Beschreibung Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laborgerät, insbesondere auf eine Messvorrichtung wie z.B. eine Wägevorrichtung, mit einem Gerätekörper, der auf einer Mehrzahl von an ihm angebrachten Stellfüßen auf einer Grundfläche aufstellbar ist.

Stand der Technik

Aus der EP 2 652 468 B1 ist ein Spektroskop bekannt, dessen Gerätekörper auf vibrationsisolierenden Stellfüßen ruht. Jeder Stellfuß umfasst einen Elastomerkörper, dessen unterer Bereich in zwei Abschnitten von einer steifen Hülle umgeben ist. Während im oberen Abschnitt die steife Hülle und der Elastomerkörper fest miteinander verbunden sind, ist im unteren Abschnitt ein fluidgefüllter Ringraum zwischen dem Elastomerkörper und der steifen Hülle ausgebildet. Der Ringraum ist mit einem zentralen Hohlraum des Elastomerkörpers verbunden. Vibrationen einer Grundfläche, auf welcher das

Spektrometer mit seinen Stellfüßen aufgestellt ist, werden durch den

Strömungswiderstand beim Austausch des Fluids zwischen zentralem Hohlraum und Ringraum insbesondere in lateraler Richtung gedämpft. In vertikaler Richtung wird der Gerätekörper elastisch von dem oberen Bereich des Elastomerkörpers getragen. Obgleich derartige vibrationsisolierende Stellfüße für eine Vielzahl von

Präzisionsinstrumenten verwendbar sind, ist ihre Verwendung als Stellfüße für

Präzisionswaagen ungünstig. Die Auflösung von Präzisionswaagen geht weit über das hinaus, was derartige, passive Vibrationsisolatoren zu leisten vermögen. Die

dauerelastische Lagerung führt als solche zu einer Vibrationsanfälligkeit der Vorrichtung, die ein präzises Wägeergebnis stört. Daher weisen Präzisionswaagen üblicherweise steife Stellfüße auf, mit denen ihr Gerätekörper starr auf einem schweren Fundament, dem sognannten Wägestein, aufgestellt wird. Die Vibrationsisolation erfolgt entweder durch die schiere Masse des Wägesteins oder durch äußerst komplexe, aktive

Vibrationsisolationsvorrichtungen im Wägestein oder in dessen Fundament.

Die US 3 982 738 A zeigt eine Waage, auf deren Übersetzungshebel zum Zweck der Transportsicherung ein Schwingungsdämpfer wirkt. Ferner weist die Waage einen federbelasteten Gerätefuß auf.

Die US 4 418 774 A zeigt eine Waage, die nach dem Prinzip der schwingenden Saite arbeitet. Diese Waage besitzt Schwingungsdämpfer zur Reduzierung des Einflusses von extern induzierten Schwingungen. Moderne Präzisionswaagen können relativ klein gestaltet werden. Das heißt, es ist möglich, grundsätzlich mobile Geräte zu schaffen, die bedarfsweise umpositioniert werden können. Gleichwohl wiegen solche Geräte etliche Kilogramm, sodass zu ihrer Umpositionierung nicht unerhebliche Muskelkraft erforderlich ist, was ein filigranes Handling solcher Geräte erschwert oder gar unmöglich macht. Andererseits beinhaltet der Gerätekörper solcher Präzisionswaagen höchst empfindliche Elemente, die durch übermäßige Beschleunigungen, wie sie beim harten Aufstellen auf einer festen Unterlage auftreten, dejustiert oder sogar beschädigt werden können. Es besteht somit der

Zielkonflikt zwischen einer Stoßdämpfung zur Erschütterungsreduktion beim Aufstellen einerseits und einer unelastischen Lagerung während des Betriebs andererseits. Wie oben erläutert, kann dieser Zielkonflikt von den bekannten, elastomeren Stellfüßen nicht überbrückt werden. Ein weiteres Problem stellt das Erfordernis dar, dass jede

Präzisionswaage vor Inbetriebnahme sehr genau zu nivellieren ist, sodass ihre

Wägemechanik exakt in ihrer vorbestimmten Solllage, meist exakt horizontal, orientiert ist. Dies setzt eine Höhenverstellbarkeit wenigstens eines ihrer Stellfüße voraus.

