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Dokumentenidentifikation DE3743356C2 06.12.1990
Titel Oberschalige elektronische Waage
Anmelder Sartorius AG, 3400 Göttingen, DE
Erfinder Maaz, Günther, Dr., 3418 Uslar, DE;
Stadler, Eberhard;
Wedeken, Udo, Dr., 3400 Göttingen, DE
DE-Anmeldedatum 21.12.1987
DE-Aktenzeichen 3743356
Offenlegungstag 29.06.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.12.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.1990
IPC-Hauptklasse G01G 23/48
IPC-Nebenklasse G01G 21/28   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine oberschalige elektronische Waage mit einem Gehäuse, mit einer Waagschale und mit einem Wägesystem.

Waagen dieser Art sind allgemein bekannt.

Nachteilig an diesen bekannten Ausführungsformen ist, daß die Waagen bei hohen Auflösungen sehr empfindlich gegenüber Temperaturänderungen aus der Umgebung reagieren.

Es ist deshalb in der US-PS 45 48 288 bereits vorgeschlagen worden, das Meßsystem der Waage durch eine wärmeisolierende Schicht von der Umgebung zu isolieren und auf eine Temperatur oberhalb der Zimmertemperatur zu thermostatisieren. Nachteilig daran ist vor allem, daß zur Verbindung von Meßsystem und Waagschale eine Durchführung durch die Wärmeisolierung vorgesehen sein muß, die wegen des Temperaturunterschiedes auf beiden Seiten leicht zu Luftströmungen Anlaß gibt. Weiter ist natürlich nach dem Einschalten der Waage durch das Aufheizen des Meßsystems die Drift besonders groß. Auch der Aufwand der Thermostatisierung ist nachteilig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine oberschalige elektronische Waage der eingangs genannten Art anzugeben, die möglichst unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen aus der Umgebung ist, ohne die Nachteile der Thermostatisierung aufzuweisen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Wägesystem durch Befestigungselemente in geringem Abstand zueinander mit dem Gehäuse und durch weitere Befestigungselemente mit der Waagschale verbunden ist, wobei die großflächige, metallische, gut wärmeleitende Verbindung zwischen den Befestigungsflächen Wägesystem-Gehäuse und Wägesystem-Waagschale durch Einfügen lokal begrenzter Schichten aus wärmeisolierenden Materialien unterbrochen wird, so daß nur stark reduzierte Wärmeflüsse zwischen Gehäuse und Wägesystem und zwischen Waagschale und Wägesystem möglich sind.

Durch die wärmeisolierende Trennschicht zwischen Gehäuse und Wägesystem wird verhindert, daß sich Temperaturänderungen des Gehäuses schnell auf das Wägesystem übertragen; durch den geringen Abstand der Befestigungselemente wird verhindert, daß Temperaturunterschiede zwischen Gehäuse und Wägesystem zu Verspannungen des Wägesystems führen. Durch das wärmeisolierende Material zwischen Waagschale und Wägesystem wird verhindert, daß Temperaturänderungen der Waagschale sich schnell auf das Wägesystem übertragen. Ein langsamer Temperaturausgleich ist aber möglich, so daß das Wägesystem allmählich die jeweilige Umgebungstemperatur annimmt und sich keine großen Temperaturunterschiede einstellen.

Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausgestaltung der Waage im Schnitt mit einem Blockschaltbild der zugehörigen Elektronik,

Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung der Waage im Schnitt,

Fig. 3 eine dritte Ausgestaltung der Waage im Schnitt,

Fig. 4 ein Detail der Waage im Schnitt in einer ersten Ausgestaltung und

Fig. 5 ein Detail der Waage im Schnitt in einer anderen Ausgestaltung.

Die oberschalige elektronische Waage in Fig. 1 besteht aus einem Systemträger 3, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Der Lastaufnehmer 2 überträgt die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein Koppelelement 9 auf den Lastarm des Übersetzungshebels 7. Der Übersetzungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Systemträger 3 gelagert. Am Kompensationsarm des Übersetzungshebels 7 ist ein Spulenkörper mit eine Spule 11 befestigt. Die Spule 11 befindet sich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems 10 und erzeugt die Kompensationskraft. Die Größe des Kompensationsstromes durch die Spule 11 wird dabei in bekannter Weise durch einen Lagensensor 16 und einen Regelverstärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Wägegutes und der elektromagnetisch erzeugten Kompensationskraft herrscht. Der Kompensationsstrom erzeugt an einem Meßwiderstand 15 eine Meßspannung, die einem Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 übernommen und in einer Anzeige 19 digital angezeigt. Diese Teile des Wägesystems der elektronischen Waage sind allgemein bekannt und im vorstehenden daher nur ganz kurz beschrieben.

