DD220408A1 - HYDRAULIC FORCE MEASURING DEVICE - Google Patents

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EINE VORRICHTUNG ZUR MESSUNG VON KRAEFTEN, INSBESONDERE DES AXIALSCHUBES ROTIERENDER WELLEN. VORZUGSWEISE SOLL DIESE VORRICHTUNG IN SEPARATEN ODER IN GETRIEBEN UND ANTRIEBSMASCHINEN INTEGRIERTEN EINSCHEIBEN-KIPPSEGMENT-AXIALDRUCKLAGER AUF SCHIFFEN ZUR MESSUNG DES PROPELLERSCHUBES ODER IN ANDEREN, STIRNSEITIG FUER SCHUBMESSUNGEN NICHT GEEIGNETEN ODER NICHT ZUGAENGLICHEN WELLEN BENUTZT WERDEN. DIE ERFINDUNG BESTEHT IM WESENTLICHEN IN DER ZUVERLAESSIGEN HUBBEGRENZUNG UNTER VERWENDUNG VON EIN- ODER MEHRLAGIGEN METALLMEMBRANEN, DIE KOMMUNIZIERENDE DRUCKRAEUME OHNE DRUCKMEDIENVERLUSTE IM DAUERBETRIEB SICHER ABDICHTEN UND IN DER MEMBRANABSTUETZUNG DURCH DURCHBIEGUNGSANGEPASSTE DRUCKPLATTEN MIT KIPPSEGMENTEN, GGF. UNTER ANWENDUNG VON PLASTISCHEN ZWISCHENLAGEN, UEBER DEM MEMBRANWEG.THE INVENTION CONCERNS A DEVICE FOR MEASURING CRANES, ESPECIALLY THE AXIAL SWITCH OF ROTATING WAVES. PREFERABLY, THIS DEVICE SHOULD BE USED IN SEPARATE OR TRANSMISSION AND DRIVE MACHINE INTEGRATED PULSE KIPPSEGMENT AXIAL PRESSURE BEARINGS ON VESSELS FOR MEASURING THE PROPELLER PUSH OR IN OTHER WAVES NOT SUITABLE OR UNAVAILABLE FOR DISTANCE MEASURES. THE INVENTION IS ESPECIALLY IN RELIABLE LEVELING LIMITATION USING ONE OR MULTILAYER METAL MEMBRANES THAT USE COMMUNICATING PRESSURE SPACES WITHOUT PRESSURE MEDIA LOSSES IN THE CONTINUOUS OPERATION OF SAFE SEALS AND IN MEMBRANE PROTECTION THROUGH BENDING-MOUNTED PRESSURE PLATES WITH CLIPS, SUIT. USING PLASTIC INTERMEDIATES, THROUGH THE MEMBRANE PATH.

Description

ν/-ν / -

Titel der ErfindungTitle of the invention

Hydraulische Kraftmeßvorrichtung,Hydraulic force measuring device,

Anwendungsgebiet der Erfindung · Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Kräften, insbesondere des Axial-Schubes rotierender Wellen/ Vorzugsweise soll diese,Vorrichtung in separaten oder in Getriebe und Antriebsmaschinen integrierten Einscheiben-Kippsegment-Axialdrucklagern auf Schiffen zur Messung des Propellerschubes oder in anderen, stirnseitig für Schubmessungen nicht geeigneten oder nicht zugängigen Wellen benutzt werden.The invention relates to a device for measuring forces, in particular the axial thrust of rotating shafts / Preferably, this device in separate or integrated in transmission and drive machines Einscheiben-Kippsegment-Axialdrucklagern on ships for measuring the propeller thrust or other, frontally for shear measurements not suitable or inaccessible waves are used.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt sind verschiedene hydraulische Schubmeßvorrichtungen zur Messung des Axialschubes, bei denen über axialbewegliche, durch Dichtringe in Zylindern abgedichtete Kolben und Hydraulikpumpen ein Meßdruck erzeugt wird. Infolge der bewegungsbedingten Reibung der Druckkolben und Abdichtungen wird jedoch die Meßgenauigkeit beeinträchtigt und im Laufe der ßetriebszeit durch Verschleiß, Undichtigkeiten und Verkantungen weiter verringert. Des weiteren sind hydraulische Axialschubniesser für Einscheibendrucklager bekannt, bei denen einige der vorgenannten Nachteile durch Kombinationen von Druckkolben und Membrane vermieden werden sollen.. Nachteilig bei diesen Schubmessern sind insbesondere die verwendeten nichtmetallischen elastischen und damitVarious hydraulic Schubmeßvorrichtungen for measuring the axial thrust are known, in which a measuring pressure is generated via axially movable, sealed by sealing rings in cylinders piston and hydraulic pumps. Due to the movement-related friction of the pressure piston and seals, however, the accuracy is impaired and further reduced in the course of ßetriebszeit by wear, leaks and tilting. Furthermore, hydraulic Axialschubniesser for single-disc thrust bearing are known in which some of the aforementioned disadvantages are to be avoided by combinations of pressure piston and diaphragm .. A disadvantage of these thrust blades are in particular the non-metallic elastic used and thus