Die vorgenannten Ausführungen treffen natürlich nicht allein auf Präzisionswaagen, sondern auf etliche Arten von Laborgeräten, wie etwa Messinstrumente, Zentrifugen, Pipettierautomaten etc. zu. Die spezielle Erläuterung erfolgte nur deshalb im Kontext von Präzisionswaagen, weil die die geschilderten Probleme hier besonders deutlich zu Tage treten. Die in der vorliegenden Beschreibung angegebene Erfindung bezieht sich jedoch auf beliebige Arten von Laborgeräten, wobei sich die erzielten Vorteile je nach

Anwendungsfall deutlicher oder weniger deutlich darstellen. Aus einem völlig anderen Technikgebiet sind sogenannte Industrie-Stoßdämpfer bekannt, wie sie z. B. in der EP 0 831 245 A2 beschrieben sind. Es handelt sich dabei um hydraulische Stoßdämpfer mit einem fluidgefüllten Hohlzylinder, in dem ein axial zwischen einer durch eine Federvorspannung unterstützten Vorschubstellung und einer entgegen der Federvorspannung einnehmbaren Rückzugstellung beweglicher Kolben angeordnet ist, der in dem Hohlzylinder einen vorderen axialen Fluidraum und einen hinteren axialen Fluidraum, die mittels wenigstens einer Drosselöffnung im Kolben fluidaustauschend miteinander verbunden sind, voneinander abgrenzt,

wobei der Kolben starr mit einer den vorderen Fluidraum durchsetzenden Kolbenstange verbunden ist und in seiner Rückzugstellung, in der das Volumen des hinteren axialen Fluidraums minimiert und das Volumen des vorderen axialen Fluidraums maximiert ist, an einem festen Anschlag anliegt.

Derartige Industrie-Stoßdämpfer finden vielfach dort Einsatz, wo Massen auf

Förderbändern oder Rollenförderern transportiert und mehr oder weniger positionsgenau abgebremst werden müssen. Der fragliche Stoßdämpfer ist dabei an einem starren Rahmen montiert und ragt in antiparalleler Ausrichtung zur Bewegungsrichtung der Massen in deren Transportweg hinein. Die heranfahrende Masse kontaktiert das über den Hohlzylinder hinausragende Ende der Kolbenstange und überträgt seine kinetische Energie auf diese. Darauf fährt der Kolben aus seiner Vorschubstellung in seine

Rückzugstellung, wobei das Dämpferfluid aus dem hinteren axialen Fluidraum durch den oder die Drosselöffnungen im Kolben in dem vorderen axialen Fluidraum strömt, was aufgrund der Strömungsreibung mit einer allmählichen Dämpfung der

Kolbengeschwindigkeit bis hin zum Kolbenstillstand verbunden ist. Die Auslegung eines derartigen Industrie-Stoßdämpfers erfolgt stets in Ansehung der abzubremsenden

Massen und ihrer Geschwindigkeit. Aufgabenstellung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass der oben erläuterte Zielkonflikt zwischen hinreichender

Stoßdämpfung beim Aufstellen und inelastischer Lagerung beim Betrieb der

Präzisionswaage überbrückt wird.

Darlegung der Erfindung Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst, nämlich durch

Verwendung eines grundsätzlich bekannten Industrie-Stoßdämpfers als ein

höhenverstellbar am Gerätekörper des Laborgerätes angeordneter Stellfuß, wobei die Federvorspannung so dimensioniert ist, dass das bei Aufstellung des Laborgerätes auf dem Stellfuß lastende Gewicht des Gerätekörpers hinreicht, den Kolben gedämpft in seine Rückzugstellung zu verfahren.

