-
Elektrische Waage Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische
Waage, bei welcher zur Herstellung des Gleichgewichtszustandes eine unterhalb des
Lastträgers in einem Magnetfeld angeordnete Spule entsprechend den durch das Gewicht
des Wiegegutes bewirkten Bewegungen des Lastträgers von einem über eine photoelektrische
Zelle gesteuerten elektrischen Strom durchflossen und dadurch die Rückführung des
Lastträgers in seine Nullage bewirkt wird.
-
Beim Wiegen von Ieichtem Gut macht sich nun bei derartigen Waagen
trotz ihrer Empfindlichkeit der Nachteil bemerkbar, daß die Lagerreibung im Ruhezustand
eine gewisse Haftung der Gleitflächen aneinander bewirkt, so daß sehr oft das bewegliche
System angestoßen werden muß, um die Anfangs reibung überwinden zu können. Auch
werden hierdurch die Wiegezeiten erheblich verzögert, so daß sich Wägungen in schneller
Folge, wie sie z. B. bei Prüfwägungen von Massengütern an laufenden Produktionsbändern
erforderlich sind, nicht immer durchführen lassen.
-
Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, die bestehenden
Nachteile zu beseitigen und eine elektrische Waage zu schaffen, bei welcher höchste
Ansprechempfindlichkeit erreicht ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß die in das Magnetfeld eintauchende Spule an einer in Gleitlager geführten
Stange befestigt und mit dieser in axialer Richtung vertikal beweglich ist und daß
das aus Spule und Stange gebildete bewegliche System durch elektrische Erregung
der Spule in leichte ständige Schwingungen beim Wiegen versetzt wird.
-
Es ist zwar bei elektrischen Waagen schon bekannt, Schwingungen auf
elektrischem Wege zur Verminderung der Lagerreibung zu erzeugen. Diese wirken jedoch
nicht ständig, sondern nur periodisch entsprechend der Stromschaltung durch Stufenwiderstände.
-
Als Schwingungserreger wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
ein Niederfrequenzverstärker verwendet, welcher der Spule eine kleine Amplitude
einer sinusförmigen Welle niederer Frequenz zuleitet.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Lagerung und durch die
Aufrechterhaltung einer ständigen Schwingbewegung des beweglichen Systems wird eine
Haftung der Gleitstellen aneinander durch Ausschaltung der ruhenden Reibung vermieden.
Die Empfindlichkeit der elektrischen Waage überwiegt daher bei weitem die der bekannten
Systeme, so daß eine Erweiterung ihres Anwendungsbereiches gegeben ist.
-
Die Waage gemäß der Erfindung kann das Gewicht iiber ein elektrisches
Meßgerät anzeigen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Stromwechsel bei den
Wiegevorgängen zur Steuerung zugeordneter Apparate, z. B. einer automatischen Vorrichtung
zur Aus-
scheidung von Ausschuß oder einer Einrichtung zur laufenden Registrierung
der Gewichte, auszunutzen.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch den mechanischen
Teil eines erfindungsgemäßen Wiegeapparates, Fig. 2 einen Schnitt A-A der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt B-B der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt C-C der Fig. 1, Fig. 5
ein Schema, welches den Zusamenhang des mechanischen Teiles mit dem elektrischen
Stromkreis zeigt, Fig. 6 einen Schaltplan einer üblichen Verstärkeranlage, die im
elektrischen Teil nach Fig. 5 verwendet wird, Fig. 7 die Verbindung der Vorrichtung
nach Fig. 5 mit einem Indikatorvoltmeter, Fig. 8 die Verbindung der Anordnung nach
Fig. 5 mit einem D ifferenzialindikatorvoltmeter, Fig. 9 die Verbindung mit der
Anordnung nach Fig. 5 mit Linearmeß- und Anzeigegeräten, Fig. 10 die Verbindung
der Anordnung nach Fig. 9 mit einer automatischen Einfüllvorrichtung fürWiegegut
mit automatischer Stoppvorrichtung, wenn das Wiegegut den Meßwert überschreitet,
Fig. 11 die Verbindung der Anordnung nach Fig. 9 mit einer Einfüllvorrichtung und
einer automatischen Ausschuß-Ausschei devorrichtung, Fig. 12 die Verbindung der
Anordnung nach Fig. 8 mit einer Steuervorrichtung für ein Durchschnittsgewicht des
in Behälter eingefüllten Wiegegutes,
Fig. 13 die Verbindung der
Anordnung nach Fig. 8 mit einer Steuerung des Gewichtes des in jeden der Behälter
eingefüllten Wiegegutes und Fig. 14 die Verbindung der Anordnung nach Fig. 5 mit
einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Anzahl von Impulsen, deren Zahl demjenigen
Gewicht entspricht, das zu registrieren ist.
