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Dokumentenidentifikation DE102004053443B3 11.05.2006
Titel Oberschalige Waage mit Windschutz
Anmelder Sartorius AG, 37075 Göttingen, DE
Erfinder Kuhlmann, Otto, 37085 Göttingen, DE;
Müller, Rudolf, 37120 Bovenden, DE
DE-Anmeldedatum 05.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004053443
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.05.2006
IPC-Hauptklasse G01G 21/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G12B 9/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Für eine oberschalige Waage mit einer Waagschale (1) zur Aufnahme des Wägegutes und mit einem die Waagschale (1) umgebenden, nach oben offenen Windschutz (4) wird vorgeschlagen, dass der Nutzbereich (3) der Waagschale (1) und die Innenfläche (5) des Windschutzes (4) wenigstens näherungsweise eine gemeinsame, nach außen ansteigende Fläche bilden und dass Waagschale (1) und Windschutz (4) nur durch einen schmalen Spalt (6) voneinander getrennt sind.
Durch diese aerodynamisch aufeinander abgestimmte Gestaltung von Waagschale und Windschutz lässt sich eine gute Schutzwirkung gegen Windeinflüsse erzielen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine oberschalige Waage mit einer Waagschale zur Aufnahme des Wägegutes und mit einem die Waagschale umgebenden, nach oben offenen Windschutz.

Eine solche Waage ist beispielweise aus der DE 81 04 877 U1 bekannt, der übliche Windschutz hat dabei die Form eines zylindrischen Ringes, der die Waagschale in einigem Abstand umgibt.

Nachteilig an dieser bekannten Bauart ist, dass der zylindrische Ring relativ hoch sein muss, um einen effektiven Schutz gegen Luftströmungen zu erzielen, und dadurch beim Beschicken der Waagschale stört.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer oberschaligen Waage der eingangs genannten Art mit einem niedrigen Windschutz eine gute Schutzwirkung gegen Windeinflüsse zu erzielen und gleichzeitig die Bedienungsfreundlichkeit beim Beschicken der Waagschale – besonders auch für kleine Waagschalen – zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Oberseite der Waagschale und die Innenfläche des Windschutzes wenigstens näherungsweise eine gemeinsame, nach außen ansteigende Fläche bilden und dass Waagschale und Windschutz nur durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt sind.

Die gemäß dem Stand der Technik übliche Bauart mit im Wesentlichen ebener, horizontaler Waagschale und mit vertikaler Windschutzwand, die vom äußeren Rand der Waagschale deutlich beabstandet ist, wird also verlassen und stattdessen werden Waagschale und Windschutz zu einer aerodynamisch als Einheit wirkenden Baugruppe vereint. Bei der bevorzugten rotationssymmetrischen Ausführung von Waagschale und Windschutz bilden die Oberseite der Waagschale und die Innenfläche des Windschutzes zum Beispiel eine gemeinsame Kegelmantelfläche oder eine Kegelstumpffläche oder ein Rotationsparaboloid und sind nur durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt. Luftbewegungen aus der Umgebung werden dabei durch die Innenfläche des Windschutzes in eine Richtung parallel zu dieser Innenfläche geführt und streichen damit auch parallel zur Waagschalenoberfläche über die Waagschale und erzeugen dadurch keine vertikalen Aufprallkräfte wie bei der üblichen Windschutz/Waagschalen-Geometrie. Während die übliche Windschutz/Waagschalen-Geometrie vor allem dadurch wirkt, dass waagerechte Luftströmungen an der Oberkante des Windschutzes durch Wirbelbildung abgebaut und dadurch von der deutlich tiefer liegenden Waagschale ferngehalten werden, bezweckt die vorgeschlagenen Geometrie vor allem, die Luftströmung laminar und rückwirkungsfrei über die Waagschale hinwegzuleiten. Dadurch kann die Höhe des Windschutzes deutlich geringer gehalten werden als beim Windschutz gemäß dem Stand der Technik. Dadurch ist die Zugänglichkeit der Waagschale deutlich verbessert.

