| JP61191926 | LOAD DETECTOR |
| WO/2010/132291 | LOAD CELL AND SYSTEM FOR MEASURING FORCES BASED ON OPTICAL SPECTRA SHIFTS |
| WO/2008/144913 | PALLET WITH SCALE |
SCHERER, Ralf (Dahlheimer Strasse 14, Mainz, 55128, DE)
SCHMITTNER, Arno (Hundrückstrasse 42, Roßdorf, 64830, DE)
SCHERER, Ralf (Dahlheimer Strasse 14, Mainz, 55128, DE)
| Patentansprüche 1. Wägezelle, vorzugsweise für eine aseptische Plattformwaage, die stabförmig ausgebildet ist und aus einem Krafteinleitungs - (1) und einem Kraftausleitungselement (2) und einem axial dazwischen angeordneten Kraftmesselement besteht, wobei das Kraftmesselement einem Biegebalken (3) aufweist, dessen innenliegende Messfederteile (12) mit den darauf applizierten Dehnungsmessstreifen durch verschweißte Metallteile (4, 5, 6) hermetisch dicht vergeschlossen sind und die zu messende Kraft F quer zur Längsachse (9) einleitbar ist, wobei das Krafteinleitungselement (1), das Kraftmesselement (3) und das Kraftausleitungselement (2) entlang einer Längsachse (9) weitgehend rotationssymmetrisch und abgerundet ausgebildet sind und dass das Kraftmesselement (3) aus einer biegesteifen Rohrhülse (4) mit den darin angeordneten Biegebalken (3) besteht, wobei die Enden des Biegebalkens (3) mit quer zur Längsachse (9) ausgerichteten Ringelementen (5, 6) verbunden sind, die an ihrem radialen Randbereich mit der Rohrhülse (4) verschweißt sind, wobei die Ringelemente (5, 6) konzentrisch umlaufende biegeweiche Membranen (7, 8) enthalten, die die Rohrhülse (4) kraftnebenschlussfrei mit dem Biegebalken (3) und dem Krafteinleitungselement (1) und dem Kraftausleitungselement (2) nach der Patentanmeldung DE 10 2008 064 169.3-53 verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Biegebalkens (3) eine Überlastsicherung (15) vorgesehen ist, die in einer Aussparung (11) des Mittelteils (14) einen axialen Überlastbalken (20) mit einem Anschlagkopf (23) umfasst, der in einen erweiterten Aussparungsteil (24) eines Endes (28, 29) des Biegebalkens (3) hineinragt, wobei der erweiterte Aussparungsteil (24) mindestens mit einer Bohrung (25) versehen ist, bei der ein Teil der Querschnittsfläche der Bohrung (25) sich im Ende (28, 29) des Biegebalkens (3) und ein anderer Teil der Querschnittsfläche in den Anschlagkopf (23) erstreckt, und in die ein Passstift fixiert ist, der einen definierten Spalt (27) zum Ende des Biegebalkens (3) belässt. Wägezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegebalken als Doppelbiegebalken (3) ausgebildet ist, der einen quaderförmigen Mittelteil (14) enthält, in dem eine Aussparung (11) vorgesehen ist, die zwei horizontale parallele Stege (12) bildet, an denen die Dehnungsmessstreifen appliziert sind. Wägezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlastbalken (20) horizontal zwischen den beiden Stegen (12) angeordnet ist und dass in dem erweiterten Aussparungsteil (24) horizontal übereinander zwei Bohrungen (25) für jeweils einen Passstift (26) zwischen ,dem Anschlagkopf (23) und dem Ende (28) des beweglichen Biegebalkens (3) eingebracht sind, wobei ein Passstift (26) dem beweglichen Teil des Biegebalkens (3) nach oben und der andere Passstift (26) den Biegebalken (3) nach unten begrenzt . Wägezelle, vorzugsweise für eine aseptische Plattformwaage, die stabförmig ausgebildet ist und aus einem Krafteinleitungs - (1) und einem Kraftausleitungselement (2) und einem axial dazwischen angeordneten Kraftmesselement besteht, wobei das Kraftmesselement einem Biegebalken (3) aufweist, dessen innenliegende Messfederteile (12) mit den darauf applizierten Dehnungsmessstreifen durch verschweißte Metallteile (4, 5, 6) hermetisch dicht vergeschlossen sind und die zu messende Kraft F quer zur Längsachse (9) einleitbar ist, wobei das Krafteinleitungselement (1), das Kraftmesselement (3) und das Kraftausleitungselement (2) entlang einer Längsachse (9) weitgehend rotationssymmetrisch und abgerundet ausgebildet sind und dass das Kraftmesselement (3) aus einer biegesteifen Rohrhülse (4) mit den darin angeordneten Biegebalken (3) besteht, wobei die Enden des Biegebalkens (3) mit quer zur Längsachse (9) ausgerichteten Ringelementen (5, 6) verbunden sind, die an ihrem radialen Randbereich mit der Rohrhülse (4) verschweißt sind, wobei die Ringelemente (5, 6) konzentrisch umlaufende biegeweiche Membranen (7, 8) enthalten, die die Rohrhülse (4) kraftnebenschlussfrei mit dem Biegebalken (3) und dem Krafteinleitungselement (1) und dem Kraftausleitungselement (2) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stirnfläche (17) des Krafteinleitungs- (1) oder des Kraftausleitungselements (2) insbesondere zur Befestigung einer Wägeplattform oder eines Waagengestells als Befestigungsteil (30) mindestens eine horizontale Gewindebohrung (19) und an mindestens zwei definierten Stellen der Stirnfläche (17) zusätzlich horizontale Zentrierbohrungen (36) angebracht sind, die von mindestens einer konzentrischen Nut (31, 33) umgeben sind, in die zur Abdichtung eines Befestigungsspalts zwischen der Stirnfläche (17) und des Befestigungsteils (30) mindestens ein O-Ring (32, 34) eingelegt ist. Wägezelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine konzentrische äußere Nut (31) am äußeren Rand der Strinfläche (17) und eine innere Nut (33) dazu koaxial auf einer innenliegenden Fläche der Stirnfläche (17) anordnet ist . Biegebalken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass das entlang der Längsachse (9) angeordnete Krafteinleitungselement (1) und das anschließend um ein erstes Verbindungsstück (16) angeordnete erste Ringelement (5) sowie der damit verbundene Biegebalken (3) mit dem Überlastbalken (20) und das daran anschließende zweite Verbindungsstück (13) mit dem daran angeordneten zweiten Ringelement (6) und das damit verbundene Kraftausleitungselement (2) einstückig ausgebildet ist. Wägezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Ringelemente (5, 6) um die zentral angeordneten Verbindungsstücke (13, 16) scheibenförmig ausgebildet sind und auf mindestens einem konzentrisch umlaufenden Ringflächenteil (7, 8) konzentrisch so verjüngt sind, dass sie jeweils eine biegeweiche Membran bilden. Wägezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringflächenseiten, die zum Biegebalken (3) gerichtet sind, eine konkav umlaufende Vertiefung (7, 8) aufweisen und dass die zu dem Krafteinleitungselement (1) und dem Kraftausleitungselement (2) gerichteten Ringflächenseiten plan ausgebildet sind. Wägezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass die äussere Oberfläche der Wägezelle außerhalb der Stirnfläche (17, 20) nur abgerundete Flächenteile aufweist, die eine glatte Oberfläche von geringer Rauhigkeit besitzt. |
Die Erfindung betrifft eine Wägezelle, vorzugsweise für eine aseptische Platt formwaage, die stabförmig ausgebildet ist und aus einem Krafteinleitungs - (1) und einem
Kraftausleitungselement (2) und einem axial dazwischen
angeordneten Kraftmesselement besteht, wobei das
Kraftmesselement einem Biegebalken (3) aufweist, dessen innenliegende Messfederteile (12) mit den darauf applizierten Dehnungsmessstreifen durch verschweißte Metallteile (4, 5, 6) hermetisch dicht vergeschlossen sind und die zu messende Kraft F quer zur Längsachse (9) einleitbar ist, wobei das
Krafteinleitungselement (1), das Kraftmesselement (3) und das Kraftausleitungselement (2) entlang einer Längsachse (9) weitgehend rotationssymmetrisch und abgerundet ausgebildet sind und dass das Kraftmesselement (3) aus einer biegesteifen Rohrhülse (4) mit den darin angeordneten Biegebalken (3) besteht, wobei die Enden des Biegebalkens (3) mit quer zur Längsachse (9) ausgerichteten Ringelementen (5, 6) verbunden sind, die an ihrem radialen Randbereich mit der Rohrhülse (4) verschweißt sind, wobei die Ringelemente (5, 6) konzentrisch umlaufende biegeweiche Membranen (7, 8) enthalten, die die Rohrhülse (4) kraftnebenschlussfrei mit dem Biegebalken (3) und dem Krafteinleitungselement (1) und dem
Kraftausleitungselement (2) verbindet, nach der Hauptanmeldung DE 10 2008 064 169.3-53.
Wägezellen sind Sonderformen der Kraftaufnehmer und zum Aufbau von Wägevorrichtungen vorgesehen. Derartige Wägevorrichtungen werden häufig auch bei der Lebensmittelversorgung eingesetzt, so dass sie oft besonderen Hygienevorschriften genügen müssen. Deshalb ist es auch bei den dort verwendeten Wägezellen notwendig, dass diese so aufgebaut sind, dass sich an ihren Oberflächen kein Schmutz und keine Lebensmittelreste dauerhaft ansammeln kann oder zumindest leicht entfernbar sein muss.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Desweiteren befinden sich an derartigen Wägezellen häufig waagerechte Flächen, Spalten und Vertiefungen, die kaum zugänglich sind und deshalb nur schwer gereinigt werden können, wo sich dann leicht Bakterien, Viren und Pilze
festsetzen. Deshalb ist es beim Einsatz von Wägezellen in vielen Bereichen der chemischen, pharmazeutischen,
kosmetischen und Lebensmittelindustrie notwenig, dass diese leicht zu reinigen sind und möglichst keine
Oberflächenbereiche aufweisen, auf denen sich Schmutz,
Lebensmittelreste, Chemikalien, Bakterien, Viren und Pilze festsetzen, eindringen oder bilden können.
