DE845859C - Waegevorrichtung mit magnetischem Lastausgleich - Google Patents

Description

• Wägevorrichtung mit magnetischem Lastausgleich Es ist eine Wägevorrichtung mit magnetischem Lastausgleich bekannt, bei der sich ein Anker zwischen den Polen eines Dauermagnets bewegt und lediglich durch die magnetischen Kräfte gehalten wird. Zur Einstellung des Ankers auf gleichen Abstand von den Polen sind besondere Führungsrollen vorgesehen. Der Anker ist über eine Stange mit einer Wägeschale verbunden und wirkt dabei vorzugsweise allein als Träger für die Last, so daß seine Bewegungsausschläge ein NIaß für die Größe der Last darstellen. Die Anzeige erfolgt bei dieser bekaiinte'i Vorrichtung rein mechanisch, z. B. mittels Zalliistange und Zahnrad, ähnlich einer Federwaage. Die Vorrichtung besitzt den Nachteil, daß sie eine sehr genaue Einstellung der Führungsrollen erfordert und sich nur für verhältnismäßig grobe Wägungen eignet.
• Die Erfindung. bezweckt die Schaffung einer Wägevorrichtung mit magnetischem Lastausgleich, welche trotz einfacher Ausbildung besonders empfindlich ist und sich vor allem auch zur Messung kleinster festen eignet. Hierzu ist in geringem Abstand gegenüber einem festen Magnet ein durch die Last um einen Drehpunkt bewegter Anker vorgesehen, und die Anzeige un,dloder Registrierung des Wägeergebnisses erfolgt vorzugsweise unter Umsetzung der Ankerbewegung in eine elektrische Größe. Die dem Magnet zugekehrte Fläche des Ankers wird zweckmäßig als Teil einer Zylinderfläche ausgebildet. wobei die Zylinderachse vorzugsweise mit der Drehachse des Ankers zusammenfällt.
• Die dem Anker zugekehrten Flächen des Magnets, Xz. B. die Polschuhe eines Hufeisenmagnets, erhalten vorteilhaft eine der Ausbildung der gegenüber- liegenden Ankeroberfläche angepaßte Form, bilden also z.B. Zylinderflächen gleicher Krümmung. Zur Einstellung der Anfangskraftliniendichte im Luftspalt zwishen Magnet und Anker ist am Magnet ein einstellbarer magnetischer Nebenschluß vorgesehen, z.B. in Form einer Abgleichschraube. Die Abgleichschraube erlaubt bei entlasteter Wägevorrichtung jederzeit eine Nullpunkteinstellung. Als Magnet eignet sich ein Parmanentmagnet, es kann auch ein Elektromagnet verwendet werden, der jedoch eine Stromquelle benötigt.
• Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Wägevorrichtungen mit rein magnetischem Lastausgleich beschränkt, sondern sie eignet sich in gleicher N\'eise für Wägevorrichtungen, bei denen die Last ZU einem wesentlichen Teil auf anderem beispielsweise mechanischem Wege ausgeglichen wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung dient in diesem Falle lediglich zum Ausgleich der Restlast und vorzugsweise aurh zur Betätigung einer An zeige- oder Registrievorrichtung.
• Zur Umsetzung der Ankerbewegung in eine elektrische Größe ist gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens ein vom Anker betätigter elektrischer Geber vorgesehen. I)urch zweckentsprechende Wahl des Gebers kann erreicht werden. daß er keinerlei Rückwirkung auf deii Wägevorgang selIlst ausübt, und es werden somit Niessungen kleinster Drucke und Gewichte möglich.
• Als Geher kann ein veränderbarer elektrischer Kondensator, z.B. ein Tauchkondensator, dienen. dessen bewegliche Platten mit dem Anker gekuppelt sind, oder eine elektrische Spule veränderbarer Induktivität, z.B. eine Tauchkernspule, deren beweglicher Teil ebenfalls mit dem Anker gekuppelt ist.
