Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung und ein Wägeverfahren mit einer zentralen digitalen Messwertkor rektur.

Wägevorrichtungen werden dazu verwendet, um Kräfte, insbeson dere Gewichtskräfte von Wägegütern, zu messen.

Wägevorrichtungen weisen üblicherweise eine Kraftaufnahme, eine Wägezelle und eine Auswerteeinrichtung auf.

Die Kraftaufnahme ist eine bauliche Struktur bzw. ein Körper, auf welchem das Wägegut aufgebracht werden kann, so dass die Kraftaufnahme die Gewichtskraft des Wägegutes aufnimmt und an einen Untergrund ableitet. Die Wägezelle umfasst einen oder mehrere Kraftsensoren und dient der Detektion der von der Kraftaufnahme aufgenommenen Gewichtskraft. Industrielle Wäge vorrichtungen können auch mehrere Wägezellen umfassen. Die Wägezellen sind im Kraftschlussweg von der Kraftaufnahme zum Untergrund angeordnet, d.h., dass die vollständige oder einen Teil der Gewichtskraft, der über die Wägezelle(n) in den Un tergrund abgeleitet wird, erfassen.

Die Wägezellen können Formänderungen an einem Messkörper, der mit der Kraftaufnahme verbunden oder Teil der Kraftaufnahme ist, detektieren, wie zum Beispiel mittels Dehnungsstreifen. Die Dehnungsstreifen können bspw. an einer Stütze der Kraft aufnahme angebracht sein und die Verformung der Stütze detek tieren, woraus die anliegende Gewichtskraft bestimmt werden kann. An horizontalen Balken können auf diese Art und Weise auch Scherkräfte gemessen werden, welche proportional zur Ge wichtskraft sind. Es gibt daher unterschiedlichste Arten und Weisen, wie die Wägezellen in der Wägevorrichtung angeordnet sein können. Üblicherweise ist jeder Wägezelle eine Auswerteeinrichtung zugeordnet, mit welcher die mit der Wägezelle gemessene Ge wichtskraft bestimmt wird. Weist eine Wägevorrichtung mehre rer Wägezellen auf, dann werden die entsprechenden Gewichts kräfte addiert.

Aus der EP 0670 479 Al geht beispielsweise eine solche Wäge zelle hervor, in welcher eine modulare Korrektureinrichtung integriert ist. Diese Wägezelle kann auch einen Temperatur sensor aufweisen, um die gemessene Temperatur bei der Korrek tur der Messsignale zu berücksichtigen.

Aus der JP Hll-37827 A geht eine Wägevorrichtung mit einer integrierten Korrekturfunktion hervor. Diese Wägevorrichtung weist unterschiedliche Kennlinien für unterschiedliche Tempe raturen und unterschiedliche Belastungsrichtungen auf. Hier durch werden Temperatur- und Hystereseeffekte korrigiert.

Aus der DE 102006 009 005 Al geht ein Verfahren zum Austau schen von Wägezellen in einer geeichten Wägeanordnung mit mehreren Wägezellen hervor. Dabei sind die Wägezellen mit ei ner Steuereinheit über mindestsens ein BUS-System verbunden. Die Wägezellen übertragen die zu messenden Gewichtswerte in der Form von Spannungen, die in der Steuereinheit entspre chende Zählerwerte hervorrufen. Jede Wägezelle weist einen Satz interner Parameter pro Wägezelle auf. Bei einem Aus tausch der Wägezellen werden die eingeschriebenen Daten in terner Parameter der neuen Wägezelle in der Wägeanordnung in den jeweils internen Parameterspeicher der Wägezellen ausles bar zur Verfügung gestellt.

Aus der GB 1495 278 A geht ein weiteres Verfahren hervor, bei dem der Temperatureinfluss beim Wägevorgang kompensiert wird. In der EP 2457 070 Bl ist eine weitere Wägevorrichtung of fenbart, welche einen Temperatursensor aufweist, um tempera turabhängige Effekte zu korrigieren.

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 starr mit der Kraftaufnahme verbunden, meist verschraubt oder verklebt.

Daraus ergeben sich für die Direktwägetechnik Vorteile, wie keine beweglichen Teile und keine mechanischen Einstellarbei ten. Weiterhin sind die Wägezellen wartungsarm und unempfind lich gegenüber Verschmutzung.

Diese Direktwägetechnik hat jedoch auch Nachteile. Es werden Querkräfte auf die Wägezellen eingeleitet, welche zu erhebli chen Störungen in den Messsignalen führen können. Das Weglas sen von Elastomerlagern oder anderen Mitteln zum Abschirmen von Störeinflüssen kann damit das Messergebnis erheblich be einträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wägevorrich tung und ein Wägeverfahren zur Verfügung zu stellen, welche es ermöglichen, Kraftmessungen mit hoher Genauigkeit durchzu führen, wobei die hierbei eingesetzte Wägevorrichtung sehr einfach, kostengünstig und zuverlässig ausgebildet sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Pa tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Wägevorrichtung mit einer zentralen digitalen Messwertkorrek- tur vorgesehen, welche zumindest eine Wägezelle umfasst, wel che über eine Signal- und/oder Datenleitung mit einer zentralen Auswerteeinrichtung zum Übermitteln eines Gewichts messsignals verbunden ist, wobei die zentrale Auswerteein richtung eine Auswerteeinheit zum Bestimmen der mit der Wäge vorrichtung gemessenen Kraft anhand des Gewichtsmesssignals aufweist.

Die Wägevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Aus werteeinheit ein digitales Funktionsmodell der Wägevorrich tung umfasst, das ein oder mehrere Fehlersimulationsmodule aufweist, wobei ein jedes Fehlersimulationsmodul ein Modell der Wägevorrichtung darstellt, das einen bestimmten Messfeh ler der Wägevorrichtung simuliert, und jedes Fehlersimulati onsmodul ein oder mehrere Modellparameter aufweist, mit wel chen die Wägevorrichtung modelliert wird, und eine Lernein richtung vorgesehen ist, mit welcher die Modellparameter wäh rend eines Lernprozesses bestimmbar sind, bei dem mittels ei ner oder mehreren Referenzbelastungen Referenz-Messsignale erzeugt werden, wobei das Funktionsmodell ein Kennlinienmodul aufweist, das das Ge- wichtsmesssignal in ein Gewichtssignal oder umgekehrt wandelt und das Kennlinienmodul Kennlinienparameter aufweist, welche mittels der Lerneinrichtung während des Lernprozesses be stimmt werden.

Wie es unten am Beispiel noch näher erläutert wird, verändert ein Fehlersimulationsmodul ein Signal. Diese Veränderung kann derart ausgeführt werden, dass ein vorbestimmter Fehler dem Signal hinzugefügt wird. Diese Veränderung kann jedoch auch eine Veränderung des Signals dahingehend sein, dass das Sig nal um einen vorbestimmten Fehler bereinigt bzw. korrigiert wird.