-
Der Wiegeapparat (s. Fig. 5) wirkt derart, daß ein Spannungsstoß
erzeugt wird, der genau und linear proportional zu einem Gewicht oder einer anderen
Kraft verläuft, mit welchem bzw. mit welcher der Wiegeapparat belastet wird. Der
Wiegeapparat arbeitet derart, daß die Kraft, die auf eine in einem magnetischen
Feld liegende Spule ausgeubt wird, direkt proportional zu der Stromstärke ist, die
durch die Spule hindurchfließt. Wenn diese Kraft der abwärtsgerichteten Kraft eines
aufgegebenen Gewichtes entgegenwirkt und der Strom eine solche Stärke hat, daß das
System im Gleichgewicht ist, dann ist der Strom selbst direkt proportional zu dem
aufgegebenen Gewicht.
-
Im mechanischen Teil (s. Fig. 1 bis 4) trägt eine vertikale Stangel
eine Spule2, die auf ein übliches Formstück gewickelt und frei liegend in einem
ringförmigen Luftspalt eines Magneten 3 angeordnet ist.
-
Das Formstück ist am Ende der Stange 1 befestigt.
-
Die Stange 1 trägt ferner zwei Schirme 4, welche die Menge eines Lichtes
eíner Lampe 6 steuern, deren Strahlen auf zwei Photozellen 5 wirken. Die Stange
1 hat an ihrem Ende ein Gewinde 7, auf welches verschieden große Wiegeschalen aufgeschraubt
werden können. Die Stange 1, die einen dreieckigen Querschnitt hat. ist in zwei
Lagersystemen geführt, indem auf den drei Außenflächen Gleitrollen 8 der beiden
Lagersysteme liegen. Dies ermöglicht eine freie, vertikale Bewegung der Vorrichtung
und verhindert das Drehen der Stange, ferner Beschädigung der biegsamen Zuleitungen
für die Spule und auch ein seitreiches Anschlagen der Spule an den Magneten. Der
Magnetspalt ist in der Praxis normalerweise nicht größer als 1,2 mm und derart angeordnet,
daß das Magnetfeld konstant über den ganzen Bewegungsweg der Spule wirkt. Zwecks
Erfüllung dieser Aufgabe ist die Windungslänge der Spule größer als die wirkungsmäßige
Länge des Magnetspaltes, so daß eine konstante Anzahl von Windungen im Hauptteil
des Feldes liegt, unabhängig von der Stangenbewegung im Rahmen ihres Arbeitsweges.
Das Formstück der Spule 2 kann aus einer Aluminiumlegierung oder einem anderen entsprechenden
Material bestehen.