Ein hermetisch dichter Messgrössenaufnehmer , der eine
Wägezelle darstellt, ist aus der DE 10 2004 047 508 B3 bekannt, der als horizontal einbaubarer Biegebalken
ausgebildet ist. Dieser Biegebalken besteht aus einem
Krafteinleitungs- und einem Kraftaufnahmeteil, zwischen denen ein Kraftmesselement angeordnet ist. Dabei besteht das
Kraftmesselement aus einer vertikalen Biegefeder, die durch zwei gegenläufige horizontale Querbohrungen im mittleren
Biegebalkenteil hergestellt wurde und an der beidseitig
Dehnungsmessstreifen als Scherkraftaufnehmer appliziert sind, die bei einer Gewichtsbelastung ein proportionales
elektrisches Signal erzeugen. Zur hermetischen Abdichtung sind dabei in den Bohrungen napfförmige metallische Blechteile eingeschweißt, die die empfindlichen elektrischen Messelemente hermetisch dicht verschließen. Dadurch wird hauptsächlich verhindert, dass Feuchtigkeit und andere korrodierende
Schmutzpartikel mit den empfindlichen Messelementen in
Berührung kommen, so dass eine langlebige Wägezelle geschaffen wurde. Diese Wägezelle ist zwar stabförmig und mit weitgehend flachen Aussenflächen ausgestattet, wobei sich aber
insbesondere auf der horizontal verlaufenden Deckfläche
Lebensmittel- oder Flüssigkeitsreste absetzen können, die in Verbindung mit Feuchtigkeit zur Vermehrung von Bakterien oder Viren neigen. Desweiteren könnten auch in den napfförmigen Vertiefungen Schmutz- und Lebensmittelbestandteile anhaften, die nur schwer zu reinigen sind, und in denen sich Pilze und Bakterien bilden könnten. Deshalb ist eine derartige auch hermetisch abgedichtete Wägezelle in aseptischen Bereichen nach einschlägigen Hygienevorschriften oft nicht einsetzbar.
Aus der DE 37 1 5 572 AI ist eine Wägezelle für eine
elektromechanische Plattformwaage bekannt, die im wesentlichen aus einem zylindrischen Rundstab besteht, von dem zumindest rieselfähige Lebensmittel und Flüssigkeiten mittels
Schwerkraft ablaufen würden. Dabei ist eine Seite des
Biegestabes mittels zweier Schrauben am Waagengehäuse
befestigt, während das gegenüberliegende Ende als abgeflachter Rundstab mit der Wägeplattform in Verbindung steht, wobei die Gewichtskraft quer zur Längsrichtung einleitbar ist.
Allerdings dürften bei dieser Wägezelle auf der Oberfläche des Biegestabes zur Erzeugung der elektrischen Messsignale die Dehnungsmessstreifen appliziert sein, so dass eine derartige Wägezelle nicht mit wässrigen Reinigungsmitteln gesäubert werden kann und deshalb in der Lebensmittelindustrie oder in aseptischen Bereichen nicht immer einsetzbar ist.
Eine weitere Wägezelle mit zylinderförmigem horizontal
angeordneten Gehäuse ist aus der DE 28 18 14 0 AI bekannt, die gegenüber Fremdeinflüssen vollkommen geschützt sein soll.
Dabei ist im Gehäusekörper ein horizontaler runder Stab angeordnet, der in einem freitragenden Rohr an dessen einem Endbereich befestigt ist. An dem freitragendem Rohr sind auf dessen äußerer Mantelfläche Dehnungsmessstreifen appliziert, die bei einer vertikalen Krafteinleitung in den Endpunkt des Stabes eine Dehnung auf der äußeren Mantelfläche des Rohres erzeugen. Dabei ist das freitragende Rohr von einer
zylinderförmigen Verschlußhülse als Gehäuseteil hermetisch dicht verschlossen. Allerdings wird die Krafteinleitung über einen Schraubbolzen in einer mindestens nach unten offenen Kammer ausgeführt, in der eine Krafteinleitungsöse den Stab umgreift, der in dieser offenen Kammer beweglich geführt ist. Da diese Kammer nicht hermetisch verschlossen ist, können darin Schmutz und Flüssigkeitsreste eindringen, die kaum entfernbar sind, so dass diese Wägezelle im Kontakt mit
Lebensmitteln nicht verwendbar ist.
