DE3113617C2 - - Google Patents
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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
- G01G7/02—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
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Description
Die Erfindung betrifft eine Waage mit elektromagnetischer
Kraftkompensation, umfassend einen Lastteil mit einer Last
spule, einen Referenzteil mit einer Referenzspule, ein Per
manentmagnetsystem, in dessen Luftspalt die Last- und die
Referenzspule nebeneinander und unabhängig voneinander be
weglich angeordnet sind, je eine Positionsgeber- und eine
Regelschaltung für den Last- und den Referenzteil, sowie eine
Auswerte- und Anzeigeschaltung für das Gewicht des auf den
Lastteil einwirkenden Wägegutes.
Eine derartige Waage ist z. B.
aus der US-Patentschrift 33 22 222 bekannt geworden.
Waagen mit elektromagnetischer Kraftkompensation zeigen be
kanntlich folgende Arbeitsweise: Mit der Waagschale bzw. dem
Lastaufnehmer ist (direkt oder indirekt) eine Spule verbunden,
die beweglich in das Magnetfeld eines Permanentmagnetsystems
taucht. Ein durch die Spule fließender Strom erzeugt nach bekann
ten Gesetzmäßigkeiten eine Kraft senkrecht zum Verlauf des
Magnetfeldes im Luftspalt. Eine Regelschaltung bestimmt die
Größe des durch die Spule fließenden Stromes so, daß die
resultierende, auf den Lastaufnehmer wirkende elektromagne
tische Kraft der Gesamtlast (Wägegut plus eventuelle Totlast
des Lastaufnehmers) entgegengesetzt gleich ist (Gleichgewichts
zustand). In diesem Zustand ist der Spulenstrom in guter An
näherung proportional zur Last und kann zur Anzeige des Gewich
tes ausgewertet werden.
Diese Abhängigkeit des Stromes von der Last gilt jedoch, wie
erwähnt, nur angenähert. Sie unterliegt Störeinflüssen, die
sich bei höheren Anforderungen an die Wägegenauigkeit insbe
sondere in Form von Nichtlinearitäten und Empfindlichkeitsän
derungen unangenehm bemerkbar machen können.
Eine wesentliche Quelle dieser Störeinflüsse beruht auf folgen
dem Phänomen: Der durch die Spule fließende Kompensationsstrom
baut ein eigenes stromproportionales Magnetfeld auf, das sich
dem Permanentmagnetfeld überlagert. Bei idealen Voraussetzun
gen, insbesondere hinsichtlich der Lage der Spule im Luftspalt,
können sich die Kraftkomponenten des überlagerten Magnetfeldes
gegenseitig aufheben. Solche idealen Voraussetzungen liegen
jedoch meist nicht vor. Gewollte und ungewollte, auch schon
kleine Verschiebungen der Spule führen dazu, daß aus dem
spuleneigenen Magnetfeld Kraftkomponenten übrig bleiben. Diese
wirken sich je nach ihrer Richtung in einem vergrößerten oder
verringerten Spulenstrom aus und damit schließlich in einer
Verfälschung der Gewichtsanzeige.
Die beschriebenen Störeinflüsse wirken sich besonders unan
genehm bei Waagen der eingangs umschriebenen Art aus, bei de
nen zwei Spulen in einem gemeinsamen Luftspalt, also eng be
nachbart, angeordnet sind. Hier resultieren die beschriebe
nen Effekte nicht nur aus dem jeweils eigenen Spulenstrom,
sondern werden auch noch von der Größe des Stroms durch die
jeweils andere Spule beeinflußt. Hinzu kommt, daß mit der
Breite des Luftspaltes das Streufeld zunimmt und damit die
Homogenität des Permanentmagnetfeldes zunimmt, was die Stör
effekte ebenfalls beeinflußt.
Aufgabe der Erfindung war es, bei einer Waage der eingangs er
wähnten Art die genannten Störeffekte zu reduzieren, also ins
besondere die Linearität zu verbessern und die Empfindlich
keit besser konstant zu halten. Erfindungsgemäß wird hierzu
vorgeschlagen, daß der Luftspalt durch ein Zwischenelement
in zwei Teil-Luftspalte unterteilt wird, deren einer die Last
spule und deren anderer die Referenzspule aufnimmt. Damit wird
die oben beschriebene gegenseitige Beeinflussung der beiden
Spulen weitgehend unterdrückt, und die Teil-Luftspalte müssen
nur für je eine Spule dimensioniert werden.