-
Das Aufsetzen eines Wiegegutes auf die Wiegeschale9 (s. Fig. 5) bringt
die Vorrichtung aus dem Gleichgewicht und bewegt die Stange 1, ferner die Schirme
4 und die Spule 2 nach abwärts. Die Bewegung der Schirme4 bewirkt, daß mehr Licht
auf die eine Photozelle 5 und weniger Licht auf die andere Photozelle 5 fällt. Die
beiden Photozellen 5 sind mit dem Verstärker 10 (s. Fig. 5) derart verbunden, daß
der Wechsel der Lichtstärke bewirkt, daß der durch die Spule fließende Strom verstärkt
wird und damit eine Kraft auslöst, die dem aufgesetzten Wiegegut entgegenwirkt.
Dadurch ist das Gleichgewicht wiederhergestellt. Die Anordnung bildet also einen
geschlossenen Umkehrservomechanismus, und die Stromstärke besitzt durchwegs einen
Wert, der die Vorrichtung im Gleichgewicht hält. Da die Stromstärkeänderung proportional
der Abwärtsverschiebung der Stange ist, muß die Steuerung des Verstärkers zum mindesten
derart sein, daß der maximal erforderliche Strom und damit eine derartige entgegenwirkende
Kraft erreicht
wird, daß die Stange 1 sich so weit bewegt, daß die Spule 2 den linearen
Teil des Feldes nicht verläßt.
-
Eine Ausführungsform des Verstärkers ist in Fig. 6 dargestellt. Die
Photozellen 5 sind entgegengesetzt an das Gitter der nachfolgenden Kathodenverstärkerröhre
V1 angeschlossen, welche hintereinandergeschaltete Kathodenwiderstände R 1 und R
2 besitzt, deren Zentralpunkt über den Widerstand R 3 mit dem Gitter verbunden ist.
-
Die Kathode der Röhre V 1 ist über Widerstände R4 mit dem Gitter
der Röhre V2 verbunden, welche einen Anodenwiderstand R 5 und andererseits einen
Katbodenwiderstand R 8 besitzt.
-
Die Anode der Röhre V2 ist mit dem Gitter der Röhre V3 3 verbunden,
in deren Anodenstromkreis die Spule 2 eingeschaltet ist.
-
Der Stromausstoß der Kathode der nachfolgenden Röhre V3 fließt durch
den Präzisionswiderstand R6 hindurch und erzeugt eine Spannung V, welche direkt
proportional zu dem aufgegebenen Wiegegutgewicht ist.
-
Durch Einfügung einer veränderlichen Rückkoppelung über einen kapazitiven
Widerstand C 1 und Widerstand R 7 in den Verstärker kann der Dämpfungskoeffizient
D eingestellt werden, so daß das System in hestimmbarem Maß gedämpft werden kann.
Eine durch das Metallformstück der Spule 2 bewirkte Wirbelstromdämpfung bewirkt
eine Verzögerungskraft, die proportional zu der Geschwindigkeit des Metallformstückes
der Spule ist. Theoretisch kann schlechthin die eingestellte Dämpfung nur einen
bestimmten Wert eines aufgegebenen Wiegegutgewichtes entsprechen. In der Praxis
kann aber eine angemessene Dämpfung für den ganzen vorgesehenen Wiegebereich erreicht
werden.
-
Der eingestellten Dämpfung und dem Verstärkeraufbau angepaßt, wird
der Strom sehr stark wachsen, wenn ein Gewicht aufgesetzt wird. Die Stromanstiegszeit
kann für ein gegebenes Gewicht durch entsprechende Vergrößerung des Verstärkerstromzuwachses
so klein wie gewünscht gemacht werden.
-
Eine niedrige Amplitude einer sinusförmigen Welle eines Niederfrequenzverstärkers
durchfließtdabei über einen kapazitiven Widerstand C2 durchweg die Bewegungsspule
und erzeugt eine leichte Vibration im Bewegungsystem. Zweck dieser Vibration ist
es, die Haftkraft der Lagersysteme der Waage zu überwinden.
-
Die Vibration bewirkt eine Erhöhung der Empfindlichkeit der Waage.
-
Der beschriebene Wiegeapparat kann verschiedenartig ausgeführt werden,
ohne das erfindungsgemäße Grundprinzip in bezug auf die Wirkung zu durchbrechen.