Wird die oberschalige Waage zum Wägen von stückigem Wägegut eingesetzt – beispielsweise für Kugellagerkugeln, Tabletten, Diamanten etc. – so hat die vorgeschlagene Geometrie den zusätzlichen Vorteil, dass sie beim Auflegen des Wägegutes eine Zentrierwirkung ergibt. Das Wägegut muss vom Benutzer der Waage nur an eine beliebige Stelle der Waagschale oder der Innenfläche des Windschutzes gelegt werden und rutscht oder rollt auf dieser Fläche ins Zentrum der Waagschale. Die Beschickung einer kleinen Waagschale – zum Beispiel mit 10 mm Durchmesser – mit kleinem Wägegut – zum Beispiel mit 3 mm Durchmesser – wird dadurch wesentlich vereinfacht, da das Wägegut nur irgendwo innerhalb der inneren Windschutzfläche – zum Beispiel mit 30 mm Durchmesser – abgelegt werden muss. Diese Vereinfachung der manuellen Beschickung erlaubt für diesen Spezialfall die Benutzung kleinerer Waagschalen als allgemein üblich, wodurch die Windempfindlichkeit natürlich zusätzlich verringert wird.

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

1 einen Schnitt durch Waagschale und Windschutz in einer beispielhafen Ausgestaltung

2 eine Aufsicht auf eine modifizierte Ausführungsform.

In 1 sind die Waagschale und der Windschutz in einer beispielhaften Ausgestaltung im vertikalen Schnitt gezeigt. Dabei wird bei der Beschreibung immer eine rotationssymmetrische Bauart vorausgesetzt. Dies ist fertigungstechnisch am einfachsten; mit höherem fertigungstechnischen Aufwand sind jedoch auch ovale oder quadratische/rechteckige Bauarten möglich. Die Waagschale 1 dient nur im Nutzbereich 3 bis zur Kante 2 als eigentliche Waagschale zur Aufnahme des Wägegutes. In diesem Nutzbereich 3 hat die Waagschale die Form eines nach außen ansteigenden Kegels (Hohlkegel), wobei die Kegelspitze abgerundet ist, um die Verschmutzungsanfälligkeit zu verringern. Der Windschutz 4 setzt mit seiner Innenfläche 5 die Kegelfläche der Waagschale in etwa fort. Der Neigungswinkel des Kegels gegenüber der Waagerechten beträgt im gezeichneten Beispiel etwa 30°; günstige Werte liegen etwa zwischen 10° und 40°. Die Fläche im Nutzbereich 3 und die Innenfläche 5 des Windschutzes sind für die Funktion als Schutz vor Luftbewegungen wesentlich: Sie bilden wenigstens näherungsweise eine gemeinsame, nur durch den schmalen Spalt 6 unterbrochene Fläche. Dann werden (beispielsweise von links kommende) waagerechte Luftströmungen einigermaßen laminar längs der abfallend geneigten linken Innenfläche 5 des Windschutzes, längs dem Nutzbereich 3 der Waagschale und dann längs der ansteigend geneigten rechten Innenfläche 5 des Windschutzes geführt. Dadurch entstehen im Bereich der Waagschale kaum Turbulenzen, sodass stoßartige und statistisch schwankende vertikale Kräfte auf die Waagschale vermieden werden. Aber auch der Einfluss der waagerechten laminaren Strömungen auf die Waagschale liefert bei richtiger Dimensionierung keine vertikale Kraftkomponente: Die waagerechte laminare Strömung über die Waagschale liefert aufgrund der Bernoullischen Gleichung einen Unterdruck und damit eine nach oben gerichtete Kraft. Demgegenüber ergibt die Richtungsumlenkung der Strömung aufgrund der Krümmung in der Mitte des Nutzbereiches 3 der Waagschale eine nach unten gerichtete Kraft. Beide Kräfte steigen mit dem Quadrat der Luftgeschwindigkeit, sodass bei richtiger geometrischer Dimensionierung eine vollständige Kompensation unabhängig von der Richtung und der Größe der Luftströmung erreichbar ist. – Diese einfache theoretische Abschätzung wird durch die experimentellen Ergebnisse bestätigt, die eine deutliche Verringerung der Luftzugempfindlichkeit bei der vorgeschlagenen Geometrie zeigen. Mit einer Waagschale mit 15 mm Durchmesser des Nutzbereiches 3 wurde beispielsweise eine stabile Auflösung von 0,1 mg erreicht und damit ein Wert, der üblicherweise nur mit einem allseitig geschlossenen Windschutz erreicht wird.

