DE10025712A1 - Waage mit Überdruckgehäuse - Google Patents
Waage mit ÜberdruckgehäuseInfo
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Abstract
Eine eletronische Waage mit einem unter Überdruck setzbaren Gehäuse (1), beispielsweise für deren Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung, weist einen Einlass (16) für ein Gas, insbesondere Druckluft, auf sowie eine horizontale Durchführung durch das Gehäuse (1) für ein krafteinleitendes Gestänge (6), welches an das Gehänge (12) der Waage angekoppelt ist, wobei das Gehäuse (1) der Waage eine Öffnung (9) für den im Wesentlichen in horizontaler Richtung und berührungsfrei erfolgenden Durchtritt des krafteinleitenden Gestänges (6) durch das Gehäuse (1) besitzt und diese Öffnung (9) einen Auslass für das Gas bildet.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Waage mit einem unter
Überdruck setzbaren Gehäuse, wie sie beispielsweise für den
Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen verwendet wird.
Explosionsgefährdete Bereiche zeichnen sich dadurch aus, dass
sich ihre Atmosphäre aus einem Gemisch aus normaler
Umgebungsluft und Gasen zusammensetzt, die durch Funkenbildung
(z. B. an Schaltern oder Kontaktstellen) oder durch grössere
Wärmeentwicklung zur Entzündung oder gar Explosion gebracht
werden können.
Schutzmassnahmen an elektrischen Betriebsmitteln für deren
Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung sind bekannt und
werden gemäss der vom Hersteller gewählten technischen Lösungen
typisiert, als da sind:
- - Druckfeste Kapselung durch das Gehäuse, das der Explosion eines explosionsfähigen Gemisches im Inneren und deren Druck standhält sowie eine Ausbreitung auf die umgebende Atmosphäre verhindert,
- - Eigensicherheit, bei der die Energie in den Stromkreisen so gering gehalten wird, dass zündfähige Funken, Lichtbögen oder Temperaturen nicht entstehen können.
- - Sandkapslung, bei der durch die Füllung des Gehäuses mit einem feinkörnigen Füllgut erreicht wird, dass ein entstehender Lichtbogen eine das Gehäuse umgebende explosionsfähige Atmosphäre nicht zündet.
- - Überdruckkapselung, bei der das Eindringen einer umgebenden Atmosphäre in das Gehäuse dadurch verringert wird, dass ein Zündschutzgas, insbesondere Druckluft in seinem Inneren unter einem Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre gehalten wird.
Die Anwendung derartiger Schutzmassnahmen für elektronische
Waagen ist beispielsweise in der DE-A-34 37 959 beschrieben, die
die Ausführung des Wägesystems, der elektronischen
Auswerteeinheit und der Anzeigeeinheit in explosionstechnischer
Eigensicherheit vorsieht sowie die Leitungsverbindungen mit
Niederspannung beaufschlagt und eine Unterbringung des Netzteils
in einem separaten Gehäuse vorsieht, wobei dessen stromführende
Leitungen und Steckverbindungen explosionstechnisch eigensicher
aufgebaut sind.
Die EP-A-0 018 656 beschreibt eine handelsübliche Waage, in der
das Wägesystem in ein druckfestes Gehäuse eingeschlossen ist,
wobei der vertikale Durchstoss des Gestänges durch dieses
Gehäuse in einer engen und relativ langen Durchbrechung
berührungsfrei ausgeführt ist.
Für die letztgenannte Massnahme ergibt sich jedoch der Nachteil,
dass im Falle des Auslösens einer Explosion im Gehäuseinneren,
das sich ja ebenfalls unter der explosionsgefährdeten
Atmosphäre, wie die äussere Umgebung, befindet, die Explosion
und deren Druck sich zwar nicht nach aussen verbreiten können,
die Waage jedoch dennoch zerstört werden kann.
Diesem Nachteil kann mit der Methode der Überdruckkapselung
einer Waage begegnet werden, bei der ein ständiger Überdruck von
eingeleitetem Gas, beispielsweise Druckluft, im Inneren des
Gehäuses weitgehend das Eindringen der explosionsgefährdeten
Atmosphäre, die sich ausserhalb des Waagengehäuses befindet,
verhindert.
In der JP-2213730 ist eine Waage mit einem Roberval-
Wägemechanismus beschrieben, die über ein unter Überdruck
setzbares Gehäuse verfügt, wobei das kraftübertragende Gestänge
1 eine horizontale Durchführung durch das Gehäuse der Waage
besitzt. Diese Durchführung ist mit einer balgförmigen
Abdichtung versehen, wobei die Kräfte des internen Drucks sowohl
auf das Innere des lastübertragenden Teils als auch auf die
balgförmige Abdichtung wirken, jedoch die Kraft nach oben und
die nach unten sich gegenseitig aufheben und dadurch
Fluktuationen des Drucks im Inneren keinen Einfluss auf die
gemessenen Werte haben.
