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Integrierende Wiegeeinrichtung Zusatz zum Patent 926 694 Die Erfindung
betrifft eine integrierende Wiegeeinrichtung oder Mengenzähler für Schüttgut zur
Gewichtserfassung der auf einem Transportförderband beförderten Schüttgutmenge nach
Patent 926 694. Hierbei wird ein Mitnahmemagnet mit der Geschwindigkeit des Förderbandes
proportionaler Drehzahl angetrieben und nach Größe des örtlichen Gewichtes des auf
dem Band liegenden Schüttgutes mehr oder weniger tief über einen beispielsweise
trommelförmigen Läufer geschoben.
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Auf diesen Läufer wird dadurch eine Kraft ausgeübt, die dem Produkt
aus Bandges,chwindigkeit und örtlichem Gewicht der Schüttgutmenge entspricht.
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Die Erfindung bezweckt, die Anzeigegenauigkeit zu erhöhen. Gemäß
der Erfindung wird dies vor allem dadurch erreicht, daß zwei von dem Förderband
gegensinnig mit gleicher Drehzahl ang;etriebene Magnete vorgesehen sind, deren Wirkung
auf zwei den Magneten zugeordnete, einen Läufer bildende Anker von dem Gewicht des
über das Förderband laufenden Gutes abhängt. Der Läufer wird entsprechend dem resultierenden
Drehmoment aus den auf die beiden Anker ausgeübten Drehmomenten verdreht, wobei
seine Drehzahl dem Meßergebnis der Wiegeeinrichtung entspricht.
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Ein Teil der den magnetischen Fluß der Mitnahmemagnete erzeugenden
Mittel, also beispielsweise je ein Teil der Erregerwicklungen, ist gegensinnig hintereinander
geschaltet, während die übrigen, und zwar die den Hauptanteil der Erregung liefernden
Teile gleichsinnig hinterein-
ander geschaltet sind. Die gleichsinnig
hintereinander geschalteten Teile, beispielsweise von Erregerwiclklungen, werden
aus einer gemeinsamen fest eingestellten Spannungsquelle gespeist, während die gegensinnig
hintereinander geschalteten Teile der Erregerwicklungen ebenfalls gemeinsam an einer,
aber in ihrer Größe von dem Gewicht des jeweils über das Förderband laufenden Schüttgutes
abhängigen Spannung liegen. Die Speisung der Wicklungen kann mit Gleichstrom erfolgen.
Dann wird zweckmäßig zur Regelung der die gegensinnig hintereinander geschalteten
Wicklungen speisenden Spannung ein Potenüometer, dessen Spannung von dem Gewicht
des über das Band laufenden Fördergutes abhängt, vorgesehen.
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Die Speisung der Wicklung ist auch mitWechselstrom möglich, wobei
bei der Auslegung der Erregerwicklungen beachtet werden muß, daß für die Wicklungsanteile
beispielsweise durch Frequenzschwankungen keine ungleichen Beeinflussungen auftreten.
Die Wechselstromspeisung hat den Vorteil, daß an Stelle eines Verstellpotentiometers
ein induktiver Regler verwendet werden kann.
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Die Erregerwicklungen können in dem drehenden Mitnahmemagnet angeordnet
werden, wobei die Speisung über Schleifringe erfolgt.
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Eine andere Anordnung ermöglicht die schleifringlose Bauweise des
Mitnahmemagnets. Die Wicklungen werden hierbei in je einem einen Mitnahmemagnet
umschließenden Gehäuse untergebracht. Der magnetische Fluß tritt hierbei über einen
kurzen Luftspalt beispielsweise in jeweils zwei einen rotierenden Mitnahmemagnet
bildende zylindrische Teile über, zwischen denen sich ein Anker des Läufers befindet.
Bei dieser Bauweise können besondere Mittel vorgesehen werden, um die Linearität
der Anzeige bei zunehmender Aussteuerung des Gerätes zu gewährleisten.
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Bei einer anderen Ausführungsform werden die Anker des Läufers so
ausgeführt, daß sie in die gegensinnig und zur Geschwindigkeit des Förderbandes
proportional angetriebenen Mitnahmemagnete eintauchen. Der Läufer, auf welchem seine
beiden Anker starr befestigt sind, ist verschiebungsfähig gelagert in der Art, daß
bei einer Verschiebung des Läufers ein Anker in seinen Mitnahmemagnet hineingeschoben,
der andere Anker aus seinem Mitnahfmemagnet herausgeschoben wird.
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Für die Bewegung des Läufers ist eine Kurvenscheibe vorgesehen, welche
in Abhängigkeit von dem Gewicht des jeweils über das Förderband laufenden Gutes
gedreht wird.