Der Systemträger 3 weist nun einen Fuß 3&min; auf und ist dort über drei Schrauben 12 am Gehäuse 1 festgeschraubt, wobei durch eine dünne Trennschicht 13 aus wärmeisolierendem Material dafür gesorgt ist, daß der Systemträger 3/3&min; und damit das ganze Wägesystem 2...11 thermisch vom Gehäuse 1 entkoppelt ist. Als wärmeisolierendes Material eignen sich z.B. Pertinax oder Glimmer besonders gut. Der Abstand der drei Schrauben 12 ist dabei klein gegenüber der Größe des Wägesystems 2...11, damit verschiedene Temperaturen des Gehäuses 1 und des Systemträgers 3/3&min; nicht zu Verspannungen des Systemträgers führen. Ein größerer Abstand der Befestigungsschrauben 12 würde nämlich bei Temperaturunterschieden zu größeren relativen Verschiebungen zwischen dem Systemträger und dem Gehäuse führen, die nicht mehr durch die Elastizität der Schraubverbindungen aufgefangen werden könnten. Die Trennschicht 13 unterstützt durch ihre Dicke und ihre Elastizität die mechanische Entkopplung zwischen Systemträger 3/3&min; und Gehäuse 1.

In ähnlicher Weise ist für eine thermische Entkopplung zwischen dem Wägesystem 2...11 und der Waagschale 24 gesorgt: Der Lastaufnehmer 2 des Wägesystems trägt auf seiner Oberseite abnehmbar ein metallisches Formstück 20.

Auf dieses Formstück 20 ist eine runde Platte 21 aus wärmeisolierendem Material mittels Schrauben 22 aufgeschraubt. Auf dieser Platte 21 wiederum liegt die Waagschale 24 auf und zentriert sich durch einen Ring 25 auf der Unterseite. Die Schrauben 22 sind dabei so kurz gehalten, daß sie in der Platte 21 enden und nicht die Waagschale 24 berühren. Als wärmeisolierendes Material für die Platte 21 wird vorzugsweise Pertinax oder ein polymerer Kunststoff eingesetzt.

Vom Gehäuse 1 ist in Fig. 1 nur ein unterer Teil und ein oberer Teil angedeutet, die selbstverständlich in nicht gezeichneter Weise zu einem geschlossenen Ganzen verbunden sind.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausgestaltung der oberschaligen elektronische Waage im Schnitt gezeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet und werden nicht nochmal gesondert erläutert. In dieser Ausgestaltung ist die wärmeisolierende Trennschicht zwischen dem Systemträgerfuß 3&min; und dem unteren Teil des Gehäuses 1 durch drei einzelne Unterlegscheiben 23 aus wärmeisolierendem Material realisiert. Weiter weist diese Ausgestaltung eine Unterschale 27 innerhalb des Gehäuses 1 auf. Diese Unterschale besteht aus einem Metallblech unter das mit den Schrauben 28 eine Platte 26 geschraubt ist. Die Platte 26 aus wärmeisolierendem Material wiederum ist mittels Schrauben 29 am Lastaufnehmer 2 des Wägesystems (2..11) festgeschraubt. Das Metallblech der Unterschale 27 weist Löcher 31 auf, so daß die Köpfe der Schrauben 29 keine thermische Verbindung zum Metallblech 27 erzeugen können. Die Waagschale 34 stützt sich auf elektrisch leitfähigen Pufferelementen 30 ab, die durch Löcher im Oberteil des Gehäuses 1 hindurchragen.

Eine dritte Ausgestaltung der oberschaligen elektronischen Waage ist in Fig. 3 gezeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind wieder mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. In dieser Ausgestaltung sind die Köpfe der Schrauben 12 zusätzlich durch je eine Unterlegscheibe 33 thermisch vom Unterteil des Gehäuses 1 isoliert, so daß der Wärmewiderstand zwischen Gehäuse 1 und Systemträger 3/3&min; noch weiter erhöht ist.

Die Unterschale 35 aus einem Metallblech ist in dieser Ausgestaltung mittels Schrauben 28 an ein Formteil 36 aus wärmeisolierendem Material angeschraubt. Dieses Formteil 36 wiederum ist mittels Schrauben 37 am Lastaufnehmer 2 des Wägesystems (2..11) angeschraubt.

Die im vorstehenden immer als Schrauben gezeichneten und beschriebenen Verbindungselemente können selbstverständlich auch anders realisiert sein, z.B. als Mietverbindungen oder als einrastende Steckverbindungen.

Die Größe des Wärmewiderstandes zwischen Gehäuse und Wägesystem sowie zwischen Waagschale und Wägesystem kann jeweils durch die Dicke und Ausdehnung der wärmeisolierenden Schicht und durch die Art, Größe und Anzahl der Verbindungselemente (z.B. der Schrauben 12) in weiten Grenzen variiert werden.