Die beschriebene Vorrichtung ist für hochempfindliche Waagen,
wie beispielsweise Präzisions- oder gar Feinwaagen mit
Anforderungen an die Wägegenauigkeit bis in den
Mikrogrammbereich nicht anwendbar, da die balgförmige Abdichtung
ihrerseits Kräfte auf das krafteinleitendes Gestänge - auch mit
vertikaler Komponente - ausübt, was sich insbesondere in
Hysterese-Effekten zwischen zunehmender und abnehmender
Belastung äussert. Im Falle einer Verringerung der Dicke des
Balg-Materials zur Reduktion dieser Kräfte, würde dieser seine
Eigenstabilität verlieren und/oder sich durch den im Innern des
Waagengehäuses herrschenden Überdruck aufblähen. Ausserdem ist
es schwierig, insbesondere im Falle von Temperaturschwankungen,
einen vorgeschriebenen konstanten Innendruck aufrechtzuerhalten.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine elektronische
Waage mit einem unter Überdruck setzbaren Gehäuse so zu
gestalten, dass im Gehäuse eine gewünschte Gaszusammensetzung
erhalten werden kann, ohne das Wägeresultat in unzulässiger
Weise zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Eine elektronische Waage mit einem unter Überdruck setzbaren
Gehäuse, beispielweise für deren Einsatz in
explosionsgefährdeter Umgebung, weist einen Einlass für ein Gas,
insbesondere Druckluft, auf sowie eine horizontale Durchführung
durch das Gehäuse für ein krafteinleitendes Gestänge, welches an
das Gehänge der Waage - dem Zwischenglied zwischen dem
Kraftsensor und dem lastaufnehmenden Teil der Waage -
angekoppelt ist, wobei das Gehäuse der Waage eine Öffnung für
den im Wesentlichen in horizontaler Richtung und berührungsfrei
erfolgenden Durchtritt des krafteinleitenden Gestänges durch das
Gehäuse besitzt und diese Öffnung einen Auslass für das Gas
darstellt.
Dadurch, dass ein kontinuierlicher Strom von Gas durch das
Gehäuse stattfindet, wird eine sich möglicherweise im Laufe der
Zeit aufbauende Vermischung mit der äusseren
explosionsgefährdeten Atmosphäre, insbesondere bei nicht
vollständiger Abdichtung des Gehäuses, verhindert. Die
Aufrechterhaltung einer bestimmten Zusammensetzung der das
Wägemodul umgebenden Gase kann auch aus anderen Gründen
erwünscht sein, z. B., um Korrosion und/oder Alterung zu
verlangsamen oder für den Betrieb in einer Umgebung mit hoher
Staubkonzentration.
Es ist jedoch darauf zu achten, dass der Spalt der Durchführung
um das krafteinleitende Gestänge möglichst klein gehalten wird,
um den Druck im Inneren des Waagengehäuses ohne grösseren
Gasdurchfluss und eventuelle Verwirbelungen in Inneren als
Folge, aufrecht zu erhalten, so dass die mit einer
hochempfindlichen Waage zu erfassenden Gewichtsunterschiede im
Vergleich zu den Kräften, die das zwischen dem Auslass und dem
krafteinleitenden Gestänge strömende Gas auf das
krafteinleitende Gestänge ausübt, klein sind und keine
1 Schwankungen im Wägeresultat hervorrufen. Aus diesem Grund ist
der Querschnitt der Durchtrittsöffnung für das horizontal durch
das Gehäuse tretende krafteinleitende Gestänge oder für ein
horizontales Teilstück des krafteinleitenden Gestänges im
Bereich des Durchtritts darauf abgestimmt, dass einerseits genug
Spiel vorhanden ist für die Vertikalbewegung des Gestänges,
verursacht durch die Gewichtskraft der zu wiegenden Probe beim
Wägevorgang, und andererseits der austretende Gasstrom genügend
gering gehalten wird.