Mit beiden Arten von Fehlersimulationsmodulen ist es möglich ein Funktionsmodell auszubilden, mit dem von der Auswerteein richtung ein korrigierter Gewichtswert ausgegeben werden kann, der von den Messfehlern bereinigt ist. Die zentrale digitale Messwertkorrektur mittels eines digita len Funktionsmodells, das mittels eines Lernprozesses ange lernt wird, erlaubt die Verwendung einer einzelnen oder meh rerer einfachen Wägezellen, die an der Wägevorrichtung inte griert sind. Durch das Anlernen der Kennlinie der gesamten Wägevorrichtung mittels des Kennlinienmoduls und das Anlernen des einen oder der mehreren Fehlersimulationsmodule ist eine Kalibrierung einer einzelnen Wägezelle für die gesamte Wäge vorrichtung vernachlässigbar, vielmehr wird mittels des Funk tionsmodells die Kennlinie und/oder werden die Fehlersimula tionsmodule auf einmal oder nacheinander für die gesamte Wä gevorrichtung angelernt.

Der mechanische Aufbau der Wägevorrichtung mit einer Kraft aufnahme und einer oder mehreren Wägezellen kann somit zu nächst entsprechend den lokalen Begebenheiten aufgebaut wer den. Die Wägezellen werden über eine Signal- und/oder Daten leitung mit der zentralen Auswerteeinrichtung verbunden und danach werden die Kennlinienparameter des Kennlinienmoduls und die Modellparameter des einen oder der mehreren Fehlersi mulationsmodule angelernt.

Das Funktionsmodell stellt somit die gesamte Wägevorrichtung dar. Durch die Verwendung eines oder mehrerer Fehlersimulati onsmodule kann ein sehr einfacher Aufbau der Wägevorrichtung verwendet werden, der zu einem an sich fehlerbehafteten Ge- wichtsmesssignal führt und/oder es können sehr einfache Wäge zellen verwendet werden, welche fehlerbehaftet sind, und/oder die Wägezellen können starr mit der Kraftaufnahme verbunden sein (= Direktwägetechnik), wodurch insbesondere Fehler durch Querkräfte verursacht werden. Alle diese Fehler können mit tels des digitalen Funktionsmodells zentral kompensiert wer den. Hierdurch wird eine sehr präzise Wägevorrichtung er zielt, wobei gleichzeitig der Aufbau der gesamten Wägevor richtung sehr einfach und kostengünstig gehalten werden kann. Dies wird vor allem durch die Kombination der zentralen Mess wertkorrektur mittels des digitalen Funktionsmodells und des Anlernens des Funktionsmodells mittels der Lerneinrichtung erreicht.

Vorzugsweise sind das Kennlinienmodul zum Wandeln des Ge- wichtssignals in ein (virtuelles) Gewichtsmesssignal und die Fehlersimulationsmodule zum Verändern dieses Gewichtsmesssig nals um eine Fehlerkomponente ausgebildet.

Das Gewichtssignal ist ein analoges oder digitales Signal, das das zu messende Gewicht darstellt. Das Gewichtsmesssignal ist ein Signal, das das von den Wägezellen erzeugten Messsig nal entspricht. Bei Verwendung eines einzigen Dehnungsmess streifens entspricht das Gewichtsmesssignal der Dehnung des Dehnungsmessstreifens .

Bei einem solchen Funktionsmodell ist der Eingangswert das Gewichtssignal und der Ausgangswert ein simuliertes fehlerbe haftetes Gewichtsmesssignal. Ein solches Funktionsmodell lässt sich sehr einfach mittels Referenzbelastungen anlernen.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass das Kennlini enmodul ein fehlerbehaftetes Gewichtsmesssignal in einen feh lerbehafteten Gewichtswert wandelt und dass das oder die Feh lersimulationsmodule das fehlerbehaftete Gewichtssignal bzw. den fehlerbehafteten Gewichtswert in einen korrigierten Ge wichtswert umsetzen. Bei diesem „invertierten" Funktionsmo dell ist die Eingangsgröße das fehlerbehaftete, tatsächlich gemessene Gewichtsmesssignal und die Ausgangsgröße der korri gierte Gewichtswert. Diese Fehlersimulationsmodule können auch als Korrekturmodule bezeichnet werden, da sie den Ge wichtswert um den jeweiligen Fehler korrigieren. Die Model lierung des invertierten Funktionsmodells ist jedoch wesent lich aufwändiger als die des nicht-invertierten Funktionsmo dells.

Vorzugsweise sind einzelne der mehreren Fehlersimulationsmo dule ausschaltbar. Im Funktionsmodell können die ausgeschalteten Fehlersimulationsmodule durch den Faktor „1" ersetzt werden, so dass das vom Kennlinienmodul ausgegebene Gewichtsmesssignal oder der ausgegebene Gewichtswert durch ein ausgeschaltetes Fehlersimulationsmodul nicht verändert wird. Die Wägevorrichtung kann mehrere Wägezellen aufweisen, wobei die Signale der einzelnen Wägezellen zu dem Gewichts messsignal in einer Messsignal-Sammelstation kombiniert wer den. Das Kombinieren der einzelnen Signale zu dem Gewichts messsignal erfolgt durch Addieren, wobei auch einzelne Sig nale mit einem unterschiedlichen Faktor versehen sein können, welcher von „1" abweichen kann, wenn unterschiedliche Hebel an den Wägezellen wirken. Die Faktoren können auch unter schiedliche Vorzeichen aufweisen, wenn gleichzeitig Zug- und Druckbelastungen auf unterschiedliche Wägezellen wirken. Die Kombination der Signale der einzelnen Wägezellen wird durch den Aufbau der Kraftaufnahme festgelegt.

Die Wägezellen können analoge Ausgänge aufweisen, welche mit einer oder mehreren Signalleitungen zum Übermitteln eines analogen Signals mit der zentralen Auswerteeinrichtung ver bunden sind. Wägezellen mit analogen Ausgängen sind bei spielsweise Dehnungsmessstreifen ohne eigene Signalverarbei tung. Die Wägezellen können auch digitale Ausgänge aufweisen, welche mit einer oder mehreren Datenleitungen zum Übermitteln eines digitalen Signals mit der zentralen Auswerteeinrichtung verbunden sind. Derartigen Wägezellen mit digitalen Ausgängen weisen eine digitale Aufbereitung der in der Regel analog er fassten Messsignale auf.

Die Wägezelle(n) können einen oder mehrere Dehnungsmessstrei fen aufweisen. Die Dehnungsmessstreifen (DMS) können insbe sondere in einer Wheatstone'sehen Messbrücke angeordnet sein.

Die Wägezellen können mit einer starren Verbindung in der Wä gevorrichtung integriert sein, d.h. starr an die Kraftauf nahme gekoppelt sein. Die Kraftaufnahme ist ein an sich be liebiger Wägekörper oder zu verwiegender Körper, wie zum Beispiel Behälter, Brücke, Pfanne oder Rahmen, der zur Auf nahme des Wiegegutes dient. Eine starre Verbindung wird bei spielsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (Löten, Schweißen, Kleben) einer formschlüssigen Verbindung (Schraub verbindung, Pressverbindung) zur Kraftaufnahme hergestellt. Eine starre Verbindung bedeutet, dass keine Elastomerlager o- der dergleichen zwischen der Wägezelle und der Kraftaufnahme vorgesehen sind, um beispielsweise Querkräfte oder andere Störkräfte zu eliminieren. Eine solche starre Verbindung ist wartungsfrei, kann jedoch dazu führen, dass Querkräfte und sonstige die Messung störende Kräfte von der jeweiligen Wäge zelle aufgenommen werden. Erfindungsgemäß können diese Stör wirkungen mittels des digitalen Funktionsmodells zentral kor rigiert werden.

