver-s schiebbarkeit von Sender und Empfänger gegeben. Die Fixierung nach der Montage und Justage erfolgt in bekannter Weise z. B. durch eine nicht dargestellte Madenschraube. Kann auf die Justierbarkeit verzichtet werden, so kann selbstverständlich das Teil 25 wegfallen und das etwa rechtek-lo kige Loch 28 befindet sich direkt im Magnetdeckel 24 (in Fig. 4 muss man sich dazu nur den Kreis 25 wegdenken). Weiter erkennt man in Fig. 4 die Fahne 20, die am Übersetzungshebel 7 befestigt ist und von unten in die Öffnung 28 hineinragt.

15 Fig. 5 zeigt den Magnetdeckel in einer zweiten Ausgestaltung. Der Magnetdeckel 34 weist hier ein rundes Loch 33 und einen Schlitz 35 längs eines Durchmessers auf. Der Schlitz 35 hat etwa eine Tiefe von l/i bis Vi der Dicke des Magnetdek-kels 34. Im Schlitz 35 sind zwei längliche Platinen 36 und 37 20 befestigt, wobei die Platine 36 den Strahlungssender 31 trägt und die Platine 37 den Strahlungsempfänger 32. Die rückseitigen Anschlüsse 38 des Strahlungssenders 31 ragen durch die Platine 36 hindurch und sind dort im Loch 33 gut zugänglich für den elektrischen Anschluss. Genauso ragen die 25 Anschlüsse 39 des Strahlungsempfängers 32 durch die Platine 37 hindurch und können dort ebenfalls elektrisch angeschlossen werden. Durch den Schlitz 35 ist ein Tiefenanschlag für die Platinen vorhanden, so dass eine sehr reproduzierbare Befestigung - zum Beispiel Klebung - der Platinen 30 im Magnetdeckel 34 möglich ist. Selbstverständlich braucht der Schlitz nicht die volle Länge des Durchmessers des Magnetdeckels 34 zu besitzen, es reicht eine Länge entsprechend der Länge der Platinen 36 und 37. Genauso kann der Schlitz 35 seitlich etwas versetzt sein, falls man für die 35 Anschlüsse 38 mehr Platz braucht als für die Anschlüsse 39 oder umgekehrt. Weiter erkennt man in Fig. 5 wieder die Schlitzblende 20, die mit dem beweglichen Teil der Waage verbunden ist.

In Fig. 6 ist eine dritte Ausgestaltung des Magnetdeckels 40 gezeigt. Der Magnetdeckel 44 weist hier nur einen Schlitz 45 längs eines Durchmessers auf, der in der Mitte so weit vertieft ist, dass hier eine Öffnung 43 entsteht. Durch diese Öffnung 43 ragt von unten die Schlitzblende 20 hindurch. Der Strahlungssender 41 ist auf einer länglichen Platine 46 mon-45 tiert, wobei hier davon ausgegangen ist, dass die Kontaktie-rung auf der Vorderseite erfolgt und die Platine mit der Rückseite und der Unterkante direkt an der Seitenfläche bzw. an der Unterseite des Schlitzes 45 anliegen kann. Die elektrischen Anschlüsse erfolgen dann an dem Teil der Pla-50 tine 46, der über den Magnetdeckel 44 hinausragt. Die Verbindung von Platine und Magnetdeckel kann wieder durch Kleben erfolgen. In gleicher Weise erfolgt die Befestigung und Kontaktierung des Strahlungsempfängers 42 auf einer länglichen Platine 47. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt 55 in der einfachen Fertigbarkeit, da sich die Bearbeitung des Magnetdeckels auf einen Fräsvorgang für den Schlitz 45 einschliesslich der Öffnung 43 beschränkt.

Eine vierte Ausgestaltung des Magnetdeckels ist in Fig. 7 gezeigt. Hier weist der Magnetdeckel 54 ein mittiges Loch 55, 60 das rund oder - wie gezeichnet - etwa rechteckig sein kann, und zwei gestrichelt gezeichnete radiale Bohrungen 50 und 53, die von gegenüberliegenden Stellen des Aussenrandes bis zum mittigen Loch 55 verlaufen, auf. Diese radialen Bohrungen 50 und 53 verlaufen nicht mittig im Magnetdeckel 54, 65 sondern sind so weit nach oben versetzt, dass sie die obere Begrenzungsebene anschneiden und dort schmale Schlitze 57 und 58 entstehen. Diese Ausgestaltung ist für solche Strahlungssender und -empfänger gedacht, die auf einer kleinen

