Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Implementierung ei ner digitalen Messwertkorrektur bei einer in einer Anschluss struktur eingebauten Kraftmessvorrichtung, ein Verfahren zur digitalen Messwertkorrektur bei einer in einer Anschluss struktur eingebauten Kraftmessvorrichtung, und ein Kraftmess system mit einer Anschlussstruktur und einer in die An schlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung.

Kraftmessvorrichtungen, wie beispielsweise eine Wägevorrich tung mit einer Wägezelle, werden dazu verwendet, um Kräfte, wie beispielsweise Gewichtskräfte von Wägegütern, zu messen. Kurz, zum Verwiegen von Objekten bzw. Wägegütern.

Üblicherweise weist eine Kraftmessvorrichtung verschiedene Bauteile auf, wie ein Kraftaufnahme, bauliche Strukturen und Lager, welche die Kraftaufnahme (gegen einen Untergrund) la gern bzw. aufnehmen, einen Kraftsensor - auch Kraftaufnehmer, Kraftmesszelle oder Wägezelle genannt - und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Messsignalen, d.h. von Kraftmessvorrich tungskraftsignalen .

Eine zu messende Kraft wird mittels der Kraftaufnahme aufge nommen und (im Kraftnebenschluss bezüglich der Lager) an den Kraftsensor weitergeleitet. Der Kraftsensor formt die zuge führte Kraft in ein elektrisches Kraftmesssignal, das Kraft- messvorrichtungskraftsignal , um, welches zur der auf die Kraftmessvorrichtung einwirkenden Kraft korrespondiert. In diesbezüglich entsprechender Weise ergibt sich bei einer Wägevorrichtung die einwirkende Kraft durch die Gewichtskraft des Wägeguts, d.h. die Last, welche auf die Kraftaufnahme, beispielsweise in Form einer Waagschale („Behälterwaage"), wirkt. Diese Kraftwirkung wird auf den Kraftsensor weiterlei tet und dort in das elektrische Kraftmessvorrichtungskraft signal bzw. hier ein Wägevorrichtungskraftsignal umgewandelt.

Das Kraftmessvorrichtungskraftsignal wird an eine Signalver arbeitungseinheit weitergeleitet, welche der weiteren Verar beitung dieses Kraftmessvorrichtungskraftsignals und der Er zeugung eines entsprechenden Ausgangssignals dient.

Das Ausgangssignal wird meist an eine Anzeigeeinheit und/oder auch an eine weitere Verarbeitungsvorrichtung, zum Beispiel an einen Leitrechner oder an eine Anlagensteuerung, übertra gen.

Diese Kraftmessvorrichtungen oder Wägevorrichtungen finden typischerweise ihren Einsatz beim Verwiegen einzelner Wägegü ter aber auch in automatisierten Produktions- und Testanlagen zum Verwiegen größerer Mengen von Wägegütern.

Die Anforderungen an solche Kraftmessvorrichtungen bestehen in einer hohen Messgenauigkeit, einer hohen Reproduzierbar keit und Stabilität der Messungen, insbesondere unter meist schwierigen, wie rauhen, Umgebungsbedingungen bzw. Messumge bungen. Außerdem sollen die Kraftmessvorrichtungen bzw. Wäge vorrichtungen möglichst einfach und kostengünstig aufgebaut sein. Es ist bekannt, dass für genaue und stabile Messungen stö rende, das Messresultat verfälschende Einflüsse (mit-)gemes sen und auf geeignete Weise korrigiert werden können.

Beispielsweise beschreibt die GB 1495 278 ein Verfahren, bei dem die Einflüsse lastunabhängiger Parameter, insbesondere der Einfluss einer Temperatur korrigiert wird, welche von au ßen auf die Kraftmessvorrichtung bzw. Wägevorrichtung ein wirkt. Dazu wird mittels eines Temperatursensors die ein wirkende Umgebungstemperatur gemessen und ein dazu entspre chendes elektrisches Temperaturmesssignal erzeugt. Anhand dieses Temperaturmesssignals wird dann das Kraftmesssignal zu einem temperaturkorrigierten Ausgabesignal verarbeitet. Mit dieser Methode können auch zeitabhängige Phänomene korrigiert werden, beispielsweise das Kriechen mittels einer zeitabhän gigen Exponentialfunktion.