Aus der EP 1 698 871 AI ist ein Einbausatz für eine Wägezelle vorbekannt, der insbesondere im Bereich der chemischen und pharmazeutischen, der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie einsetzbar ist. Dabei enthält dieser Einbaussatz eine vertikal angeordnete Wägezelle, die zwischen zwei parallelen horizontal angeordneten Montageplatten angeordnet ist. Als
Krafteinleitungs- und Kraftausleitungselemente sind
offensichtlich zwei runde Druckstücke vorgesehen, zwischen denen die Wägezelle angeordnet ist. Die Wägezelle ist dabei in einem runden, konisch verlaufenden Gehäuse verschlossen angeordnet, das so in die Druckstücke eingreift oder diese umfasst, dass dieser Einbausatz gut reinigbar ist und
offensichtlich wenig Spalten und Hohlräume besitzt, in denen sich Bakterien, Viren und Pilze bilden können. Allerdings sind hierbei die Druckstücke als Krafteinleitungs- oder
Kraftausleitungselemente nur lose mit der Wägezelle verbunden, so dass eine derartige Wägezelle nur vertikal einbaubar und auch nicht fest mit der Waage verbunden werden kann, so dass stets noch ein Einbausatz zusätzlich benötigt wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
hermetisch dichte Wägezelle so weiterzuentwickeln, dass diese leicht zu reinigen ist und keine Spalten, Vertiefungen und waagerechte Flächenteile enthält, in und auf denen sich
Rückstände, Schmutz, Bakterien, Viren oder Pilze festsetzen oder vermehren können, so dass sie auch in aseptischer Umgebung, insbesondere in Anlagen zur Lebensmitteverarbeitung einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 und 4
angegeben Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie wegen der horizontalen Einbaulage auch nur vertikal abfallende Flächenteile aufweist, so dass alle damit in Verbindung kommenden Lebensmittel,
Kosmetika- oder ' Pharmabestandteile sich nur schwer festsetzen können, wodurch eine Pilz-, Viren- oder Bakterienbildung weitgehend verhindert wird. Durch die verschweißte Kapselung der Wägezelle ist diese auch gut mit wässrigen Lösungen reinigbar und desinfizierbar, so dass derartige Wägezellen vorteilhafterweise auch im aseptischen Bereich einsetzbar sind . Durch die integrierte Überlastsicherung hat die Erfindung zusätzlich den Vorteil, dass sich hierdurch weder das
Bauvolumen der Wägezelle erhöht, noch ungekapselte Teile der Überlastvorrichtung schmutzempfindlich nach außen ragen. Dabei hat die ÜberlastSicherung zusätzlich den Vorteil, dass sie weitgehend aus dem monolitischen Kraftmesselement durch einen herzustellenden Fräs- und Bohrvorgang des
Biegebalkengrundkörpers auf einfache Weise vorzugsweise mit einer programmgesteuerten Werkzeugmaschine herstellbar ist, so dass nur noch die frei erhältlichen Passstifte einsetzbar sind. Die Erfindung hat gleichzeitig den Vorteil, dass die Herstellung des Überlastschutzes auch keine zusätzliche
Montagezeit und keine manuellen Justierarbeiten erfordert. Da derartige Passstifte in hohen Genauigkeitsklassen als
kostengünstige Serienteile erhältlich sind, können
vorteilhafterweise mit einfachen Bearbeitungsverfahren die sehr kleinen Spaltweiten sehr genau hergestellt werden, so dass die erfindungsgemäße Überlastsicherung sehr zuverlässig die Dehnungsmessstreifen vor auftretenden Überlastungen schützt .
Durch die quer zur Längsrichtung angeordneten Passstifte wird vorteilhafterweise gleichzeitig erreicht, dass die
Überlastsicherung gleichmäßig über die gesamte Breite des Kraftmesselements wirksam ist, so dass insbesondere eine
Verdrehung des Biegebalkens um die Längsachse bei
außermittiger Krafteinleitung verhindert wird.
Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, zwei Passstifte zur Begrenzung des beweglichen
Biegebalkenteils in beide vertikalen Richtungen einzusetzen, wodurch vorteilhafterweise gleichzeitig ein Überlastschutz in Zug- und Druckrichtung erreichbar ist, der die
Dehnungsmessstreifen in den beiden möglichen
Bewegungsrichtungen des Kraftelements vor Überlast schützt.
Bei einer weiteren besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, diese durch einfache O-Ring-Dichtungen gegenüber deren Befestigungsteilen abzudichten und durch Zentrierstifte zu zentrieren, was den Vorteil hat, dass auch an den
Befestigungsflächen weder Keime noch kleinste Schmutzpartikel eindringen können, ohne dass dies zu einer instabilen Lagerung oder Verdrehung an den Verbindungsflächen führen würde. Dabei hat insbesondere eine am Außenumfang des Krafteinleitungsoder Kraftausleitungselements angeordnete O-Ring-Dichtung den Vorteil, dass auch beim Reinigen keine keimbildende
Flüssigkeit durch Kapillarwirkung in den Spalt zwischen den Befestigungsflächen eindringen kann.