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alterungsempfindlichen Arbeitsmembranen und die erforderlichen zusätzlichen Schutzme'mbranen, so daß derartige Anlagen sich im praktischen Schif f.sbetrieh nicht bewährt haben. Weiterhin sind Kraftmeßdosen bekannt, ,bei denen die zu messende Kraft von Druckkolben über elastische Zwischenmedien auf membranartige Verformungsglieder übertragen und elektrisch über Widerstandsdehnung'srneßstreifen ermittelt wird. Alle abgeführten technischen Lösungen werden jedoch infolge zusätzlicher Meßverfahren und Bauelemente aufwendiger oder weniger zuverlässig, erfordern größere Einbautiefen oder gesonderte Einrichtungen zur Einhaltung der zuverlässigen Maxiuialverschiebung oder gewährleisten für das vorgesehene Einsatzgebiet über längere Anwendungszeiträume nicht die erforderliche Meßgenauigkeit. .aging-sensitive working membranes and the necessary additional Schutzme'mbranen so that such systems have not proven in practical Schif f.sbetrieh. Furthermore, load cells are known, in which the force to be measured is transmitted by pressure piston via elastic intermediate media on membrane-like deformation members and electrically determined by resistance stretch srsstreifen. All discharged technical solutions, however, become more expensive or less reliable as a result of additional measuring methods and components, require larger installation depths or separate devices to maintain the reliable maximum displacement or do not guarantee the required measuring accuracy for the intended field of application over longer periods of use. ,

Ziel der Erfindung . Aim of the invention.

Ziel der Erfindung ist es, eine einfache, zuverlässige, betriebssichere und fernbedienbare Kräftmeßvorrichtung mit sicherer Axialwegbegrenzung sowie verbesserter und bleibender , jVleßgenauigkeit zu schaffen.The aim of the invention is to provide a simple, reliable, reliable and remote-operated Kräftmeßvorrichtung with safe Axialwegbegrenzung and improved and lasting jVleßgenauigkeit.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine hydraulische Kraftmeßvorrichtung unter vorzugsweiser Anwendung von hydraulisch ge- , schlossenen, untereinander kommunizierenden Druckkammern zu schaffen, bei der die elastische Membrandurchbiegung und der entsprechende Axialweg der einzelnen Übertragungsorgane auf einen geringen Verschiebeweg begrenzt ist, um die Membran gegen bleibende Deformationen zu sichern und bei, unvermindertem Zuverlässigkeit s- und Vers cn le/iß verhalten günstige Einbaubedinungen in übliche Einscheiben-Segmentdrucklager'zu ermöglichen.It is therefore an object of the invention to provide a hydraulic force measuring device under vorzugsweiser application of hydraulically closed, mutually communicating pressure chambers, in which the elastic membrane deflection and the corresponding Axialweg the individual transmission elements is limited to a small displacement to the membrane against permanent To ensure deformations and, with unimpaired reliability and behavior, to enable favorable installation conditions in conventional single-disc segment thrust bearings.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Anwendung von metallischen Dr.uckmembranen in einem aus kommunizierenden Druckräumen geringer 3auhöhe gebildeten, geschlossenen hydraulischen Drucksystem gelöst.According to the invention, the object is achieved by the use of metallic Dr.uck membranes in a closed hydraulic pressure system formed from communicating pressure chambers of less than 3au height.

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Dazu werden in der Drucksegment-Aufnehmerplatte, die in Einscheiben-Drucksegmentlagern zur Aufnahme des Axialschubes bei Vorausfahrt dient, entsprechend der Lage des Schubnittelpunktes der kippbar gelagerten Schubsegmente an der zum Lagergehäuse abgestützten Seite zwei oder mehrere miteinander durch Bohrungen oder Rohre verbundene, flache zylindrische Bohrungen angeordnet. Diese im Durchmesser und in der Anzahl dem zu messenden Schub angepaßte Bohrungen werden so durch kreisförmige Membranen sowie ringförmige Dichtungen und Spannringe verschlossen, daß die miteinander verbundenen Druckkammern ein geschlossenes Hydrauliksystem bilden. Die ringförmigen Spannringe sindFor this purpose, two or more flat cylindrical bores connected to one another by bores or pipes are arranged in the pressure segment pickup plate used in single-disk pressure segment bearings for receiving the axial thrust in advance travel according to the position of the shear point of the tiltably mounted thrust segments on the side supported on the bearing housing , These matched in diameter and in number to the thrust to be measured holes are closed by circular membranes and annular seals and clamping rings that the interconnected pressure chambers form a closed hydraulic system. The annular clamping rings are

( .' außerdem so ausgeführt, daß die Axialschubbewegung der auf den Membranen ruhenden kreisförmigen Druckübertragungsplatten durch Anschlag auf das zulässige Maß gleichmäßig begrenzt wird, so daß zusätzliche Kontrollanzeigen für den Axialweg entbehrlich sind. - ('' Also designed so that the axial thrust movement of resting on the membranes circular pressure transfer plates is uniformly limited by striking the allowable level, so that additional control indicators for Axialweg are dispensable.