Die EP 2457 070 Bl beschreibt ebenfalls ein Temperatureffekt korrigierendes Verfahren für eine Wägevorrichtung. Dieses Verfahren zur Temperaturkorrektur wird in deren normalem Be trieb durchgeführt und weist folgende Schritte auf: Erzeugung eines elektrischen, zur einwirkenden Kraft korrespondierenden Kraftmesssignals mittels einer Kraftmesszelle; Messung einer Temperatur mittels eines in Distanz von den wärmeerzeugenden Bauteilen der Kraftmessvorrichtung angeordneten Temperatur sensors, welche Temperatur hauptsächlich zu einer auf die Kraftmessvorrichtung einwirkenden Umgebungstemperatur korres pondiert und Erzeugung eines der gemessenen Temperatur ent sprechenden elektrischen Temperaturmesssignals; Verarbeitung des Kraftmesssignals anhand des Temperaturmesssignals und des Kraftmesssignals zu einem temperaturkorrigierten Ausgabesig nal; Übertragung des Ausgabesignals an eine Anzeigeeinheit und/oder an eine weitere Verarbeitungseinheit. Dabei wird bei dem Schritt der Verarbeitung aus dem Kraftmesssignal und dem Temperaturmesssignal, mindestens ein der Korrektur des Ausga besignals dienender Korrekturparameter mittels eines zugrunde liegenden thermodynamischen Modells, mittels welchem Tempera turen, die an bzw. in der Nähe wärmeerzeugender Bauteile auf- treten, berechnet werden können, berechnet, welcher Korrek turparameter eine Temperaturdifferenz charakterisiert, die zwischen einer Systemtemperatur und der gemessen Temperatur und/oder zwischen einer ersten Systemtemperatur und einer zweiten Systemtemperatur besteht.

Diese bekannten Verfahren, wie die nach der GB 1495 278 und der EP 2457 070 Bl, führen so zu einer verbesserten Kraft messung, indem sie auswertungsseitig rechnerisch ansetzen bzw. eingreifen.

Eine weitere Verbesserung bei solchen Kraftmessvorrichtungen bzw. Wägevorrichtungen hinsichtlich genannter Anforderungen ergibt sich, werden diese im Rahmen einer Direktkraftmess- technik bzw. Direktwägetechnik eingesetzt. Der zu einer ver besserten Kraftmessung führende Ansatz bzw. Eingriff erfolgt hier somit bautechnisch bzw. mechanisch.

Bei der Direktwägetechnik, wie beispielsweise in „news, Neues von SCHENCK PROCESS, Heavy Industry 12.2005DE, 20 Jahre SCHENCK - Direktwägetechnik, optimale wägetechnische Lösungen für die Stahlindustrie", beschrieben, sind die Kraftsensoren bzw. Wägezellen im Kraftfluss in die Anschlussstruktur einge baut, meist verschraubt, ohne, dass (weitere) Lager bzw. wä getechnische Lagerungselemente zwischen der Kraftaufnahme und dem Untergrund vorhanden sind, wodurch der Kraftfluss aus schließlich über Kraftsensoren bzw. Wägezellen geleitet wird. Vereinfacht und anschaulich ausgedrückt, die Anschlussstruk tur wird zum Teil der Wägezelle, kurz die Anschlussstruktur wird zur Wägezelle.

Daraus ergeben sich für die Direktwägetechnik insbesondere Vorteile, wie keine Kraftnebenschlüsse, die vor allem über lange Zeiträume schwer beherrschbar sind, keine beweglichen Teile, keine mechanischen Einstellarbeiten, kein spezielles Fachwissen für die Montage der Wägezellen erforderlich, voll kommen wartungsfrei und unempfindlich gegenüber Verschmut zung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Kraftmesssystem zur Verfügung zu stellen, welche es er möglichen, Kraftmessungen mit höherer Genauigkeit durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren ein Verfahren zur Implementierung einer digitalen Messwertkorrektur bei ei ner in einer Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrich tung, ein Verfahren zur digitalen Messwertkorrektur bei einer in einer Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung und ein KraftmessSystem mit einer Anschlussstruktur und einer in die Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.