Gleichzeitig hat die Zentrierung den Vorteil, dass mit
serienmässigen Befestigungsschrauben und mindestens zwei einfachen Zentrierstiften die schwimmende Lagerung der Verbindungsflächen genau fixierbar ist, ohne dass die
Kraftrichtung von der Messrichtung abweichen würde. Mit einer derartigen Abdichtung und Zentrierung ist vorteilhafterweise sowohl das Krafteinleitungs- als auch das Kraftaufnahmeelement gegenüber seinen Befestigungsteilen abdichtbar.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung ist vorgesehen, das Kraftmesselement als Doppelbiegebalken
auszubilden, mit dem vorteilhafterweise sehr hohe
Messgenauigkeiten erzielbar sind. Mit derartigen Wägezellen sind deshalb vorteilhafterweise auch eichpflichtige Waagen herstellbar . Bei einer anderen besonderen Ausführungsart besteht die gesamte Wägezelle aus einem hochfesten rostfreien Edelstahl, so dass eine derartige Wägezelle auch bei hoher
Luftfeuchtigkeit und aggressiven Umgebungseinflüssen
verwendbar ist und deshalb eine sehr langlebige Ausführung darstellt, die auch von den meistens Chemikalien oder
pharmazeutischen Grundstoffen nicht angegriffen wird. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, die geschlossenen
Ringelemente umlaufend so zu verjüngen, dass sie Membranen bilden, wodurch vorteilhafterweise ein rundum gekapseltes Messelement entsteht, das nach aussen glatte abgerundete gut reinigbare Oberflächen aufweist, ohne eine nennenswerte
Kraftnebenschlußwirkung auf das eigentliche Messelement auszuüben. Wodurch gleichzeitig auch eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet wird.
Durch die spezielle nahezu zylindrische Ausführung der
Krafteinleitungs- und Kraftausleitungselemente wird
vorteilhafterweise eine Ausführung erreicht, die in flachen Plattformwaagen einsetzbar ist. Dabei sind die
Krafteinleitungs- und Kraftausleitungselemente mit parallelen vertikalen zentrierten und abgedichteten Befestigungsflächen ausgestattet, so dass sie vorteilhafterweise eine gut
abtropfende dichte vertikale Befestigung erlauben. Bei einer weiteren besonderen Ausführung ist zusätzlich noch vorgesehen, die Wägezelle mit einer Schutzschicht zu versehen, die eine schwer anhaftbare Oberfläche aufweist, so dass damit in Berührung kommende rieseiförmige oder flüssige Materialien ohne Rückstände abfließen und so auch ohne nennenswerte
Reinigungsmaßnahmen eine Keimbildung insbesondere von
Krankheitskeimen verhindert wird.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: eine hermetisch dichte Wägezelle nach der
Hauptanmeldung mit vertikalen
Befest igungsflächen ; Fig. 2 : eine hermetisch abgedichtete Wägezelle mit
innenliegender Überlastsicherung ' ;
Fig. 3 : eine Seitenansicht eines
Krafteinleitungselements der Wägezelle mit zentriertem und abgedichtetem Befestigungsteil einer Wägeplattform;
Fig. 4: eine Vorderansicht eines zentrier- und
abdichtbaren Krafteinleitungselements, und
Fig. 5 : eine Seitenansicht des Krafteinleitungselements mit Schnittbild eines Zentrierstifts.
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine hermetisch abgedichtete
Wägezelle nach der Hauptanmeldung dargestellt, die rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei in Längsrichtung zwischen dem Krafteinleitungs- 1 und Kraftausleitungselement 2 ein Doppelbiegebalken 3 angeordnet ist, der durch zwei an seinen Endbereichen vorgesehenen Ringelementen 5, 6 und einer damit verschweißten Rohrhülse 4 verschlossen ist, wobei die Ringelemente 5, 6 konzentrisch umlaufende Dünnstellen als Membrane 7, 8 enthalten, die die Rohrhülse 4 biegeweich mit dem Krafteinleitungs- 1 und dem Kraftausleitungselement 2 und den Doppelbiegebalken 3 verbinden.
Die Wägezelle besteht im Grunde aus einem zentralen
Längskörper, aus dem das Krafteinleitungselement 1, das
Kraftausleitungselement 2, der Doppelbiegebalken 3 und die beiden Ringelemente 5, 6 herausgearbeitet sind. Der
Längskörper besteht dabei vorzugsweise aus einem hochwertigen rostfreien biegeelastischen Edelstahl, über dem im fertigen Zustand die Rohrhülse 4 gestülpt und mit den beiden
Ringelementen 5, 6 luftdicht verschweißt wird. Bei einer
Wägezelle mit 10 kg Nennlast ist der zentrale Längskörper vorzugsweise 120 mm lang und etwa 40 mm im Durchmesser.
Zwischen dem Krafteinleitungselement 1 und dem
Kraftausleitungselement 2 ist der Doppelbiegebalken 3
angeordnet, der einen quaderförmigen Mittelteil 14 enthält. Symmetrisch zu einer Längsachse 9 und einer Querachse 10 ist im Mittelteil 14 eine horizontale Aussparung 11 vorgesehen, die durch vier horizontale Bohrungen einen kleeblattartigen Querschnitt aufweist. Dadurch entstehen an den beiden
parallelen horizontalen Deckflächen des Mittelteils 14 als Biegefedern ausgebildete Stege 12, auf denen vorzugsweise acht Dehnungsmessstreifen appliziert sind, die bei einer vertikalen Kraftbelastung ein elektrisches Signal erzeugen, das der eingeleiteten Gewichtskraft F proportional ist.