Als vorteilhafte Ausbildung der Erfindung, insbesondere im Falle
von Waagen deren Lastträger sich oberhalb oder unterhalb der
Waage befinden, ist ein Adapterflansch als Teil des Gehäuses
dicht an dieses montierbar vorgesehen, wobei dessen im
Wesentlichen vertikale Seitenwände Öffnungen für den im
Wesentlichen horizontalen Durchtritt des krafteinleitenden
Gestänges aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das
horizontale Teilstück des krafteinleitenden Gestänges über
mindestens die gesamte Breite des Gehänges der Waage und ist an
demselben beidseitig befestigt. In seinem mittleren Bereich
weist es ein Ankoppelstück für die zu wiegende Last auf. Damit
kann eine erhöhte Stabilität für das krafteinleitende Gestänge
erreicht werden.
Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht Mittel
zur Bestimmung des Überdrucks im Inneren des Gehäuses vor, die
über eine angeschlossene Regeleinheit den Gas-Durchlass an einem
Ventil steuern, um einen konstanten Überdruck zu gewährleisten.
Einen konstanten Überdruck im Inneren des Waagengehäuses
aufrechtzuerhalten ist wünschbar, um durch Druckschwankungen
verursachte Strömungsschwankungen zu verringern oder ganz zu
vermeiden, da letztere zu Instabilitäten des Wägeresultats
führen können.
Der Drucksensor kann auch ausserhalb des Waagengehäuses
angebracht sein, beispielsweise in der zuführenden Gasleitung.
In allen Fällen kann als weiterführende Ausgestaltung bei
Auftritt einer Störung, beispielsweise einem Druckabfall im
Inneren des Gehäuses unter einen vordefinierten Grenzwert,
vorgesehen werden, die im Gehäuse eingebauten elektrischen
Betriebsmittel spannungslos zu schalten.
Die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen wird im folgenden
für eine Unterflurwaage anhand der schematisierten Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine vertikal aufgeschnittene Waage mit einem
Überdruckgehäuse, in Seitenansicht;
Fig. 2 den mit X gekennzeichneten Ausschnitt aus Fig. 1, der
den Auslass für ein Schutzgas im Bereich des
horizontalen Durchtritts für das krafteinleitende
5 Gestänge durch das Waagengehäuse im Detail darstellt;
Fig. 3 eine dreidimensionale Darstellung der wesentlichen
Komponenten einer Waage mit Überdruckgehäuse in einer
anderen Ausführungsform des krafteinleitenden
Gestänges;
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des horizontalen
Durchtritts des krafteinleitenden Gestänges durch das
Waagengehäuse, in geschnittener Frontansicht.
Es versteht sich von selbst, dass die Lösung sich auf weitere,
hier nicht näher ausgeführte Waagenkategorien, anwenden lässt.
Das Wägemodul einer unterschaligen Waage - in der Fig. I ist
davon lediglich der Roberval-Mechanismus 3 skizziert - wird
umgeben von einem gegenüber der Umgebung im Wesentlichen
abgedichteten Gehäuse 1, welches an einem Gehäuseboden 2
gasdicht befestigt ist. Mit dem Gehäuse 1, ebenfalls gasdicht,
verbunden ist eine Zufuhrleitung 16 von Gas, insbesondere
Druckluft, wobei der Gasfluss in Richtung des Pfeils erfolgt.
Die zugeführte Druckluft kann über ein Ventil 15 dosiert werden.
Das Gehäuse 3 verfügt weiterhin über eine Öffnung 4 an die ein
5 Drucksensors 5, dicht abschliessend, angeschlossen wird, um den
Druck im Inneren des Gehäuses 1 zu bestimmen. Der Drucksensor 5
kann jedoch auch direkt im Inneren der Waagengehäuses angebracht
sein oder in der Zufuhrleitung 16 für das Gas. Wichtig ist, dass
die Aufrechterhaltung eines Überdrucks gemessen und überwacht
werden kann, damit im Falle einer Störung, beispielsweise einem
Druckabfall unter einen vordefinierten Wert, die im Gehäuse 1
eingebauten elektrischen Betriebsmittel spannungslos geschalten
werden können. Hierfür sowie zur Regelung eines definierten
Überdrucks gegenüber der die Waage umgebenden Atmosphäre ist
eine Regeleinheit 14 angeschlossen, die das Ventil 15 steuert.
Die elektrischen Zuleitungen zum Ventil 15 und dem Drucksensor 5
sind dann entweder in explosionstechnischer Eigensicherung
ausgeführt oder das Ventil 15 und die elektrischen Anschlüsse
zum Drucksensor 5 befinden sich ausserhalb des
explosionsgefährdeten Bereichs. Alternativ können sich aber auch
die Regeleinheit 14 mitsamt dem Drucksensor 5 als Teile der
Waage im Inneren des Waagengehäuses 1 befinden. Ebenso kann die
Regeleinheit 14 vollständig ausserhalb des explosionsgefährdeten
Bereichs angeordnet sein. In einfacher Weise lassen sich der
Drucksensor 5, das Regelsystem 14 und das Ventil 15 auch in
rein pneumatischer Ausführung gestalten bzw. ansteuern, was die
Explosionssicherheit für diese Komponenten dann per se
gewährleistet.