Es resultiert somit ein Laborgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 3, das sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens ein Stellfuß einen fluidgefüllten

Hohlzylinder umfasst, in dem ein axial zwischen einer durch eine Federvorspannung unterstützten Vorschubstellung und einer entgegen der Federvorspannung einnehmbaren Rückzugstellung beweglicher Kolben angeordnet ist, der in dem Hohlzylinder einen vorderen axialen Fluidraum und einen hinteren axialen Fluidraum, die mittels wenigstens einer Drosselöffnung im Kolben fluidaustauschend miteinander verbunden sind, voneinander abgrenzt,

wobei der Kolben starr mit einer den vorderen axialen Fluidraum durchsetzenden

Kolbenstange verbunden ist und in seiner Rückzugstellung, in der das Volumen des hinteren axialen Fluidraums minimiert und das Volumen des vorderen axialen Fluidraums maximiert ist, an einem festen Anschlag anliegt,

und wobei die Federvorspannung so dimensioniert ist, dass das beim Aufstellen des Laborgerätes auf dem Stellfuß lastende Gewicht des Gerätekörpers hinreicht, den Kolben gedämpft in seine Rückzugstellung zu verfahren.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen

Patentansprüche. Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist die eigentlich bestimmungsfremde

Benutzung eines Industrie-Stoßdämpfers als Stellfuß eines Laborgerätes, insbesondere einer Wägevorrichtung, speziell einer stoßempfindlichen Präzisionswaage, wobei der Industriestoßdämpfer zur Erfüllung seiner Aufgabe als Stellfuß im Hinblick auf die Masse des Laborgerätes anders auszulegen ist, als dies bei seiner eigentlichen,

bestimmungsgemäßen Verwendung der Fall wäre. Anders als bei seiner

bestimmungsgemäßen Verwendung erfolgt die Auslegung erfindungsgemäß nämlich so, dass der Kolben in seine (maximale) Rückzugsstellung überführt und gegen seinen festen Anschlag gefahren wird. Dies wird bei der typischen Auslegung eines

Industriestoßdämpfers gerade vermieden. Dass sich die besagten Industrie-Stoßdämpfer überhaupt zur erfindungsgemäßen, bestimmungsfremden Verwendung eignen, ist durchaus überraschend, da der zeitliche Verlauf ihrer Belastung bei der

erfindungsgemäßen Verwendung deutlich anders verläuft als bei ihrem

bestimmungsgemäßen Einsatz. Dort nimmt die auf den Kolben wirkende Kraft, die sich allein aus der kinetischen Energie der abzubremsenden Masse speist, kontinuierlich ab und verschwindet zum Prozessende hin vollständig. Bei der erfindungsgemäßen

Verwendung hingegen spielt die kinetische Energie, d. h. im Wesentlichen die

Geschwindigkeit, mit der das Laborgerät auf einer Grundfläche aufgesetzt wird, bei vernünftigem Handling nur. eine untergeordnete Rolle. Hier speist sich die auf den

Stoßdämpfer/Stellfuß wirkende Kraft vielmehr aus der gravitationsbedingten, potentiellen Energie, mithin aus dem Gewicht des Gerätekörpers. Dieser lastet auch bei Prozessende weiterhin dauerhaft auf dem Stoßdämpfer/Stellfuß. Gleichwohl haben Versuche gezeigt, dass die Überbrückung des o. g. Zielkonfliktes durch Anwendung der vorliegenden Erfindung durchaus möglich ist.

Um eine exakte Ausrichtung des Laborgerätes zu erreichen erfolgt die Anordnung des Stoßdämpfers/Stellfußes am Gerätekörper in höhenverstellbarer Weise. Hierzu ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Hohlzylinder (wenigstens eines Stoßdämpfer/Stellfußes) ein Außengewinde, das in ein korrespondierendes Innengewinde am Gerätekörper eingeschraubt ist, sowie ein starr mit ihm verbundenes Rotations- Betätigungselement aufweist. Als Rotations-Betätigungselement kann bspw. ein klassisches Rändelrad dienen. Mit Hilfe des Rändelrades kann der gesamte

Stoßdämpfer/Stellfuß relativ zu dem Innengewinde am Gerätekörper manuell rotiert werden, sodass sich die Vertikallage des Hohlzylinders und damit insbesondere auch die Lage des festen Anschlags vertikal variieren lässt. Alternativ kann eine motorische Höhenverstellbarkeit realisiert sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Hohlzylinder ein Außengewinde aufweist, das in ein korrespondierendes Innengewinde am Gerätekörper eingeschraubt ist, wobei das Innengewinde rotationsbeweglich am Gerätekörper gelagert und mit einem motorischen Rotationsantrieb versehen ist.

