CH670703A5

CH670703A5 -

Info

Publication number: CH670703A5
Application number: CH2309/86A
Authority: CH
Inventors: Peter Kunz
Original assignee: Mettler Instrumente Ag
Priority date: 1986-06-06
Filing date: 1986-06-06
Publication date: 1989-06-30
Also published as: JPS62199643U; DE8705914U1; US4722409A; DE3713636A1

Description

BESCHREIBUNGEN

Gegenstand der-Erfindung ist eine elektrische Waage mit einem auf einem die Waage tragenden Ständer aufgesetzten, U-förmig ausgebildeten Permanentmagnetsystem und einer zwischen dessen Schenkeln angeordneten, stromdurchflossenen rechteckigen Spule zur Lastkompensation und einem Lastaufnehmer, der über einen Hebel mit der Spule verbunden ist.

Waagen der genannten Gattung sind bekannt.

In der DE-A 13 401 857 wird eine Mikrowaage beschrieben, bei der sich zwei an den Enden eines zweiarmigen Hebels befestigte rechteckige Kompensationsspulen mit je zwei Schenkeln im Feld ortsfester Permanentmagnetsysteme befinden. Die Permanentmagnetsysteme bestehen

Fig. 1 einen Grundriss eines Waagengehäuses mit teilweise aufgeschnittenen Lenkern,

55 Fig. 2 einen Längsschnitt entlang Linie II-II in Figur 1, Fig. 3 einen Längsschnitt entlang Linie III-III in Figur 1, Fig. 4 einen Querschnitt entlang Linie IV-IV in Figur 1, Fig. 5 eine Ansicht von rechts (Pfeil A) in Figur 1.

60 Bei der im Beispiel gezeigten und beschriebenen oberschaligen Waage wird auf die Darstellung des Anzeigeteiles, der Verschalungen und der Waagschale verzichtet. Die elektrischen Teile sind nur soweit dargestellt, als sie Teil der Erfindung oder zu deren Verständnis notwendig sind. Die Ausge-65 staltung der nichtdargestellten konventionellen Teile wird als bekannt vorausgesetzt.

Auf einem im zentralen Bereich auf der Unter- bzw. Auflageseite mit einer Ausnehmung 1 versehenen Ständer 3 ist ein

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u-förmig ausgebildeter, aus Weicheisenblech hergestellter Eisenrückschluss 5 mit nach oben gerichteten Schenkeln 7 und 9 aufgesetzt. Die beiden freien Enden der Schenkel 7,9 sind durch ein dünnes, den Magnetkreis schliessendes Weicheisenfeinblech 11 miteinander verbunden (in Figur 1 weggelassen). Auf der Innenseite der Schenkel 7,9 ist in geringem Abstand von den Enden und parallel zu dem die beiden Schenkel 7,9 verbindenden Blech 11 je ein flacher hochkoer-zitiver quaderförmiger Permanentmagnet 13 auf die Schenkel 7,9 aufgeklebt. Zwischen den beiden Magneten 13 ist unter Freilassung eines Zwischenraumes ein Weicheisenkern 15 auf den die Schenkel 7,9 verbindenden Steg 17 aufgesetzt.

Eine rechteckig ausgebildete Spule 19 umschlingt den Weicheisenkern 15 unter Bildung eines geringen Luftspaltes, sowohl bezüglich des Weicheisenkerns 15 als auch bezüglich der Permanentmagnete 7,9, die parallel zu den beiden längeren Windungsabschnitten der Spule 19 liegen.

Die Spule 19 ist an mindestens einem der kürzeren Schenkel, bzw. Wicklungsabschnitte mit dem gabelförmigen Ende eines schwenkbaren zweiarmigen Hebels 21 verbunden und im wesentlichen axial zum Weicheisenkern 15 beweglich gelagert. Der durch die Spule 19 ausgeführte Weg liegt im Bereich von 1 bis 2 mm. Der beschriebene Bogen und die sich ergebende Spaltbreitenänderung kann vernachlässigt werden.

An dem der Spule 19 gegenüberliegenden Ende ist der Hebel 21 durch zwei in einem Abstand angebrachte Stehlager 25 mit dem Ständer 3 schwenkbar verbunden. Zwischen den beiden Stehlagern 25 greift am kürzeren Arm des Hebels 21 das eine Ende eines Zugkoppels 23 an, dessen zweites Ende mit dem stirnseitig zum Ständer 1 angeordneten Lastaufnehmer 27 verbunden ist. Der in vertikaler Richtung bewegliche Lastaufnehmer 27 ist mittels zwei parallel zueinander liegenden Lenkern 29 und 31 am spulenseitigen Ende mit dem Ständer 3 verbunden.