In jüngerer Zeit werden elektromagnetisch kraftkompensierende
Waagen häufig so konstruiert, daß das Permanentmagnetsystem
rotationssymmetrisch aufgebaut ist und die beiden Spulen kon
zentrisch zueinander angeordnet sind (siehe z. B. die deutschen
Offenlegungsschriften 22 01 106 oder 22 33 850). Auf derartige
Waagen angewendet sieht die vorliegende Erfindung vor, daß
das Zwischenelement ein Zwischenring ist, so daß die beiden
Teil-Luftspalte konzentrisch zueinander sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht dabei vor, daß der Per
manentmagnet im Zentrum des Permanentmagnetsystems angeordnet
ist und daß der Zwischenring aus magnetisch permeablem Ma
terial besteht und über wenigstens eine unmagnetische Stütze
mit dem Permanentmagnetsystem verbunden ist. Dabei übt der
magnetisch permeable Zwischenring auch noch eine homogenisie
rende Wirkung auf das Permanentmagnetfeld aus. Unter magne
tisch permeabel soll hier ein Material mit einer relativen
Permeabilität von mehr als 2 verstanden werden. Dabei versteht
es sich, daß die gemäß der Erfindung erreichbare Verbesse
rung um so größer ist, je höher die relative Permeabilität ist;
bevorzugt wird daher ferromagnetisches Material (also z. B.
Weicheisen).
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekenn
zeichnet, daß der Permanentmagnet den Zwischenring bildet,
welcher über wenigstens eine unmagnetische Stütze mit dem
Permanentmagnetsystem verbunden ist. Diese Variante hat den
Vorteil, daß das Feld des Permanentmagneten durch seine An
ordnung unmittelbar am Luftspalt besser ausgenützt ist. Der
Zwischenring kann dabei zweckmäßigerweise aus einzelnen Per
manentmagnet-Elementen zusammengesetzt sein. Dies ermöglicht
die Verwendung gleicher Permanentmagnet-Elemente für unter
schiedliche Ringdurchmesser. Vorzugsweise verfügt der Zwi
schenring dabei auf seiner Innen- und/oder Außenseite über
einen Mantel aus magnetisch permeablem Material. Damit ist
nicht nur eine genauere Einhaltung der gewünschten geometri
schen Form möglich, sondern wird außerdem der obenerwähnte
Barrieren-Effekt (Reduktion der wechselseitigen Beeinflussung
der beiden Spulen) verstärkt sowie das Magnetfeld homogeni
siert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbei
spiele erläutert. In den nicht maßstäblichen
Zeichnungen ist
Fig. 1 eine Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels,
teilweise geschnitten,
Fig. 2 ein Schnitt durch das Permanentmagnetsystem des
zweiten Ausführungsbeispiels und
Fig. 3 eine Teil-Draufsicht gemäß Pfeil 3 in Fig. 2.
Für die Ausführungsbeispiele wurde eine oberschalige Waage
gewählt. Zwei Lenker 12 (Biegestellen 14) sind einerseits im
Waagengestell 10, andererseits an einem Lastaufnehmer 16 be
befestigt, unter Bildung einer Parallelführung für letzteren.
Am oberen Ende des Lastaufnehmers 16 ist eine Waagschale 18
aufgesetzt, an seinem unteren Ende ist ein korbförmiger Spu
lenträger 20 fest angebracht, auf dessen unteres Ende die
Lastspule 22 aufgewickelt ist.
Auf einem ortsfesten Lager 24 ruht schwenkbar ein Hebel 26.
An seinem einen Ende ist ein ebenfalls korb- oder topfförmiger
Spulenträger 28 fixiert, der die Referenzspule 30 trägt, wäh
rend das andere Ende ein Justiergewicht 32 aufweist. Der He
bel 26 ragt dabei durch eine Öffnung 34 in den Hohlraum des
Spulenträgers 20, so daß die beiden Spulen (22 und 30)
konzentrisch zueinander positioniert sind.
