用于动圈组件、尤其是按照电磁力补偿原理工作的秤的动圈组件的磁罐的制作方法

用于动圈组件、尤其是按照电磁力补偿原理工作的秤的动圈组件的磁罐
1.本发明涉及一种用于动圈组件、尤其是按照电磁力补偿原理工作的秤的动圈组件的磁罐。
2.用于也适于测量目的的动圈组件的磁罐的许多实施方式已被公开。原则上，这种磁罐由罐体构成，罐体大多设计成钵罐状并具有平坦的罐底，横截面呈圆环形的罐体壁从罐底向上延伸。罐体也可以具有例如可以与罐体壁螺纹连接的壳盖。罐体壁可以具有用于供臂杆穿过的孔洞，臂杆上装有容纳在罐体内的动圈。动圈在此插入形成在罐体壁的内周面与设于罐体内腔中的磁体单元的外周面之间的环形间隙中。磁体单元在此由通常设计成轴向磁化式环形磁体的永磁体与设置在永磁体的上端处的磁场均衡用极板组成。
3.在将这种磁罐用于测量装置如按照电磁力补偿原理工作的秤的情况下，需要将极板相对于动圈零位的位置保持极度恒定。为此被证明不充分的是，永磁体以其底侧粘接至罐体的内底面并且将极板连接例如也粘接至永磁体顶侧。因为温度和空气湿度的变化可能导致胶层厚度变化和进而导致极板轴向位置变化。这又不利地影响测量装置的精度。
4.因此在de 10 2017 110 930 b4中公开如下解决方案，在此，一方面尽量恒定地保持极板位置，另一方面在环境条件(尤其是温度和空气湿度)有变时也避免磁场变化。为此，极板借助刚性机械连接被连接至磁罐的罐底，并且永磁体“脱离机械连接地”被连接至极板，在这里，永磁体的顶侧为此被粘接至极板的底侧。因此，除了基本上恒定的极板位置(在这里可能顶多有因由温度引起的机械连接件材料膨胀而造成的不明显的变化产生影响)外，还达成的是：在胶层厚度变化和由此引起极板与永磁体之间间隙宽度变化时，永磁体底侧与罐底之间的间隙宽度相应变化，即，这两个间隙的总宽度保持不变。由此一来，环境条件的变化仅还不明显地影响到所生成的磁场，因为虽然间隙总宽度保持不变，但这两个间隙被填充不同的介质(胶或空气)。
5.但这种磁罐结构的缺点是，尤其在将磁罐应用在可能出现机械颤动或振动的环境中时，测量精度受到由永磁体和极板组成的单元相对于罐体的位置变化之影响。为了提高稳定性，需要附加措施如附加支撑机构或稳定化机构。
6.鉴于所述现有技术，本发明的任务是提供一种用于动圈组件、尤其是按照电磁力补偿原理工作的秤的动圈组件的磁罐，其在保持简单结构的同时保证在出现机械颤动或振动的环境中的改善的测量精度，并且总体上具有更好的机械稳定性。
7.本发明利用权利要求1的特征完成该任务。本发明的其它实施方式来自从属权利要求。
8.本发明源于以下认识，即，一种前言所述类型的用于测量装置尤其是按照电磁力补偿原理工作的秤的动圈组件的磁罐可以在机械结构尽量针对加速、尤其是由振动或颤动造成的加速不敏感时关于可获得的测量精度被改善。与此相关地，申请人已经确定，在如de 10 2017 110 930 b4所述的磁罐中，由极板和永磁体组成的单元能够借助相应坚固构成的刚性机械连接来保持，使得整个动圈组件相对于振动和冲击足够稳定。为此，在该文献中公开了，除了同轴穿过永磁体的支座件外还设有支撑件，支撑件相对于罐底对极板进行附加
支撑并且非接触地穿过永磁体或包围永磁体。但是，当在预定结构尺寸下永磁体体积因为用于支撑件的孔洞或包围它的支撑件的空间需求而必须减小时，所述措施造成整个单元用空间需求增大或永磁体强度降低。
9.根据本发明，磁罐的、尤其是极板至罐底的机械连接的敏感性被如此降低，即，不同于de 10 2017 110 930 b4所要求的那样，永磁体没有连接至极板，而是连接至罐底。由此，“摇摆”悬挂的质量(可能的振动在此由极板与罐体或罐底之间的尤其非完全刚性的机械连接引起)被减小，这是因为其仅由极板质量构成。根据本发明，永磁体以朝着罐体内腔底面的底侧粘接至罐底。
10.因此，该极板与永磁体分离，并且只是该极板应当借助刚性的紧固机构连接至罐体并因此如此定位，即，极板底侧朝着永磁体顶侧，并且在极板底侧与永磁体顶侧之间形成一个具有预定间隙宽度的间隙。