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Kreisplatte mit einer Fahne als Verlängerung aufgebaut sind. Fig. 1 ausgestaltet sein. Die Scheibe 73 kann in einer der oben

Diese Fahne kann dann durch die schmalen Schlitze ragen, beschriebenen verschiedenen Ausgestaltungen ausgeführt so dass die schmalen Schlitze gleichzeitig für eine Verdrehsi- sein, wobei je nach Ausführung die Weicheisenhülse 74 oben cherung von Sender und Empfänger sorgen. In Fig. 7 ist ganz geschlossen sein kann oder oben ein mittiges Loch auf-

daher der Strahlungssender 51 nur gestrichelt innerhalb der 5 weist.

Bohrung 50 gezeichnet und nur seine Fahne 59 ist im In Fig. 10 ist nochmals der Übersetzungshebel in einer schmalen Schlitz 58 zu erkennen. Genauso erkennt man vom anderen Ausgestaltung gezeigt. Der Übersetzungshebel 77 ist gestrichelt gezeichneten Strahlungsempfänger 52 nur die hier am Ende gabelförmig in zwei Teile 76 und 78 aufge-

Fahne 56 im schmalen Schlitz 57. spalten. Eine Quertraverse 75 verbindet diese beiden Teile 76

In Fig. 8 ist eine fünfte Ausgestaltung des Magnetdeckels io und 78 und trägt auf der Unterseite die Spule 13 und auf der gezeigt. Der Magnetdeckel 64 weist hier einen Schlitz 65, ein Oberseite die Schlitzblende 20. Die Quertraverse 75 kann mittiges Loch 63 und eine radiale Bohrung 60 senkrecht zum zum Beispiel aus demselben Material wie der Übersetzungs-Schlitz 65 auf. Die radiale Bohrung 60 ist, genauso wie bei hebel 76,77,78 bestehen - zum Beispiel aus Aluminium oder Fig. 7 beschrieben, so weit nach oben versetzt, dass ein Messing. Sie kann aber auch aus Keramik bestehen, um die schmaler Schlitz 68 entsteht, in der die Fahne 69 des Strah- is in der Spule 13 erzeugte Wärme nicht so stark zum Überset-lungssenders 61 geführt wird. Der Strahlungsempfänger 62 zungshebel 76,77,78 zu übertragen. Die Schlitzblende sitzt auf einer Platine 67, die im Schlitz 65 festgeklebt ist. Die könnte dann zum Beispiel auch als dünne Scheibe mit Schlitz Kontaktierung des Strahlungsempfängers 62 kann entweder einstückig mit der Quertraverse 75 ausgeformt sein. Die auf der Rückseite der Platine 67 im hinteren Teil 66 des mit- Richtung der Schlitzblende - parallel zur Quertraverse 75 tigen Loches 63 erfolgen. Genausogut kann die Platine 67 20 oder parallel zum Teil 77 des Übersetzungshebels - ist dabei jedoch - wie bei Fig. 6 gezeichnet - länger ausgebildet beliebig. Genauso kann selbstverständlich auch in allen werden und die Kontaktierung kann im Bereich ausserhalb vorher beschriebenen Ausgestaltungen, bei denen der Über-des Magnetdeckels 64 erfolgen. Diese Ausgestaltung ist setzungshebel 7 direkt als Träger für die Spule 13 und die besonders günstig, wenn der Strahlungssender 61 in runder Schlitzblende 20 diente, die Ebene der Schlitzblende senk-Bauform vorliegt, während der Strahlungsempfänger 62 in 25 recht - wie gezeichnet - oder parallel zum Übersetzungsflacher Bauform vorliegt. hebel 7 liegen. Der Magnetdeckel muss dann nur entspre-

Bisher ist davon ausgegangen worden, dass der Magnet- chend jeweils um 900 gedreht werden.