Unter einer Anschlussstruktur wird dabei sowohl die zu ver wiegende Konstruktion als auch der unter der Kraftmessvor richtung vorhandene Untergrund verstanden. Wie bei der Di rektwägetechnik üblich, ist die Kraftmessvorrichtung fest mit den oberhalb der Kraftmessvorrichtung und unterhalb der Kraftmessvorrichtung Elementen verbunden. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Kraftmessvorrichtung ohne zusätzliche Lager bzw. Elastomerlager, Lenker bzw. Horizontallenker oder federnd vorgespannte Abhebesicherungen auskommt. Bei der vor liegenden Erfindung ist die Kraftmessvorrichtung dementspre chend fest und direkt mit dem Untergrund und dem zu verwie genden Bauteil oder Element verbunden. Untergrund und zu ver- weigendes Bauteil oder Element bilden somit die Anschlusstru- tur. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen stand abhängiger Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschrei bung. Die Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf die Ver fahren als auch auf das Kraftmesssystem.

Bei dem Verfahren zur Implementierung einer digitalen Mess wertkorrektur bei einer in einer Anschlussstruktur eingebau ten Kraftmessvorrichtung, insbesondere einer Wägevorrichtung mit einer Wägezelle, ist vorgesehen, dass

- ein parametrierbares, auf die in der Anschlussstruktur ein gebaute Kraftmessvorrichtung wirkende Störeffekte berücksich tigendes und ein fehlerbehaftetes Messverhalten der in die Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung abbilden des Funktionsmodell der in die Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung („elektronischer Zwilling")

- unter Verwendung eines für eine Referenzbelastung generier ten Kraftmessvorrichtungsreferenzkraftsignals und einem für die Referenzbelastung von dem parametrierbaren Funktionsmo dell generierten Funktionsmodellreferenzkraftsignals

- parametriert wird.

Nach dem Verfahren zur digitalen Messwertkorrektur bei einer in einer Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung, insbesondere einer Wägevorrichtung mit einer Wägezelle, ist vorgesehen, dass unter Verwendung eines parametrierbaren, auf die in der Anschlussstruktur eingebaute Kraftmessvorrichtung wirkende Störeffekte berücksichtigenden und ein fehlerbehaf tetes Messverhalten der in die Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung abbildenden Funktionsmodells der in dieAnschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung („elektro nischer Zwilling"), insbesondere des nach dem Verfahren zur Implementierung einer digitalen Messwertkorrektur parame- trierten Funktionsmodells der in die Anschlussstruktur einge bauten Kraftmessvorrichtung („angelernter elektronischer Zwilling"),

- ein fehlerbehaftetes Kraftmessvorrichtungskraftsignal der in der Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung un ter Verwendung eines unter Verwendung des fehlerbehafteten Kraftmessvorrichtungskraftsignals und dem Funktionsmodell ge nerierten Funktionsmodellkraftsignals in einer Fehlerschleife korrigiert wird.

Das KraftmessSystem sieht eine Anschlussstruktur, eine in die Anschlussstruktur eingebaute Kraftmessvorrichtung, insbeson dere eine Wägevorrichtung mit einer Wägezelle, und einen Funktionsbaustein für eine digitale Messwertkorrektur eines von der in der Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvor richtung generierten fehlerbehafteten Kraftmessvorrichtungs kraftsignals vor, wobei

- der Funktionsbaustein mindestens ein parametrierbares, auf die in der Anschlussstruktur eingebaute Kraftmessvorrichtung wirkende Störeffekte berücksichtigendes und ein fehlerbehaf tetes Messverhalten der in die Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung abbildendes Funktionsmodell der Kraft messvorrichtung („elektronischer Zwilling") aufweist, insbe sondere darüber hinaus dann auch (der Funktionsbaustein) zur Durchführung des Verfahrens zur Implementierung einer digita len Messwertkorrektur und/oder des Verfahrens zur digitalen Messwertkorrektur eingerichtet ist. Vereinfacht ausgedrückt, das Verfahren bzw. die Verfahren so wie auch das Kraftmesssystem verbinden einen auswertungssei tigen rechnerischen Ansatz, d.h. die digitale Messwertkorrek- tur, mit einem bautechnischen bzw. mechanischen Ansatz, d.h. der Direktkraftmesstechnik bzw. Direktwägetechnik, für eine verbesserte Kraftmessung.

Der bautechnische bzw. mechanische Ansatz sieht bei den Ver fahren bzw. dem Kraftmesssystem die Direktkraftmesstechnik bzw. Direktwägetechnik vor, indem die Kraftmessvorrichtung, insbesondere eine Wägevorrichtung mit einer Wägezelle, in die Anschlussstruktur eingebaut, beispielsweise an-/verschraubt oder eingepresst, ist.