• Die der jeweiligen Stellung des Ankers entsprechende Kapazität bzw. Induktivität kann in an sich bekannter Weise z. I3. mittels einer Brückenschaltung gemessen werden, wobei der Meßwert zur Steuerung eines in der Gewichtseinheit geeichten elektrischen Anzeigeinstruments und gegebenenfalls einer Registriereinrichtung benutzt werden kann.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist als elektrischer Geber ein Übertrager mit wenigstens zwei Wieklungen vorgesehen, deren Kopplung entweder durch einen beweglichen, mit dem Anker verbundenen Kern oder durch gegenseitige Verschiebung verändert wird. Die eine Wicklung wird mit einer konstanten Wechselspannung gespeist, und in der anderen Wicklung wird abhängig von der Stellung des Ankers eine Spannung induziert, die ein Anzeige- bzw. Registriergerät steuert. Ferner kann als elektrischer Geber ein Widerstand veränderbarer Größe, z. B. ein Potentiometer. dienen, dessen beweglicher Al)griff mit dem Anker verbunden ist. Der abgegriffene Widerstandswert wird in bekannter Weise zur Steuerung der +-Anzeigeeinrichtung heraugezogen.
• Die Erfindung und dazugehörige Einzelheiten werden an Hand der Fig. I his 6 beispielsweise erläutert.
• Fig. 1 zeigt in schematischer Darstelllung eine Wägevorrichtung für kleine Lasten, bei welcher der Lastausgleich rein magnetisch erfolgt. Vor den Polen eines permanenten Hufeisenmagnets @ befindet sich in geringem Abstand der Anker 2. der mit einer Schneide 3 in einer Pfanne 4 gelagert ist. Anker 2 und Schneide 3 sind starr miteindander verbunden, desgleichen Magnet I und Pfanne 4. Die Schneidenlagerung des Ankers ergibt eine genaue Fixierung des Drehpunktes, so daß, wenn erforderlich, ein recht schmaler Luftspalt zwischen Anker und Magnet eingestellt werden kann, ohne daß man auch bei längerer Benutzung der Vorrichtung ein Kleben des Ankers am Magnet oder eine unzulässige Luftspaltverbreiterung liefürchten müßte.
• I)ie Schneidenlagerung ist ferner reibui'.gsarm und eignet sich auch bei Waagen für größere Lasten, bei denen das Gewicht des .\nkers mechanisch. z.H. durch ein Gegengewicht, ausgeglichen sein kann.
• Zur Umsetzung der Ankerbewegung in eine elektrische Größe dient der Kondensator 5, dessen bewegliche Platte mit dem Anker 2 verbunden ist.
• Der Kondensator 5 bildet zusammen mit der Spule 6 einen Schwingungskreis, dessen von der Ankerstellung abhängige Resonanzfrequenz mittels einer vorzugsweise benachbart angeordneten Einrichtung 7 nach Art eines Frequenzmessers gemessen wird. Die von der Einrichtung 7 gelieferte lastabhängige elektrische Größe wird über Leitungen 8 einer beispielsweise an einer weiter entfernten Stelle angeordneten Anzeige- bzw. Registriervorrichtung zugeleitet. Die Übertragung der Meßwerte auf elektrischem Wege besitzt den Vorteil, daß die Ergebnisse einer beliebigen Anzahl räumlich auseinanderliegender Wägevorrichtungen an einem zentralen Ort zusammengefaßt und registriert werden können.
• In Fig. 2 ist eine etwas abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der vor den Polen des festen Permanentmagnets 9 bewegliche Anker 10 ist mittels der Schneide 12 in der festen Pfanne ii drehbar, wol<ei sich der Anker und sein Drehpunkt zu verschiedenen Seiten des Magnets befinden; hierdurch wird ein besonders gedrängter Aufbau der Wägevorrichtung erreicht. Dabei sind Anker 10 und Schneide 12 starr miteinander verbunden. desgleichen SIagnet 9 und Pfanne 11. Zur Einstellung des Nullpunktes dient die Abgleichschraube 13, die als magnetischer Nebenschluß zum Anker die Anfangskraftflußdichte beeinflußt. Die Last greift, gegebenenfalls über ein Gestänge od. dgl., in Richtung des Pfeiles 14 am Anker 10 an. und zur Anzeige der Ankerbewegung ist er mit einem Kern 15 verbunden welcher mehr oder weniger in das Innere einer Spule 16 eintaucht.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Magnet und Anker von einer solchen Ausbildung und Beschaffenheit, daß in jeder Lage des Ankers die zur Erzielung einer vorgegebenen Abahängigkeit des Ankerhubes von der Größe der Last erforderliche magnetische Lastausgleichskraft vorhanden ist. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Luftspaltinduktion bei entlasteter Vorrichtung längs der Bewegungsrichtung des Ankers örtlich verschieden ist, indem z. B. zwei oder mehr Magnete verschiedener Feldstärke in Bewegungsrichtung des Ankers nebeneinander mit vorzugsweise gleicher Luftsüaltbreite von diesem angeordnet sind.