Weiterhin kann die Wägevorrichtung so ausgebildet sein, dass der Kraftfluss zwischen der Kraftaufnahme und dem Untergrund ausschließlich über die Wägezelle(n) geleitet wird. Bei einer solchen Ausbildung der Wägevorrichtung sind keine Kraft-Ne benschlüsse vorhanden, die Messfehler verursachen könnten.

Die Wägevorrichtung kann einen oder mehrere Temperatursenso ren aufweisen, die in der Nähe zumindest von einer der Wäge zellen angeordnet sind. Mit einem solchen Temperatursensor kann die Temperatur im Bereich der Wägezellen erfasst werden und zur Korrektur mittels des digitalen Funktionsmodells ver wendet werden.

Vorzugsweise sind zumindest zwei oder mehrere Fehlersimulati- onsmodule zum Korrigieren jeweils eines der vorliegenden Fehlerursachen vorgesehen:

- Linearität;

- Kriechen (Kraftaufnahme, Wägezelle);

- Hysterese;

- thermische Abweichungen des Nullpunktes;

- Abweichungen des Nullpunktes bzgl. eines thermischen Gradienten;

- Abweichungen der Empfindlichkeit der Wägezellen aufgrund Temperaturänderungen;

- Stöße;

- Position der Last;

- Querkräfte;

- Fehler durch Schrägstellung.

Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Wä gevorrichtung durch ein sehr allgemeines Funktionsmodell, welches beispielsweise auf einem neuronalen Netzwerk oder ei nem anderen allgemeinen selbst-lernenden Modell basiert, aus zubilden. Eine derart allgemeine Modellierung erfordert je doch eine Vielzahl von Referenzbelastungen in allen möglichen Zuständen. Die Zustände können in Abhängigkeit der Tempera tur, des Belastungsortes und der Belastungsdynamik variieren. Bei einem solchen allgemeinen Modell ist der Lernprozess sehr aufwändig.

Das erfindungsgemäße Funktionsmodell, das ein Kennlinienmodul und zumindest eines und vorzugsweise mehrere Fehlersimulati- onsmodule umfasst, weist somit bereits von Haus aus eine für die Wägevorrichtung typische Modellstruktur auf, mit der zu mindest die Kennlinie und eine oder mehrere Fehlerursachen abgebildet werden. Hierdurch ist das Anlernen des Funktions modells wesentlich einfacher und schneller als mit einem all gemeinen Funktionsmodell. Bei einfach ausgebildeten Wägevor richtungen hat es sich in der Praxis gezeigt, dass mit eini gen wenigen Referenzbelastungen sowohl die Kennlinienparame ter als auch die Modellparameter zuverlässig bestimmt werden konnten. Bei Wägevorrichtungen zum Wiegen von großen Lasten (z.B. einigen Tonnen) kann es sehr aufwändig sein, eine Viel zahl unterschiedlicher Referenzbelastungen bereitstellen zu können. Mit dem erfindungsgemäßen Funktionsmodell hat es sich gezeigt, dass manchmal einige wenige unterschiedliche Refe renzbelastungen und die Null-Belastung genügen, um das Funk tionsmodell zuverlässig anzulernen. Die Auswerteeinrichtung kann einen Tiefpassfilter zum Filtern eines Temperaturwertes aufweisen, insbesondere eines Tempera turwertes eines Messkörpers einer Wägezelle.

Durch das Filtern mit dem Tiefpassfilter entspricht der ge filterte Wert einem verzögerten Temperaturwert. Dieser verzö gerte Temperaturwert entspricht manchmal besser der tatsäch lichen Temperatur eines Körpers als die gemessene Temperatur, insbesondere, wenn er eine deutlich größere Wärmekapazität als der Temperatursensor hat. Dieser gefilterte Temperatur wert kann bspw. als Temperaturwert für einen Messkörper einer Wägezelle verwendet werden.

Dieser mit dem Tiefpassfilter gefilterte Temperaturwert kann auch zum Berechnen eines Temperaturgradienten verwendet wer den, wobei die Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen Temperaturwert und dem gefilterten Temperaturwert gebildet wird. Ein solcher Temperaturgradient hat z.B. Einfluss auf thermische Verspannungen eines Messkörpers.

Dies ist eine sehr einfache Möglichkeit, welche lediglich ei nen einzigen Temperatursensor benötigt, um einen Gradienten zu bestimmen.

Eine Auswerteeinrichtung und ein solches Verfahren zum Aus werten des Messsignals einer Wägezelle mit einem derart ge filterten Temperaturwert stellt einen eigenständigen Erfin dungsgedanken dar, der auch unabhängig von dem digitalen Funktionsmodell genutzt werden kann, um insbesondere einen Gradienten zu bestimmen und/oder die Ausgabe einer Wägezelle zu korrigieren.

Nach einem weiteren Aspekt ist ein Wägeverfahren mit einer zentralen digitalen Messwertkorrektur vorgesehen, bei dem mit zumindest einer Wägezelle ein Gewichtsmesssignal erfasst wird, das über eine Signal- und/oder Datenleitung an eine zentrale Auswerteeinrichtung übermittelt wird, wobei die zentrale Auswerteeinrichtung mit einer Auswerteeinheit die mit der Wägevorrichtung gemessenen Kraft anhand des Gewichts messsignals bestimmt, und die Auswerteeinrichtung das Gewichtsmesssignal in ein Ge wichtssignal umsetzt, wobei ein digitales Funktionsmodell der Wägevorrichtung verwendet wird, um die Wägevorrichtung mit ihren Fehlerwirkungen zu simulieren und so die Fehler im Ge wichtssignal zu kompensieren.

Durch das Simulieren der Wägevorrichtung mit ihren Fehlerwir kungen können die Fehlerwirkungen im ausgegebenen Gewichts signal kompensiert werden. Dies erlaubt die Verwendung feh lerbehafteter einfacher Wägezellen bzw. einer fehlebehafteten einfachen Wägevorrichtung und trotzdem ist ein präzises Wie gen eines Wägegutes möglich.

Vorzugsweise ist das digitale Funktionsmodell vorab mit einer Lerneinrichtung während eines Lernprozesses angelernt worden, bei dem mittels einer oder mehrerer Referenzbelastungen Refe renz-Messsignale erzeugt worden sind. Hierdurch kann eine Wä gevorrichtung individuell erstellt werden und trotzdem lässt sich auf einfache Arte und Weise zuverlässig und präzise Wä gegut wiegen. Dies erlaubt individuelle örtliche Rahmenbedin gungen zu berücksichtigen und die Verwendung von Kraftaufnah men in unterschiedlichster Form. Durch das Anlernen des digi talen Funktionsmodells an der Wägevorrichtung werden automa tisch die durch die Konstruktion bedingten Fehler der Wäge vorrichtung kompensiert. Die Kombination aus dem modular auf gebauten digitalen Funktionsmodell und dem Anlernen erlaubt eine schnelle und einfache Realisierung individueller Wäge vorrichtungen für unterschiedlichste Anwendungen.

Ein Kennlinienmodul des Funktionsmodells kann zur Simulation das Gewichtsmesssignal in das Gewichtssignal oder umgekehrt wandeln, wobei das Kennlinienmodul Kennlinienparameter aufweist, welche mittels des Lernprozesses vorab bestimmt werden können.

Da mit diesem Verfahren die Kennlinie selbst angelernt wird, ist die Kennlinie einer Wägezelle selbst unbeachtlich. Viel mehr wird die Kennlinie der gesamten Wägevorrichtung ange lernt, womit der Einfluss der weiteren Komponenten der Wäge vorrichtung, wie z.B. Kraftaufnahme, Messkörper, etc. automa tisch mitberücksichtigt werden.