An den beiden Enden des Mittelteils 14 sind zwei verjüngende runde Verbindungsstücke 13, 16 angebracht, die den Doppelbiegebalken 3 an der einen Seite mit dem
Krafteinleitungselement 1 und an der gegenüberliegenden Seite mit dem Kraftausleitungselement 2 verbinden. Etwa in der Mitte jedes axialen Verbindungsstücks 13, 16 ist quer zur Längsachse 9 jeweils ein Ringelement 5, 6 angebracht, dessen
Aussendurchmesser dem Innendurchmesser der Rohrhülse 4
entspricht und größer ist als der Durchmesser des
Krafteinleitungselements 1 und des Kraftausleitungselements 2 und vorzugsweise ca. 39 mm beträgt. Die beiden Ringelemente 5, 6 sind auf der dem Doppelbiegebalken 3 zugewandten Ringfläche konzentrisch konkav verjüngt und bilden dadurch eine
konzentrisch umlaufende erste 7 und zweite Membran 8, deren Dicke vorzugsweise 0,3 mm beträgt. Im Anschluss an die runden Verbindungsstücke 13, 16, die vorzugsweise einen Durchmesser von 16 mm aufweisen, sind in axialer Richtung seitlich neben dem ersten Verbindungsstück 16 das Krafteinleitungselement 1 und das Kraftausleitungselement 2 angebracht, die sich beide durch eine umlaufende Nut 21 nach aussen kegelförmig auf vorzugsweise 38 mm Durchmesser
erweitern, um dann in eine zylindrische Form von ca. 16 mm Länge überzugehen, die dann in einer flachen Stirnfläche 17 als vertikale Befestigungsfläche endet. Dabei sind sowohl das Krafteinleitungselement 1 als auch das Kraftausleitungselement 2 in ihrer äusseren Form identisch ausgebildet und beide symmetrisch zur Längs- 9 und Querachse 10 angeordnet. Im
Kraftausleitungselement 2 ist in Längsrichtung noch eine zentrale Längsbohrung 22 vorgesehen, die mindestens bis zur Aussparung 11 verläuft und in der die Anschlußleitungen für die Dehnungsmessstreifen geführt sind. Deshalb ist in dem
Kraftaufnahmeelement 2 noch ein Anschlusskabel 18 abgedichtet befestigt, in dem die Anschlussleitungen nach aussen
abgedichtet geführt sind. Zur Befestigung der Wägezellen an einem Waagengestell sind auf der Stirnfläche 17 des Kraftausleitungselements 2 noch zwei horizontale Gewindebohrungen 19 angebracht und zur Befestigung einer Wägeplattform sind ebenfalls an der Stirnfläche des Krafteinleitungselements 1 zwei gleichartige Gewindebohrungen 19 vorgesehen. Dabei stellen die beiden parallelen
Stirnflächen 17 vertikale Befestigungsflächen dar, so dass derartige Wägezellen nicht nur für Platt formwaagen, sondern auch für jegliche andere Wägevorrichtungen einsetzbar sind, bei denen die Gewichtskraft F senkrecht zur Längsachse 9 in die Stirnfläche 17 der Wägezelle eingeleitet wird.
Nach der Applizierung und Verdrahtung der Dehnungsmessstreifen wird der Doppelbiegebalken mittels einer übergeschobenen
Rohrhülse 4 durch eine Verschweißung mit den Ringelementen 5, 6 hermetisch verschlossen. Die Rohrhülse 4 besteht dabei vorzugsweise auch aus einem hochfesten rostfreien Edelstahl, deren Länge dem Abstand zwischen den beiden Ringelementen 5 entspricht und mit dessen radialen Außenkanten luftdicht verschweißt wird. Die Rohrhülse 4 ist dabei biegesteif
ausgebildet, wobei deren äussere Mantelfläche nur eine geringe vorgegebene Rauhigkeit aufweist, die vorzugsweise durch eine Elektropolierung herstellbar ist, so dass diese eine gut ablaufende und leicht zu reinigende Oberfläche besitzt.
In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Teil einer hermetisch
abgedichteten Wägezelle nach Fig. 1 der Zeichnung mit
Schnitt Zeichnung einer innenliegenden Überlastsicherung 15 dargestellt, die innerhalb des Doppelbiegebalkens 3 einen Überlastbalken 20 mit einem Anschlagkopf 23 aufweist, der in einer erweiterten Aussparung 24 am Ende 28 zum
Krafteinleitungselement 1 des Biegebalkens 3 eingreift, wobei zur erweiterten Aussparung 24 auch im Anschlagkopf 23 zwei horizonale Bohrungen 25 eingebracht sind, in die jeweils ein Passstift 26 so fixiert ist, dass seine äußere Mantelfläche einen definierten Spalt 27 zum Anschlag an den beweglichen Teil des Biegebalkens 3 belässt.