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Die Erfindung wird an Hand. in Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele,
die nur in ihren wesentlichen Teilen gezeichnet sind, erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Anordnung der Wiegeeinrichtung mit Mitnahmemagneten,
welche von Wicklungen erregt sind, die teilweise gegensinnig hintereinander geschaltet
sind; Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Mitnahmemagnete; Fig. 3 bringt eine
Ausführung der Wiegeeinrichtung, bei welcher die Erregung der Mitnahmemagnete nicht
über Schleifringe erfolgt, sondern durch außen um die- Mitaahmemagnete angeordnete
festliegende Wicklungen; in Fig. 4 ist ein Teil tdes Mitnahmemagnets gemäß Ausführung
nach Fig. 3 dargestellt; aus Fig. 5 ist die schematische Anordnung zur Spannungsregelung
der gegensinnig hintereinander geschalteten Teile der Wicklungen der Mitnahmemagnete
zu ersehen; Fig. 6 dient zur Erläuterung einer Ausführungsform der Wiegeeinrichtung,
bei welcher der in die Mitnahmemagnete eintauchende Läufer verschiebbar gelagert
ist.
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Das Transportband I bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v und wird
durch die Rolle 2 mit der Drehzahl n0 angetrieben. Über Welle 3, die Zahnräder 4
und 5 wird n0 auf ein Kronenrad 6 übertragen, welches die zwei Mitnahmemagnete 7
und 8 mit gleich großer, aber entgegengesetzt gerichteter Geschwindigkeit antreibt.
Die Mitnahmemagnete wirken auf einen Läufer 9, der im Stillstand bleibt, solange
beide Magnete gleich stark sind. Mit dem Läufer ist ein Zählwerk I0 gekuppelt, welches
die Umdrehungen des Läufers zählt. Jeder der beiden Mitnahmemagnete 7, 8 wird durch
zwei Wicklungen 15 und I6 bzw. I5 und I6' erregt. Die Wicklungen 15, I5t sind gleichsinnig,
die Wicklungen I6, I6' gegensinnig hintereinander geschaltet. Die Wicklungen I5,
15' werden von einer festen Spannungsquelle 17 und die Wicklungen I6, I6' über ein
leicht verstellbares Potentiometer II von der Spannungsquelle Ub gespeist.
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Die Stelluulg des Potentiometers II wird durch einen Waagebalken 12
gesteuert, auf den die Kraft P über eine Rolle I3 drückt. Im Zusammenwirkten mit
der Feder 14 sorgt diese Anordnung dafür, daß einer bestimmten Kraft P eine ganz
bestimmte Potentiometerstellung entspricht.
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Die Anordnung hat folgende Wirkungsweise: Wenn infolge Bandbelastung
P = o das Potentiometer II auf Null steht, werden die Mitnahmemagnete 7, 8, erregt
durch die Wicklungen I5, 15', Kräfte auf dem Läufer erzeugen, die gleich groß, aber
entgegengesetzt gerichtet sind. Der Anker g wird also stehenbleiben. Wird nun aber
das Potentiometer II verstellt, so wird der entstehende Strom Jb den einen Magnet
stärken, den anderen schwächen. Der Anker wird sich daher in Richtung des stärkeren
Magnets drehen und dabei eine solche Drehzahl n annehmen, daß beide Kräfte infolge
Anderung der Relativgeschwindigkeit wieder gleich groß sind. Diese Drehzahl ist
sowohl der Kraft P wie der Drehzahl n0 proportional. Das Zählwerk 10 zeigt daher
unmittelbar das transportierte Gewicht in kg an.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Mitnahmemagnete mit Schleifringen.
Der Magnet besteht aus dem Ring 19 und dem doppel-T-förmigen Innenkern 20. Dazwischen
befindet sich der Luftspalt 2I. Die Schleifringe 22, 23 und 24 dienen zum Herausführen
der Wicklungen 15 und I6. Da ein Punkt beiden Wicklungen gemeinsam- ist, genügen
drei Schleifringe.
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Eine schleifringlose Bauweise des Mitnahmemagnets zeigt Fig. 3. Die
Achse 25 eines Läufers mit den beiden Aluminiumscheiben 26 und 27 ist im Unterlager
28 und im Oberlager 29 gelagert.
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Die Scheibe 26 befindet sich zwischen zwei zylindrischen Körpern 30
und 3I, welche auf ihrer Innenseite die beiden Polstege 32 und 33 tragen.
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In Fig. 4 ist diese Ausführung hervorgehoben.