Das Anlernen erfolgt vorzugsweise mit einem Optimierungsver fahren, insbesondere einem iterativen Optimierungsverfahren, in dem die einzelnen Parameter schrittweise optimiert werden.

Ein oder mehrere Fehlersimulationsmodule des digitalen Funk tionsmodells der Wägevorrichtung können jeweils zumindest ei nen bestimmten Messfehler der Wägevorrichtung simulieren, und jedes Fehlersimulationsmodul kann hierzu einen oder mehrere Modellparameter verwenden, welche mittels des Lernprozesseses vorab bestimmt worden sind.

Die einzelnen Aspekte können unabhängig oder auch in Kombina tion angewandt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der

Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Figur 1 einen Teil einer Behälterwaage bei einem Hochofen mit einer Direktwägetechnik,

Figur 2 schematisch den Aufbau einer Wägevorrichtung in ei nem Blockschaltbild,

Figur 3 ein Auswertemodul zum Auswerten der Messsignale, das ein digitales Funktionsmodell aufweist, in ei nem Blockschaltbild, Figur 4 das digitale Funktionsmodell aus Figur 3 mit einem Kennlinienmodul und mehreren Fehlersimulationsmodu len in einem Blockschaltbild,

Figur 5 einen Teil einer Schienenwage in einer schemati schen Darstellung, und

Figur 6 einen Teil einer Drehgestellwaage mit einem Refe renzsystem.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wäge vorrichtung ist eine Gichtbunkerwaage bei einem Hochofen (Fig. 1).

Die Wägevorrichtung weist als Kraftaufnahme einen Behälter 2 zum Aufnehmen einer flüssigen Schmelze auf. Die Wägevorrich tung 1 weist drei Wägezellen 3 auf. Eine jede der drei Wäge zellen 3 ist zwischen dem Behälter 2 und einer Grundplatte 4 angeordnet. Der Behälter 2 wird ausschließlich von den Wäge zellen 3 unterstützt, so dass kein Kraftschluss parallel zu den Wägezellen 3 auftreten kann. Die Grundplatte 4, welche den Untergrund bildet, wird auch als Anschlussstruktur be zeichnet.

Die Wägezellen 3 sind starr mit dem Behälter 2 verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sie an den Behälter 2 geschraubt. Oftmals werden bei Wägevorrichtungen Elastomerla ger zum Koppeln der jeweiligen Wägezelle an die Kraftaufnahme verwendet, um Störkräfte zu entkoppeln und um sicherzustel len, dass der Kraftfluss von der Kraftaufnahme in die Wäge zelle 3 nur in der gewünschten Richtung erfolgt. Solche Elastomerlager sind wartungsintensiv. Zudem sind derartige Elastomerlager hitzeempfindlich und es ist daher schwierig, diese bei einer Wägevorrichtung für Schmelze aus einem Hoch ofen zu verwenden. Die starre Anbindung ist wesentlich war tungsärmer als eine Kopplung mittels Elastomerlager. Jedoch hat die starre Verbindung zwischen den Wägezellen 3 und dem Behälter 2 den Nachteil, dass auch Störkräfte auf die Wägezellen 3 übertragen werden, die die Messung beeinträchti gen können.

Die einzelnen Wägezellen 3 weisen als Sensoren Dehnungsmess streifen (DMS) 5 auf. Die Dehnungsmesstreifen können bei spielsweise in einer Wheatstone'sehen Brücke geschaltet sein.

Die einzelnen Wägezellen 3 weisen eine Ausleseeinrichtung mit einem A/D-Wandler auf, so dass ein digitales Messsignal aus gegeben wird.

Die Wägezellen 3 sind jeweils mit einer Datenleitung 6 mit einer Messsignal-Sammelstation 7 verbunden (Fig. 2). An der Messsignal-Sammelstation 7 werden Messsignale der einzelnen Wägezellen 3 eingelesen und miteinander kombiniert. Im vor liegenden Ausführungsbeispiel werden die Messsignale der drei Wägezellen 3 addiert, da die Messanordnung so ausgebildet ist, dass alle drei Wägezellen grundsätzlich den gleichen An teil der Last messen. Es kann jedoch sein, dass die Hebelver hältnisse, mit welchen die Last an der jeweiligen Wägezelle angreift, sich unterscheiden, so dass die Messsignale der einzelnen Wägezellen mit einem Faktor multipliziert werden müssen, um ein korrektes Gesamtsignal zu erzeugen.

Das von der Messsignal-Sammelstation 7 erzeugte Messsignal S _m( t) wird über eine weitere Datenleitung 8 an eine zentrale Auswerteeinrichtung 9 übermittelt.

Die zentrale Auswerteeinrichtung 9 weist ein digitales Funk tionsmodell 10 der Wägevorrichtung 1 auf (Fig. 3, 4). An ei nem Eingang 11 des digitalen Funktionsmodells liegt ein Sig nal an, das das von der Wägevorrichtung 1 gemessene Gewicht M(t) beschreibt. An einem Ausgang 12 des digitalen Funktions modells 10 wird ein Signal ausgegeben, das ein simuliertes Messsignal sf _m( t) wiedergibt, wobei im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel wird das simulierte Messsignal derart abgeän dert, dass die Fehler der Wägevorrichtung 1 simuliert werden, so dass das simulierte Messsignal ein fehlerbehaftetes Mess signal sf _m( t) ist.

Das Funktionsmodell 10 stellt eine digitale Simulation der Wägevorrichtung 1 dar, wobei beim Anlegen eines vorbestimmten Gewichtes M(t) das simulierte Messsignal sf _m( t) ausgegeben wird.

Optional kann das digitale Funktionsmodell 10 einen oder meh rere Eingänge für Störgrößen aufweisen, welche bei der Simu lation des Messsignals berücksichtigt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel (Figur 3) wird ein Signal, das die Tempe ratur T(t) bei den Wägezellen 3 wiedergibt, als Störgröße in das digitale Funktionsmodell 10 angegeben.

Das digitale Funktionsmodell 10 ist Bestandteil einer Auswer teschleife 14, welche einen Eingang 15 zum Entgegennehmen des Messsignals s _m( t) von der Messsignal-Sammelstation 7 auf weist. Der Eingang 15 ist mit einem Komparator 16 verbunden. Der Komparator 16 ist weiterhin mit dem Ausgang 12 des digi talen Funktionsmodells 10 verbunden und berechnet die Diffe renz zwischen dem gemessenen Messsignal s _m( t) und den vom Funktionsmodell 10 ausgegebenen simulierten fehlerbehafteten Messsignal sf _m( t). Der Komparator 16 gibt ein Differenzsignal As aus, das an einen nachgeschalteten Integrator 17 weiterge leitet wird. Der Integrator 17 integriert das Differenzsignal As und gibt das Gewichtssignal M(t) aus. Der Ausgang des In tegrators 17 ist mit dem Eingang 11 des digitalen Funktions modells 10 verbunden. Weiterhin ist ein Ausgang 18 an der Verbindung zwischen dem Integrator 17 und dem digitalen Funk tionsmodell 10 vorgesehen, der aus der zentralen Auswerteein richtung 9 herausführt und an dem das das Gewicht M(t) be schreibende Signal ausgegeben wird.