Der - neuartige - auswertungsseitige rechnerische Ansatz ba siert auf einen bzw. den elektronischen Zwilling, welcher - vereinfacht und kurz ausgedrückt - ein Abbild der - fehlerbe hafteten - direktmess-/-wägetechnischen Kraftmessvorrichtung darstellt.

D.h., der elektronische Zwilling stellt ein parametrierbares, auf die in der Anschlussstruktur eingebaute Kraftmessvorrich tung wirkende Störeffekte berücksichtigendes und ein fehler behaftetes Messverhalten der in die Anschlussstruktur einge bauten Kraftmessvorrichtung abbildendes Funktionsmodell der in die Anschlussstruktur eingebauten Kraftmessvorrichtung dar.

Dabei kann „parametrierbar" meinen, dass - bei einem Parame ter aufweisenden Modell, hier dem elektronischen Zwilling, - diese Parameter, genauer deren Parameterwerte, verändert bzw. angepasst werden können. Über diese Parameter „im Gesamten" (Anzahl, Art, Verknüpfung, ...) und deren veränderliche/anpassbare Werte kann ein Modell bzw. der elektronische Zwilling für die bzw. für die Kraft messvorrichtung zu berücksichtigende Störeffekte und deren spezifischen Einfluss auf die Kraftmessvorrichtung konfigu riert werden.

Störeffekte, insbesondere auch solche zusätzlichen, welche erst aus der Direktwägetechnik bzw. aus dem Einbau in die An schlussstruktur resultieren, können beispielsweise sein eine Position einer Krafteinleitung und/oder Kraftausleitung, Querkräfte, Torsionskräfte, Stöße, ein Cosinusfehler, insbe sondere ein Cosinusfehler durch Kippen der Anschlussstruktur, eine Änderung von mechanischen Eigenschaften der Anschluss struktur, eine Änderung der mechanischen Eigenschaften der Verbindung der Anschlussstruktur, ein Verschleiß an der Kraftmessvorrichtung, ein Temperaturkoeffizient des Null punkts ((temperaturbedingter) Nullpunktfehler), ein Tempera turkoeffizient des Kennwerts (Fehler des Übertragungsfak tors), ein Temperaturgradient (Fehler durch Temperaturgradi ent), ein Empfindlichkeitsfehler, insbesondere ein tempera turbedingten Empfindlichkeitsfehler, ein Linearitätsfehler, eine Hysterese und/oder ein Kriechen.

Anders als bisher bei einem auswertungsseitigen rechnerischen Messwertkorrekturansatz bzw. diesbezüglich verwendeten Mo dell, wie dem einen eine Temperaturdifferenz charakterisie renden Korrekturparameter ermittelnden thermodynamischen (Temperatur-)Modell („(Stör-)Effektmodell"), ist das nach den Verfahren bzw. bei der Kraftmessvorrichtung verwendete Funk tionsmodell, d.h. der elektronische Zwilling, ein Funktions modell der Kraftmessvorrichtung, ähnlich einer Regelstrecke bzw. einem Übertragungssystem, - und bildet dessen fehlerbe haftetes Messverhalten ab („Funktionsmodell").

Hierdurch, d.h. durch den elektronischen Zwilling im Besonde ren, können gleichzeitig mehrere und verschiedene (Stör-)As- pekte - und diese für die spezifische/individuelle Kraftmess vorrichtung berücksichtigt werden.

Hierdurch wird die „individualisierte" Messfehlerkorrektur für die (individuelle) Kraftmessvorrichtung hochgenau - und so auch die Kraftmessungen der (individuellen) Kraftmessvor richtung hochgenau, stabil und zuverlässig.

Zweckmäßig kann es weiter sein, wenn die Parametrierung des Funktionsmodells bzw. elektronischen Zwillings unter Verwen dung eines Fehlerminimierungsverfahrens, insbesondere einer Methode der minimalen Fehlerquadrate, durchgeführt wird („Lernen").

Dabei kann es weiter zweckmäßig sein, die minimalen Fehler quadrate unter Verwendung des Kraftmessvorrichtungsreferenz kraftsignals und des Funktionsmodellreferenzkraftsignals zu bilden.

