Vorrichtung zur Steuerung des Einspielens einer Waage
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Einspielens einer Waage mit einer einzigen Einspiellage ihres Auswägegliedes durch Beeinflussung der die Last zu- oder abführenden Mittel oder des Lastausgleichs. Eine mit einer derartigen Vorrichtung versehene automatische Waage kann als ein Steuerkreis betrachtet werden, bei dem entweder die Kraft des Lastausgleichs auf die Lastkraft oder die Grösse der Lastkraft auf die Grösse der Kraft des Lastausgleichs ausgesteuert wird. Dieser Steuerkreis erhält den Sollwert durch die vorgegebene Grösse der Lastkraft oder Lastausgleichskraft.
Ihn wird der Istwert, der die auszusteuennde Grösse der Lastausgleichskraft oder der Lastkraft sein kann, gegenrübergestellt. Bei diesem mittels des He beiwerkes der Waage vorgenommenen Vergleich ergibt sich die Differenzkraft als Steuergrösse. Die Ulf- ferenzkraft verursacht über die Steuerungsvorrichtung eine Aussteuerung des Istwertes auf den vorgegebenen Sollwert, z.
B. bei vorgegebener Last durch Steu rung der Verstellung des Laufgewichltes an der Auswägevorrichtung oder bei vorgegebener Kraft des Lastausgleichs durch Steuerung des Antriebs eines Lastzuteilers, beispielsweise für die Zuführung von Schüttgut zum Wägebehälter, und dadurch eine Ver änderung der Last Durch die Aussteuervorgänge und die durch diese bewirkte Anderungen der Istwerte ändert sich auch die Differenzkraft und damit die Steuergrösse.
Um eine schnellstmögliche Aussteuerung und damit Wägung zu erreichen, muss eine weitgehende Trägheitslosigkeit zur Erfassung der Steuergrösse erreicht werden. Durch die Masse der Last, des Lastträgers, des Hebeiwerkes und der Lastausgleichsvorrichtung der Waage ergibt sich eine Massenträgheit und dadurch eine kleine Eigenfrequenz des mechanischen Systems. Die Eigenfrequenz wiederuin ist besonders bei kleinen Differenzkräften bestimmend für die Grösse der Reaktionsgeschwindigkeit, d. h. der Geschwindigkeit, in der eine vorgenommene Änderung des Istwertes und damit auch der Differenzkraft zu einer entsprechenden Änderung der Grösse der Verstellung, z. B. des Gewichtshebels, führt.
Da diese Verstellung erst eine Erfassung der Differenzkraft und damit der Steuergrösse zulässt, kann also eine Waage nur so schnell ausgesteuert werden, wie die Trägheit des mechanischen Systems dies zulässt. Eine Erhöhung der Wägegeschwindigkeit lässt sich also nur durch Vergrösserung der Reaktionsgeschwindigkeit und damit der Eigenfre quenz des mechanischen Systems erreichen. Anderseits bringt aber eine sehr schnelle Reaktionsge schwindigkeit und eine durch diese bedingte hohe Eigenfrequenz mechanischer Systeme einen wesentlichen Nachteil mit sich. Es werden nämlich äussere Schwingungen aufgenommen, die meist in Form von Bodenschwingungen, die im Bereich kleinerer Frequenzen liegen, auftreten.
Dies führt einmal zur Verfälschung der Steuergrösse und damit des Messergebnisses, zum anderen aber auch zu Resonnanzschwingungen des mechanischen Systems. Eine vollkommene Abschirmung gegen Schwingungen ist jedoch besonders bei grossen Waagen mit schweren Fundamenten meist nicht möglich. Will man daher eine solche Waage mit einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit versehen, so tritt die Gefahr einer ungenauen Wägung auf.
Es ist Zweck der Erfindung, diesen Schwierigkeiten zu begegnen und trotz grösstmöglicher Wägegeschwindigkeit eine hohe Genauigkeit zu erreichen.
Erfindungsgemäss wird dies mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Einspielens einer Waage mit einer einzigen Einspiellage ihres Auswägegliedes durch Be einflussung der die Last zu- oder abführenden Mittel oder des Lastausgleichs dadurch erreicht, dass Mittel zur Erzeugung eines der Auslenkung des Auswägegliedes aus der Einspiellage heraus entge genwirkenden Magnetfeldes vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Auslenkung des Auswägegliedes gesteuert werden.
Bei geeigneter Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass in der Einspiellage, in der auch die Differenzkraft Null ist, keine äussere Kraft auf die Lastausgleichsvorrichtung einwirkt und dadurch höchste Empfindlichkeft und Genauigkeit im Bereich der Einspiellage erreicht werden kann. Mit zunehmender Auslenkung aus der Einspiellage heraus witd dann ein Anwachsen des gegen die Auslenkung wirkenden Magnetfeldes gesteuert. Hierdurch werden die Rückstellkräfte und damit die Eigenfrequenz und Reaktionsgeschwindigkeit des mechanischen Systems erhöht.