Es kann z. B. ein Elektromagnet an Stelle des Permanentmagneten Verwendung finden,
insbesondere in Waagen für schwere Gewichte, für die ein sehr großer Magnet notwendig
wäre. Die Sichtbarmachung der Bewegung der Stange 1 kann gleicherweise dadurch bewirkt
werden, daß die Bewegung eine Induktivität oder Kapazität ändert. Die Lagersysteme
können in einer solchen Art ausgeführt sein, daß eine freie Bewegung in Längsrichtung
der Stange 1 gesichert ist, dabei aber eine Drehung der Spule verhindert wird.
-
In gewissen Fällen kann es wünschenswert sein, daß die Wiegeschale
und damit auch die Spule sich drehen bzw. sich drehen können. In diesem Fall wird
der Strom z. B. über Schleifringe der Spule zugeführt.
-
Der Teil B 1 des Wiegeapparates kann auch mit Zusatzapparaten vereinigt
werden, die der speziellen Verwendung entsprechen. Eine direkte Ablesemöglichkeit
des Gewichtes ist z. B. durch ein Präzisionsvoltmeter
Vom 1 gegeben,
das mit der Stromausstoßseite verbunden ist (s. Fig. 7).
-
Bei Verwendung eines Miftel-Nullstellungsvoltmeters VM2 (s. Fig.
8), dessen eine Seite mit einer einstellbaren Anzeigevorrichtung für die Spannung
und einem Potentiometerwiderstand PR verbunden ist, der an einer konstanten Spannung
liegt, zeigt das System den Unterschied zwischen dem aufgegebenen Gewicht und irgendeinem
bestimmten Grundgewicht an. In diesem Fall ist die Anzeige für die Spaltung derart
eingestellt, daß sie eine Nullage hat, die einem Grundgewicht entspricht.
-
Mittels eines entsprechenden Stromkreises, der die vom Gewicht abhängige
Spannung mit einer oder mehreren veränderbaren Vergleichsspannungen vergleicht,
die Vergleichsgewichte repräsentieren, kann ein aufgegebenes Gewicht als in einen
von mehreren Skalenahschnitten fallend angezeigt werden. Zum Beispiel (s. Fig. 9)
kann das Gewicht in drei Wiegebereichen sichtbar gemacht werden, wobei der Hauptwiegebereich
mittels einer farbigen Lampe sichtbar ist. Zum Beispiel zeigt eine grüne Lampe G1
an, daß ein Gewicht innerhalb eines gewissen, vorher eingestellten Gewichtsbereiches
liegt und mit »richtig« bezeichnet ist, während rote undorangeLampen G2 und G3 demgegenüber
darauf hinweisen, daß das Gewicht zu hoch oder zu niedrig in bezug auf den Richtigbereich
ist.
-
Die Lampen werden durch Kontakte h und l oder Relais H und L betätigt,
welche nacheinander durch Kontakte eines polarisierten Mittelstellungsrelais A gesteuert
werden, welches das Voltmeter VM2 (s. Fig. 8) ersetzt.
-
Das zu wiegende Gut kann nacheinander von Hand oder automatisch auf
die Wiegeschale aufgegeben werden.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (s. Fig. 10) des elektronischen
Wiegesystems mit einer automatischen Wiegegutaufgabe, in welchem die Gewichte, wie
in Fig. 9, mittels dreifarbiger Lampen angezeigt werden, ist die Anordnung derart
getroffen, daß der Motor FM einer Schüttelrinne C für die automatische Zuführung
des Wiegegutes 11 anhält, wenn das Wiegegut mehr oder weniger als der Richtigbereich
wiegt, und zwar in Abhängigkeit von der Wirkung der Relais H oder L. Das Gewicht
des Gutes kann von Hand ausgeglichen werden, bis das Gewicht genau ist, d. h. innerhalb
der Grenzen von »richtig« liegt, woraufhin die fuhr von Wiegegut wieder automatisch
in Gang tritt.