In 1 ist weiter ein Windschutzträger 8 erkennbar, über den der Windschutz 4 am Gehäuse 7 gehalten ist. Die Waagschale 1 stützt sich auf ihrer Unterseite 10 auf einer Scheibe 11 ab. Die Scheibe 11 wiederum ist justierbar mit dem Lastaufnehmer 9 eines (nicht gezeichneten) Wägesystems verbunden. Die Justierung kann einmal in vertikaler Richtung erfolgen, indem die Hülse 13 verschieden tief auf den Lastaufnehmer 9 aufgeschraubt wird. Das Innengewinde der Hülse ist dazu selbstschneidend und selbstsichernd ausgelegt. Die Justierung kann zum anderen auch in seitlicher Richtung erfolgen, indem die Scheibe 11 bei gelockerter Schraube 12 in die richtige Lage geschoben wird und anschließend die Schraube 12 angezogen wird. Die Justierung erfolgt dabei so, dass der Spalt 6 schmal und umlaufend symmetrisch ist und dass der Nutzbereich 3 der Waagschale und die Innenfläche des Windschutzes näherungsweise eine gemeinsame Fläche bilden. Für den Zweck eines guten Schutzes gegen Luftzug ist es dazu natürlich optimal, wenn der Nutzbereich 3 der Waagschale und die Innenfläche des Windschutzes eine gemeinsame Tangente haben und damit genau eine gemeinsame Fläche bilden. – In der Beschreibungseinleitung wurde jedoch schon erwähnt, dass es vorteilhaft ist, wenn man stückiges Wägegut nicht nur direkt auf die Waagschale legen kann, sondern wenn auch auf die Innenfläche 5 des Windschutzes gelegtes Wägegut bis zur Mitte der Waagschale rutscht beziehungsweise rollt. Für diesen Zweck ist es natürlich vorteilhaft, wenn das innere Ende 14 des Windschutzes 4 etwas höher liegt als es der Verlängerung der Fläche des Nutzbereiches 3 der Waagschale entspricht, damit das Wägegut auf jeden Fall über den Spalt 6 hinüberrutscht. Um beide Zwecke ohne wesentliche Abstriche zu erfüllen, ist es daher vorteilhaft, das innere Ende 14 des Windschutzes 0–1 mm höher als die Kante 2 der Waagschale zu platzieren. Der Nutzbereich der Waagschale und die Innenfläche des Windschutzes bilden damit nicht mehr exakt eine gemeinsame Fläche, sondern nur näherungsweise, die Neigung der Flächen auf beiden Seiten des Spaltes 6 ist aber gleich.

Statt der in 1 gezeigten Justierung der Waagschale bei feststehendem Windschutz ist es selbstverständlich alternativ auch möglich, den Windschutz bei feststehender Waagschale zu justieren (nicht gezeichnet).

Weiter ist in 1 dargestellt, dass die Waagschale einen umlaufenden Kragen 15 aufweist. Dadurch wird Staub, Abrieb vom Wägegut oder dergleichen, der eventuell durch den Spalt 6 eindringt, aufgefangen und dringt nicht in das innere der Waage ein. Zusätzlich oder alternativ ist selbstverständlich auch ein Kragen auf der Oberseite des Gehäuses möglich (nicht gezeichnet). Auch eine vorteilhafte Gestaltung des Spaltes 6 zwischen Waagschale und Windschutz ist in 1 erkennbar: Der Spalt erstreckt sich zunächst in waagerechter Richtung radial nach außen, damit möglichst wenig Staub, Abrieb vom Wägegut etc. in den Spalt hineingeraten kann. Erst nach einer gewissen Spaltlänge geht der Spalt in die Vertikale über.