Die Krafteinleitung zur Waage erfolgt am unteren Ende des
Gehäuses. Wie in Fig. 2, die den detaillierten Ausschnitt X von
Fig. 1 darstellt, zu sehen ist, weist der Gehäuseboden 2 eine
Bohrung 17 auf, durch welche das Gestänges 6 zur Krafteinleitung
führt. Die Bohrung 17 wird oben durch einen zylinderförmigen,
oben abgedeckten Adapterflansch 7 abgeschlossen, welcher 2 mit
seinem scheibenförmigen Rand 8 am restlichen Gehäuseboden dicht
befestigt ist. Der Adapterflansch 7 besitzt im Bereich der
vertikal verlaufenden Zylinderwand seitlich eine Öffnung 9 für
den horizontalen Durchtritt des krafteinleitenden Gestänges 6.
Diese Öffnung 9 bildet gleichzeitig den Auslass für die
Druckluft. Der Durchtritt erfolgt berührungsfrei und ist im
wesentlichen zentrisch. In der gezeigten Ausführungsform ist
das Gestänge 6 einstückig ausgebildet und für den horizontalen
Durchtritt durch die, hier kreisförmige, Öffnung 9 s-förmig
gebogen. Das krafteinleitende Gestänge 6 ist in der Darstellung
mit rundem Profil versehen, besitzt jedoch im Bereich seiner
Befestigung am Gehänge 12 ein rechteckiges Profil, was sich für
eine kraftschlüssige Befestigung besser eignet.
Der Durchmesser des zylinderförmigen horizontalen mittleren
Teilbereichs 20 des krafteinleitenden Gestänges 6 ist um wenige
Zehntel Millimeter kleiner als die Durchtrittsöffnung 9. Das
Spiel des horizontalen mittleren Teilbereichs 20 in vertikaler
7 Richtung im Bereich des Durchtritts muss grösser sein, als die
vertikale Bewegung nach unten, verursacht durch die
Gewichtskraft der zu wiegenden Probe. Die Öffnung 9 kann auch
als Oval mit der langen Achse in vertikaler Richtung ausgebildet
sein. Der Spalt der Durchführung um das krafteinleitende
Gestänge 6 muss jedoch insgesamt so klein gehalten werden, dass
der austretende Luftstrom genügend gering gehalten wird, damit
der Druck im Inneren des Waagengehäuses ohne grösseren
Gasdurchfluss und eventuelle Verwirbelungen in Inneren als Folge
aufrecht erhalten werden kann und das Wägeergebnis nicht
verfälscht wird.
Für die in der Fig. 3 gezeigte Ausführungsform, in der das
krafteinleitende Gestänge 6 sich aus mehreren Teilen
zusammensetzt, weist das krafteinleitende Gestänge 6 ein
mittleres Teilstück 10 auf, das an seinem ins Innere des
Waagengehäuses ragenden Ende mit einem vertikalen
Verbindungselement 11 unter Einhaltung eines Winkels von 90°
fest verschraubt ist. Dabei kann das mittlere Teilstück 10 zum
Zwecke der besseren Fixierung im Bereich der Verbindung mit dem
Verbindungselement 11 angefast sein. Das Verbindungselement 11
ist seinerseits mit dem Gehänge 12 der Waage, hier an der Seite
des Gehänges 12, kraftschlüssig verbunden. Am anderen, sich
ausserhalb des Waagengehäuses befindlichen Ende des horizontalen
mittleren Teilstücks 10, ist über ein Verbindungselement 18 eine
feste Verbindung mit dem das Wägegut aufnehmenden, senkrecht
nach unten ragenden Ankoppelstück 13 vorgesehen.
Es ist selbstverständlich, dass der Adapterflansch 7 in einer
anderen als der zylindrischen Form ausgebildet sein kann. Ebenso
kann das Teilstück 10 des krafteinleitenden Gestänges 6 anstatt
eines kreisrunden auch ein rechteckiges, ovales, sechseckiges
oder anderes Profil besitzen. Ein rechteckiges Profil bietet
sich insbesondere dann an, wenn das krafteinleitende Gestänge 6
einstückig gefertigt ist, wobei dann zum Einbringen des
krafteinleitenden Gestänges 6 bei der Montage der Adapterflansch
7 mindestens zweiteilig ausgebildet sein muss.