deckel ganz aus einem Material besteht ; damit der Magnetdeckel seine abschirmende Funktion erfüllt, muss dies Weich- In Fig. 11 ist nochmal eine gegenüber Fig. 10 abgewandelte eisen oder ein ähnliches Material hoher Permeabilität sein. 30 Bauart der Quertraverse gezeigt. Diese Quertraverse 85 ist als Es ist jedoch auch möglich, den Magnetdeckel als Sandwich- Stanzbiegeteil mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet. Der Konstruktion aus zwei verschiedenen Materialien aufzu- waagerechte Steg des U ist dabei auf beiden Seiten länger ausbauen. Dies ist in Fig. 9 gezeigt. Der Magnetdeckel besteht gebildet, so dass Laschen 83 und 84 entstehen, mit denen die hier aus einer Scheibe 73 aus beliebigem Material und einer Quertraverse 85 von unten an die beiden Teile 76 und 78 des dünnen Hülse 74 aus Weicheisen. Die Scheibe 73 hat hier ein 35 Übersetzungshebels 77 (in Fig. 10) angeschraubt werden mittiges Loch 70, das in der oben beschriebenen Weise den können. Der eine senkrechte Steg 87 weist über seine gesamte Strahlungssender 71 und den Strahlungsempfänger 72 der Länge die gleiche Höhe auf, während der andere Steg 86 in optischen Abtastung trägt ; in das Loch 70 ragt von unten die der Mitte verlängert ist, so dass eine Schlitzblende 80 ent-Schlitzblende 20 hinein. Das Permanentmagnetsystem 14, steht. Diese Variante erlaubt eine sehr einfache Herstellung die Spule 13 und der Übersetzungshebel 7 können wie in 40 der Quertraverse und der Schlitzblende.

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

673153 PATENTANSPRÜCHE

1. Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation

- mit einem zylindrischen Permanentmagnetsystem,

- mit einem Magnetdeckel, der zumindest teilweise aus einem Material hoher Permeabilität besteht und zur magnetischen Abschirmung des Permanentmagnetsystems dient,

- mit einer Spule im Luftspalt des Permanentmagnetsystems zur Erzeugung der belastungsabhängigen Gegenkraft,

- mit einem optischen Lagensensor und

- mit einem Regelverstärker zur Regelung des Stromes durch die Spule, dadurch gekennzeichnet, dass Sender (21, 31,41,51,61,71) und Empfänger (22,32,42,52,62,72) des optischen Lagensensors innerhalb des Magnetdeckels (24,34, 44,54,64, 73/74) untergebracht sind.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetdeckel (24,34) ein mittiges Loch (28,33) aufweist.

3. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetdeckel (34) zusätzlich einen Schlitz (35) längs eines Durchmessers oder so geringfügig seitlich versetzt, dass er das mittige Loch (33) noch trifft, aufweist.

4. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetdeckel (44) einen Schlitz (45) etwa längs eines Durchmessers aufweist und dass dieser Schlitz (45) in der Mitte des Magnetdeckels (44) so weit vertieft ist, dass an dieser Stelle eine durchgehende Öffnung (43) entsteht.

5. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetdeckel (54) ein mittiges Loch (55) und zwei radiale Rohrungen (50,53), die von gegenüberliegenden Stellen des Aussenrandes bis zum mittigen Loch (55) verlaufen, aufweist.

6. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetdeckel (64) ein mittiges Loch (63), einen Schlitz (65) längs eines Durchmessers oder so geringfügig seitlich versetzt, dass er das mittige Loch (63) noch trifft, und eine radiale Bohrung (60) senkrecht zum Schlitz (65), die im mittigen Loch (63) endet, aufweist.

7. Waage nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale(n) Bohrung(en) (50,53,60) nicht in der Mitte des Magnetdeckels (54,64) verläuft/verlaufen, sondern zur oberen oder unteren Begrenzungsebene hin versetzt ist/sind.

8. Waage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale(n) Bohrung(en) (50,53,60) die obere oder untere Begrenzungsebene anschneidet/anschneiden.

9. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetdeckel (24,34,44,54,64) ganz aus einem Material hoher Permeabilität besteht.

10. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetdeckel (73) aus einem beliebigen Material besteht und auf der einen Begrenzungsebene eine Schicht (74) aus einem Material hoher Permeabilität trägt.

11. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (7,75,85) sich etwa längs eines Durchmessers wenigstens teilweise durch das Permanentmagnetsystem (14) erstreckt und auf der Ober- oder Unterseite die Spule (13) und auf der gegenüberliegenden Seite die Schlitzblende (20,80) des optischen Lagensensors trägt.

12. Waage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (85) als Stanzbiegeteil mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist, wobei die Schlitzblende (80) des optischen Lagensensors durch die Verlängerung eines der Schenkel (86) gebildet wird.

13. Waage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (75) aus Keramik besteht.