Es ist ohne weiteres möglich, sämtliche Stellfüße eines Laborgerätes, typischerweise drei oder vier, durch einen Industriestoßdämpfer, wie beschrieben, zu ersetzen. Eine solche Anordnung ist jedoch vergleichsweise teuer. Es hat sich bereits als hilfreich erwiesen, zusätzlich zu einem oder mehreren herkömmlichen Stellfüßen nur einen (oder wenige) Stoßdämpfer/Stellfuß einzusetzen. Dieser hat dann mit seiner Kolbenstange über den oder die herkömmlichen Stellfüße hinauszuragen und bremst beim Aufstellen des

Laborgerätes dessen Gerätekörper bereits weitgehend ab, bevor die herkömmlichen Stellfüße mit der Grundfläche in Berührung kommen.

Um eine quasi asymptotische Abbremsung des Gerätkörpers zu realisieren, kann bei einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung der Kolben (des

Stoßdämpfer/Stellfußes) in seiner Seitenwand eine Mehrzahl von die axialen Fluidräume verbindenden Drosselöffnungen aufweisen, von denen umso mehr durch einen an der Kolbenseitenwand anliegenden, inneren Wandungsvorsprung des Hohlzylinders verschlossen sind, je weiter der Kolben aus seiner Vorschubstellung in Richtung auf seine Rückzugsstellung hin verfahren ist. Hierzu eignet sich insbesondere eine im Wesentlichen becherförmige Ausgestaltung des Kolbens, dessen Becheröffnung zum hinteren axialen Fluidraum gewandt ist. Die genannte Anordnung mehrerer Drosselöffnungen führt dazu, dass mit zunehmendem Rückzug des Kolbens immer weniger Kanäle zur Verfügung stehen, durch welche das Dämpferfluid vom hinteren in den vorderen axialen Fluidraum strömen kann. Die Dämpfungswirkung nimmt somit mit zunehmendem Einfahren des Stoßdämpfer/Stellfußes zu. Dies führt zu einem besonders sanften Anfahren des Kolbens an seinen Anschlag.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen. Kurzbeschreibung der Zeichnungen Es zeigen:

Figur 1 : die Bodenplatte des Gerätekörpers eines Laborgerätes mit drei

erfindungsgemäßen Stellfüßen,

Figur 2: eine perspektivische Darstellung eines einzelnen Stellfußes,

Figur 3: eine teilweise ausgeblendete Schnittdarstellung des Stellfußes von Figur

2,

Figur 4: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß verwendeten

Stoßdämpfers in seiner Vorschubstellung,

Figur 5: den Stoßdämpfer von Figur 4 in seiner Rückzugstellung.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.

Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung die Bodenplatte 110 eines im Übrigen nicht näher dargestellten Laborgerätes 100, welches drei Stellfüße 200 aufweist, die

erfindungsgemäß in Form umgewidmeter Industrie-Stoßdämpfer realisiert sind. Zur näheren Beschreibung der Stellfüße 200 wird auf die Figuren 2-5 verwiesen.

Figuren 2 und 3 zeigen in perspektivischer bzw. in teilweise ausgeblendeter

Schnittdarstellung einen Stellfuß 200, der mit dem Außengewinde 21 1 seines

Hohlzylinders 210 in ein Innengewinde 111 einer mit der Bodenplatte 110 starr

verbundenen Tragplatte 1 12 eingeschraubt ist. Das„Innenleben" des Hohlzylinders 210 soll weiter unten im Kontext der Figuren 4 und 5 beschrieben werden. Aus dem Hohlzylinder 210 ragt nach unten eine Kolbenstange 221 heraus, an deren distalem Ende ein kegelstumpfartig angespitzter Kopf 222 angeordnet ist. Die

Kolbenstange 221 ist relativ zu dem in die Tragplatte 112 eingeschraubtem

Hohlzylinder 210 axial beweglich. Mittels einer Kontermutter 212 ist ein Rändelrad 213 am Außengewinde 21 1 des Hohlzylinders 210 fixiert, sodass der Hohlzylinder 210 durch manuelle Rotation am Rändelrad 213 rotierbar und somit der Stellfuß 200 insgesamt vertikal zur Bodenplatte 110 verstellbar ist.

