DE102009055624A1

DE102009055624A1 - Waage

Info

Publication number: DE102009055624A1
Application number: DE102009055624A
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: DE102009055624B4

Abstract

Waage mit einer Waagschale, mit einem Gehäuseunterbau in dem ein die Waagschale tragendes Wägesystem angeordnet ist, dessen die Waagschale tragende Lastaufnahme einen mit dem Gehäuseunterbau verbundenen Wägeraumboden durchdringt, und mit einem eine kühlende und eine wärmende Seite aufweisenden thermoelektrischen Modul, wobei eine in dem Gehäuseunterbau angeordnete Wägeelektronik durch ein wärmeleitendes Schirmteil, das mit der kühlenden Seite des thermoelektrischen Moduls thermisch verbunden ist, mindestens teilweise thermisch abgeschirmt ist, und wobei die wärmende Seite des thermoelektrischen Moduls thermisch vom Gehäuseunterbau isoliert mit einem außerhalb des Gehäuseunterbaus angeordneten Kühlkörper thermisch leitend verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Waage mit einer Waagschale, mit einem Gehäuseunterbau, in dem ein die Waagschale tragendes Wägesystem angeordnet ist, dessen die Waagschale tragende Lastaufnahme einen mit dem Gehäuseunterbau verbundenen Wägeraumboden durchdringt, und mit einem eine kühlende und eine wärmende Seite aufweisenden thermoelektrischen Modul.
Stand der Technik
Insbesondere bei Analysenwaagen bzw. Präzisionswaagen mit hoher Auflösung besteht die Gefahr unerwünschter innerer und äußerer Temperatureinflüsse. Insbesondere nach dem Einschalten der Waage kommt es durch von der Wägeelektronik abgegebener Wärme zu unerwünschten Temperatureinflüssen. Hier wird neuerdings versucht, die Wägeelektronik zu separieren bzw. in getrennten Gehäuse- bzw. Steuerteilen unterzubringen.
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. Zudem wird das Kaltstartverhalten der Waage in Hinblick auf das Wägesystem und seine Elektronik nur wenig verbessert.
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. Der Nachteil, dass das Waagenunterteil beim Einschalten erwärmt, bleibt bestehen.
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, deren Verlustwärme durch eine mit der kalten Seite eines thermoelektrischen Moduls verbundenen Kühlplatte abgeschirmt werden soll. 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.
Aufgabenstellung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Waage, die in ihrem Gehäuseunterbau das Wägesystem sowie ihre Wägeelektronik aufweist, insbesondere in ihrem Kaltstartverhalten zu verbessern und sie gegen innere und äußere Temperatureinflüsse unempfindlicher zu gestalten.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass eine in dem Gehäuseunterbau angeordnete Wägeelektronik durch ein wärmeleitendes Schirmteil, das mit der kühlenden Seite des thermoelektrischen Moduls thermisch verbunden ist, mindestens teilweise vom Gehäuseunterbau thermisch abgeschirmt ist, und dass die wärmende Seite des thermoelektrischen Moduls thermisch vom Gehäuseunterbau isoliert mit einem außerhalb des Gehäuseunterbaus angeordneten Kühlkörper thermisch leitend verbunden ist.
Durch das wärmeleitende Schirmteil wird die von der Wägeelektronik erzeugte Wärme isoliert und nach außen über den Kühlkörper abgeführt. Damit wird zuverlässig erreicht, dass das Wägesystem unempfindlicher gegen die von der Wägeelektronik abgegebene Wärme ist.
Soweit ein Windschutz mit einem geschlossenen Wägeraum vorgesehen ist, wird vermieden, dass die von der Wägeelektronik abgegebene Wärme in den Wägeraum gelangen kann. Damit erübrigt es sich, in einer vertikalen Wand des Wägeraumes einen vorgegebenen Wärmegradienten zu erzeugen. Ohne Wärmeeintrag entstehen im Wägeraum keine unerwünschten Luftströmungen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schirmteil als ein die Wägelektronik mindestens teilweise umschließendes Kühlgehäuse ausgebildet. 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 in den Wägeraum eingebracht werden kann. Das Kühlgehäuse kann dabei auf seiner der Wägeelektronik abgewandten Seite eine thermische Isolationsschicht aufweisen. Grundsätzlich kann eine thermische Isolationsschicht auch auf der Kühlplatte zum Wägeraumboden hin angeordnet sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kühlgehäuse thermisch leitend mit einer parallel zum Wägeraumboden angeordneten Kühlplatte verbunden, die zusammen das Schirmteil bilden. Das Kühlgehäuse und die Kühlplatte sind dabei beide mit dem thermoelektrischen Modul verbunden.
Die Wärmeabschirmung der horizontalen Bodenplatte durch die Kühlplatte stellt sicher, dass es in vertikaler Richtung nicht zu einer ungleichmäßigen Wärmeabschirmung und damit zu einer unterschiedlichen Temperaturverteilung in vertikaler Richtung kommen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kühlplatte an Auflagestellen des Unterbaus durch thermisches Isoliermaterial thermisch von dem Gehäuseunterbau isoliert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der außen liegende Kühlkörper gegenüber dem Gehäuseunterbau durch ein thermisches Isoliermaterial thermisch isoliert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das thermoelektrische Modul als ein Peltier-Element ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere thermoelektrische Module im Gehäuseunterbau angeordnet und mit dem Schirmteil verbunden. Durch die Anordnung mehrerer thermoelektrischer Module bzw. Peltier-Elemente kann die Abschirmleistung des Schirmteiles erhöht werden.
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 ohne Windschutz mit einem die Wägeelektronik umschließenden Kühlgehäuse als Schirmteil,
2: einen schematischen Längsschnitt durch eine Waage mit einem die Wägeelektronik umschließenden Kühlgehäuse als Schirmteil und einem von einem Windschutz umgebenen Wägeraum, und
3: einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere Waage mit Windschutz und mit einem Kühlgehäuse und einer Kühlplatte, die zusammen ein Schirmteil bilden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Waage 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuseunterbau 2, einem Wägesystem 3, einer Wägeelektronik 4 und einer Waagschale 5.
Ein die Waagschale 5 umgebender Wägeraum 6, 6' kann entsprechend 1 seitlich und nach oben offen oder entsprechend den 2 und 3 von einem die Waagschale 5 allseitig umgebender Windschutz 7 umschlossen sein.
In dem Gehäuseunterbau 2 ist das Wägesystem 3 angeordnet, dessen die Waagschale 5 tragender Lastaufnehmer 8 den Wägeraumboden 9 durchdringt. In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 ist der Lastaufnehmer 8 als eine Aufnehmerachse ausgebildet.
Die ebenfalls in dem Gehäuseunterbau 2 angeordnete Wägeelektronik 4 wird gegenüber dem Wägeraumboden 9 und bei Bedarf gegenüber den Seitenwänden des Windschutzes 7 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.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist das Schirmteil 10 der Waage 1, 1' als ein die Wägeelektronik 4 umschließendes Kühlgehäuse 18 ausgebildet. Das Kühlgehäuse 18 weist auf seiner der Wägeelektronik 4 abgewandten Seite eine thermische Isolationsschicht 19 auf.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 ist das 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 thermisch leitend miteinander verbunden. Das Kühlgehäuse 18'' weist auf seiner der Wägeelektronik 4 abgewandten Seite ebenfalls eine thermische Isolationsschicht 19'' auf.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 liegt die Kühlplatte 16 auf das Wägesystem 3 seitlich umgebenden inneren Seitenwänden 20, 21 auf. Zwischen den Auflageflächen der Seitenwände 20, 21 und den korrespondierenden Auflageflächen der Kühlplatte 16 ist zur thermischen Isolierung ein thermisches Isoliermaterial 22 angeordnet.
Das thermoelektrische Modul 11 ist in den Ausführungsbeispielen als ein an sich bekanntes Peltier-Element ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1'': Waage
2: Gehäuseunterbau
3: Wägesystem
4: Wägeelektronik
5: Waagschale
6, 6': Wägeraum
7: Windschutz
8: Lastaufnehmer
9: Wägeraumboden
10, 10'': Schirmteil
11: thermoelektrisches Modul
12: kühlende Seite
13: wärmende Seite
14: Kühlkörper
15: thermisches Isoliermaterial
16: Kühlplatte
17: thermisches Anschlussstück
18, 18'': Kühlgehäuse
19, 19'': thermische Isolierschicht
20: Seitenwand
21: Seitenwand
22: thermisches Isoliermaterial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10031415 A1 [0003, 0005]
EP 1396711 A1 [0005]
JP 2586115 B2 [0007]