11.在用于测量装置的磁罐的设计结构的根据本发明的这个解决方案中也做到了，在导致罐底与永磁体底侧之间胶层厚度变化的环境条件(尤其是温度和/或空气湿度)变化时，罐底与永磁体之间间隙和永磁体与极板之间间隙的间隙宽度之和基本上保持恒定。间隙宽度之和或许受到在罐底与极板之间的机械刚性连接的由温度引起的长度变化的影响，在这里，该影响在实践中可被忽略。
12.因借助(实践中显然不是完全刚性的)机械连接被连接至罐体的质量较小，故出现对作用于磁罐的振动或颤动的低敏感性。还有如下优点，即，例如在运输相关的测量装置时作用于磁罐的剧烈冲击几乎不会导致机械连接的受损如变形或甚至断裂。此外，机械连接可以具有较小的结构尺寸，因此在整个单元的预定结构尺寸下可以使用体积更大的永磁体，或者得到整个单元(由极板、永磁体和机械连接组成)的总体更小的结构尺寸。
13.根据本发明，原则上该紧固机构能以任何方式设计成保持并固定极板位置。它只需保证该极板足够刚性地连接至罐体且因此具有足以用于各自应用场合的刚性，从而作用于罐体的振动或颤动不导致极板相对于罐体的相对运动。另外，应该如此设计该紧固机构，即，保证足够的强度，使得尤其在运输相关的测量装置或磁罐时可能出现的冲击或颤动不造成磁罐受损(例如紧固机构弯曲或断裂)。
14.根据本发明的一个实施方式，该紧固机构具有穿过永磁体的支座件，其中，按非接触方式或至少按下述方式进行贯穿，即，尽管有接触，但允许永磁体与支座件之间的(例如滑动)移动，而没有产生在这些部件在贯穿方向上相对运动时导致粘滑效应的显著的径向夹紧力。由此避免在罐底与永磁体之间胶层的厚度变化且由此造成永磁体沿其轴向(即垂直于罐底)运动时将轴向(或径向)力传递至支座件，该力将会造成由支座件保持的极板(突然)运动。
15.根据一个实施方式，该支座件可以螺纹连接至该极板和/或罐体。尤其是，该支座件与罐体、尤其是罐底的连接可以通过螺纹连接进行。极板与支座件之间的连接可以除了螺纹连接外例如也通过材料接合连接如焊接进行。这两个部分的一件式制造也是可行的。
16.该支座件可在作为单独元件制造时具有与极板底侧配合的上止动面和插入极板螺纹孔中的上螺纹轴头。该支座件能以相同方式具有与罐体内腔底面配合的下止动面。支座件下端与罐体的螺纹连接可以借助设置在支座件下端上的螺纹轴头进行，螺纹轴头插入在罐底内的螺纹孔中。但螺纹连接可通过这种方式进行，即，在支座件底侧中设有螺纹孔，
穿过罐底的螺钉插入螺纹孔中。
17.根据另一个实施方式，该支座件可以由螺钉和间隔套构成，其中，该螺钉穿过间隔套。在此情况下，间隔套形成与极板底侧或罐体底面配合的止动面。螺钉前端插入极板底侧内的螺纹孔中。
18.根据另一个实施方式，该紧固机构可以包括一个或多个支撑件(例如三个沿周向均匀分散布置的支撑件)，它们相对于罐体内腔的底面支撑该极板并且相对于永磁体非接触地或如此与之接触地安置在永磁体的外周面，即，尽管有接触，但允许永磁体与所述一个或多个支撑件之间的滑动运动，而没有产生将会当这些部件在一个或多个支撑件的纵延伸方向上相对运动时导致粘滑效应的显著径向夹紧力。在此，除了中心或同轴的支座件外，还可以设置所述一个或多个支撑件。该支撑件能仅通过在极板与罐体、尤其是罐体底面之间的轴向夹紧力而被固定就位。因为将支撑件安置在极板的外周面，可以有效避免极板的倾转运动。所述一个或多个支撑件也可以(仅)以其上端连接至该极板例如极板底侧或(仅)以其下端连接至该罐体尤其是罐底。极板的安装在此情况下可以通过简单方式借助(优选同轴)穿过永磁体的螺钉进行。在此情况下不需要同时用作间隔件的中心的或同轴的支撑件。
19.根据一个实施方式，该紧固机构可以包括横截面呈空心柱形的支撑件，它在永磁体的外周面非接触地包围永磁体(或如此接触地包围，即，没有传递大的轴向力)。该安装可以如前所述地借助在中心同轴穿过永磁体的螺钉(带有或不带附加的间隔套)进行。该支撑件也可以(仅)连接至该极板或也(仅)连接至该罐底。