Auch kann vorgesehen sein, dass Parameter des Funktionsmo dells bzw. elektronischen Zwillings händisch festgelegt wer den.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Funktions modell bzw. elektronische Zwilling, insbesondere unter Be rücksichtigung einer Temperatur, ein Eingangssignal, insbe sondere ein Kraftsignal, weiter insbesondere ein, insbeson- dere von einer Kalibrierkraftmessvorrichtung für die Refe renzbelastung generiertes, Referenzkraftsignal, auf ein Aus gangssignal, insbesondere ein Funktionsmodellkraftsignal, weiter insbesondere das Funktionsmodellreferenzkraftsignal, abbildet.

Auch kann vorgesehen sein, dass in der Fehlerschleife eine Abweichung zwischen dem fehlerbehafteten Kraftmessvorrich- tungskraftsignal und dem Funktionsmodellkraftsignal gebildet, insbesondere summiert oder integriert, wird.

Das fehlerbehaftete Kraftmessvorrichtungskraftsignal kann durch Anlegen einer zu messenden Belastung an die in der An schlussstruktur eingebaute Kraftmessvorrichtung erzeugt wer den, kann durch Zeit, durch Kriechen, durch Temperaturein fluss oder durch andere Fehlerquellen entstehen.

Dementsprechend kann das Funktionsmodell unter Berücksichti gung einer Temperatur ein Eingangssignal, insbesondere ein Kraftsignal, weiter insbesondere das in der Fehlerschleife integrierte Kraftsignal, auf ein Ausgangssignal, insbesondere das Funktionsmodellkraftsignal, abbilden.

Bei einer weiteren Weiterbildung kann auch vorgesehen werden, dass die einzelnen bei dem Funktionsmodell berücksichtigten Störeffekte unter Verwendung einzelner, unabhängiger Stör-ef- fekteabbildungen (Funktionsblöcke) in dem Funktionsmodell ab gebildet werden.

Hier kann es dann weiter zweckmäßig sein, dass die Stör-ef- fekteabbildungen jeweils Differenzialgleichungen verwenden. Ferner ist nach Weiterbildungen vorgesehen, dass das Kraft messsystem in Anschlusskonstruktionen wie einer Behälter-, Silo-, Tank-, Gleis-, Straßenfahrzeug-, Prozess-, Plattform-, Dosier-, Förder-, Tundish-, Gießpfannen- oder Mischerwaage o- der in kraftbasierten Diagnose- oder Justiersysteme eingebaut ist bzw. die Verfahren dort implementiert sind.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltun gen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweck mäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weite ren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit den erfindungsgemäßen Verfahren und der er findungsgemäßen Anordnung bzw. dem erfindungsgemäßen Kraft messsystem kombinierbar.

Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfin dung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das je weilige Zahlwort eingeschränkt sein. Ferner sind die Wörter „ein" bzw. „eine" nicht als Zahlwörter, sondern als unbe stimmte Artikel zu verstehen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele der Erfindung, die im Zusammenhang mit der bzw. den Zeichnungen/Figuren näher erläutert wird/werden. Gleiche Bau- teile/Komponenten und Funktionen weisen in den Zeichnun gen/Figuren gleiche Bezugszeichen auf. Die Ausführungsbei spiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf darin angegebene Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Au ßerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausfüh rungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbei spiel zu dessen Ergänzung eingebracht und mit einem beliebi gen der Ansprüche kombiniert werden.

Es zeigen bzw. verdeutlichen:

FIG 1 einen Teil einer Anschlusskonstruktion, hier einer- Behälterwaage oder Gichtbunkerwaage bei einem Hoch ofen, mit einer Direkwägetechnik;

FIG 2 schematisch eine digitale Messwertkorrektur;

FIG 3 ein Blockschaltbild eines parametrierbaren, auf ei nen in einer Anschlussstruktur eingebauten Wägebal ken wirkende Störeffekte berücksichtigenden und ein fehlerbehaftetes Messverhalten des in die Anschluss struktur eingebauten Wägebalken abbildenden Funkti onsmodells („elektronischer Zwilling");

FIG 4 schematisch ein Parametrieren („Training") des para metrierbaren Funktionsmodells bzw. elektronischen Zwillings;

FIG 5 ein Training des parametrierbaren Funktionsmodells bzw. elektronischen Zwillings anhand von Signalver läufen; FIG 6 eine digitale Messwertkorrektur mit dem parametrier- baren Funktionsmodell bzw. elektronischen Zwilling;

FIG 7 eine digitale Messwertkorrektur mit dem parametrier- baren Funktionsmodell bzw. elektronischen Zwilling anhand von Signalverläufen.

Fig. 1 zeigt einen Teil Anschlusskonstruktion, hier einer Be hälterwaage oder Gichtbunkerwaage 10 bei einem Hochofen, mit einer Direkwägetechnik.

Dazu ist, wie Fig. 1 verdeutlicht, ein Gichtbunker 11 unmit telbar auf einem Kraftsensor 2, d.h. drei Wägevorrichtungen mit Kraftsensoren 2, eines Typs Wägebalken DWB (in Fig. 1 ist nur einer sichtbar) gelagert.

Jeder Kraftsensor 2 ist dabei einerseits fest zum Gichtbunker verschraubt sowie auch andererseits fest zum Untergrund (An schlussstruktur 1).

Dadurch sind - bei dieser Direktwägetechnik - keine weiteren externen wägetechnischen Lagerungselemente zwischen dem Be hälter bzw. Gichtbunker 11 und dem Untergrund erforderlich. Daraus ergeben sich folgende Vorteile: - es gibt keine Kraftnebenschlüsse, die vor allem über lange Zeiträume schwer beherrschbar sind, - es gibt keine beweglichen Teile, - es gibt keine mechanischen Einstellarbeiten, - für die Montage der Wägebalken ist kein spezielles Fachwissen erforderlich, - die Waage arbeitet vollkommen wartungsfrei und unempfindlich gegenüber Verschmutzung. In Abhängigkeit und korrespondierend zum Gewicht/Last des Gichtbunkers 11 liefert der Kraftsensor 2 ein (elektrisches) Kraftmessvorrichtungskraftsignal , welches, wie in Fig. 1 (und Fig. 2) angedeutet, mittels einer Leitung 12 an eine Signal verarbeitungseinheit 13, kurz Auswerteeinheit/-elektronik 13, weitergeleitet wird, welche der weiteren Verarbeitung dieses Kraftmessvorrichtungskraftsignals und der Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals dient (vgl. Fig. 2).

Im Idealfall sollen Kraftsensoren 2, die Kraft, die gemessen bzw. ermittelt werden soll, in ein proportional elektrisches Signal, dem Kraftmessvorrichtungskraftsignal, umwandeln.

In der Realität ist dieser Prozess immer fehlerbehaftet, so dass Störkomponenten im Signal auftreten.

Dies beruht unter anderem auf der Funktionsweise des Krafts ensors, welcher nicht-lineare und cross-talk Effekte sowie Temperaturabhängigkeiten aufweist, dies insbesondere im Fall einer Direktwägetechnik, wie hier verwendet, wo die Krafts ensoren mit einer Anschlussstruktur fest verbunden sind, was zusätzliche Störeffekte verursacht.

Um die - diesbezüglich fehlerbehafteten - Kraftmessvorrich tungskraftsignale genauer, stabiler und zuverlässiger zu ma chen, werden diese, wie Fig. 2 verdeutlicht, in bzw. mittels der Auswerteelektronik 13 korrigiert. Kurz, es findet in der Auswertelektronik 13 eine digitale Messwertkorrektur des Kraftmessvorrichtungskraftsignals statt.

Dazu ist in der Auswertelektronik 13, wie Fig. 2 verdeut licht, ein spezieller Funktionsbaustein 8 vorgesehen (vgl. insbesondere Fig. 3), mittels welchem diese digitale Fehler korrektur bewirkbar bzw. umsetzbar ist.

In dem Funktionsbaustein 8 ist ein parametrierbares, auf den in der Anschlussstruktur 1 eingebauten Kraftsensor 2 wirkende Störeffekte berücksichtigendes und ein fehlerbehaftetes Mess verhalten des in die Anschlussstruktur 1 eingebauten Krafts ensors 2 abbildendes Funktionsmodell 3 des Kraftsensors 2 („elektronischer Zwilling", 3) implementiert.

Kurz, die (fehlerbehafte) Funktionsweise/Messverhalten des Kraftsensors 2 wird mittels des Funktionsbausteins 8 bzw. elektronischen Zwillings 3 nachgebildet/simuliert.

Für die digitale Messwertkorrektur des Kraftmessvorrichtungs kraftsignals mittels des elektronischen Zwillings 3 können dann, wie Fig. 2 auch verdeutlicht, eventuelle Störgrößen wie Temperatur oder eine Last an unterschiedlichen Positionen und unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen werden.

Fig. 3 verdeutlicht in einem Blockschaltbild dieses paramet- rierbare, auf den in der Anschlussstruktur 1 eingebauten Kraftsensor 2 wirkende Störeffekte berücksichtigende und das fehlerbehaftete Messverhalten des in die Anschlussstruktur 1 eingebauten Kraftsensors 2 abbildende Funktionsmodell 3 des Kraftsensors, kurz im Folgenden nur „elektronischer Zwilling" 3.

Dabei werden, wie Fig. 3 auch verdeutlicht, in dem elektroni schen Zwilling 3 einzelne Funktionsblöcke 9 gebildet, welche die unterschiedlichen, zu berücksichtigenden Störeffekte nu merisch - unter Verwendung von an die jeweilige individuelle Situation anpassbaren Parametern - modellieren, nämlich bei spielhaft hier in Fig. 3 für einen Linearitätsfehler, für eine Hysterese und für ein Kriechen. Die einzelnen Parameter sind in Fig. 3 durch mehrerer hintereinander angeordnete Blö cke dargestellt und nicht näher bezeichnet.

Für eine solche numerische Modellierung stehen auf Differen tialgleichungen basierende Modelle zur Verfügung, wie bei spielsweise ein Dahl-Modell für die Hysterese, und ein nume rischer Filter, beispielsweise ein Tief- oder Hochpassfilter für das Kriechen.

In entsprechender Weise können auch weitere Störeffekte, wie eine Position einer Krafteinleitung und/oder Kraftausleitung, Querkräfte, Torsionskräfte, Stöße, ein Cosinusfehler, insbe sondere ein Cosinusfehler durch Kippen der Anschlussstruktur, eine Änderung von mechanischen Eigenschaften der Anschluss struktur, eine Änderung der mechanischen Eigenschaften der Verbindung der Anschlussstruktur, ein Verschleiß an der Kraftmessvorrichtung, ein Temperaturkoeffizient des Null punkts ((temperaturbedingter) Nullpunktfehler), ein Tempera turkoeffizient des Kennwerts (Fehler des Übertragungsfak tors), ein Temperaturgradient (Fehler durch Temperaturgradi ent), ein Empfindlichkeitsfehler, insbesondere ein tempera turbedingten Empfindlichkeitsfehler, - in gleicher modularer Weise (durch entsprechende Funktionsmodule/-blöcke) - in dem elektronischen Zwilling abgebildet werden.

Weitere analoge Größen wie Last, Temperatur oder Position werden wie Fig. 3 zeigt, noch gemessen und dem elektronischen Zwilling 3 zugeführt. Die Unterteilung in verschiedene Funktionsblöcke 9 erlaubt es, gewisse Kompensationen bzw. Störeffekte - je nach Situa tion - auszuschalten.

Eine gewisse jeweilige Anzahl von Parametern 5 bestimmen da bei jeweils Betrag und Form der unterschiedlichen Störeffekte („Graubox").

Diese werden für den jeweiligen Kraftsensor 2 bzw. in der/für die jeweilige Einbausituation anhand von Messdaten experimen tell bestimmt („Parametrierung"/„Lernen"/„Training") (vgl. Fig. 4, 5, 6).

Fig. 4 verdeutlicht schematisch, wie die Parametrierung des elektronischen Zwillings 3 unter Verwendung eines Fehlermini mierungsverfahrens 4, hier der Methode der minimalen Fehler quadrate 4, durchgeführt wird („Lernen" („Training")).

Wie Fig. 4 zeigt, werden hier die Fehlerquadrate aus der Dif ferenz eines Kraftmessvorrichtungsreferenzkraftsignals („Sig nal") und eines entsprechenden/zugehörigen Funktionsmodellre- ferenzkraftsignals („Modell") gebildet.

Fig. 5 zeigt wie - für bekannte Referenzkräfte/Referenzbelas tungen - die diesbezüglichen von Kraftsensor 2, erzeugten Kraftsignale mit entsprechenden - aus für diese bekannten Re ferenzkräfte/Referenzbelastungen - vom elektronischen Zwil ling 3 generierten Kraftsignale verglichen werden (Kurve 1: Referenzsignal; Kurve 2: Sensorsignal bzw. Kurve 2 ^' : Diffe renz Kurve 2 Kurve 1; Kurve 3: Signal des elektronischen Zwillings bzw. Kurve 3 ^' : Differenz Kurve 3 Kurve 1; Kurve 4: Temperatur (-verlauf) (Kurven (oben) wg. Darstellbarkeit ge geneinander verschoben). Der elektronische Zwilling 3 „lernt" bzw. wird dabei „trai niert", d.h. dessen Parameter 5 werden derart angepasst, dass sein Ausgangssignal das Ausgangssignal der Kraftmessvorrich tung 2 möglichst gut abbildet, kurz, dass die Fehler mög lichst klein werden.

Wie Fig. 4 auch verdeutlicht, entstammen die anzupassenden Parameter 5 des elektronischen Zwillings 3 dessen - die ein zelnen Störeffekte berücksichtigen Funktionsmodule/-blöcke 9, hier beispielhaft angedeutet für die Störeffekte Linearitäts fehler, Hysterese und Kriechen.

Mit Trainingsende und angepassten Parametern 5 bei dem elekt ronischen Zwilling 3 steht so - mit dem elektronischen Zwil ling 3 - ein Funktionsmodell 3 des Kraftsensors 2 zur Verfü gung, welches dessen bzw. deren Fehlverhalten/fehlerbehafte tes Messverhalten nachbildet.

Fig. 6 verdeutlicht dann die eigentliche Fehlerkorrektur, d.h., wie das fehlerbehaftete Kraftmessvorrichtungskraftsig- nal mittels des (trainierten) elektronischen Zwillings 3 kor rigiert wird.

Wie Fig. 6 zeigt, erfolgt die Messwertkorrektur in einer (einfachen) (Fehler-)Schleife 6 - gebildet aus einem Kompera- tor 14, einem Integrator 15 und dem elektronischen Zwilling

3.

Der Schleife 6 wird am Komperator 14 das gemessene fehlerbe haftete Kraftmessvorrichtungskraftsignal zugeführt; durch läuft den Integrator 15 (, in welchem das Signal aufinte griert wird,) und anschließend den elektronischen Zwilling 3, dessen Ausgangssignal wieder zum Komperator 14 zurückgeführt wird.

Diese Fehlerkorrektur durch diesen Schleifenaufbau 6 hat den Vorteil, dass dieselben Funktionsblöcke 9 für die Korrektur und die Lernphase (vgl. Fig. 4) benutzt werden. Bei kleinen Fehlern konvergiert die Schleife 6 äußerst schnell, d.h. schon nach einem oder sehr wenigen Durchläufen konvergiert die Schleife 6 auf einen stabilen fehlerkorrigierten Lastwert bzw. dem korrigierten Lastsignal hin.

Dieses korrigierte Lastsignal kann, wie Fig. 6 auch zeigt, zwischen Integrator 15 und digitalem Zwilling 3 abgegriffen (und einer Anzeige (16, nicht dargestellt) zugeführt) werden.

Fig. 7 verdeutlicht die Messwertkorrektur anhand von Signal verläufen.

Fig. 7 zeigt wie für bekannte Referenzkräfte/Referenz-belas- tungen Kurve 1 die von dem Kraftsensor erzeugten Kraftsignale Kurve 2 anhand zugrundeliegender Parameter in einer Korrek turschleife korrigiert werden. (Kurve 1: Referenzsignal;

Kurve 2: Sensorsignal bzw. Kurve 2": Differenz Kurve 2 Kurve 1; Kurve 5: korrigiertes Lastsignal bzw. Kurve 5': Differenz Kurve 5 Kurve 1; Kurve 4: Temperaturverlauf mit Störeffekt Temperaturanstieg. Die Kurven 1,2 und 5 sind wegen der Dar- stellbarkeit gegeneinander verschoben).

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein geschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste

1 Anschlussstruktur

2 Kraftsensor

3 parametrierbares Funktionsmodell, elektronischer Zwil ling

4 Fehlerminimierungsverfahren, Methode minimaler Fehler quadrate

5 Parameter

5.1 Linearität

5.2 Kriechen mechanisch - Messkörper, Anschlussstruktur

5.3 Hysterese

5.4 Dynamik von thermischen Effekten

5.5 Kriechen von DMS

5.6 K-Faktor DMS

5.7 mechanischer Faktor

6 (Fehler-)Schleife

7 Kraftmesssystem

8 Funktionsbaustein

9 Funktionsblock

10 Behälterwaage, Gicht

11 Gichtbunker

12 Leitung

13 Signalverarbeitungseinheit, Auswerteeinheit/-elektronik

14 Komperator

15 Integrator

16 Anzeige