Die Lenker 29,31 weisen die Gestalt eines H auf und sind an den Enden mit Schrauben 33 oben und unten am Lastaufnehmer 27 bzw. am Ständer 3 befestigt. Der zentrale Teil der Lenker 29,31, d.h. der Balken des «H» liegt unten eingebettet in der Ausnehmung 32 und oben in einem abgesetzten Teil 2 des Hebels 21. Durch diese konstruktive Ausgestaltung bestimmt nur der Eisenrückschluss 5 und der Auflagebereich des Ständers 3 die Bauhöhe des Waagengehäuses ; die Lenker 29,31 sind vollständig innerhalb der Bauhöhe des Eisenrückschlusses 5 eingebettet.

Damit die Dicke der Lenker 29,31 möglichst gering gehalten werden kann und deren thermisches Verhalten im gesamten Arbeitsbereich der Waage einheitlich ist, sind die Lenker 29,31 aus einem Stück gefertigt. Es sind also keine Gelenkstellen aus teuren Materialien mittels Schrauben oder 5 Nieten fixiert, die ihrerseits aus einem nochmals unterschiedlichen Material bestehen. Die integrierten Gelenkstellen werden durch Nuten 34 in der Oberfläche bestimmt, welche die Lenker 29,31 soweit schwächen, dass dort eine Biegung im elastischen Bereich möglich ist.

io Zwecks Einstellung der Parallelität der Lenker 29,31 zum Eckenlastausgleich kann der Ständer 3 spulenseitig eine parallel zu den Lenkern 29,31 verlaufende Ausnehmung 35 aufweisen (Figur 3). Nach der herstellerseitig, d.h. im Werk vorgenommenen Parallelitätseinstellung werden die beiden 15 ober- und unterhalb der Ausnehmung 35 liegenden Teile des Ständers 3 stirnseitig mit Platten 37 endgültig verschraubt.

In einer Ausnehmung 38 am Ständer 3 ist ein Print 39 mit der Elektronik der Waage (ohne Auswerteteil) eingesetzt. Am spulenseitigen Ende des Prints 39 sitzt ein Temperaturfühler 41, z.B. ein Widerstand, mit dem die für die Wägegenauigkeit sehr wichtige Temperatur im Magnetkreis, d.h. im Weicheisen des Eisenrückschlusses 5, in nächster Nähe genau erfasst werden kann. Dazu ragt der Fühler 41 in eine Bohrung 42 im Eisenrückschluss hinein.

Der Ständer 3 mit den darum herum angebauten und oben beschriebenen Teilen bildet eine autonome, funktionsfähige Waage, die als Ganzes in ein entsprechendes Gehäuse einbaubar ist und im wesentlichen nur noch mit dem geeigneten Auswerteteil verbunden werden muss.

Im folgenden wird kurz die Funktionsweise der Waage erläutert:

Eine Kraft F, welche von oben auf den Lastaufnahmeteil 27 wirkt, erzeugt eine Verschiebung des Lastaufnahmeteiles 27 nach unten. Diese Verschiebung erfolgt im Parallelogramm, gebildet durch die beiden Lenker, 29,31 sowie den feststehen Ständer 3 und den Lastaufnahmeteil 27. Mit dem am Lastaufnahmeteil 27 befestigten Koppel 25, der zudem mit dem Hebel 21 verbunden ist, wird der Hebel 21 um das als Gelenk wirkende Stehlager 25 geschwenkt. Durch die sehr ungleich langen Arme des Hebels 21 ergibt sich ein Verschiebeweg der Spule 19, der ein Vielfaches des Verschiebeweges des Lastaufnahmeteiles 27 ausmacht. Durch den Strom in der Spule 19 wird eine Kraft erzeugt, die die Verschiebung rückgängig macht.

Die Positionsbestimmung der Spule 19 und die Auswertung der Wägung sind nicht Gegenstand der Erfindung und werden nicht weiter beschrieben.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

670703 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrische Waage mit einem auf den die Waage tragenden Ständer aufgesetzten, u-förmig ausgebildeten Permanentmagnetsystem und einer zwischen dessen Schenkeln angeordneten, stromdurchflossenen rechteckigen Spule zur Lastkompensation und einem Lastaufnehmer, der über einen Hebel mit einer Spule verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Permanentmagnetsystem zwei quaderförmige, an der Innenseite der Schenkel (7,9) eines u-förmigen Weicheisenrückschlusses (5) angeordnete Permanentmagnete (13) aufweist und dass die beiden längeren Windungsabschnitte der Spule (19) parallel zu den Permanentmagneten (13) angeordnet sind.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (19) an mindestens einem der kürzeren Windungsabschnitte mit dem Hebel (21) verbunden ist, welcher Hebel (21) parallel zu den in geringem Abstand zum oberen von zwei mit integrierten Biegestellen versehenen Lenkern (29, 31) angeordnet ist.

3. Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Weicheisenrückschluss (5) ein die Spule (19) durchdringender, rechteckförmiger Weicheisenkern (15) befestigt ist.

4. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Spule (19) kleiner oder gleich ist wie die Höhe der Permanentmagnete (13).

5. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Weicheisenrückschlusses (5) im wesentlichen der Länge der Permanentmagnete (13) entspricht.

6. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Schenkel (7,9) des Weicheisenrückschlusses (5) durch ein Weicheisenfeinblech (11) miteinander verbunden sind.

7. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (21) spulenseitig oben einen Absatz aufweist, in dem der obere Lenker (29) angeordnet ist.

8. Waage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenker (29,31) H-förmig ausgebildet sind, wobei jeweils in einem Abstand von den freien Enden eine Nut (34) als Biegestelle angebracht ist, und dass die Lenker (29,31) ausserhalb der Nuten (34) mit dem Lastaufnehmer (27) bzw. dem Ständer (3) durch Schrauben (33) verbunden sind.

9. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ständer (3) und dem Hebel (21) ein Teile der Waagenelektronik enthaltender Print (39) eingesetzt ist.

10. Waage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Print (39) ein Temperaturfühler (41) angebracht ist, der in eine Bohrung (42) im Eisenrückschluss (5) hineinragt.

aus U-förmigen Eisenrückschlüssen, deren Schenkelenden parallel und in geringem Abstand zu den zwei längeren Schenkeln der Spulen angeordnet sind und eine zentral angeordnete Polplatte aufweisen, die oben auf einem Quader s aus magnetischem Material sitzt und in den Rücken der Eisenrückschlüsse eingesetzt ist.

Permanentmagnetsysteme der beschriebenen Gattung haben den Nachteil, dass das grosse Streufelder und folglich entsprechend grosse Verluste auftreten. Dies bedingt den io Einsatz anteilsmässig grosser teurer aktiver Permanentmagnete, durch welche die Verringerung der Bauhöhe der Waage nach unten erheblich begrenzt wird.

In der DE-A13 211 163 wird versucht, eine geringe Bauhöhe zu erreichen, indem die zwischen den gleichnamigen ls Polen der Platten aus aktivem Magnetmaterial angeordnete Platte aus Weicheisen in ihrem Durchmesser soweit verringert oder ganz weggelassen wird, dass die Spule in einen Raum zwischen den beiden Platten aus aktivem Magnetmaterial hineinragt. Eine solche Ausführung ermöglicht ohne 20 Zweifel eine gewisse Verringerung der Bauhöhe ; sie bedingt aber grossvolumige und grossflächige Magnete. Sie weist zudem magnettechnisch einen sehr geringen Wirkungsgrad auf.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. 25 Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine elektrische Waage zu schaffen, bei der unter Verwendung im Vergleich zum Volumen des Eisenrückschlusses anteilsmässig geringer Mengen aktiven Magnetmaterials eine wesentliche Verringerung der Bau-30 höhe ohne Verlust an Genauigkeit möglich ist.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Permanentmagnetsystem zwei quaderförmige, an der Innenseite der Schenkel eines u-förmigen Weicheisenrückschlusses angeordnete Permanentmagnete aufweist, und dass 35 die beiden längeren Windungsabschnitte der Spule parallel zu den Permanentmagneten angeordnet sind.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die Bauhöhe nur durch die Höhe bzw. axiale Länge der Spule und die Ausmasse des die 40 Spule aufnehmenden Eisenrückschlusses bestimmt wird. Diese Anordnung weist im weiteren ein sehr geringes Streufeld auf, so dass infolge der geringen Verluste mit sehr wenig Leistung eine grosse Gegenkraft erzeugt werden kann.

Die Möglichkeit einer sehr hohen Induktion in dem in die 45 Spule hineinragenden Weicheisenteil erlaubt die Ausbildung einer rechteckigen Spule, bei der die kürzeren Wicklungsabschnitte, die ausserhalb des aktiven Luftspaltes zu liegen kommen, wesentlich kürzer sind als die Abschnitte, die innerhalb des aktiven Luftspaltes liegen.

so Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: