DE102009055622A1

DE102009055622A1 - Waage und Verfahren zum Erzeugen einer Temperaturschichtung

Info

Publication number: DE102009055622A1
Application number: DE102009055622A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Laubstein; Heyko Holst; Herbert Rink; Heinrich Feldotte; Christian Schrader; Erich Dr. Bettwieser
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius Lab Instruments GmbH and Co KG
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: DE102009055622B4

Abstract

Waage und Verfahren zum Erzeugen einer Temperaturschichtung in vertikaler Richtung mit einem eine Waagschale allseitig umgebenden Windschutz der einen Wägeraum umschließt, mit einem Gehäuseunterbau, in dem ein die Waagschale tragendes Wägesystem angeordnet ist, dessen die Waagschale tragende Lastaufnahme den mit dem Gehäuseunterbau verbundenen Wägeraumboden durchdringt, und mit mindestens einem eine kühlende und eine wärmende Seite aufweisenden thermoelektrischen Modul dessen kühlende Seite in thermisch leitender Verbindung mit dem Wägeraumboden steht, wobei dem Wägeraum in vertikaler Richtung unten über den Wägeraumboden Wärme entziehbar und in vertikaler Richtung oben Wärme aus einer Wärmequelle zuführbar ist, wobei die wärmende Seite des thermoelektrischen Moduls mit einem außerhalb des Gehäuseunterbaus angeordneten Kühlkörper thermisch leitend verbunden ist und wobei der Kühlkörper mit einem Wärmerohr verbunden ist, dessen zweites Ende mit der Decke des Wägeraumes verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Waage mit einem eine Waagschale allseitig umgebenden Windschutz, der einen Wägeraum umschließt, mit einem Gehäuseunterbau in dem ein die Waagschale tragendes Wägesystem angeordnet ist, dessen die Waagschale tragende Lastaufnahme den mit dem Gehäuseunterbau verbundenen Wägeraumboden durchdringt, und mit mindestens einem eine kühlende und eine wärmende Seite aufweisenden thermoelektrischen Modul, dessen kühlende Seite in thermisch leitender Verbindung mit dem Wägeraumboden steht, wobei dem Wägeraum in vertikaler Richtung unten über den Wägeraumboden Wärme entziehbar und in vertikaler Richtung oben Wärme aus einer Wärmequelle zuführbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erzeugen einer Temperaturschichtung in vertikaler Richtung in einem Wägeraum einer Waage, der von einem eine Waagschale allseitig umgebenden Windschutz umschlossen wird, wobei dem Wägeraum in vertikaler Richtung unten über ein thermoelektrisches Modul, dessen kühlende Seite in thermisch leitender Verbindung mit dem Wägeraumboden steht, Wärme entzogen wird und in vertikaler Richtung oben Wärme aus einer Wärmequelle zugeführt wird.
Stand der Technik
Insbesondere bei Analysenwaagen bzw. Präzisionswaagen mit hoher Auflösung besteht die Gefahr, dass durch die im Unterbau der Waage durch elektronische Bauelemente erzeugte Verlustwärme die Luft im unteren Bereich des Wägeraumes warmer ist als die Luft im oberen Bereich. Solche Luftschichtungen sind jedoch instabil und unerwünscht.
Aus der DE 100 31 415 A1 ist eine Analysenwaage mit einem Waagengehäuse bekannt, das aus einem Unterbau und einem hinteren Gehäuseoberteil besteht. Die Waage weist einen eine Waagschale allseitig umgebenen Windschutz auf, der einen Wägeraum umschließt, dessen Bodenfläche vom Unterbau des Waagengehäuses und dessen Rückwand vom hinteren Gehäuseoberteil des Waagengehäuses gebildet wird und dessen weitere Begrenzungsflächen durch zumindest teilweise bewegliche Wandelemente gebildet werden. Um im Wägeraum eine stabile Luftschichtung zu erzielen, wird dabei vorgeschlagen, thermoelektrische Hilfsmittel mit einer heizenden und einer kühlenden Seite einzusetzen. So wird beispielsweise zur Heizung einer Rohrwand ein Peltier-Element eingesetzt. Während das heizende Ende des Peltier-Elementes mit der Rohrwand wärmeleitend verbunden ist, ist das kühlende Ende mit dem unteren Wägeraumboden verbunden und kühlt damit den unteren Bereich des Wägeraumes.
Dies ermöglicht zwar eine relativ kurze Einstellzeit der Luftströmung innerhalb des vom Windschutz umgebenen Wägeraumes, bedingt aber weiterhin eine instabile Luftschichtung mit konvektiver Strömung im Wägeraum.
Weiterhin ist aus der EP 1 396 711 A1 eine Waage mit einer Vorrichtung zur Wärmeabfuhr bekannt. Auch diese Waage beruht auf dem aus der DE 100 31 415 A1 bekannten Prinzip, in einer vertikalen Wand des Wägeraumes einen Temperaturgradienten auszubilden, wobei die Temperatur dieser Wand von unten nach oben zunehmen soll. Bei dieser Waage ist der Unterbau als eine Bodenplatte ausgebildet, während das die Waagschale tragende Wägesystem nebst Wägeelektronik in einem hinteren Gehäuseoberteil angeordnet ist. Die kalte Seite des thermoelektrischen Moduls steht dabei mit einem tragenden Teil der Waage in Kontakt, wobei die warme Seite des thermoelektrischen Moduls nach außen weist.
Auch bei dieser bekannten Waage wird dem Fachmann die Lehre erteilt, in einer vertikalen Wandung einen Temperaturgradienten zu erzeugen. Auch hier kann es zu einer instabilen Luftschichtung mit konvektiver Strömung im Wägeraum kommen.
Schließlich ist aus der JP 2586115 B2 eine Waage bekannt, bei der in einem oberhalb eines Gehäuseunterbaus angeordnetem hinteren Gehäuseoberteil, das an eine Rückwand des Wägeraumes angrenzt, im oberen Bereich eine Wägeelektronik angeordnet ist. Die Verlustwärme der Wägeelektronik soll durch eine mit der kalten Seite eines thermoelektrischen Moduls verbundenen Kühlplatte abgeschirmt werden. Problematisch dabei ist, dass die Kühlplatte sich entlang der Trennwand bzw. Seitenwand des Wägeraumes bis unterhalb des Wägeraumbodens erstrecken soll. Die Anordnung des thermoelektrischen Moduls im oberen Bereich birgt jedoch die Gefahr einer instabilen Temperaturschichtung der sich im Wägeraum befindlichen Luft, bei welcher die kalte Luft eher oben angeordnet ist und die warme Luft sich in einer unteren Schicht befindet, was zu einer Konvektionsströmung führen kann, die es gerade zu verhindern gilt.
Die bekannten Verfahren zum Erzeugen einer Temperaturschichtung in vertikaler Richtung in einem Wägeraum einer Waage, der von einem eine Waagschale allseitig umgebenden Windschutz umschlossen wird, weisen den Nachteil auf, dass trotz Einbringen und Entzug von Wärme eine instabile Luftschichtung mit konvektiver Strömung im Wägeraum entstehen kann.
Aufgabenstellung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Waage, die in ihrem Gehäuseunterbau das Wägesystem sowie ihre Wägeelektronik aufweist, so zu verbessern, dass im geschlossenen Wägeraum keine unerwünschte Luftströmung entsteht.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren zum Erzeugen einer Temperaturschichtung in vertikaler Richtung in einem Wägeraum so zu verbessern, dass im geschlossenen Wägeraum keine unerwünschte Luftströmung entsteht.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die wärmende Seite des thermoelektrischen Moduls mit einem außerhalb des Gehäuseunterbaus angeordneten Kühlkörper thermisch leitend verbunden ist und dass der Kühlkörper mit einem Wärmerohr thermisch leitend verbunden ist, dessen zweites Ende mit der Decke des Wägeraumes verbunden ist
Mit dem Wärmerohr, dem Fachmann auch als Heat pipe bekannt, kann ein genau einkalibrierter Teil der Wärme des Kühlkörpers bzw. der warmen Seite des thermoelektrischen Elements seitlich isoliert nach oben zur Decke geführt werden, die bevorzugt wärmeleitend ausgebildet ist. Das in vertikaler Richtung oben mit der Decke verbundene Ende wirkt dabei in Bezug auf den Wägeraum als „oben” angeordnete Wärmequelle. Als Wärmerohr im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ganz allgemein eine gut wärmeleitende Verbindung verstanden, die bis auf ihre endseitigen Wärmeankupplungsstellen in horizontaler bzw. seitlicher Richtung, also quer zu ihrer Längsausdehnung, wärmeisolierend ausgebildet ist.
Da das beispielsweise als Peltier-Element ausgebildete thermoelektrische Element beispielsweise die doppelte Überschusswärme erzeugt, wie die Wärme, die gepumpt wird, hat das untere Ende des Wärmerohres eine höhere Temperatur als der Wägeraumboden. Das Wärmerohr transportiert Wärme nach oben, sofern das Peltier-Element aktiv ist. Dabei erhöht sich die obere Temperatur und der Wärmetransportprozess des Wärmerohres wird dadurch weniger effizient. Der Wärmetransportprozess ist in diesem Sinne in der Tendenz selbstregulierend.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Kühlkörper und dem ersten Ende des Wärmerohres ein zweites thermoelektrisches Modul angeordnet, wobei die kühlende Seite des zweiten thermoelektrischen Moduls mit dem Kühlkörper und die wärmende Seite des zweiten thermoelektrischen Moduls mit dem ersten Ende des Wärmerohrs verbunden ist.
Das zweite thermoelektrische Modul kann geregelt Wärme vom heißen Kühlkörper in das Wärmerohr, also die Wärmeübertragungsleitung, pumpen. Sollte bereits ohne Anliegen einer Spannung an dem zweiten thermoelektrischen Modul zu viel Wärme in das Wärmerohr eingetragen werden, kann durch Umpolen der Spannung am zweiten thermoelektrischen Modul die Richtung des Wärmeflusses geändert werden. Dadurch ist eine hohe Flexibilität gegeben, die insbesondere im Hinblick auf eine kürzere Reaktionsgeschwindigkeit von Vorteil ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Ende des Wärmerohres direkt mit der wärmenden Seite des thermoelektrischen Moduls verbunden, während am zweiten Ende des Wärmerohres ein Kühlkörper angeordnet ist.
Vom unteren Ende der des Wärmerohres wird hinter dem thermoelektrischen Element die Wärme gegenüber der Umgebung gut isoliert nach oben abgeleitet. Ein geringer Teil des nach oben geleiteten Wärmeflusses wird über die Wärmeleitung in den Wägeraum eingetragen während der größere Teil über den Kühlkörper nach außen abgeführt wird. Durch die Auslegung der Konstruktion (Querschnitte, Ankopplung, Materialien) ist das Verhältnis der Wärmeflüsse „nach innen”/„nach außen” festgelegt.
Durch die Anordnung des Kühlkörpers am oberen bzw. zweiten Ende des Wärmerohres entfällt das Hochströmen einer relativ zur Umgebungstemperatur erwärmten Luft an der Rückwand des Wägeraumes. Solche konvektiv bewegte Luft kann undefiniert Wärmeenergie über die seitlichen Glaswände in den Wägeraum eintragen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Wägeraum in vertikaler Richtung oben ein erster Temperatursensor und in vertikaler Richtung unten ein zweiter Temperatursensor angeordnet, wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die mit den Temperatursensoren in Verbindung steht und über die mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls in Abhängigkeit von der aus den Werten des ersten und des zweiten Temperatursensors gemittelten Innenraumtemperatur regelbar ist.
Durch die Anordnung sowohl des Wägesystems als auch der Wägeelektronik im Gehäuseunterbau ist sowohl ein Wärmeeintrag in den Wägeraum als auch ein Wärmeentzug bzw. eine Kühlung über den Wägeraumboden leichter kontrollierbar. Die Anordnung der beiden Temperatursensoren im Wägeraum ermöglicht eine bessere Kontrolle des Wärmeeintrags und der Kühlung bzw. des Wärmeentzugs über die Bodenplatte. Insbesondere ist es möglich, den Gesamtwärmeeintrag auf Null zu setzen, was eine konvektive Strömung im Wägeraum weitgehend verhindert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist außerhalb des Wägeraumes zur Messung der Außentemperatur ein dritter Wärmesensor, der ebenfalls mit der Regeleinrichtung verbunden ist, angeordnet, wobei über die Regeleinrichtung mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls in Abhängigkeit von der gemittelten Innenraumtemperatur und der Außentemperatur regelbar ist.
Dadurch ist es insbesondere möglich, die gemittelte Temperatur im Wägeraum auf der Außentemperatur zu halten. Dies ist vor allem beim Öffnen des Windschutzes von Vorteil, da Temperaturgradienten zwischen dem Wägeraum und Außenraum keine zusätzliche Luftbewegung verursachen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine in dem Gehäuseunterbau angeordnete Wägeelektronik durch ein wärmeleitendes Schirmteil, das mit der kühlenden Seite des thermoelektrischen Moduls und mit dem Wägeraumboden thermisch verbunden ist, mindestens teilweise thermisch abgeschirmt. Die wärmende Seite des thermoelektrischen Moduls ist – thermisch vom Gehäuseunterbau isoliert – mit dem außerhalb des Gehäuseunterbaus angeordneten Kühlkörper thermisch leitend verbunden.
Durch das Schirmteil wird zuverlässig vermieden, dass von der Wägeelektronik erzeugte Verlustwärme unkontrolliert von dem Gehäuseunterteil in den Wägeraum eintritt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schirmteil als eine parallel zum Wägeraumboden angeordnete Kühlplatte ausgebildet, die mit dem Wägeraumboden in thermischen Kontakt steht.
Dabei kann die Kühlplatte mit einem die Wägeelektronik mindestens teilweise umschließenden Kühlgehäuse thermisch leitend verbunden sein, die zusammen das Schirmteil bilden.
Das Kühlgehäuse und die Kühlplatte sind dabei beide mit dem thermoelektrischen Element verbunden.
Durch das die Wägeelektronik umschließende Kühlgehäuse wird zum einen das Wägesystem vor der von der Wägeelektronik erzeugten Wärme geschützt und zum anderen kann die von der Wägeelektronik erzeugte Wärme nicht weiter in den Gehäuseunterbau eintreten, so dass über den Wägeraumboden keine Wärme unkontrolliert in den Wägeraum eingebracht wird.
Das Kühlgehäuse kann dabei auf seiner der Wägeelektronik abgewandten Seite eine thermische Isolationsschicht aufweisen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das thermoelektrische Modul als ein Peltier-Element ausgebildet. Dabei können mehrere thermoelektrische Module im Gehäuseunterbau angeordnet und mit dem Schirmteil verbunden sein. Durch die Anordnung mehrerer thermoelektrischer Module bzw. Peltier-Elemente kann die Kühlleistung des Schirmteiles erhöht werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Wägeraum in vertikaler Richtung oben eine den Wägeraum abschließende Decke aus einem wärmeleitenden Material auf. Die Decke kann aber auch zumindest teilweise mit einer wärmeleitenden Schicht beschichtet sein.
Dadurch wird zum einen die Wärmeeinkopplung erleichtert und zum anderen wird eine gleichmäßige horizontale Verteilung der eingekoppelten Wärme sichergestellt.
Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 11 dadurch gelöst, dass in dem Wägeraum in vertikaler Richtung oben mit einem ersten Temperatursensor ein erster Temperaturwert und in vertikaler Richtung unten mit einem zweiten Temperatursensor ein zweiter Temperaturwert ermittelt und einer Regeleinrichtung zugeführt wird, und dass über die Regeleinrichtung mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls in Abhängigkeit von den Werten des ersten und des zweiten Temperatursensors geregelt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der Wärmeeintrag und der Wärmeentzug gleich groß geregelt wobei der Gesamtwärmeeintrag in dem Wägeraum Null ergeben soll.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird außerhalb des Wägeraumes mit einem dritten Temperatursensor zur Messung der Außentemperatur ein dritter Temperaturwert ermittelt und der Regeleinrichtung zugeführt, wobei über die Regeleinrichtung mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls in Abhängigkeit von der aus den Werten des ersten und des zweiten Temperatursensors gemittelten Innenraumtemperatur und der von dem dritten Sensor ermittelten Außentemperatur geregelt wird.
Dadurch ist es insbesondere möglich, die gemittelte Temperatur im Wägeraum entsprechend der Außentemperatur zu regeln, was die oben beschriebenen Vorteile aufweist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Leistungsregelung mit dem Ziel, den ersten Temperaturwert größer einzustellen als den zweiten Temperaturwert und den aus dem ersten und zweiten Temperaturwert gemittelten mittleren Temperaturwert dem dritten Temperaturwert, der der Außentemperatur entspricht, gleichzusetzen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1: einen schematischen Längsschnitt einer Waage mit einem Wärmerohr als Verbindung zwischen einem Kühlkörper der warmen Seite eines thermoelektrischen Elements und einer wärmeleitenden Decke des Wägeraumes und einer den Wägeraumboden kontaktierenden Kühlplatte als Schirmteil der Wägeelektronik,
2: einen schematischen Längsschnitt einer weiteren Waage mit einem Wärmerohr als Verbindung zwischen einem Kühlkörper der warmen Seite eines thermoelektrischen Elements und einer wärmeleitenden Decke des Wägeraumes und einer den Wägeraumboden kontaktierenden Kühlplatte in Verbindung mit einem die Wägeelektronik umschließenden Kühlgehäuse die zusammen ein Schirmteil bilden,
3: einen schematischen Längsschnitt einer weiteren Waage mit einem Wärmerohr ohne Darstellung des Wägesystems mit durch Pfeile angedeuteter Wärmeflussrichtung,
4: einen schematischen Längsschnitt einer weiteren Waage mit einem Wärmerohr und einem zwischen Wärmerohr und Kühlkörper angeordneten zweiten thermoelektrischen Modul ohne Darstellung des Wägesystems und
5: einen schematischen Längsschnitt einer weiteren Waage mit einem Wärmerohr und einem am oberen Ende des Wärmerohres angeordneten Kühlkörper ohne Darstellung des Wägesystems.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Waage 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuseunterbau 2, einem Wägesystem 3, einer Wägeelektronik 4, einer Waagschale 5 und einem Wägeraum 6.
Ein die Waagschale 5 allseitig umgebender Windschutz 7 umschließt den Wägeraum 6.
In dem Gehäuseunterbau 2 ist das Wägesystem 3 angeordnet, dessen die Waagschale 5 tragender Lastaufnehmer 8 den Wägeraumboden 9 durchdringt. Im Ausführungsbeispiel ist der Lastaufnehmer 8 als eine Aufnehmerachse ausgebildet.
Die ebenfalls in dem Gehäuseunterbau 2 angeordnete Wägeelektronik 4 wird gegenüber dem Wägeraumboden 9 und den Seitenwänden des Windschutzes durch ein Schirmteil 10 thermisch isoliert.
Ein thermoelektrisches Modul 11 weist eine kalte bzw. kühlende Seite 12 und eine warme bzw. wärmende Seite 13 auf. Die wärmende Seite 13 ist thermisch mit einem außerhalb des Gehäuseunterbaus 2 angeordneten Kühlkörper 14 verbunden. Der Kühlkörper 14 ist gegenüber dem Gehäuseunterbau 2 durch ein thermisches Isoliermaterial 15 thermisch isoliert.
Entsprechend den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 ist der Kühlkörper 14 jeweils mit einem ersten in vertikaler Richtung unteren Ende 25 eines Wärmerohres 26 verbunden, dessen zweites in vertikaler Richtung oberes Ende 27 mit der Decke 23 des Wägeraumes 6 jeweils über eine Wärmeankupplungsstelle 28 verbunden ist. Die wärmende Seite 13 des thermoelektrischen Moduls 11 bildet über den Kühlkörper 14 eine Wärmequelle 29 zur Erwärmung des oberen Bereichs des Wägeraumes 6.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 4 ist zwischen dem Kühlkörper 14 und dem ersten Ende 25 des Wärmerohres 26 ein zweites thermoelektrisches Modul 31 angeordnet, dessen dem ersten Ende 25 zugewandte wärmende Seite 34 eine zweite Wärmequelle 33 bildet.
Eine Wärmeübertragung zum Wägeraum 6 erfolgt somit lediglich an der in vertikaler Richtung oben angeordneten Wärmeankupplungsstelle 28.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 5 ist das erste Ende (25) des Wärmerohres (26) direkt mit der wärmenden Seite (13) des thermoelektrischen Moduls (11) verbunden, während am zweiten Ende (27) des Wärmerohres (26) ein Kühlkörper (32) angeordnet ist.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 ist das Schirmteil 10 als eine etwa parallel zum Wägeraumboden 9 angeordnete Kühlplatte 16 ausgebildet, die thermisch leitend mit dem Wägeraumboden 9 verbunden ist. An ihrem dem thermoelektrischen Modul 11 zugewandten Ende ist die Kühlplatte 16 über ein thermisches Anschlussstück 17 mit der kühlenden Seite 12 des thermoelektrischen Moduls 11 verbunden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 ist ein die Wägeelektronik 4' umschließendes Kühlgehäuse 18 der Waage 1' mit der parallel zum Wägeraumboden 9 angeordneten Kühlplatte 16' verbunden, die zusammen das Schirmteil 10' bilden. Die Kühlplatte 16' und das Kühlgehäuse 18 sind über mindestens ein thermisches Anschlussstück 17' miteinander verbunden. Das Kühlgehäuse 18 weist auf seiner der Wägeelektronik 4 abgewandten Seite eine thermische Isolationsschicht 24 auf.
Das thermoelektrische Modul 11 ist in den Ausführungsbeispielen als ein an sich bekanntes Peltier-Element ausgebildet.
Im Wägeraum 6 ist in vertikaler Richtung oben in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 jeweils ein erster Temperatursensor 19 und in vertikaler Richtung unten ein zweiter Temperatursensor 20 angeordnet. Außerhalb des Wägeraumes 6 ist zur Messung der Außentemperatur ein dritter Temperatursensor 21 angeordnet. Die Temperatursensoren 19, 20, 21 stehen mit einer Regeleinrichtung 22 in Verbindung, die Teil der Wägeelektronik 4, 4' ist oder zumindest mit der Wägeelektronik 4, 4' in Verbindung steht.
Das thermoelektrische Modul 11, 31 steht ebenfalls mit der Regeleinrichtung 22 in Verbindung und ist von dieser regelbar.
Entsprechend den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 weist der Wägeraum 6 in vertikaler Richtung oben eine den Wägeraum 6 abschließende Decke 23 aus einem wärmeleitenden Material auf, die mit dem Wärmerohr in thermisch leitender Verbindung steht.
In den 3 bis 5 ist die Wärmeflussrichtung 30 jeweils durch Pfeile angedeutet.
Zum Erzeugen einer Temperaturschichtung in vertikaler Richtung nach oben wird dem Wägeraum 6 in vertikaler Richtung unten über den Wägeraumboden 9, die Kühlplatte 16, 16' und das thermoelektrisches Modul 11 Wärme entzogen, während in vertikaler Richtung oben Wärme aus der Wärmequelle 29, 33 zugeführt wird.
Dabei wird in dem Wägeraum 6 in vertikaler Richtung oben mit einem ersten Temperatursensor 19 ein erster Temperaturwert und in vertikaler Richtung unten mit einem zweiten Temperatursensor 20 ein zweiter Temperaturwert ermittelt und einer Regeleinrichtung 22 zugeführt.
Über die Regeleinrichtung kann mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls 11 in Abhängigkeit von den Werten des ersten Temperatursensors 19 und des zweiten Temperatursensors 20 geregelt werden.
Der Wärmeeintrag und der Wärmeentzug können gleich groß geregelt werden, so dass der Gesamtwärmeeintrag in den Wägeraum 6 Null ergibt.