Das digitale Funktionsmodell 10 ist, wie es unten näher er läutert wird, derart ausgebildet, dass auf Grundlage des am Eingang anliegenden Gewichtssignals M(t) das fehlerbehaftete Messsignal sf _m( t) erzeugt wird. Mit dem digitalen Funktions modell 10 werden somit die systematischen Fehler der Wägevor richtung 1 simuliert.

Solange eine Differenz zwischen dem gemessenen Messsignal s _m( t) und dem simulierten fehlerbehafteten Messsignal sf _m( t) besteht, weicht das Differenzsignal As von Null ab und durch das Integrieren mittels des Integrators 17 steigt oder fällt der Wert des Gewichtssignals M(t) je nach Vorzeichen des Dif ferenzsignals As. Stimmt das gemessene Messsignal s _m( t) mit dem simulierten fehlerbehafteten Messsignal sf _m( t) überein, dann ist das Differenzsignal As gleich Null, womit das Ge wichtssignal M(t) am Ausgang des Integrators 17 stabil ist. Dieses Gewichtssignal M(t) entspricht dem tatsächlich mit der Wägevorrichtung 1 gemessenen Gewichtes und wird am Ausgang 18 als Gewichtswert ausgegeben.

Die zentrale Auswerteeinrichtung 9 weist weiterhin eine Lerneinrichtung auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Optimierungsmodul 18, einem Datenlogger 19 und ei nem Zweigstellenmodul 20 besteht (Fig. 3). Das Zweigstellen modul 20 ist am Eingang 15 der zentralen Auswerteeinrichtung 9 angeordnet und kann das gemessene Messsignal s _m( t) abzwei- gen und mit einer Datenleitung 21 dem Datenlogger 19 zufüh ren, in dem die gemessenen Messsignale s _m( t) gespeichert wer den. Der Datenlogger 19 ist mit weiteren Datenleitungen 22 und 23 mit dem Ausgang 12 des Funktionsmodells 10 und mit dem Eingang 11 des Funktionsmodells 10 verbunden, um das simu lierte fehlerbehafteten Messsignal sf _m( t) und das Gewichts signal M(t) einzulesen.

Werden Störgrößen erfasst, so werden diese Störgrößen auch synchron mit den Referenzmesssignalen und Gewichtssignalen eingelesen und im Datenlogger 19 abgespeichert.

Weiterhin weist das Optimierungsmodul eine Datenleitung 42 zum digitalen Funktionsmodell 10 auf, um mit einem Optimierungsverfahren ermittelte Parameter an das digitale Funktionsmodell 10 zu übermitteln.

Das digitale Funktionsmodell 10 weist ein Kennlinienmodul 24 auf, das unmittelbar am Eingang 11 des digitalen Funktionsmo dells angeordnet ist (Fig. 4). Das Kennlinienmodul setzt mit einer vorbestimmten Kennlinie, die der Kennlinie der Wägevor richtung 1 entspricht, das Gewichtssignal M(t) in ein vorläu figes erstes Messsignal svl(t) um. Die Kennlinie wird mittels folgender kubischer Funktion approximiert:

Svl = PI * s _m (t) + Pq * (s _m (t)) ² + Pc * (s _m (t)) ³

Diese Funktion weist einen linearen Parameter PI, einen quad ratischen Parameter Pq und einen kubischen Parameter Pc auf. Mit dieser Funktion wird somit der Gewichtswert in ein Mess signal svl umgesetzt, das ein fiktives, im Wesentlichen feh lerfreies Messsignal der Wägevorrichtung 1 ist.

Die Kennlinie wird somit durch eine nicht-lineare Funktion approximiert. Hierdurch werden Nichtlinearitäten der realen Kennlinie korrigiert.

Dem Kennlinienmodul 24 ist ein Fehlersimulationsmodul 25 zum Korrigieren des Kriechens eines Messkörpers nachgeschaltet.

In den Wägezellen 3 sind die Dehnungsmessstreifen 5 an einem Messkörper befestigt, der sich unter einer Belastung ver formt. Die Verformung des Messkörpers wird mittels der Deh nungsmessstreifen 5 gemessen. Hält die Belastung am Messkör per über längere Zeit an, dann verformt sich der Messkörper zunehmend. Dies wird als Kriechen bezeichnet. Das Kriechen wird mit einem Tiefpassfilter simuliert. Zum Berechnen der Auswirkung des Kriechens auf das vorläufige Messsignal svl wird eine Zeitkonstante P _{tau-kriech-mess} für das Kriechen des Messkörpers benötigt. Die Zeitkonstante für das Kriechen P _tau- kriech-mess ist mittels eines Optimierungsverfahrens zu bestim- men. Mit dem Fehlersimulationsmodul 25 für das Kriechen wird das erste vorläufige Signal svl in ein zweites vorläufiges Signal sv2 umgesetzt, wobei das Messsignal entsprechend dem Krie cheffekt an der Wägevorrichtung 1 verändert wird. Das zweite vorläufige Messsignal sv2 ist somit entsprechend verändert worden, wie es in der Wägevorrichtung 1 durch das Kriechen stattfindet .

Das zweite vorläufige Messsignal sv2 wird einem Fehlersimula tionsmodul 26 zum Korrigieren einer Hysterese zugeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Hysterese-Effekt mittels eines Modells simuliert. In der Literatur sind unter schiedliche Modelle zum Simulieren einer Hysterese bekannt, wie z.B. das Dipolmodell (Ähnlichkeit zu magnetischen Dipolen; KÖNIG, Hans Günter. EIGENSCHAFTEN METALLISCHER MESSKÖRPER FÜR DIE WINDKANALMESSTECHNIK. Dissertation; Technische Hochschule Darmstadt, 06/1992), das Preisach-Modell (Summe von elementaren Hystereseoperato ren; F. Preisach: Über die magnetische Nachwirkung. In: Zeit schrift für Physik. Band 94, 1935, S. 277-302), das Dahl-Mo dell (P.R. Dahl Solid friction damping of mechanical vibrati- ons AIAA J., 14 (12) (1976), pp. 1675-1682), das Masing-Modell (Parallelschaltung von elementaren idealen elastisch-plastischen Elementen; GUTZER, Ulrich; DYNAMISCHE IDENTIFIKATION STATISCHER HYSTERESE AM BEISPIEL EINES LEITERSEILS; Dissertation; Technische Universität Darmstadt, 01/1998), das Ähnlichkeitsmodell (rein mathematisches Modell basierend auf die Annahme, dass innere Hystereseschleifen ähnlich zur Einhüllenden verlaufen; KÖLSCH, H. SCHWINGUNGSDÄMPFUNG DURCH STATISCHE HYSTERESE. Reihe 11: Schwingungstechnik; Band 190. Fortschrittberichte VDI; VDI-Verlag, 1993), oder das Lu-Gre-Modell (Slip-stick-basierend Reibungsmodell; Karl Johan Äström, C. Canudas de Wit Revisiting the LuGre Friction Model; Stick-slip motion and rate dependence IEEE Control Systems Magazine, 28 (6) (2008), pp. 101-114).

Bei der Berechnung des Hysterese-Effekts sind bspw. folgende mittels des Optimierungsverfahrens zu ermittelnden Parameter zu berücksichtigen:

- P_hyst - Kraft ab der ein fiktives Reibelement gleitet;

- P_sigma - Federkonstante, einer Feder, welche am fiktiven Reibelement angreift;

- P_alpha, P_beta - Parameter, die die Abweichung von einem linearen Verlauf der Kennlinie definieren.

Die Zusammenstellung der Parameter kann je nach Modell vari ieren.

Das Fehlersimulationsmodul 26 zur Hysterese verändert das vorläufige zweite Messsignal sv2 zu einem vorläufigen dritten Messsignal sv3 entsprechend dem bei der Wägevorrichtung 1 auftretenden Hysterese-Effekt.

Dem Fehlersimulationsmodul 26 für die Hysterese ist ein Feh lersimulationsmodul 27 für das Kriechen der Dehnungsmess streifen 5 nachgeordnet. Das Kriechen der Dehnungsmessstrei fen wird durch einen Tiefpassfilter in Kombination mit einem Korrekturterm, der proportional zur Ableitung nach der Zeit t ist, simuliert. Für die Berechnung werden als ein mit dem Op timierungsverfahren zu ermittelnder Parameter P _ta u kriechDMs für die Zeitkonstante des Kriechens der Dehnungsmessstreifen so wie ein Parameter P _kriechDMS/ der ein kurzzeitiges Überschießen des Messsignals beim Kriechen des Dehnungsmessstreifen be schreibt, benötigt. Mit dem Fehlersimulationsmodul 27 für das Kriechen der Dehnungsmessstreifen 5 wird ein viertes vorläu figes Messsignal sv4 erzeugt.

Das vierte vorläufige Messsignal sv4 wird einem Fehlersimula tionsmodul 28 für eine Nullpunkt-Korrektur zugeführt. Der Nullpunkt ist temperaturabhängig. Am Eingang 13 des digitalen Funktionsmodells 10 liegt das zeitlich veränderbare Tempera tursignal T(t) an. Erfahrungsgemäß ändert sich der Tempera turwert der Temperatursensoren schneller als der Temperatur wert des Messkörpers der Wägezelle 3. Für die Änderung des Nullpunktes ist jedoch die Temperatur des Messkörpers rele vant. Deshalb wird das Temperatursignal T(t) zunächst mit ei nem Tiefpassfilter 29 gefiltert, was einen verzögerten Tempe raturwert Tm(t)ergibt, der der Temperatur des Messkörpers entspricht .

Der Effekt auf das Messsignal aufgrund der Nullpunkt-Abwei- chung wird mit folgender Formel berechnet: sv5 = sv4 + PtkO * (Tm (t)-Tref)), wobei sv5 das fünfte vorläufige Messsignal, Tref eine Refe renztemperatur, bei der keine Abweichung des Nullpunktes vor liegt, und PtkO ein mittels des Optimierungsverfahrens einzu stellender Parameter ist, der die Änderung des Nullpunktes in Abhängigkeit der Abweichung der Temperatur von der Referenz temperatur beschreibt.

Die Messempfindlichkeit der Dehnungsmessstreifen 5 ist tempe raturabhängig, weshalb mittels eines Fehlersimulationsmoduls 30 für die Änderung der Empfindlichkeit der Dehnungsmess streifen das fünfte vorläufige Messsignal sv5 zu einem sechs ten vorläufigen Messsignal sv6 korrigiert wird. Diese Korrek tur erfolgt mit folgender Formel:

Sv6 = sv5 * (1+PtkC * (Tm (t)-Tref)), wobei der mittels des Optimierungsverfahrens zu bestimmende Parameter PtkC die temperaturabhängige Empfindlichkeit der Dehnungsmessstreifen darstellt.

Ein Temperaturgradient führt am Messkörper zu thermischen Spannungen. Die thermischen Spannungen führen zu Verformungen des Messkörpers, welche von den Dehnungsmessstreifen 5 er fasst werden und einen systematischen Messfehler verursachen. Deshalb wird das sechste vorläufige Messsignal sv6 einem wei teren Fehlersimulationsmodul 31 zur Korrektur des Einflusses aufgrund des Temperaturgradienten zugeführt. Bei diesem Feh lersimulationsmodul 31 wird neben dem „verzögerten" Tempera turwert des Messkörpers Tm(t) auch der tatsächlich mit dem Temperatursensor gemessene Temperaturwert T(t) berücksichtigt und die Temperaturdifferenz dieser beiden Temperaturwerte be rechnet. Dieser Temperaturreferenzwert wird mit einem Korrek turparameter Pgradient multipliziert und gemäß folgender For mel zum sechsten vorläufigen Messsignal sv6 addiert, womit das fehlerbehaftete Messsignal S _fm (t) berechnet ist:

S _f m(t) = sv6 + (T(t)-Tm(t)) * Pgradient, womit das am Ausgang des digitalen Funktionsmodells 10 ausge gebene fehlerbehaftete Messsignal erzeugt ist. Die Bestimmung des Gradientenwertes mittels des Tiefpassfilters 29 ist bei Wägevorrichtungen möglich, bei welchen der Wärmefluss immer gleichgerichtet ist. Gibt es einen Wärmefluss in unterschied lichen Richtungen, dann ist es zweckmäßig zwei oder mehrere Temperatursensoren zu verwenden, um hiermit auch die Rich tungien) des Wärmeflusses bestimmen zu können.

Bei der in Figur 1 gezeigten Wägevorrichtung, mit welcher Me tallschmelze an einem Hochofen gewogen wird, gibt es immer einen Wärmefluss in eine Richtung. Bei dieser Wägevorrichtung wird das Funktionsmodell mit allen Fehlersimulationsmodulen 25 - 31 verwendet.

Damit das digitale Funktionsmodell 10 die Wägevorrichtung 1 korrekt wiedergibt, muss es angelernt werden Hierzu wird die Wägevorrichtung mit einem Referenzsignal beaufschlagt. Das Referenzsignal kann beispielsweise durch Auflegen eines Ka librierkörpers mit einem vorbestimmten Gewicht erzeugt wer den. Das Kalibriersignal kann jedoch auch mittels einer mechanischen Krafterzeugungseinrichtung, wie zum Beispiel ei nem Druckstempel und einer Referenz-Wägezelle, die an die Wä gevorrichtung angelegt wird, wobei die Referenz-Wägezelle eine hochpräzise Wägezelle zum Messen des Referenzsignals ist.

Bei einer Wägevorrichtung, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, mit welcher große Mengen an heißer Schmelze gewogen werden sollen, ist es zweckmäßig als Referenzgewichte eine oder meh rere Referenzpfannen mit jeweils einem vorbestimmten Gewicht zu verwenden.

Zentraler Bestandteil der Lerneinrichtung ist das Optimie rungsmodul 18, das mittels des Zweigstellenmoduls 20 und dem Datenlogger 19 die Referenzmesssignale empfangen und im Da tenlogger 19 Zwischenspeichern kann und gleichzeitig die von der Auswerteschleife 14 erzeugten Gewichtssignale M(t) er fasst.

Bei einem Lernverfahren werden zunächst Referenzmesssignale Sm-ref(t) mittels eines oder mehrerer Referenzgewichte oder einer Referenzeinrichtung, wie sie z.B. in Figur 6 gezeigt ist, erzeugt. Die Referenzmesssignale, die Referenzgewichte und ggfs, die Störgrößen werden im Datenlogger 19 gespei chert.

Mit einem Optimierungsverfahren werden am digitalen Funkti onsmodell 10 die einzelnen Parameter P variiert, so dass das/die Referenzgewichte am Eingang 11 des Funktionsmodells 10 angelegt und das hierauf simulierte fehlerbehaftete Mess signal sf _m( t) möglichst in Einklang mit den erfassten gespei cherten Referenzmesssignalen s _m-ref( t) gebracht wird.

Hierdurch kann während des Lernprozesses die Abweichung bzw. der Fehler der simulierten fehlerbehafteten Messsignale sf _m( t) minimiert werden. Mit einem derart optimierten digitalen Funktionsmodell 10 kann mit der Auswerteschleife 14 ein Gewichtssignal M(t) aus dem Gewichtsmesssignal s _m( t) erzeugt werden, das bzgl. der von den einzelnen Fehlersimulationsmodulen simulierten Fehler korrigiert ist. Die Fehlersimulationsmodule könnten deshalb auch als Korrekturmodule bezeichnet werden.

Es gibt unterschiedliche Optimierungsverfahren, mit welchen der Fehler minimiert werden kann. Im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel wurde als Optimierungsverfahren eine Partikel schwarmoptimierung (PSO) in Kombination mit dem Levenberg- Marquardt-Algorithmus angewandt, das ein numerisches Optimie rungsverfahren zur Lösung nicht-linearer Ausgleichs-Probleme mit Hilfe der Methode der kleinsten Quadrate ist.

Weiterhin bieten sich als Optimierungsverfahren Gradienten basierte Verfahren an. Prinzipiell können aber auch nicht- Gradienten-basierte Verfahren zum Einsatz kommen. Zu den Gra- dienten-basierten Verfahren gehören das Gradienten-Abstiegs- verfahren, das Gradienten-Abstiegsverfahren mit Nebenbedin gungen oder das quasi-Newton-Verfahren. Sie erfordern ledig lich ein kleines Auslenken der Steuerparameter der Wägevor richtung um ihren Betriebszustand.

Gradienten-basierte Verfahren haben den Vorteil, dass sie für die Umgebung des Betriebszustandes ein sehr präzises Modell des jeweiligen Systems bereitstellen, das einfach und schnell mit einer Auslenkung eines Steuerparameters ermittelt werden kann.

Nicht-Gradienten-basierte Verfahren sind zum Beispiel das Simplex-Nelder-Mead-Verfahren oder das Verfahren der diffe- renziellen Evolution. Eine Übersicht verschiedener Optimie rungsmethoden ist zum Beispiel in dem Lehrbuch Optimierung von Florian Jarre und Josef Stör (DOI10.1007/978-3-642-18785- 8) gegeben. Unabhängig davon, ob das Optimierungsverfahren ein Gradien- ten-basierte Verfahren oder ein Nicht-Gradienten-basierte Verfahren ist, isst es in der Regel meistens ein iteratives Optimierungsverfahren, das die Parameter schrittweise opti miert.

Wird das Referenzsignal mit einem Druckzylinder erzeugt und mit einer Referenzwägezelle abgenommen, dann kann das Lern verfahren vollautomatisch ausgeführt werden. Werden jedoch manuell unterschiedliche Referenzgewichte aufgelegt, dann ist das Lernverfahren halbautomatisch durchzuführen und an geeig neter Stelle an der zentralen Auswerteeinrichtung 9 jeweils das anliegende Referenzgewicht einzugeben.

Das in Figur 4 gezeigte digitale Funktionsmodell 10 ist spe zifisch auf eine Wägevorrichtung ausgebildet. Grundsätzlich bestünde die Möglichkeit anstelle eines solchen spezifischen Modells ein allgemeines Modell zu verwenden, das beispiels weise durch ein neuronales Netzwerk dargestellt wird. Die Verwendung eines solchen spezifischen Modells benötigt jedoch wesentlich weniger Referenzwerte beim Lernen, wodurch das Lernen wesentlich einfacher und schneller erfolgen kann. In einzelnen Fällen kann es sogar genügen, lediglich die Null- Belastung und eine weitere Referenzbelastung beim Lernen an zulegen, um das digitale Funktionsmodell 10 vollständig zu trainieren .

Beim Lernen werden vorzugsweise synchron alle Messwerte, die entsprechenden Störgrößen und die Referenzbelastungen erfasst und abgespeichert, um für das Optimierungsverfahren zur Ver fügung zu stehen.

Bei obigem Ausführungsbeispiel ist die Lerneinrichtung 18,

19, 20 in der zentralen Auswerteeinrichtung 9 integriert. Grundsätzlich ist es auch möglich, beim Lernprozess zunächst alle Referenzdaten zu erfassen und die Optimierung an einer von der zentralen Auswerteeinrichtung unabhängigen Vorrichtung auszuführen, an welcher eine Kopie der Auswerte schleife 14 vorgehalten wird.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wägevorrichtung 1 ist eine Gleiswaage, welche mehrere Wägezellen 3 entlang zweier Schienen 32 eines Zuggleises aufweist. Figur 5 zeigt schema tisch lediglich einen Ausschnitt einer einzelnen Schiene 32 mit einer schematischen Darstellung der Wägezelle 3. Die Wä gezelle 3 weist drei Dehnungsmessstreifen 33 auf, die mit dem Gleis verklebt sind, wobei sich die Wägezelle 3 im Bereich zwischen zwei Schwellen 34 befindet. Eine solche Wägezelle 3 kann auch mehr als drei Dehnungsmesstreifen 33 aufweisen.

Wird die Schiene 32 im Bereich der Wägezelle 3 belastet, dann verbiegt sich die Schiene 32 und diese Verbiegung wird mit tels der Wägezelle 3 erfasst. Die Schiene 32 dient somit als Messkörper. Diese Wägevorrichtung 1 kann eine Vielzahl von Wägezellen 3 entlang zweier Schienen 32 eines Gleises umfas sen, die beispielsweise über eine Strecke von 20 - 50 m in regelmäßigen Abständen an den Schienen 32 befestigt sind. Hierdurch kann beim langsamen Abfahren des Gleises das Ge wicht eines darauf befindlichen Waggons erfasst werden. Hier bei werden mehrere Gruppen von Wägezellen 3, die eng beiei nander liegend angeordnet sind, jeweils mit einer zentralen Auswerteeinrichtung 9 verbunden, so dass die einzelnen Grup pen von Wägezellen 3 unabhängig voneinander erfasst und aus gewertet werden.

Für diese Gleiswaage kann im Wesentlichen das gleiche Funkti onsmodell des obigen Ausführungsbeispiels, das in Figur 4 ge zeigt ist, verwendet werden. Jedoch sind bei dieser Gleis waage die thermischen Einflüsse nicht eindeutig ausgerichtet, so dass es zweckmäßig ist, zwei oder mehrere Temperatursenso ren vorzusehen, so dass Temperaturgradienten in eine oder mehrere Richtungen eindeutig erfasst werden können.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist eine Wägevorrichtung 1 für Drehgestelle von Zügen. In Figur 6 ist lediglich ein einzelner Abschnitt einer Schiene 35 gezeigt, welcher auf zwei Wägezellen 3 aufliegt. Die Wägezellen 3 sind wiederum auf einer Grundplatte 36 angeordnet. Es gibt keine weitere Verbindungzwischen der Schiene 35 und der Grundplatte 36, so dass es keinen Kraftnebenschluss zu den Wägezellen 3 gibt.

Die Wägezellen 3 sind sowohl mit der Grundplatte 36 als auch mit der Schiene 35 starr verbunden, d.h., sie sind entweder verschraubt oder mit einer Presspassung miteinander verbun den.

Auf diese Wägevorrichtung 1 ist eine Referenzeinrichtung an geordnet, welche einen Druckstempel 37, einen Hydraulikzylin der 38 und eine Referenzwägezelle 39 umfasst. Die Referenzwä- gezelle 39 ist mittels Elastomerlager mit dem Druckstempel 37 und dem Hydraulikzylinder 38 gekoppelt. Der Hydraulikzylinder 38 ist an seinem oberen Ende an eine Stützplatte 40 befes tigt, welche mit Stützstangen 41 mit der Grundplatte 36 ver bunden ist.

Durch Betätigung des Hydraulikzylinders 38 kann auf den Druckstempel 37 eine Kraft ausgeübt werden, welche auf die Schiene 35 übertragen und somit von den Wägezellen 3 detek- tiert wird. Die Referenzwägezelle 39 misst exakt die vom Hyd raulikzylinder 38 ausgeübte Kraft und erzeugt ein Referenz signal.

Mit dieser Referenzeinrichtung können automatisch eine Folge unterschiedlicher Referenzsignale erzeugt, erfasst und zum Optimieren eines digitalen Funktionsmodells 10 verwendet wer den.

Nach dem Lernen der Paramater des digitalen Funktionsmodells wird die Referenzeinrichtung entfernt und die Wägevorrichtung kann zum Wiegen der Drehgestelle verwendet werden.

Derartige Wägevorrichtungen für Drehgestelle sind üblicher weise in Hallen angeordnet, in welchen definierte Temperaturverhältnisse vorliegen. Diese Wägevorrichtung un terliegt somit keinen oder vernachlässigbaren Temperatur schwankungen .

Es hat sich gezeigt, dass diese Wägevorrichtung 1 sehr gut mit einem digitalen Funktionsmodell 10 simuliert werden kann, das lediglich das Kennlinienmodul 24 und das Fehlersimulati onsmodul 26 zum Korrigieren des Hysterese-Effektes aufweist. Alle anderen Fehlersimulationsmodule, welche bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel vorhanden sind, können wegge lassen werden.

Mit dem Kennlinienmodul, das mit einer kubischen Funktion die Kennlinie approximiert, wird einerseits die Umsetzung des Ge- wichtssignals in ein Messsignal bewirkt und andererseits eine Nicht-Linearität der Kennlinie kompensiert.

Mit dem Fehlersimulationsmodul 26 für einen Hysterese-Effekt werden die Hysterese-Effekte, die bei dieser Wägevorrichtung 1 auftreten, sehr gut kompensiert.

Dieses Beispiel zeigt, dass nicht immer alle Fehlersimulati onsmodule des digitalen Funktionsmodells 10 aus Figur 4 zur Simulation einer Wägevorrichtung notwendig sind. Je nachdem, welche Fehlerursachen bei einer Wägevorrichtung vorherrschen, können die entsprechenden Fehlersimulationsmodule gewählt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Feh lersimulationsmodule 25 - 31 individuell zuschaltbar.

Mit einer Referenzeinrichtung, wie sie in Figur 6 gezeigt ist, mit welcher automatisch der Lernprozess ausgeführt wer den kann, kann auch mit einer unterschiedlichen Kombination von Fehlersimulationsmodulen das digitale Funktionsmodell an gelernt werden. Hiermit kann man feststellen, welche Feh lersimulationsmodule tatsächlich für die jeweilige Wägevorrichtung relevant sind, um den Fehler zu minimieren. Ergibt sich bspw., dass ein bestimmtes Fehlersimulationsmodul keine Verbesserung in der Minimierung des Fehlers bewirkt, dann bedeutet dies, dass der von diesem Fehlersimulationsmo dul korrigierte Fehler an der entsprechenden Wägevorrichtung nicht auftritt.

Die Erfindung ist oben beispielhaft anhand mehrerer Beispiele erläutert worden, welche ein Funktionsmodell verwenden, das als Eingangssignal ein Gewichtssignal aufnimmt und als Aus gangssignal ein fehlerbehaftetes simuliertes Messsignal er zeugt. Durch die in Figur 3 gezeigte Auswerteschleife kann mit diesem Funktionsmodell und dem von der Wägevorrichtung 1 erzeugten Messsignal das tatsächliche, korrigierte Gewicht bestimmt werden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, ein digitales Funktionsmo dell vorzusehen, das als Eingang das gemessene Messsignal aufnimmt und als Ausgang einen korrigierten Gewichtswert aus gibt. Die einzelnen Module des digitalen Funktionsmodells ge mäß Figur 4 sind dann entsprechend zu invertieren. Für ein zelne Module ist eine solche Invertierung einfach, für andere kann es jedoch sehr aufwändig sein, weshalb das oben erläu terte nicht-invertierte digitale Funktionsmodell einfacher zu realisieren ist.

Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst wer den:

Die Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung und ein Wägever fahren mit einer zentralen digitalen Messwertkorrektur. Die Wägevorrichtung wird an einer zentralen Auswerteeinrichtung mit einem digitalen Funktionsmodell der Wägevorrichtung simu liert. Mit einer Lerneinrichtung kann das digitale Funktions modell der Wägevorrichtung angelernt werden, so dass Messfeh ler der Wägevorrichtung kompensiert werden. Hierdurch kann man mit sehr einfach ausgebildeten Wägevor richtungen zuverlässig und präzise wiegen.

Beim oben erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Messsignal- sammelstation 7 in der Nähe der Wägezellen 3 angeordnet. Die Messsignalsammelstation ist mit einer Datenleitung 8 mit der zentralen Auswerteeinrichtung 9 verbunden, welche wesentlich länger als die Datenleitungen zwischen den Wägezellen 3 und der Messsignalsammelstation 7 ist. Die Datenleitung 8 kann eine Länge von zumindest 10 m, insbesondere 20 m und insbe sondere 30 m aufweisen.

Die Messsignalsammelstation 7 kann jedoch auch im Rahmen der Erfindung in die zentrale Auswerteeinrichtung 9 integriert sein.

Bezugszeichenliste

1 WägeVorrichtung

2 Behälter

3 Wägezelle

4 Grundplatte

5 Dehnungsmessstreifen

6 Datenleitung

7 Messsignal-Sammelstation

8 Datenleitung

9 Zentrale Auswerteeinrichtung

10 Digitales Funktionsmodell

11 Eingang Funktionsmodell

12 Ausgang Funktionsmodell

13 Eingang Funktionsmodell (Störgröße)

14 Auswerteschleife

15 Eingang der zentralen Auswerteeinrichtung

16 Komparator

17 Integrator

18 Optimierungsmodul

19 Datenlogger

20 Zweigstellenmodul

21 Datenleitung

22 Datenleitung

23 Datenleitung

24 Kennlinienmodul

25 Fehlersimulationsmodul Kriechen des Messkörpers

26 Fehlersimulationsmodul Hysterese

27 Fehlersimulationsmodul Kriechen der DMS

28 FehlerSimulationsmodul Null-Punkt-Korrektur

29 Tiefpassfilter

30 FehlerSimulationsmodul Empfindlichkeit

31 FehlerSimulationsmodul Einflusstemperaturgradient

32 Schiene

33 Befestigungspunkt

34 Schwelle

35 Schiene 36 Grundplatte

37 Druckstempel

38 Hydraulikzylinder

39 Referenzwägezelle 40 Stützplatte

41 Stützstange

42 Datenleitung