In manchen Fällen ist es notwendig, die Waagschale elektrisch leitend mit dem Wägesystem und dem Gehäuse zu verbinden. In Fig. 4 ist dafür eine Möglichkeit gezeigt. Die Konstruktion der Unterschale entspricht der in Fig. 2 gezeigten, zusätzlich ist nur eine Folie 38 aus einem leitfähigen Material zwischen die isolierende Platte 26 und je Unterschale 27 gelegt. Da die Köpfe der Schrauben 29 elektrisch leitend mit dem metallischen Lastaufnehmer 2 und damit mit dem gesamten Wägesystem 2...11 verbunden sind, wird durch die leitfähige Folie 38 auch das Metallblech 27 und damit über die Pufferelemente 30 auch die Waagschale 34 elektrisch leitend mit dem Wägesystem verbunden. Je nach Anforderungen kann die Folie 38 eine dünne Metallfolie sein - der elektrische Widerstand ist dann sehr klein - oder eine Folie z.B. aus einem schwach leitfähigen Gummi oder Polymer - der elektrische Widerstand liegt dann im Kiloohm- bis Megohm-Bereich.

Derselbe Effekt läßt sich natürlich auch dadurch erreichen, daß dem wärmeisolierenden Material durch Zugabe eines entsprechenden Füllstoffes eine geringe elektrische Leitfähigkeit gegeben wird.

Eine andere Möglichkeit zeigt Fig. 5: Hier ist unter die Köpfe der Schrauben 28 und 29 je eine Lötöse gelegt und an diesen ein elektrischer Widerstand 39 oder eine Kurzschlußbrücke angelötet.

In entsprechender Weise kann auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 1 und dem Systemträger 3/3&min; hergestellt werden, falls die Befestigungsschrauben 12 - wie im Fall der Fig. 3 - keine elektrische Verbindung ergeben.


Anspruch[de]
  1. 1. Oberschalige elektronische Waage mit einem Gehäuse, mit einer Waagschale und mit einem Wägesvstem, dadurch gekennzeichnet, daß das Wägesystem (2...11) durch Befestigungselemente (12) in geringem Abstand zueinander mit dem Gehäuse (1) und durch weitere Befestigungselemente (22, 28/29, 37/38) mit der Waagschale (24, 27/30/34, 30/34/35) verbunden ist, wobei die großflächige, metallische, gut wärmeleitende Verbindung zwischen den Befestigungsflächen Wägesystem-Gehäuse und Wägesystem- Waagschale durch Einfügen lokal begrenzter Schichten aus wärmeisolierenden Materialien (13, 23, 33; 21, 26, 36) unterbrochen wird, so daß nur stark reduzierte Wärmeflüsse zwischen Gehäuse (1) und Wägesystem (2...11) und zwischen Waagschale (24, 27/30/34, 30/34/35) und Wägesystem (2...11) möglich sind.
  2. 2. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Waagschale (24) eine Platte (21) aus wärmeisolierendem Material und unter der Platte (21) ein metallisches Formstück (20) zur kraftschlüssigen Verbindung mit dem Lastaufnehmer (2) des Wägesystems (2...11) angeordnet ist.
  3. 3. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waagschale (27/30/34, 30/34/35) in eine Oberschale (34) und eine Unterschale (27, 35) unterteilt ist und daß das wärmeisolierende Material (26, 36) zwischen der Unterschale (27, 35) und dem Lastaufnehmer (2) angeordnet ist.
  4. 4. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschale (27) aus einem Metallblech besteht, daß das wärmeisolierende Material als Platte (26) unter die Unterschale (27) geschraubt ist, daß die Platte (26) mittels Schrauben (29) am Lastaufnehmer (2) des Wägesystems (2...11) festgeschraubt ist und daß das Metallblech der Unterschale (27) Löcher (31) aufweist, so daß die Köpfe der Schrauben (29) die Unterschale (27) nicht berühren.
  5. 5. Oberschalige elektronische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschale (35) auf ihrer Unterseite ein Formteil (36) aus wärmeisolierendem Material aufweist, das an den Lastaufnehmer (2) des Wägesystems (2...11) angeschraubt ist.
  6. 6. Oberschalige elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeisolierendes Material (13, 23, 33, 21, 26, 36) Pertinax benutzt ist.
  7. 7. Oberschalige elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeisolierendes Material (13, 23, 33; 21, 26, 36) polymerer Kunststoff benutzt wird.
  8. 8. Oberschalige elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeisolierendes Material (13, 23, 33; 21, 26, 36) Hartgewebe benutzt wird.
  9. 9. Oberschalige elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeisolierendes Material (13, 23, 33) Glimmer benutzt wird.
  10. 10. Oberschalige elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material (21, 26, 36) durch Füllstoffe elektrisch leitend gemacht worden ist.
  11. 11. Oberschalige elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das warmeisolierende Material (21, 26, 36) durch eine elektrisch leitfähige Folie (38) überbrückt ist.
  12. 12. Oberschalige elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material (21, 26, 36) durch einen elektrischen Widerstand (39) überbrückt ist.






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