Außerhalb des Wägeraumes 6 wird mit dem dritten Temperatursensor 21 zur Messung der Außentemperatur ein dritter Temperaturwert ermittelt und der Regeleinrichtung 22 zugeführt. Über die Regeleinrichtung 22 wird mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls 11 in Abhängigkeit von der aus den Werten des ersten und des zweiten Temperatursensors 19, 20 gemittelten Innenraumtemperatur und der von dem dritten Sensor 21 ermittelten Außentemperatur geregelt.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Leistung der Wärmequelle 24, in Abhängigkeit von der aus den Werten des ersten und des zweiten Temperatursensors 19, 20 gemittelten Innenraumtemperatur und der von dem dritten Sensor 21 ermittelten Außentemperatur geregelt.
Die Leistungsregelung erfolgt mit dem Ziel,

– den ersten Temperaturwert größer einzustellen als den zweiten Temperaturwert und
– den aus dem ersten und zweiten Temperaturwert gemittelten mittleren Temperaturwert dem dritten Temperaturwert, der der Außentemperatur entspricht, gleichzusetzen.

Bezugszeichenliste

1: Waage
2: Gehäuseunterbau
3: Wägesystem
4, 4': Wägeelektronik
5: Waagschale
6: Wägeraum
7: Windschutz
8: Lastaufnehmer
9: Wägeraumboden
10, 10': Schirmteil
11: thermoelektrisches Modul
12: kühlende Seite
13: wärmende Seite
14: Kühlkörper
15: Isoliermaterial
16, 16': Kühlplatte
17, 17': thermisches Anschlussstück
18: Kühlgehäuse
19: erster Temperatursensor
20: zweiter Temperatursensor
21: dritter Temperatursensor
22: Regeleinrichtung
23: Decke
24: thermische Isolationsschicht
25: erstes Ende
26: Wärmerohr
27: zweites Ende
28: Wärmeankupplungsstelle
29: erste Wärmequelle
30: Wärmeflussrichtung
31: zweites thermoelektrisches Modul
32: zweiter Kühlkörper
33: zweite Wärmequelle
34: wärmende Seite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10031415 A1 [0004, 0006]
EP 1396711 A1 [0006]
JP 2586115 B2 [0008]

Claims

Waage (1, 1') mit einem eine Waagschale (5) allseitig umgebenden Windschutz (7), der einen Wägeraum (6) umschließt, mit einem Gehäuseunterbau (2) in dem ein die Waagschale (5) tragendes Wägesystem (3) angeordnet ist, dessen die Waagschale (5) tragende Lastaufnahme (8) den mit dem Gehäuseunterbau (2) verbundenen Wägeraumboden (9) durchdringt, und mit mindestens einem eine kühlende Seite (12) und eine wärmende Seite (13) aufweisenden thermoelektrischen Modul (11), dessen kühlende Seite (12) in thermisch leitender Verbindung mit dem Wägeraumboden (9) steht, wobei dem Wägeraum (6) in vertikaler Richtung unten über den Wägeraumboden (9) Wärme entziehbar und in vertikaler Richtung oben Wärme aus einer Wärmequelle (29, 33) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmende Seite (13) des thermoelektrischen Moduls (11) mit einem außerhalb des Gehäuseunterbaus (2) angeordneten Kühlkörper (14, 32) thermisch leitend verbunden ist und dass der Kühlkörper (14, 32) mit einem Wärmerohr (26) thermisch leitend verbunden ist, dessen zweites Ende (27) mit der Decke (23) des Wägeraumes (6) verbunden ist.
Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kühlkörper (14) und dem ersten Ende (25) des Wärmerohres (26) ein zweites thermoelektrisches Modul (31) angeordnet ist und dass die kühlende Seite des zweiten thermoelektrischen Moduls (31) mit dem Kühlkörper (14) und die wärmende Seite des zweiten thermoelektrischen Moduls (31) mit dem ersten Ende (25) des Wärmerohrs (26) verbunden ist.
Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (25) des Wärmerohres (26) direkt mit der wärmenden Seite (13) des thermoelektrischen Moduls (11) verbunden ist, während am zweiten Ende (27) des Wärmerohres (26) ein Kühlkörper (32) angeordnet ist.
Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Wägeraum (6) in vertikaler Richtung oben ein erster Temperatursensor (19) und in vertikaler Richtung unten ein zweiter Temperatursensor (20) angeordnet ist, und dass eine Regeleinrichtung (22) vorgesehen ist, die mit den Temperatursensoren (19, 20) in Verbindung steht und über die mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls (11) in Abhängigkeit von der aus den Werten des ersten (19) und des zweiten Temperatursensors (20) gemittelten Innenraumtemperatur regelbar ist.
Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Wägeraumes (6) zur Messung der Außentemperatur ein dritter Wärmesensor (21), der ebenfalls mit der Regeleinrichtung (22) verbunden ist, angeordnet ist, und dass über die Regeleinrichtung (22) mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls (11) in Abhängigkeit von der gemittelten Innenraumtemperatur und der Außentemperatur regelbar ist.
Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine in dem Gehäuseunterbau (2) angeordnete Wägeelektronik (4) durch ein wärmeleitendes Schirmteil (10, 10'), das mit der kühlenden Seite (12) des thermoelektrischen Moduls (11) und mit dem Wägeraumboden (9) thermisch verbunden ist, mindestens teilweise thermisch abgeschirmt ist, und dass die wärmende Seite (13) des thermoelektrischen Moduls (11) thermisch vom Gehäuseunterbau (2) isoliert mit dem Kühlkörper (14) thermisch leitend verbunden ist.
Waage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmteil (10, 10') als eine parallel zum Wägeraumboden (9) angeordnete Kühlplatte (16, 16') ausgebildet ist, die mit dem Wägeraumboden (9) in thermischen Kontakt steht.
Waage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (16, 16') mit einem die Wägeelektronik (4') mindestens teilweise umschließenden Kühlgehäuse (18) thermisch leitend verbunden ist, die zusammen das Schirmteil (10') bilden.
Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Modul (11) als ein Peltier-Element ausgebildet ist.
Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wägeraum (6) in vertikaler Richtung nach oben eine den Wägeraum (6) abschließende Decke (23) aus einem wärmeleitenden Material aufweist oder eine Decke (23) aufweist, die mindestens teilweise mit einer wärmeleitenden Schicht beschichtet ist.
Verfahren zum Erzeugen einer Temperaturschichtung in vertikaler Richtung in einem Wägeraum (6) einer Waage (1, 1'), der von einem eine Waagschale (5) allseitig umgebenden Windschutz (7) umschlossen wird, wobei dem Wägeraum (6) in vertikaler Richtung unten über ein thermoelektrisches Modul (11), dessen kühlende Seite in thermisch leitender Verbindung mit dem Wägeraumboden (9) steht, Wärme entzogen wird und in vertikaler Richtung oben Wärme aus einer Wärmequelle (29, 33) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wägeraum (6) in vertikaler Richtung oben mit einem ersten Temperatursensor (19) ein erster Temperaturwert und in vertikaler Richtung unten mit einem zweiten Temperatursensor (20) ein zweiter Temperaturwert ermittelt und einer Regeleinrichtung (22) zugeführt wird, und dass über die Regeleinrichtung (22) mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls (11) in Abhängigkeit von den Werten des ersten (19) und des zweiten Temperatursensors (20) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeeintrag und der Wärmeentzug gleich groß geregelt werden und der Gesamtwärmeeintrag in dem Wägeraum (6) Null ergibt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Wägeraumes (6) mit einem dritten Temperatursensor (21) zur Messung der Außentemperatur ein dritter Temperaturwert ermittelt und der Regeleinrichtung (22) zugeführt wird, und dass über die Regeleinrichtung (22) mindestens die Leistung des thermoelektrischen Moduls (11) in Abhängigkeit von der aus den Werten des ersten (19) und des zweiten Temperatursensors (20) gemittelten Innenraumtemperatur und der von dem dritten Sensor (21) ermittelten Außentemperatur geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsregelung mit dem Ziel erfolgt, – den ersten Temperaturwert größer einzustellen als den zweiten Temperaturwert und – den aus dem ersten und zweiten Temperaturwert gemittelten mittleren Temperaturwert dem dritten Temperaturwert, der der Außentemperatur entspricht, gleichzusetzen.