Das rotationssymmetrische Permanentmagnetsystem 36 ist mit
dem Waagengestell 10 fest verbunden. Es umfaßt einen Dauer
magnetkern 38 und eine Weicheisenschale, bestehend aus Grund
platte 40, Mantel 42, äußerem Polschuh 44 und innerem Pol
schuh 46. Zwischen den Polschuhen 44 und 46 ist ein Weichei
senring 48 angeordnet, der über einen Messingring 50 fest mit
der Grundplatte 40 verbunden ist. In die entstandenen Teil-
Luftspalte 52 (außen) und 54 (innen) tauchen die Spulen des
Lastteiles (52) bzw. des Referenzteiles (30).
Ein mit 56 bezeichneter, nur angedeuteter Positionsgeber
tastet die Lage des Lastaufnehmers 16 (z. B. fotoelektrisch)
ab und gibt ein Lagesignal an die elektrische Steuerung 60 ab.
Ein weiterer Positionsgeber 58 tut das gleiche bezüglich des
Referenzteiles (Leitung 62). Der nur symbolisch als Steuerung
60 dargestellte elektrische Teil der Waage speist die beiden
Spulen mit den jeweils erforderlichen Strömen (Leitungen 64
bzw. 66) und ermittelt das Gewicht (Anzeige 68). Die Ausbil
dung des elektrischen Teils ist konventionell und für die vor
liegende Erfindung nicht relevant. Es kann hierfür auf die
oben bereits genannte deutsche Offenlegungsschrift 22 33 850
verwiesen werden, ferner auf die gleichfalls schon zitierte
deutsche Offenlegungsschrift 22 01 106.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem Beispiel I, mit Aus
nahme lediglich des Permanentmagnetsystems 36′: Hier besteht
nicht nur die ganze Schale (Grundplatte 40′, Mantel 42′ sowie
die Polschuhe 44′ und 46′), sondern auch der Kern 38′ aus
Weicheisen. Der die beiden Teil-Luftspalte 52 und 54 trennende
Zwischenring 48′ besteht hier aus zwei konzentrischen Weich
eisenringen 70, 71, die sich wiederum über einen Messingring
50′ auf der Grundplatte 40′ abstützen. Zwischen die Weicheisen
ringe 70, 71 sind Permanentmagnet-Elemente 72 eingeklebt, welche
das Permanentmagnetfeld in den Teil-Luftspalten 52 und 54 erzeugen.
Claims (7)
1. Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation, umfassend
- - einen Lastteil mit einer Lastspule,
- - einen Referenzteil mit einer Referenzspule,
- - ein Permanentmagnetsystem, in dessen Luftspalt die Last- und die Referenzspule nebeneinander und unabhängig von einander beweglich angeordnet sind,
- - je eine Positionsgeber- und eine Regelschaltung für den Last- und den Referenzteil, sowie
- - eine Auswerte- und Anzeigeschaltung für das Gewicht des auf den Lastteil einwirkenden Wägegutes,
dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt durch ein Zwi
schenelement (48; 48′) in zwei Teil-Luftspalte (52, 54)
unterteilt ist, deren einer die Lastspule (22) und deren
anderer die Referenzspule (30) aufnimmt.
2. Waage nach Anspruch 1, bei welcher das Permanentmagnet
system rotationssymmetrisch aufgebaut ist und die beiden
Spulen konzentrisch zueinander angeordnet sind, dadurch
gekennzeichnet, daß das Zwischenelement ein Zwischenring
(48; 48′) ist, so daß die beiden Teil-Luftspalte (52, 54)
konzentrisch zueinander sind.
3. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Permanentmagnet (38) im Zentrum des Permanentmagnetsystems
(36) angeordnet ist und daß der Zwischenring (48) aus
magnetisch permeablem Material besteht und über wenigstens
eine unmagnetische Stütze (50) mit dem Permanentmagnet
system verbunden ist.
4. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Permanentmagnet (72) den Zwischenring (48′) bildet, welcher
über wenigstens eine unmagnetische Stütze (50′) mit dem
Permanentmagnetsystem (36′) verbunden ist.
5. Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Zwischenring (48′) aus einzelnen Permanentmagnet-Elementen
(72) zusammengesetzt ist.
6. Waage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zwischenring (48′) auf seiner Innen- und/oder Außen
seite über einen Mantel (70) aus magnetisch permeablem
Material verfügt.
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