Der Windschutz 4 umgibt die Waagschale 1 normalerweise auf ihrem gesamten Umfang. In 2 ist nun in Aufsicht eine modifizierte Ausführungsform gezeigt, bei der der Windschutz 4' die Waagschale 1 nur teilweise umgibt. Der Windschutz 4' umfasst in diesem Beispiel nur einen Sektor von 300°. In den restlichen 60° umgibt nur der Windschutzträger 8 die Waagschale 1 und man erkennt in 2 dessen inneren Rand 16. Ansonsten sind Waagschale und Windschutz genauso aufgebaut wie in der Ausführungsform gemäß 1. Der vertikale Schnitt in 1 ist gleichzeitig also auch vertikaler Schnitt längs der strichpunktierten Linie A-A in 2. – Diese modifizierte Ausführungsform gemäß 2 ist selbstverständlich bezüglich des Schutzes vor Windströmungen nicht so optimal wie ein 360°-Windschutz. Diesem Nachteil steht der Vorteil gegenüber, dass man innerhalb des freien 60°-Winkelbereiches das Wägegut von der Seite her zum Beispiel mit einer Pinzette fassen und von der Waagschale nehmen kann. Demgegenüber muss man beim 360°-Windschutz das Wägegut sehr viel stärker von oben her fassen. – Je nach den Bedingungen des speziellen Anwendungsfalles wird man also einen 360°-Windschutz oder einen Teilwindschutz wählen und beim Teilwindschutz die Größe des freien Sektors möglichst gering wählen. Der Teilwindschutz 4' liegt dabei vorteilhafterweise drehbar auf dem Windschutzträger 8 auf, damit der freie Sektor in die optimale Richtung gedreht werden kann.

1Waagschale 2Kante der Waagschale 3Nutzbereich der Waagschale 4, 4'Windschutz 5Innenfläche des Windschutzes 6Spalt 7Gehäuse 8Windschutzträger 9Lastaufnehmer des Wägesystems 10Unterseite der Waagschale 11Scheibe 12Schraube 13Hülse 14Inneres Ende des Windschutzes 15Kragen an der Waagschale 16Innerer Rand des Windschutzträgers

Anspruch[de]
  1. Oberschalige Waage mit einer Waagschale (1) zur Aufnahme des Wägegutes und mit einem die Waagschale (1) umgebenden, nach oben offenen Windschutz (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzbereich (3) der Waagschale (1) und die Innenfläche (5) des Windschutzes (4) wenigstens näherungsweise eine gemeinsame, nach außen ansteigende Fläche bilden und dass Waagschale (1) und Windschutz (4) nur durch einen schmalen Spalt (6) voneinander getrennt sind.
  2. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen ansteigende Fläche von Waagschale (1) und Windschutz (4) wenigstens näherungsweise Teil einer Kegelmantelfläche sind.
  3. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen ansteigende Fläche von Waagschale (1) und Windschutz (4) wenigstens näherungsweise Teil einer Kegelstumpffläche sind.
  4. Oberschalige Waage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegel beziehungsweise Kegelstumpf einen Neigungswinkel gegenüber der Waagerechten von 10° bis 40° aufweist.
  5. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen ansteigende Fläche von Waagschale und Windschutz wenigstens näherungsweise Teil eines Rotationsparaboloides sind.
  6. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende (14) des Windschutzes (4) 0–1 mm höher liegt als die äußere Kante (2) der Waagschale (1).
  7. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (5) des Windschutzes (4) an ihrem inneren Ende (14) und der Nutzbereich (3) der Waagschale (1) an seiner äußeren Kante (2) die gleiche Neigung gegenüber der Waagerechten aufweisen.
  8. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Waagschale (1) und der Windschutz (4) gegeneinander justierbar sind.
  9. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schmale Spalt (6) zwischen Waagschale (1) und Windschutz (4) sich in waagerechter Richtung nach außen erstreckt.
  10. Oberschalige Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Windschutz (4') die Waagschale (1) nur auf einem Teil ihres Umfanges umgibt.
  11. Oberschalige Waage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Windschutz (4') drehbar angeordnet ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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