Die Figuren 4 und 5 zeigen einen erfindungsgemäß als Stellfuß 200 verwendeten

Industrie-Stoßdämpfer in stark schematisierter Darstellung. In dem Hohlzylinder 2 0 ist ein becherförmiger Kolben 220 axial verschieblich angeordnet. Der Kolben 220 ist fest mit der Kolbenstange 221 verbunden, die die vordere Stirnseite des Hohlzylinders 210 dichtend durchsetzt. Die Dichtung kann in der Durchführung der Kolbenstange 222 durch die vordere Stirnseite des Hohlzylinders 210 angeordnet sein. Denkbar sind jedoch auch andere Dichtungsmaßnahmen, wie bspw. die Anordnung einer dichtenden Rollmembran oder Ähnliches.

Der Kolben 220 ist mittels einer Vorspannfeder 230 in seine in Figur 4 dargestellte Vorschubstellung vorgespannt. Er unterteilt den Innenraum des Hohlzylinders 210 in einen vorderen axialen Fluidraum 214 und einen hinteren axialen Fluidraum 215. In Figur 4 ist der vordere axiale Fluidraum 214 in seiner Größe minimiert, wohingegen der hintere axiale Fluidraum 215 in seiner Größer maximiert ist. In Figur 5 sind diese Verhältnisse umgekehrt. Die Fluidräume 214, 215 sind über Durchbrüche 223 in der Seitenwandung des Kolbens 220 miteinander verbunden.

Ausgehend von der unbelasteten, in Figur 4 dargestellten Vorschubstellung erfährt ein als Stellfuß 200 verwendeter Stoßdämpfer beim Aufstellen eines erfindungsgemäßen

Laborgerätes auf einer Grundplatte eine axial gerichtete Kraft auf seine

Kolbenstange 221. Dies führt zu einer Verschiebung des Kolbens 220 entgegen der Federvorspannung der Feder 230, wobei Dämpfungsfluid, mit dem der Hohlraum des Hohlzylinders 210 gefüllt ist, von dem hinteren axialen Fluidraum 215 durch die

Drosselöffnungen 223 in den vorderen axialen Fluidraum 214 strömt. Aufgrund der Strömungsreibüng dämpft dies die Axialbewegung des Kolbens 220. Während des Eintauchens des Kolbens 220 passieren die Drosselöffnungen 223 sukzessive eine Schulter 216 eines Ringvorsprungs 217 im Inneren des

Hohlzylinders 210 und werden auf diese Weise nacheinander abgedichtet. Der insgesamt zur Verfügung stehende Strömungspfad zwischen den beiden axialen Fluidräumen 214, 215 verringert sich daher mit dem Eintauchen des Kolbens 220, sodass die resultierende Dämpfung zunimmt. Der Kolben 220 kommt in seiner in Figur 5 dargestellten

Rückzugsstellung am rückwärtigen Anschlag 218 zum Stillstand.

Bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Stellfußes 200 genügt das auf dem

Stellfuß 200 lastende Eigengewicht des Laborgerätes 100, um den Kolben 220 von seiner Vorschubstellung (Figur 4) in seine Rückzugstellung (Figur 5) zu überführen bzw. nach Überführung dort entgegen der Federkraft der Feder 230 zu halten. Es resultiert somit ein stets sanftes Aufsetzen des Laborgerätes, bei dem schädliche Beschleunigungen auf filigrane Elemente des Laborgerätes vermieden werden, gleichzeitig wird jedoch erreicht, dass das aufgestellte Laborgerät ohne elastische, vibrationsanfällige Zwischenelemente auf ihrer Grundfläche steht.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites

Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.

Bezugszeichenliste

100 Laborgerät

1 10 Unterschale von 100

11 1 Innengewinde von 112

112 Tragplatte von 1 10

200 Stellfuß

210 Hohlzylinder

211 Außengewinde von 210

212 Kontermutter

213 Rändelrad

214 vorderer axialer Fluidraum

215 hinterer axialer Fluidraum

216 Schulter von 217

217 Ringvorsprung

218 Endanschlag

220 Kolben

221 Kolbenstange

222 Kopf von 221

223 Drosselöffnung

230 Rückstellfeder