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Die Polscheiben 30 und 3I sind von einem Drehkörper umgeben, der
aus den beiden Teilen 34 und 35 besteht. Die Teile 30 bis 35 sind sämtlich aus weichem
Eisen gefertigt. Die Wicklung 36 besteht aus den Teilwicklungen I5 und I6. Wird
diese Wicklung von einem Strom durchflossen, so bildet sich ein Fluß durchmesser,
wie er gestrichelt eingezeichnet ist. Die Polscheiben 30 und 31 sind durch einen
Luftspalt von dem als Rückschluß für den Fluß dienenden Drehkörpern 34 und 35 getrennt.
Sie sind in den nichtmagnetischen Lagerscheiben 37 und 38 drehbar gelagert und durch
die beiden Stege 39 und 40 starr miteinander verbunden. Zu ihrem Antrieb mit der
Drehzahl nO dienen die Zahnräder 41 und 42. Der die Wicklung tragende Rückschlußkörper
34, 35 ist auf einer Unterlage 43 nicht drehbar befestigt.
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Durch diese Anordnung ist es möglich, den drehbaren Innenteilen von
einer feststehenden Wicklung aus magnetischen Fluß zuzuführen, ohne daß dabei schädliche
Kräfte entstehen. Der Fluß durchsetzt die Bremsscheibe 26 und erzeugt durch Wirbelstrombildung
in bekannter Weise eine Mitnahmekraft.
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Um das über das Förderband laufende Schüttgut zu seiner gewichtsmäßigen
Erfassung in einen verhältnisgleichen Strom umzuwandeln, ist ein Verstellpotentiometer
II vorgesehen. Als Verstellpotentiometer werden zweckmäßigerweise Potentiometer
mit runder Schleifbahn venvendet, wie sie als Widerstandsgeber für Drehbewegungen
in der Meßtechnik bereits benutzt werden. Solche Widerstandsgeber sind sehr genau
und besitzen einen Schwenkwinkel von 2700 Zu ihrer Verstellung ist ein Drehmoment
von nur 2 cmg erforderlich.
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Trotz dieses kleinen Drehmomentes kann es bei kleinen Anlagen vorkommen,
daß der Potentiometerabgriff nicht genau in die Stellung geht, die der jeweiligen
Kraft P entspricht. Dieser Fehler kann dadurch vermieden werden, daß man gemäß Fig.
5 die Schleifbahn 44 in leichte Vibration versetzt, indem man den Punkt 45 in Richtung
der beiden Pfeile auf elektromagnetischem Wege mit Netzfrequenz um den Mittelpunkt46
hin und her schwingen läßt. Es genügen dabei Schwingungsamplituden von wenigen zehntel
Millimetern. Die Reibung auf der Schleifbahn wird dadurch in starkem Maße ausgeschaltet,
und der Abgriff 47 kann exakt auf den Punkt gelangen, welcher der Kraft P entspricht.
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Um die dem Gewicht des auf dem Förderband laufenden Gutes entsprechende
Kraft auf ein Verstelipotentiometer zu übertragen, ohne daß die zum Verstellen erforderliche
Kraft von dem Waagebalken 12 aufgebracht werden muß, kann zweckmäßig eine sogenannte
Nachlaufschaltung benutzt werden.
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An Stelle des Verstellpotenhometers könnte auch ein bekannter Drehmomentkompensator
vorgesehen werden, um einen von allen äußeren Einflüssen unabhängigen, dem Drehmoment
verhältnisgleichen Strom zu erzielen.
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Die der Förderbandlaufgeschwindigkeit entsprechende Drehzahl n0 wird
vom Transportband zum Meßgerät beispielsweise mittels einer mechanischen (eventuell
biegsamen) Welle übertragen.
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Die Anwendung einer sogenannten elektrischen Welle, die beispielsweise
aus zwei läufer- und ständerseitig parallel geschalteten Drehstrommotoren besteht,
bringt den Vorteil mit sich, das Transportband und das eigentliche Meßgerät räumlich
voneinander getrennt aufstellen zu können.
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Die Drehzahl n des Läufers kann wie folgt berechnet werden: Für die
durch die beiden Mitnahmemagnete 7 und 8 erzeugten Drehmomente gilt im Gleichgewichtszustand
M1 = M4.
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Die Momente sind proportional der Relativgeschwindigkeit und quadratisch
abhängig vom Fluß; die Hauptwicklungen I5 werden mit a, die gegeneinander geschalteten
Wicklungsteile I6 mit b bezeichnet (Fig. 2).
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M1 = (nOn) (a (a + b)2 M2 = (n0tn) (a-b)2 Daraus ergibt sich a #
b n = 2 n0 a² + b² n steigt proportional mit n0 an.
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Wie die Formel für die Drehzahl n zeigt, erhält die Einrichtung einen
mit zunehmender Aussteuerung größer werdenden Anzeigefehler. Um diesen klein zu
halten, kann man gesättigte magnetische Nebens chlüsse am Mitaahmemagnet verwenden.