Zur Verhinderung einer Überlastung und Beschädigung der empfindlichen Dehnungsmessstreifen wird bei Wägezellen häufig eine Überlastsicherung vorgesehen, die den beweglichen Teil der Wägezelle mindestens in Messrichtung begrenzt. Dazu werden meist im äußeren Bewegungsbereich des Biegebalkens 3
stationäre Begrenzungselemente vorgesehen, die wegen der geringen Auslenkungswege häufig noch genau einstellbar
ausgeführt sind.
Da es sich hier um eine außen runde geschlossene Wägezelle handelt, an der keine Schmutzpartikel und Keime anhaften sollen, war eine äußere Überlastsicherung ungünstig. Deshalb wurde die Überlastsicherung 15 in der Aussparung 11 des
Doppelbiegebalkens 3 integriert, so dass die Überlastsicherung 15 innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Bereichs
angeordnet ist. Dazu ist in der Aussparung 11 des
Doppelbiegebalkens 3 ein axialer horizontaler Überlastbalken 20 angeordnet, der mit dem unbeweglichen starren Ende 29 des Doppelbiegebalkens 3 an seiner Kraftausausleitungsseite verbunden ist. Am anderen beweglichen Ende 28 des
Doppelbiegebalkens 3 ist zusätzlich eine erweiterte Aussparung 24 vorgesehen, die vorzugsweise durch sechs horizontale
Querbohrungen in den monolitischen Mittelteil 14 des
Biegebalkens 3 eingebracht ist.
In diese erweiterte Aussparung 24 ragt der Überlastbalken 20 mit einem Anschlagkopf 23 hinein. Dabei sind im Anschlagkopf 23 und im beweglichen Ende 28 des Biegebalkens 3 zwei
parallele horizontale Bohrungen 25 übereinander eingebracht, deren Querschnitt zu mehr als der Hälfte (>180°) im
Anschlagkopf 23 und zu einem restlichen Teil (<180°) im beweglichen Ende 28 des Biegebalkens 3 angeordnet ist. In die beiden Querschnittsbereiche der Bohrungen 25 des
Anschlagskopfs 23 werden zur Fixierung horizontal oben und unten jeweils ein Passstift 26 eingeschoben oder eingepresst, die durch ihren Querschnitt von mehr als der Hälfte in den Bohrungsteilen des Anschlagskopfes 23 vertikal fixiert sind. Dabei wird jeder Bohrungsteil 25 zum beweglichen Teil des Biegebalkens 3 um den Begrenzungsweg vergrößert hergestellt, so dass dort ein definierter Spalt 27 vorgesehen ist, der zur Begrenzung der Auslenkung des Biegebalkens 3 gegenüber dem starren Überlastbalken 20 dient. Da derartige Passstifte 26 mit hohen Genauigkeiten als Serienteile erhältlich sind, ist eine derartige Überlastsicherung 15 nicht nur hochgenau ausführbar, sondern auch noch kostengünstig. Da bei derartigen Doppelbiegebalken 3 nur vertikale Bewegungen von 0 , 05 bis 0 , 15 mm vorgesehen sind, reichen vorgegebene Spaltbreiten von 0 , 1 bis 0 , 5 mm meist zur Begrenzung aus.
Eine derartige Überlastsicherung 15 ist auch bei einfachen einseitigen Biegebalken einsetzbar. Im Grunde könnte der
Anschlagkopf 23 auch in das starre Kraftausleitungsteil 2 des Biegebalkens 3 hineinragen, wenn der Überlastbalken 20 am beweglichen Teil des Biegebalkens 28 befestigt wäre. Der mit zwei parallelen quer zur Längsrichtung angeordneten
Passstiften 26 ausgestattete Doppelbiegebalken 3 ist für eine Überlast in Messrichtung (Druck) als auch in umgekehrter
Richtung (Zug) ausgelegt. Wenn nur die Überlast in
Messrichtung begrenzt werden soll, reicht auch eine Ausführung mit nur einem oberen Passstift 26 aus. Zur Verbesserung der Abdichtung gegenüber anhaftenden Schmutz- und Keimpartikeln und gleichzeitig zur Verbesserung der
Messgenauigkeit ist in Fig. 3 bis 5 der Zeichnung ein
zentriertes und abgedichtetes Krafteinleitungselement 1 dargestellt, an dem vorzugsweise ein Befestigungsteil 30 einer Wägeplattform zur Krafteinleitung angeordnet ist. Da eine derartige hermetisch abgedichtete Wägezelle vorzugsweise zur aseptischen Verwendung eingesetzt wird, ist es häufig
sinnvoll, dass auch zwischen die Befestigungsspalten keine staubförmigen Verschmutzungs- und Keimpartikel gelangen können. Dadurch soll sich aber auch durch eine derartige
Abdichtung die Messgenauigkeit nicht verschlechtern.