-
Als Alternative der Stoppvorrichtung der automatischen Wiegegutzufuhr,
gemäß Fig. 10, wenn ein Gut ein zu hohes oder zu geringes Gewicht hat, kann ein
üblicher Mechanismus mit automatischer Steuervorrichtung vorgesehen sein, welche
das gewogene Gut aus dem Produktionsgang (s. Fig. 11) ausscheidet. In der Vorrichtung,
die im übrigen gleich jener nach Fig. 10 ist, können die Relais H oder L ein SolenoidS
betätigen, welches ein Gitters steuert, das bewirkt, daß das Wiegegut 11 vom Hauptband
C3 zu den Nebebändern Cl oder C2 abgelenkt wird.
-
In einem weiteren Beispiel unter Anwendung der Hauptwiegeeinrichtung
wird das zu wiegende Gut, das in einen Behälter gefüllt ist, durch Auswiegen gesteuert.
-
In einem solchen Beispiel (s. Fig. 12) werden die Behälter B automatisch
auf die Wiegeschale 9 einer elektronischen Wiegevorrichtung gebracht und mittels
einer Zuteilungsvorrichtung gefüllt, wobei ein konstantes Aufgabevolumen aus einem
Wiegegutaufgeber zugeteilt wird.
-
Das Aufgabevolumen des Wiegegutaufgebers D kann durch Änderung des
Hubes des Aufgeber-
kolbens verändert werden. Ein Mikroschalter MS, der in Serie
mit dem Widerstand R6 an der Stromausgangsseite des Grundelementes B 1 zum Potentiometer
PR geschaltet ist, wird zeitweise einmal bei einem Arbeitskreislauf mittels eines
Nockens im Kolbensystem geschlossen und zeitlich derart gesteuert, daß er am Ende
eines Füllungshubes jede Differenz zwischen dem Aufgabegewicht und dem Bezugsgewicht
als Spannung ausweist, angezeigt durch ein Potentiometer. PR ist dann iiber einen
Kondensator C3 mit dem Vergleichsstromkreis AC verbunden. Der Gewichtsdurchschnitt
von hintereinander erfolgenden Wägungen einer bestimmten Anzahl aufgefüllter Behälter,
z. B. zehn, steuert einen Elektromotor EM> der den Hub des Kolbens P verändert,
indem ein Steuerungsstromkreis MCC für den Motor durch einen Einstellmechanismus
PSAM für den Kolbenhub und einen Vergleichsstromkreis AC betätigt wird.
-
Der den Kolben einstellende Motor arbeitet normalerweise nicht, dreht
sich aber gegebenenfalls in der entsprechenden Richtung, um den Fehler zu reduzieren,
falls sich das aufgegebene Gewicht von dem gewünschten Gewicht unterscheidet. Dadurch-wird
das aufgegebene Durchschnittsgewicht im Wiegegutaufgeber konstant gehalten, obgleich
die Einzelgewichte um Beträge verschieden sein können, welche im Rahmen der Ausgleichsmöglichkeiten
der Maschine liegen.
-
Das abgeänderte Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 zeigt eine Behälterfüllvorrichtung,
die direkt durch die elektronische Wiegevorrichtung gesteuert wird. Hierbei wird
die Füllvorrichtung durch die Ankunft eines leeren Behälters B gestartet, der einen
Mikroschalter 1115 betätigt, welcher einen Solenoidsteuerstromkreis SCC, der einen
Stromstoß für eine Steuerröhre auslöst, und ein Solenoid CVS in Tätigkeit setzt,
das seinerseits das Steuerventil CV des Aufgebers D öffnet oder schließt. Wenn das
polarisierte Relais A anzeigt, daß der Behälter mit dem richtigen Gewicht gefüllt
ist, überträgt er über Kontakte einen Stromstoß in den Solenoidsteuerstromkreis
SCC und schließt damit das Steuerventil CV.