Mit zunehmender Auslenkung des Auswägegliedes aus der Einspiellage heraus treten eine höhere Frequenz und grössere Rückstellkräfte auf. Es ist daher vorteilhaft, den Dämpfungswiderstand in entsprechendem Mass zu vergrössern, um Schwingungsvorgänge und Pendelungen der Aussteuerung zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann weiter eine elektrische Wirbelstrombremse vorgesehen sein, die ebenfalls in Abhängigkeit von der Auslenkung des Auswägegliedes gesteuert wird. Durch eine derartige mit der Auslenkung zunehmende Vergrösserung des Wirbelstrommagnetfeldes wird der Dämpfungseffekt erhöht, und dadurch kann eine von der Eigenfrequenz unabhängige Dämpfung erreicht werden.
Nähere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dar- gestellten Ausführungsbeispiels. Die Darstellung zeigt in schematischer Weise eine erfindungsgemässe Steuervorrichtung in Verbindung mit einer Laufgewichtsbehälterwaage.
Der Laufgewichtshebel 1 ist mittels der Achse 2 ortsfest gelagert. An der Schneide 3 ist der Behälter 4 direkt oder unter Zwischenschaltung eines nicht gezeichneten Hebelwerkes angehängt. Am Laufgewichtshebel 1 ist das Laufgewicht 5 durch die Spindel 6, die vom Motor 7 gedreht wird, verschiebbar angeordnet. An der Gabel 9 des Hebels 1 ist der Kern 10 eines induktiven Gebers, dessen Spulen 11 ortsfest gelagert sind, angebracht. In die ortsfesten Spulen 13, 14 ragen die am Hebel 1 befestig ten Weicheisenkerne 15, 16. Das am Hebel 1 befestigte Dämpfungsschwert 17 greift in einen Schlitz des ringförmigen Wirbelstrommagneten 18, der durch die Spule 19 erregt wird.
Der Behälter 4 wird durch die Förderschnecke 20 mit dem Material aus dem Silo 21 gefüllt. Die Schnecke 20 wird vom Motor 22 angetrieben.
Die Steuerung 24 ist mit dem induktiven Geber 10-11, der die Auslenkung des Laufgewichtshebels 1 erfasst und in eine elektrische Steuergrösse umwandelt, und mit den beiden Spulen 13, 14, durch die das der Auslenkung entgegenwirkende Magnetfeld hervorgerufen wird, verbunden. Ein weiterer Anschluss ish für die Wirbelstrombremse 18 vorgesehen und für die zu steuernden Verstellantriebe 7 und 22.
Die Arbeitsweise der Wägeeinrichtung ist für Wägung und Abwägung ausgelegt. Zur Abwägung wird durch Einschalten des Motors 7 das Laufgewicht 5 durch Drehen der Spindel 6 in eine Soll gewichtssteliung gebracht. Bei leerem Behälter ist jetzt die am induktiven Geber eine Verstellung bewirkende Differenzkraft durch die Grösse des Sollgewichts bestimmt. Durch Einschalten des Motors 22 der Förderschnecke 20 wird jetzt Material aus dem Silo 21 über die Schnecke 20 in den Behälter 4 gefördert. Die Last nimmt zu und die Differenzkraft dadurch ab.
Die dem Sollgewicht entsprechende Differenzkraft würde eine verhältnismässig grosse Auslenkung des Laufgewichtshebels 1 bewirken. Dies wird dadurch verhindert, dass über die Steuerung 24 in der Spule 13 ein zu der Auslenkung in bestimmtem Verhältnis stehendes Magnetfeld hervorgerufen wurde, welches auf den Eisenkern 15 wirkt und dadurch den Laufgewichtshebel 1 in eine Stellung zurückzieht, in der die Differenzkraft und die durch das Magnetfeld bewirkte Kraft annähernd in Gleichgewicht stehen.
Um die Auslenkung zu begrenzen, können auch zusätzliche Anschläge 25, 26, die nur eine begrenzte Bewegung des Laufgewichtshebels 1 nach oben und unten zulassen, vorgesehen werden. Diese Anschläge können auch als elektrische Kontakte ausgebildet sein.
Es ist vorteilhaft, ein nichtlineares Verhältnis zwischen der Grösse der Auslenkung und der Stärke des Magnetfeldes undloder des Wirbelstromfeldes zu steuern. Damit nimmt das mit zunehmender Auslenkung entgegenwirkende Magnetfeld wesentlich stärker zu. Dies bewirkt eine exponentiale Steigerung der Rückstellkräfte und damit annähernd stetige Zunahme der Reaktionsgeschwindigkeit des mechanischen Sy stets mit zunehmender Auslenkung und zunehmender Differenzkraft. Durch die eintretende Vergrö sserung der Reaktionsgeschwindigkeit ist es sodann auch möglich, die Verstellgeschwindigkeit des Lastausgleichs bzw. der Lastzu- oder Abfuhr zu vergrössern.