• Eins Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. Der mittels der Schneide 17 in der festen Pfanne 18 gelagerte Anker 19 bewegt sich vor den Polen von drei Magneten 20, 21 und 22, die an einer gemeinsamen festen Grundplatte 23 befestigt sind. Pfanne 18 und Platte 23 sind beispielsweise durch einen Rahmen starr miteinander verbunden. Die Magnete 20, 21 und 22 sind beispielsweise Stabmagnete, es können auch Hufeisenmagnete zur Anwendung kommen. deren Schenkel beispielsweise senkrecht zur Zeichenebene hintereinanderliegen. Eine in der gezeichneten Ankerstellung unterschiedliche Luftspaltinduktion zwsichen Anker 19 und den einzelnen Magneten wird in erster Linie dadurch erricht, daß der Magnet 20 durch Wahl eines hochwertigen Materials eine Lustspaltinduktion erzeugt, die höher ist als diejenige des Magnets 21 ; die Induktion des Magnets 5 2r ihrerseits sei wiederum größer als diejenige des Magnets 22. Auf diese Weise wird der unter dem Einfluß der Last nach unten ausgelenkte Anker 1() mit einer Kraft in seiiie Ruhelage zurückgeführt, die im Verlauf seiner Rückführung ständig zunimmt. Die WirkUng der unterschliedlichen Magnetfeldstärken wird erhöht, wenn, wie aus Fig. 3 ersichtlich, der Querschnitt der Magnete verschieden ist erart, daß der Magnet 20 den größten Querschnitt, der Magnet 22 den kleinsten Querschnitt aufweist.
• Eine weitere Möglichkeit, eine bestimmte Abhängigkeit des Ankerhubes von der Größe er Last zu erreichen besteht darin, einen Luftspalt zwischen Magnet und Anker vorzusehen, der eine in Bewegungsrichtung Des Ankers unterschiedliche Breite aufweist. Besitzen beispielsweise die einander zugekehrten Flächen von Magnet und Anker den gleichen Krümmungsradius, so werden die Mittelpunkte der diese Flächen von Magnet und Anker erzeugenden Kurven in zweckentsprechender Weise exzentrisch gewählt.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besitzt die vom Anker gesteuerte elektrische Übertragungseinrichtung eine solche Charakteristik, daß die gewünschte Abhängigkeit der Anzeige bzw. Registrierung des Wägeergebnisses v>>ii der Größe der Last erhalten wird, z. B. eine besonders genaue Anzeige in einem bestimmten Lastbereich. Die sich hierbei ergebenden Möglochkeiten sind an Hand der in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt Kurven beispielsweise angedeutet Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des Ankerhubes 11 von der Größe L er Last, Fig. 5 die Abhängigkeit der Anzeige A. z. B eines Zeigersinstrumentes vom Ankerhub 11, und Fig. 6 den Zusammenhang zwsichen diesem Ausschalg A und der Größe der Last @. Beidem durch ausgezogene Kurven 24, 25 und 26 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt ein mit der Größe der Last etwa quadratisch anteisgender Ankerhub, der durch eine spiegelbildliche Chracteristik des die Beziehung zwischen Ausschalg A und Hub 11 herstellenden elektrischen Übertragungssystems ausgeglichen wird und zu einer linearen Beziechung zwischen Ausschlag 4 untl Größe L der Last gemäß Kurve 26 führt. ISei einem zweiten durch die strichpunktierten Kurven 27, 28 und 29 dargestellten Beispiel erfolgt ein lastproportionaler Ankerhub, der durch eine quadratische Charakteristik des elektrischen Systems zu einer quadrischen Skalenteilung des Anzeigeinstrumentes führt. wie Kurve 29 zeigt.
• Diese Charakteristik ist von Vorteil, wenn eine besonders genaue Ablesung in dem oberen Bereich der Skala erfolgen soll. Die gestrichelten Kurven 30, 31 und 32 zeigen einen Verlauf des Ankerhubes H in Abhängigkeit von der Last 1 nach einer Wurzelfunktion, welche infolge er linearen Übertragungseigenschaften des elektrischen Systems eine entsprechende Abhängigkeit der Anzeige S gemäß Kurve 32 ergibt. Bei diesem Beispiel ist eine besoners genaue Wägung im unteren Lastbereich mögloch.