Claims

Waage (1, 1', 1'') mit einer Waagschale (5), mit einem Gehäuseunterbau (2) in dem ein die Waagschale (5) tragendes Wägesystem (3) angeordnet ist, dessen die Waagschale (5) tragende Lastaufnahme (8) einen mit dem Gehäuseunterbau (2) verbundenen Wägeraumboden (9) durchdringt, und mit einem eine kühlende und eine wärmende Seite (12, 13) aufweisenden thermoelektrischen Modul (11), 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) thermisch verbunden ist, mindestens teilweise thermisch abgeschirmt ist, und dass die wärmende Seite (13) des thermoelektrischen Moduls (11) thermisch vom Gehäuseunterbau (2) isoliert, mit einem außerhalb des Gehäuseunterbaus (2) angeordneten Kühlkörper (14) thermisch leitend verbunden ist.
Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmteil (10, 10'') als ein die Wägelektronik (4) mindestens teilweise umschließendes Kühlgehäuse (18, 18'') ausgebildet ist.
Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgehäuse (18, 18'') auf seiner der Wägeelektronik (4) abgewandten Seite eine thermische Isolationsschicht (19, 19'') aufweist.
Waage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgehäuse (18'') mit einer parallel zum Wägeraumboden (9) angeordneten Kühlplatte (16) thermisch leitend verbunden ist, die zusammen das Schirmteil (10'') bilden.
Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (16) an Auflagestellen des Unterbaus (2) durch thermisches Isoliermaterial (22) thermisch isoliert ist.
Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der außen liegende Kühlkörper (14) gegenüber dem Gehäuseunterbau (2) durch thermisches Isoliermaterial (15) thermisch isoliert ist.
Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Modul (11) als ein Peltier-Element ausgebildet ist.
Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Waagschale (5) von einem Windschutz (7) umgeben ist, der den Wägeraum (6') umschließt.