Hierzu ist zur besseren Abdichtung zwischen dem
Befestigungsteil 30 und der Stirnfläche 17 des
Krafteinleitungselements 1 am äußeren Rande der Stirnfläche 17 eine koaxiale äußere Nut 31 eingefräst. In diese Nut wird ein O-Ring 32 zur äußeren Abdichtung zwischen der Außenfläche des Befestigungsteils 30 und dem Randbereich der Stirnfläche 17 eingelegt, durch den eine hermetische Abdichtung erreicht wird, so dass weder Keime noch Schmutzpartikel zwischen diese Anlageflächen gelangen können.
Zur Ausführung der Abdichtung wird das Befestigungsteil 30 mittels einer oder mehrerer Befestigungsschrauben 37 fest mit dem Krafteinleitungselement 1 verschraubt, so dass die
Außenflächen des Befestigungsteils 30 fest auf dem äußeren 0- Ring 32 aufliegen. Da durch die Abdichtung mit dem elastischen O-Ring 32 zwischen der Stirnfläche 17 und der Außenfläche des Befestigungselements 30 im Grunde eine schwimmende Lagerung entsteht, die durch ein unvermeidliches Spiel der
Befestigungsschrauben 37 und einer möglichen Verdrehung oder einer unterschiedlichen Belastung auf der Wägeplattform zu einem Richtungsfehler der Krafteinleitungs- und
Kraftmessrichtung führen kann, sind zusätzlich innerhalb der vom äußeren O-Ring 32 umschlossenen Stirnfläche 17 mindestens zwei Zentrierbohrungen 36 vorgesehen. In diese
Zentrierbohrungen 36 sind zwei hochgenaue Zentrierstifte 35 eingepasst, so dass die Krafteinleitungsrichtung F stets in Messrichtung verläuft. Dabei sind die Zentrierbohrungen 36 vorzugsweise auf dem Umfangskreis der Befestigungsschrauben 37 und von diesen in einem Winkelabstand von vorzugsweise 30 ° vorgesehen. Bei stärkerer Gewichtskraftbelastung sind auch mehr als zwei Zentrierstifte 35 einsetzbar, die in den
Zentrierbohrungen 36 des Krafteinleitungselements 1 und des Befestigungsteils 30 höchstens ein Spiel 0 , 01 bis 0 , 03 mm aufweisen .
Zur weiteren Verbesserung der Abdichtung zwischen dem
Befestigungsteil 30 und der Stirnfläche 17 ist zusätzlich noch eine zweite koaxiale innere Nut 33 im Krafteinleitungselement eingebracht, die ebenfalls die Befestigungsschrauben 37 und die Zentrierstifte 35 umschließt und bei einer
Schraubbefestigung eine breitere Dichtfläche bewirkt. Eine derartige Abdichtung und Zentrierung ist vorzugsweise auch an dem Kraftausleitungselement 2 vorgesehen, damit dieses
gegenüber seiner starren Befestigungsteile auch hermetisch dicht ist. Soweit die Wägezelle nur mit kleineren Kräften unterhalb der Nennlast belastet wird, kann diese auch nur mit dem zentrierten und abgedichteten Kraftein- und/oder
Kraftaufnahmeelement ohne die Überlastsicherung 15 genutzt werden.
Durch die abgebildete Abdeckung der flachen
Befestigungsflächen 17 durch Befestigungselemente der
Wägevorrichtung besitzen alle Ausführungen nur nach unten geneigte abgerundete Oberflächen, an denen rieselfähige oder flüssige Güter nach unten ablaufen können. Da die gesamten Oberflächen der Wägezellen vorzugsweise nur mit einer geringen Rauhigkeit ausgeführt werden, keine Hinterschneidung und keine engen Spalten aufweisen, können daran kaum rieselfähige Güter oder Flüssigkeiten anhaften. Bei einer weiteren Ausführung ist noch vorgesehen, die Wägezellen zusätzlich mit einer schwer anhaftenden Oberflächenbeschichtung zu versehen wie z. B.
Polytetraflouretylen (Teflon) , wodurch eine Anhaftung
zusätzlich verhindert und die Reinigungsmöglichkeit verbessert wird. Deshalb sind derartige Wägezellen vorzugsweise in der Lebensmittelversorgung einsetzbar, wobei jegliche Keimbildung insbesondere der Krankheitskeime oder deren Vermehrung verhindert werden muss.
Durch die Herstellung der Wägezellen aus Edelstahl und die Verkapselung des Doppelbiegebalkens durch die Verschweißung der Rohrhülse 4 mit den Edelstahlringelementen 5, 6 wird ein Eindringen von keimbildenden Stoffen absolut verhindert, so das derartige Wägezellen auch in aseptischen Bereichen einsetzbar sind. Dabei wird insbesondere durch die beiden Membranen 7, 8 an den Ringflächen eine Entkopplung der eingeleiteten Gewichtskraft F erreicht, so dass nahezu keine Kraftnebenschlußkopplung zur biegesteifen Rohrhülse 4
auftritt, so dass eine hohe Messgenauigkeit erreichbar ist. Mit derartigen Wägezellen sind deshalb auch hochgenaue eichfähige Waagen herstellbar.
Next Patent: IMPROVED TUBULAR REACTOR AND PROCESS