Die durch diese Vergrösserung eintretenden schnelleren Anderungen der Differenzkraft werden durch entsprechende schnellere Reaktionen erfasst, die wiederum eine schnellere, der Änderung der Differenzkraft entsprechende Steuerung bewirken.
Damit kann man dem für derartige Aussteuerungen idealen Ziel nahekommen: eine zur Reaktionsgeschwindigkeit proportionale Verstellgeschwindigkeit für Lastausgleich oder Lastzu- bzw. -abfuhr und damit eine quasi asymptotische Einlaufsteuerung.
Dies bedeutet kürzest mögliche Wägezeit.
Es ist zweckmässig, um die erfindungsgemässe Vorrichtung in bezug auf Wägegenauigkeit und Wägeschnelligkeit unterschiedlichen Anforderungen anzupassen, das Verhältnis zwischen Auslenkung und Aussteuerung durch Anbringen geeigneter Mittel einstellbar oder in Abhängigkeit von der Aussteuerzeit, Laständerungen, Lastausgleichsändierungen, Wägegeschwindigkeit oder ähnlichem regelbar zugestalten.
Mit zunehmender Füllung des Behälters 4 geht der Istwert immer mehr auf die Grösse des Sollwertes zu, und die Differenzkraft wird immer kleiner.
Hierdurch verkleinert sich einerseits die Grösse der Dämpfung an der Wirbelstrombremse 18, die Grösse des Magnetfeldes, hervorgerufen durch Spule 13, und die Verstellgeschwindigkeit des Motors 22 infolge der zur Steuergrösse in einem bestimmten Verhältnis stehenden Aussteuerung. Mit zunehmender Annäherung an die eintarierte und durch den induktiven Geber erfasste Einspiellage nimmt die relative Grösse der Auslenkung zu und die Kraft des durch die Spule 13 hervorgerufenen Magnetfeldes ab. Hierdurch wird eine immer grössere Genauigkeit der Differenzkrafterfassung und damit der Wägung bei verminderter Rückstellkraft und damit geringerer Eigenfrequenz erreicht. Dies führt zu einer immer genaueren Aussteuerung aller angeschlossenen Geräte, bis die Einspiellage erreicht ist und damit alle an die Steuerung 24 angeschlossenen Geräte abgeschaltet werden.
In diesem Zustand wird die Waage nicht mehr durch das Magnetfeld beeinflusst, und die Dämpfung kann entweder ganz abgeschaltet werden oder die Wirbelstrombremse 18 erhält eine bestimmte Grundspannung, die ein hochempfindliches Einspielen ohne verzögernde Dämpfungswirkung zulässt. Ist mit Schwingungseinflüssen zu rechnen, z. B. durch Pendeln des Behälters, so kann über die Steuerung 24 durch Einschalten einer höheren Spannung eine entsprechend stärkere Dämpfung durch die Wirbelstrombremse 18 in der Einspiellage hervorgerufen werden.
Soll eine bestimmte in den Behälter eingebrachte Last gewogen werden, so wird anstelle des Motors 22 der Motor 7 gesteuert. Wurde beim vorherigen Beispiel die Last auf einen bestimmten Istwert gebracht, so wird jetzt die Last zum Sollwert und der Istwert entspricht der Stellung des Laufgewichts 5.
Durch Verstellen des Laufgewichtes 5 wird die Differenzkraft in der bereits angegebenen Weise auf Null ausgesteuert.
Es ist in gleicher Weise möglich, einen veränderlichen Sollwert, z. B. durch konbinuierliche, zeibabhängige Verstellung des Laufgewichts 5, hervorzurufen und durch Aussteuerung des Motors 22 eine der vorgegebenen Gewichtsänderung entsprechende Laständerung vorzunehmen. Diese Laständerung kann auch negativ sein, z. B. wenn eine Förderschnecke 27 mit Antriebsmotor 28 unter dem Behälter angebracht sind und entsprechend der rückläu- figen Verschiebung des Laufgewichts eine abneh mendele Laständerung auszusteuern ist. Hierbei kann die Aussteuerung in vorbestimmbarem oder regelbarem Verhältnis erfolgen.
Analog kann verfahren werden, wenn durch Flie ssen der Last in oder aus dem Behälter ein sich laufend ändernder Sollwert vorhanden ist, dem durch Verschiebung des Laufgewichts ein ; Istwert nach gesteuert werden soll.
Anstelle des induktiven Gebers können auch Geber vorgesehen werden, bei denen die Bildung der Steuergrösse durch Änderung des Widerstandes, der Frequenz, des Stromes, der Spannung, Induktivität, Kapazität eintritt. Anstelle der angegebenen Laufgewichtsvorrichtung können jegliche beliebige Lastausgieichsvorrichtungen, bei denen die Kraft oder der Krafthebelarm durch Verstelfiantriebe zu ändern sind, vorgesehen werden.