Eine weitere Ausführungsform, die in Fig. 4 gezeigt ist, sieht
die Verwendung von einem über die gesamte Breite des Gehänges 12
reichenden horizontalen Teilstück 10 des krafteinleitenden
Gestänges 6 vor, wobei dieses an zwei einander
gegenüberliegenden Öffnungen im Adapterflansch 7 durch das
Waagengehäuse hindurchtritt und über jeweilige
Verbindungselemente 11 an seinen beiden Enden kraftschlüssig an
das Gehänge 12 der Waage gekoppelt ist, was dem
krafteinleitenden Gestänge 6 mehr Stabilität verleiht. Die
Befestigung des Ankoppelstücks 13 erfolgt im mittleren Bereich
des horizontalen Teilstücks 10.
Das Prinzip des horizontalen Durchtritts für eine an sich
vertikale Krafteinleitung und des sich im Bereich des
Durchtritts durch die Gehäusewand befindlichen Auslasses für das
Schutzgas, mit welchem das Gehäuse unter Überdruck gehalten
wird, ist nicht beschränkt auf die Unterseite des
Waagengehäuses, sondern ist auch nach oben für oberschalige
Waagen oder seitlich für ober- oder unterschalige Waagen
anwendbar. Dies ist insbesondere auch dadurch möglich, dass das
Ankoppelstück 13 nicht notwendigerweise zentrisch unterhalb des
Gehänges 12 angebracht sein muss.
Claims (11)
1. Elektronische Waage mit einem unter Überdruck setzbaren
Gehäuse (1), insbesondere für den Einsatz in
explosionsgefährdeter Umgebung, mindestens einem Einlass für
ein Schutzgas (16), insbesondere Druckluft, einem
krafteinleitenden Gestänge (6) sowie mindestens einem im
Wesentlichen horizontalen Durchtritt für das
krafteinleitende Gestänge (6) durch die Gehäusewand, dadurch
gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen horizontale
Durchtritt durch mindestens eine Öffnung (9) in der
Gehäusewand berührungsfrei erfolgt und einen Auslass für das
Schutzgas bildet.
2. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Öffnung (9) für den im Wesentlichen horizontalen
Durchtritt des krafteinleitenden Gestänges (6) das gleiche
Profil besitzt, wie das krafteinleitende Gestänge (6) an der
Stelle des Durchtritts und die Gehäusewand dieses eng
umschliesst.
3. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Öffnung (9) für den im Wesentlichen horizontalen
Durchtritt des krafteinleitenden Gestänges (6) in vertikaler
Richtung in ihrem mittleren Bereich so weit im Wesentlichen
rechteckförmig verlängert ist, dass sie grösser ist als die
maximale, durch die vertikale Kraftwirkung der zu wiegenden
Probe verursachte Auslenkung des krafteinleitenden Gestänges
(6).
4. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Adapterflansch (7) als Teil
des Gehäuses (1) dicht mit diesem verbunden ist und in
seinen vorwiegend vertikalen Wänden mindestens eine Öffnung
(9) für den im Wesentlichen horizontalen Durchtritt des
krafteinleitenden Gestänges (6) aufweist.
5. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das krafteinleitende Gestänge
(6) einstückig ausgebildet ist.
6. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das krafteinleitende Gestänge
(6) mehrstückig ausgeführt ist und über mindestens ein
horizontales Teilstück (10) verfügt.
7. Elektronische Waage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das horizontale Teilstück (10) des krafteinleitenden
Gestänges (6) sich über mindestens die gesamte Breite des
Gehänges (12) erstreckt und beidseitig am Gehänge (12)
angekoppelt ist und in seinem mittleren Bereich ein
Ankoppelstück für die zu wiegende Last aufweist.
8. Elektronische Waage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das mindestens eine horizontale
Teilstück (10) über ein Verbindungselement (11)
kraftschlüssig mit dem Gehänge (12) verbunden ist.
9. Elektronische Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (5) vorhanden
ist, der den Überdruck im Inneren des Gehäuses (1) oder in
der Zuleitung (16) für das Schutzgas misst und diesen über
ein angeschlossenes Ventil (15) und eine damit verbundene
elektronische Regeleinheit (14) auf einen vordefinierten
Wert regelt.
10. Elektronische Waage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestimmung und die Regelung des Drucks pneumatisch
erfolgt.
11. Elektronische Waage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Regeleinheit (14) bei einem Abfall des Überdrucks
im Inneren des Gehäuses (1) unter einen vordefinierten
Grenzwert die im Gehäuse (1) eingebauten elektrischen
Betriebsmittel spannungslos schaltet.
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