Projektdaten

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Neuartige mechanische Konzepte und Justagestrategien für Präzisionswägesysteme

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Heutige Präzisionswägesysteme und Massekomparatoren arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation (EMK). Dabei wird die durch ein Wägestück hervorgerufene Auslenkung eines Waagebalkens hochauflösend detektiert und durch die Bestromung der Spule eines elektromagnetischen Aktors in die ursprüngliche Position geregelt. Der Spulenstrom ist somit ein Maß für die wirkende Gewichtskraft des Massestücks auf der Waagschale. Restfehlereinflüsse wie Temperaturänderungen, Ecklasten durch unsymmetrisches Aufbringung des Wägegutes und Neigungsänderungen durch verschiedene Ursachen sind unvermeidlich. Die Justierung der Wägezelle ist somit entscheidend für die tatsächlich erreichbaren metrologischen Eigenschaften. Ein weiterer wesentlicher Parameter ist die resultierende Federsteifigkeit der Wägezelle, da diese in Kombination mit der Positionsregelung die Kraftauflösung bestimmt. Im ersten Förderzeitraum wurden, auf Grundlage eines mechanischen Modells, Voraussetzungen für eine grundlegende Verbesserung der metrologischen Eigenschaften von EMK-Wägezellen geschaffen. Durch ein darauf basierendes Justierkonzept ist die Möglichkeit einer Steigerung der Auflösung bei gleichzeitiger Minimierung der Messunsicherheit gegeben. Dies konnte durch umfangreiche mechanische Modellbildung bestätigt werden. Bei den experimentellen Untersuchungen an kommerziellen Wägezellen wurden eine Hysterese, ein nichtlinearer Verlauf der Steifigkeitskennlinie sowie zeitabhängige elastische Nachwirkungen ermittelt. Diese Effekte werden durch das aufgestellte Modell noch nicht abgebildet Gelingt es die dadurch hervorgerufenen Messunsicherheitsbeiträge durch eine Erweiterung des Modells sowie zusätzliche Maßnahmen zu reduzieren, kann das Potential der gezielt justierten Wägezelle für Massekomparatoren und Präzisionswägesysteme weiter gesteigert werden. Hierzu sind eine Automatisierung der Justierung, ein adaptives Regelkonzept und eine Dämpfung von Schwingungen notwendig.