20.根据一个实施方式，该紧固机构可以仅包括一个或多个包围永磁体的支撑件，其中，如此进行极板的固定，即，它与这个或这些支撑件的上端连接并且该支撑件的下端连接至罐体、尤其是罐底。所述上端或下端的连接在此可以是不可分离连接，例如材料接合连接(包括将所述极板和至少一个支撑件作为一体件制造)。也可以想到，极板和至少一个支撑件由相同材料一体制造，但该材料肯定应该是铁磁性的。但在此情况下，该至少一个支撑件的横截面应该被选择得很小，以便磁阻可增大至足够程度而使得避免磁短路。在具有仅包围永磁体的支撑件的变型中，可以放弃永磁体的同轴贯穿缺口，并且代替环形磁体地使用柱形的、尤其是圆柱形的(轴向磁化式)永磁体。
21.以下将结合如图所示的实施方式来详细解释本发明，图示出：
22.图1示出根据本发明的磁罐的第一实施方式，磁罐具有同轴贯穿永磁体的中心支座件，其在两侧具有螺纹凸起且因此插入极板或罐底内的相应螺纹孔中；
23.图2示出根据本发明的磁罐的第二实施方式，它具有同轴贯穿永磁体的中心支座件以及包围永磁体的附加支撑件，其中，中心支座件包括间隔套和贯穿间隔套的螺钉。
24.图1示出用于测量装置、尤其是按照电磁力补偿原理工作的电子秤(未被详细示出)的动圈组件100。
25.动圈组件100具有以其主要组成部分被示出的磁罐102以及也未被详细示出的测量装置的插入磁罐中的动圈104。动圈104安置在测量装置的部件、例如按照电磁力补偿原理工作的电子秤的杠杆臂上，其中，作用于部件的力或许以一定的杠杆比被传递至该动圈。
26.磁罐102具有带有内腔108的罐体106，在内腔中安置有磁体单元110。磁罐102、尤其是罐体106和磁体单元110可以设计成关于转动轴线a基本旋转对称。但这不是必然需要的，其中，在这种情况下所述轴线a可以被理解为相关部件的纵延伸方向。磁体单元包括永
磁体112，其在所示实施例中设计成轴向磁化式环形磁体。环形磁体可以像在所示实施例中那样具有横截面呈圆形的外周和横截面呈圆形的贯穿缺口。永磁体112的下端侧(底侧)与罐体106的内腔108的底面114粘接。胶层116具有厚度dk。环形磁体112具有中心同轴孔洞，用于极板120(其也属于磁体单元110)的紧固机构118穿过该孔洞而突出，极板就像紧固机构118一样以基本不接触永磁体112的方式安置在罐体106的内腔108中。极板120布置在永磁体112的上端侧(顶侧)的上方，其中，在极板底侧与永磁体顶侧之间设有具有间隙宽度d
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的空气间隙。在所示实施例中，极板120具有柱形(尤其是圆柱形)形状，其中，该极板120的周面在轴向上与永磁体112的周面齐平。
27.紧固机构118在如图1所示的实施例中被设计成支座件122，其以圆柱形区域124穿过永磁体112的轴向孔洞而从中突出。在圆柱形区域124的上端和下端，该支座件分别具有螺纹轴头126，其中，该下螺纹轴头126插入该罐体106底部内的螺纹孔，并且该上螺纹轴头126插入该极板120的螺纹孔(从底侧起)中。支座件122在圆柱形区域124和各个螺纹轴头126之间具有止挡凸肩，止挡凸肩与罐体106的内腔108的底面114或极板120的底侧配合，其中，在两个止挡凸肩之间的该圆柱形区域124的轴向长度限定在底面114与极板120的底侧之间的距离。如此选择该距离，即，得到用于间隙宽度d
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的预定值。
28.永磁体112或极板120分别如此安置在罐体106的内腔108中，即，在永磁体112或极板120的外周面与内腔108的周面之间有一个环形间隙，动圈104插入该环形间隙中。极板120在此用于在环形间隙内对由永磁体112产生的磁场进行均匀化且尤其是“集束”。优选地，环形间隙在其整个范围内都环绕极板120具有恒定的间隙宽度(在垂直于永磁体或环形磁体112的纵轴线的平面内)。内腔108的周面对此不一定必须严格设计成具有恒定半径的圆柱形。相反，可能证明有利的是内腔108的周面或内壁具有突出部，其中，该周面在突出部区域中具有比在突出部上方或下方更小的半径。
