DE3113617C2

DE3113617C2 -

Info

Publication number: DE3113617C2
Application number: DE3113617A
Authority: DE
Inventors: Paul Uster Ch Luechinger; Andreas Aathal Ch Stutz
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Toledo GmbH Germany
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1981-04-03
Publication date: 1989-02-09
Also published as: CH645463A5; US4354563A; DE8110196U1; DE3113617A1

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.

Beispiel I (Fig. 1)

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.

Beispiel II (Fig. 2 und 3)

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

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.