Claims (1)

1. P A T E N T A N S P R C Ü H E N: 1. Wägevorrichtung mit magnetischen Lastausgleich. dadurch gekennzeichnet, daß in geringem Abstand gegenüber einem festen Magnet ein durch <lie Last um einen Drehpunkt bewegter Anker vorgesehen ist und daß die Anzeige und/oder Registrierung des Wägeergebnisses vorzugsweise unter Umsetzung der Ankerbewegung in eine elektrische Größe erfolgt 2. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausbildung der dem Magnet zugekehrten Fläche des Ankers als Teil einer Zylinderfläche, wobei die Zylinderachse vorzugsweise mit der I)rehachse des Ankers zusammenfillt.

   3. Wägevirrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Anker zugekehrten Flächen des Magnets, z. B. die Polschuhe eines Hufeisenmagnets, eine der Ausbildung der gegenüberliegenden Ankeroberfläche angepaßte Form aufweisen, z. B. Zylinderflächen gleicher Krümmung.

   4. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche r bis 3. dadurch gekennzeichnet. daß am Nfagnet ein einstellbarer magnetischer Nebenschluß vorgesehen ist, z. B. in Form einer Abgleichschraube.

   5. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Schneidenlagerung des Ankers.

   6. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen vom Anker betätigten elektrischen Geber.

   7. Wägevorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen veränderbaren elektrischen Kondensator, z. B. Tauchkondensator, dessen bewegliche 1 Platten mit dem Anker gekuppelt sind.

   8. Wägevorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine elektrische Spule veränder- barer Induktivität, z. B. Tauchkernspule, deren beweglicher Teil mit dem Anker gekuppelt ist.

   9. Wägevorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Übertrager mit wenigstens zwei Wicklungen, deren Kopplung entweder durch einen beweglichen, mit dem Anker verl>undenen Kern oder durch gegenseitige Verschiebung verändert wird.

   10. Wägevorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen elektrischen Widerstand veränderbarer Größe, z. B. Potentiometer. dessen beweglicher Abgriff mit dem Anker verhunden ist.

   1 1. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche I bis I0, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung und Beschaffenheit von Magnet und Anker, daß in jeder Lage des Ankers die zur Erzielung einer vorgegebenen Abhängigkeit des Ankerhubes von der Größe der Last erforderliche magnetische Lastausgleichskraft vorhanden ist.

   12. Wägevorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspaltinduktion bei entlasteter Vorrichtung längs der Bewegungsrichtung des Ankers örtlich verschieden ist.

   13. Wägevorrichtung nach Anspruch I2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Magnete verschiedener Feldstärke in Bewegungsrichtung des Ankers nebeneinander mit vorzugsweise gleicher Luftspaltbreite von diesem angeordnet sind.

   14. Wägevorrichtung nach Anspruch I2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zwischen Magnet und Anker eine in Bewegungsrichtung des letzteren unterschiedliche Breite aufweist.

   15. Wägevorrichtung nach einem der Ansprüche I bis I4, gekennzeichnet durch eine solche Charakteristik der vom Anker gesteuerten elektrischen Übertragungseinrichtung, daß die gewünschte Abhängigkeit der Anzeige bzw. Registrierung des Wägeergebnisses von der Größe der Last erhalten wird, z. 13 eine besonders genaue Anzeige in einem bestimmten Lastbereich.