29.由支座件122构成的用于极板120的紧固机构118在机械上如此刚性构成，即，在预定范围内的机械载荷下在极板120与罐体106之间没有或顶多在预定误差内有相对运动(例如极板绕一个或两个彼此垂直的轴线在一个水平平面(或一个平行于罐体106的底面114的平面)内的倾转运动或摆动)。由此可以保证即便在测量期间的振动或其它颤动的情况下在罐体106内的极板的位置和进而极板相对于动圈104的位置足够恒定，以致没有出现对测量结果的影响或所述影响仅在预定误差内。
30.如上已解释地，任何形式的极板位置变化(即极板的倾转运动和平移运动，所述运动具有一个在动圈或永磁体的轴线的方向上的分量)影响着测量精度。因此缘故，曾经也选择了在极板120与罐体106之间的机械刚性连接，其中，在所述部件即极板、紧固机构和罐体之间的这样的机械刚性连接尤其可以通过螺纹连接、焊接或相应制造各自其中两个部件来达成。要避免的是：单纯通过粘接的连接或使用以下材料得到的连接，即在环境影响尤其温度和空气湿度下发生体积变化的材料(例如由因湿气积聚造成的泡胀而引起)。
31.极板120由铁磁性材料、尤其是铁磁性金属例如钢构成，而紧固机构118、尤其是支座件122应该由非铁磁性材料制造。由此获得在极板120与也由铁磁性材料构成的罐体106之间的磁性隔绝，即，避免这些部件之间的磁短路。因此尤其在极板120与罐体106之间的环形间隙内得到期望的高场线密度、即期望的高磁通。
32.磁体112在罐体内腔108的底面上的布置相比于根据de 10 2017 110930b4的结构
具有如下优点，即，借助机械刚性的紧固机构118所保持的质量明显较小。因此，紧固机构118可以具有更小或更轻的尺寸，或者它可以在相同的尺寸设定下具有明显更大的刚性，从而在相同的机械载荷下在极板120与罐体106之间出现比较小的相对运动。
33.此外，磁罐102的前述结构也保证如下优点，即，在底面114与永磁体112底侧之间的间隙宽度dk与在永磁体112顶侧与极板120底侧之间的间隙宽度d
l
之和即便在环境条件尤其是空气湿度和温度变化时保持恒定。因为间隙宽度dk在一个方向上变化，故间隙宽度d
l
反向变化。如果例如间隙宽度dk因空气湿度增大和/或温度升高而增大，则间隙宽度d
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减小相同的值。这造成了由胶层116和空气层造成的间隙的磁阻几乎保持恒定，即便相应的间隙宽度(反向)变化。
34.图2示出动圈组件200的另一实施方式，在此，相同的或同样的部分或组成部分用与根据图1的实施方式中的相同的附图标记来标示。
35.不同于根据图1的实施方式，动圈组件200中的支座件通过间隔套202和穿过间隔套的螺钉204构成。螺钉204穿过罐体106底部内的中心孔而突出，其中，该孔在罐底的底侧可以扩宽以容纳螺钉头。在此，两个元件即螺钉204或间隔套202都不应该由铁磁性材料且尤其是铁磁性金属构成，以避免磁通路径和进而磁短路。间隔套202在任何情况下都应该由如下材料构成，该材料相对于环境条件变化、尤其是空气湿度变化不敏感(这涉及到其体积、尤其是其长度的变化)。
36.在两件式支座件的实施方式中，可以如此进行间隔套的精确定位(以保证相对于永磁体112非接触安装)，螺钉被准确(无间隙或以很小间隙)插入罐底内的孔中并且间隔套202也还无间隙或以很小间隙包围螺钉204。另外，与底面114或极板120底侧配合的间隔套端面应该正好垂直于相关表面构成，使得该间隔套正好垂直于底面114地、或与螺钉纵轴线平行地就位。替代地或附加地，为了定位间隔套202和进而还有极板120，可以在极板120的底侧上和/或在罐底内形成凹面，间隔套202的各自端头无间隙地或以很小间隙插入凹面中。这种借助凹面的紧固措施也可以套用到其它部件，例如套用到间隔件206上(见下)。