-
Bei jedem dieser Beispiele, in denen das angezeigte Gesamtgewicht
dem Totalgewicht des Behälters mit Inhalt entspricht, kann es notwendig sein, die
Vorrichtung derart auszugestalten, daß verschiedenartige Behälter verwendbar sind.
In diesem Fall ist eine zusätzliche elektronische Vorrichtung vorgesehen, welche
das Behältergewicht von dem Gesamtgewicht abzieht.
-
Es wird also das wirkliche Wiegegutgewicht angezeigt.
-
Die erzeugte Spannung im Grundwiegeapparat ist eine fortlaufende
Funktion des aufgegebenen Gewichtes. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein,
das Gewicht in einstelligen Zahlen auszuweisen. Zum Beispiel kann nach Fig. 14 die
vom Gewicht abhängige Spannung wie oben mit einer Vergleichsspannung mittels eines
bekannten polarisierten Relais 24 vergleichbar dargestellt werden. Die Spannung
steigt von einem Grundwert in gleichen und genau gesteuerten Schritten an. Spannungsstöße
oder Stromstöße werden durch einen, stufenweise Spanungsstöße abgebenden Generator
VSG erzeugt, so daß jeweils ein neuer Schritt vollführt wird, bis daß die Vergleichsspannung
auf einen Wert gestiegen ist, der an einer Stufe der Skala liegt, bei der die der
Spannung entsprechende Wiegegutmenge erreicht ist. Hierbei ist das Startniveau der
Spannungstreppe derart eingestellt, daß es dem Gewicht gleichkommt, bei dem noch
kein Wiegegut aufgegeben ist. Der Gewichtsausschlag betätigt ein polarisiertes Relais,
welches Gewichtsunterschiede
zwischen dem aufgegebenen Gewicht und
der Spannung des Stufengenerators nachweist. Das Relais A startet mithin die Treppenspannung,
indem es den Stufengenerator VSG über a 1 betätigt. Es verbindet den Ausgangskontakt
mit der impulsgebenden Ausgangsleitung PTOL bei a2. Das Relais A wird dagegen wieder
geöffnet, wenn die Spannungsskala auf einen Wert gehoben ist, der dem Ausstoßgewichtswert
gleichkommt. Damit wird der Spannungsimpuls von der impulsgebenden Ausgangsleitung
PTOL bei a2 abgeschaltet und bewirkt auch die Abschaltung des Generators VSG bei
al. Jeder Impuls stellt einekleine, bestimmte Gewichtszunahme dar, und das Totalgewicht
ist proportional der gesamten Summe der Impulse. Diese Methode zur Darstellung des
Gewichtes in Form von hintereinanderfolgenden Impulsen ist insbesondere für die
Betätigung einer normalen Lochkartenrechenmaschine mit einer automatischen Schreibmaschine
oder anderer automatischer Zähl- und Schreibvorrichtungen anwendbar.
-
PATENTANSPRtJCEE 1. Elektrische Waage, bei welcher zur Herstellung
des Gleichgewichtszustandes eine unterhalb des Lastträgers in einem Magnetfeld angeordnete
Spule entsprechend den durch das Gewicht des Wiegegutes bewirkten Bewegungen des
Lastträgers
von einem über eine photoelektrische Einrichtung gesteuerten elektrischen
Strom durchflossen und dadurch die Rückführung des Lastträgers in seine Nullage
bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Magnetfeld eintauchende Spule
(2) an einer in Gleitlager (8) geführten Stange (1) befestigt und mit dieser in
axialer Richtung vertikal beweglich ist und daß das aus Spule (2) und Stange (1)
gebildete bewegliche System durch elektrische Erregung der Spule (2) in leichte
ständige Schwingungen beim Wiegen versetzt wird.