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Als solche können die Verbindungsstege 39 und 40 (Fig. 3) ausgebildet
werden, indem man sie aus Eisen herstellt und ihnen einen relativ schwachen Querschnitt
gibt. Sie werden dann von einem bestimmten Fluß ab gesättigt, was zur Folge hat,
daß der Fluß anteil, der durch die Bremsscheibe 26 hindurchführt, relativ größer
wird, also stärker als proportional mit b ansteigt. Im übrigen muß man die Luftspalte
möglichst groß machen und für die Kerne ein Material verwenden, dessen Permeabilität
möglichst wenig von der Induktion abhängt, es sei denn, daß man eine solche Abhängigkeit
bewußt zur Korrektur benutzt.
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Die Drehzahl n ist von Schwankungen der Speisespannung unabhängig,
wenn beide Größen I5 und I6 gleichermaßen davon betroffen werden.
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Wohl ändert sich durch Spannungsschwankungen das Drehmoment des Läufers.
Aus dem gleichen Grunde haben auch Widerstandsänderungen der Wicklungen, hervorgerufen
durch Schwankungen der Umgebungstemperatur, keinen Einfluß auf die Drehzahl n.
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Die beschriebene Einrichtung läßt sich auch als Quotientenzähler
benutzen, wenn man die Teile der Erregerwicklungen, die gegensinnig hintereinander
geschaltet sind, sehr klein gegenüber den anderen Teilen der Erregerwicklungen,
die gleichsinnig hintereinander geschaltet sind, macht, d. h. wenn b « a. Unter
dieser Voraussetzung ergibt sich für die Drehzahl aus der oben angegebenen Formel
b n = SnO n0 a In Fig. 6 ist eine andere Lösung der integrierenden Wiegeeinrichtung
gezeichnet, welche ohne besondere Mittel eine gute Linearität ergibt. Die rotierenden
Mitnahmemagnete 48 und 49 werden über die Kronenräder 5Q und 51 sowie das Zahnrad
52 mit gleich großer, aber entgegengesetzter Geschwindigkeit angetrieben.
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In die Magnete greifen die trommelförmigen Anker 53 und 54 hinein.
Beide sind durch die Achse 55 starr miteinander verbunden; da beide Magnete in entgegengesetzter
Richtung rofieren, heben sich die entstehenden Kräfte auf dem Läufer auf. Dieser
steht daher still. Sobald aber der Läufer etwas angehoben wird, so verstärkt sich
die Mitnathmekraft des unteren Magnets 49, während die des oberen 48 kleiner wird.
Der Läufer rotiert dann mit einer ganz bestimmten von dem Grad der Anhebung abhängigen
Drehzahl n. Der wesentliche Fortschritt besteht darin, daß n sich jetzt wesentlich
exakter proportional mit der Anhebung ändert, als es bei. Verwendung eines einzelnen
Magnets der Fall ist. Die Kurvenscheibe 56, die durch die Kraft P verdreht wird,
braucht jetzt nur zu einer ganz geringfügigen Korrektur herangezogen zu werden.
Der Läufer 55 stützt sich über die Führungsrolle 58 auf der Kurvenscheibe ab.
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Die zum Heben und Senken des Läufers erforderlichen Kräfte kann man
durch einen Gewichtsausgleich 57 kleinhfalten, jedoch darf man mit dem Gewichtsausgleich
57 auch nicht zu weit gehen, weil das Gerät sonst erschütterungsempfindiich werden
würde. Andererseits wird bei geringem Gewichtsausgleich die Kraft zum Verstellen
der Kurvenscheibe größer. Wenn durch die erforderliche Verstellkraft der Verstellweg
nicht streng proportional zur Bandbelastung wird, kann man diese Beeinflussung durch
eine entsprechende Charakteristik der Kurvenscheibe ausgleichen.
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Diese Anordnung hat ferner den Vorteil, daß kein Bremsmagnet erforderlich
ist. Es kommt immer automatisch ein Gleichgewichtszustand zustande, nämlich dadurch,
daß bei zunehmender Drehzahl des Läufers die Relativgeschwindigkeit zu dem an sich
schwächer wirkenden Magneten vergrößert. Die Drehzahl vergrößert sich also so lange,
bis infolge Zunahme der einen und Abnahme der anderen Relativgeschwindigkeit beide
Kräfte wieder gleich groß sind.
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Temperaturänderungen und dadurch bedingte Änderungen des magnetischen
Flusses oder des ohmschen Widerstandes des Läufers haben keinen Einfluß auf die
Drehzahl n, weil die Änderungen in beiden Systemhälften gleichermaßen auftreten
und sich dadurch aufheben.