37.虽然在前面以“紧固机构118应基本上相对于永磁体112非接触地设置”为前提，但当其被设计成在永磁体与紧固机构之间无显著夹紧力作用时，通常仍可能存在接触。所述夹紧力在此应该足够小而使得在永磁体112的轴向位置变化时在永磁体112与紧固机构118例如支座件122之间不存在粘滑效应。因为由此可能产生永磁体的突然运动，其会造成振动和进而测量结果失真。因此可以代替相对于永磁体112完全非接触的紧固机构118布置而也规定接触式布置，前提是确保在彼此相对的组成部件之间的充分滑动能力，例如通过相应的材料选择和/或在接触面之间的呈液体或胶状物质形式的附加滑动层。
38.为了根据图1和图2的前述实施方式的安装，例如可以首先将永磁体112粘接至罐底114。这例如可以通过事先装入定中件代替支座件来完成，其中，该定中件所具有的直径对应于永磁体112的缺口的内径。在胶硬化之后，定中件又可以被移除并且装入作为代替的支座件122，支座件所具有的外径小于永磁体112的缺口。通过这种方式，可以进行在紧固机构118与永磁体之间的非接触式安装。
39.如果应该在紧固机构118与永磁体112之间进行接触式安装，则紧固机构(例如支座件122甚或间隔套202)与螺钉204结合地也可同时用作安装时的定中装置。
40.也可行的是，在罐体106底面上设置用于永磁体112的定位辅助机构。例如该底面
可以具有止动面，它们为了定中而抵靠永磁体112的周面。如图1示意性所示，这种止动面可以由一个或多个设置在罐底上的凸起128构成。例如可以设置三个按120
°
角间距的凸起。这样的凸起也可以延伸于永磁体112的整个范围。所述凸起128的高度应该相对低，以避免在胶层116的厚度dk变化时在永磁体112与凸起或其止动面之间的粘滑效应。这种止动面的高度例如应该如此选择，即，它在永磁体112的安装状态或粘接状态下与永磁体的高度(即永磁体的轴向伸展尺寸)重叠不超过5～15％。
41.显然也可以在如图2所示的实施方式中设置这种呈凸起或止动面形式的安装辅助机构。
42.在图2所示的实施方式中，该紧固机构还具有至少一个间隔件206。它例如可连接至极板120。间隔件206可以设计成具有预定(优选相对小)的壁厚的空心柱。空心柱的高度或轴向伸展尺寸对应于间隔套202。它也可以略大，从而当螺钉204被拧紧达足够程度而使得间隔套从极板120底侧以及底面两者受力时，借助螺钉204在该至少一个间隔件内产生预紧。代替空心柱形间隔件206，显然也可以沿极板周向分散地布置多个例如三个间隔件，例如按照120
°
的角间距。
43.根据图2的实施方式也可以被如此改变，即，代替环形磁体112地使用柱形磁体，并且紧固机构118仅具有至少一个包围磁体的支座件。它可以在安装之前事先连接至极板120。这种支座件例如可以基本设计成空心柱形(如图2所示)并且在其下端具有一个沿整个周长向外延伸的凸缘，或具有多个从下端或底端起向外延伸的凸缘区。凸缘的外周(在水平平面内或在平行于底面114的平面内)于是可以连接至罐体，例如螺纹连接至罐底。凸缘的外周在此可以被设计成在使用如此形成的支座件装入极板时用作定中机构，其中，该凸缘的外周如此与罐体内腔108的内表面配合，即，关于极板和支座件存在精确限定(明确无疑)的位置。
44.附图标记列表
45.100 动圈组件
46.102 磁罐
47.104 动圈
48.106 罐体
49.108 内腔
50.110 磁体单元
51.112 永磁体
52.114 底面
53.116 胶层
54.118 紧固机构
55.120 极板
56.122 支座件
57.124 筒形区
58.126 螺纹轴头
59.128 凸起
60.200 动圈组件
61.202 间隔套
62.204 螺钉
63.206 间隔件
64.dk胶层的间隙宽度
65.d
l
空气层的间隙宽度
66.a转动轴线(纵延伸方向)