Die Verwendung metallischer, alterungsunempfindlicher ein- oder mehrschichtiger Membranen wird durch eine besondere Ausbildung der Druckübertragungsplatte ermöglicht. Die auf der Membran ruhende Fläche der Druckübertragungsplatte ist dazu in ihrem Mittelteil·der Membranbiegelinie angepaßt, stützt durch selbsteinstellende Kippsegmente oder elastische Elemente den Membranrand ab und verhindert damit unzulässige bleibende Membranver-The use of metallic, aging-resistant single or multilayer membranes is made possible by a special design of the pressure transfer plate. The resting on the diaphragm surface of the pressure transmission plate is adapted to its center part of the membrane bending line, supported by self-adjusting Kippsegmente or elastic elements from the edge of the membrane, thus preventing inadmissible permanent membrane

^ formungen.Formations.

^ Die einzelnen Druckräume sind untereinander kommunizierend verbunden, wobei jeweils die oberen Druckräume in der Drucksegmentplatte zur Füllung, Entlüftung und Druckeinleitung eine gesonderte Verbindung erhalten. Zur zeitweiligen oder ständigen Messung bzw. Registrierung des Propellerschubes wird das Hydrauliksystem über einen geeigneten Druckerzeuger unter Druck gesetzt. Als Druckpumpen eignen sich wegen der Vermeidung von Undichtigkeiten, des relativ geringen Fördervolumens und der möglichen langsamen und gesteuerten Druckerhöhung bzw. -minderung vorzugsweise Membrandruckerzeuger mit geschlossenem Drucksystem, wie beispielsweise thermo-hydraulische Druckerzeuger. Die Druckanzeige bzw. Registrierung kann durch übliche Druckmanometer, Fernbedienung und Fernanzeigen erfolgen, wobei durch^ The individual pressure chambers communicate with each other communicating, each receiving the upper pressure chambers in the pressure segment plate for filling, venting and pressure introduction a separate connection. For temporary or continuous measurement or registration of the propeller thrust, the hydraulic system is pressurized via a suitable pressure generator. As pressure pumps are because of the prevention of leaks, the relatively low flow and the possible slow and controlled pressure increase or decrease preferably membrane pressure generator with closed pressure system, such as thermo-hydraulic pressure generator. The pressure display or registration can be done by conventional pressure gauge, remote control and remote displays, by

vorhergehende Eichung die Zusatzkräfte aus den '/lembranbiegungen berücksichtigt werden. Um Dämpfungen eventuell erkennbarer, aus der Propulsion herrührender Schubschwankungen zu vermeiden, 'sind 'Anordnungen -der Elemente der Druckerzeugung und -messung in Drucklagernähe günstig.previous calibration, the additional forces from the / membrane bends are taken into account. In order to avoid dampings of any discernible thrust fluctuations resulting from the propulsion, arrangements of the elements of pressure generation and measurement in pressure bearing proximity are favorable.

Ausführungsbeispielembodiment

Die erfinderische Lösung wird am Beispiel 'einer hydraulischen iViembran-Druckmeßvorr icntung einer Drucksegrnentplatte eines Einscheiben-Kippsegrnent-Axialdrucklagers für Schiffsantriebsanlagen erläutert, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Entsprechend dem dynamischen Druckmittelpunkt der Drucklagerkippsegmente und dem zu, messenden Voraus-Axialschub werden in ' der Drucksegmentplatte 1 die erforderliche Anzahl von Bohrungen 2 zum Einbau der Schubauf nehmer angeordnet, die miteinanderkommunizierend verbunden sind 3. In die damit entstandenen-Druckkammern 4 werden Stützringe 5, Dichtringe 6 und eine oder mehrere Lagen iVJetallmembranen 7 eingelegt..Auf der Einzelmembran oder Membranenlage ruht die'Druckplatte 8, deren mittlere Fläche 9 der Biegelinie der Membran bei Axialschub angepaßt ist. In der Druckplatte sind Kippsegmente 10 derart gelagert 11, daß bei elastischer Durchbiegung die Membran auf den äuße-v ren Radien 12 in einer der Biegelinie entsprechenden Weise abgestützt wird. Aus der kombinierten Kippbewegung der Kippsegmente 10 und der Axialbewegung der Druckplatte 8 ergibt sich eine über den Arbeitshubweg gewährleistete^Übertragung der Membrankräfte und die Vermeidung von bleibenden Verformungen. Der Spannring 13 begrenzt mit seinem Anschlag 14 die Axialbewegung der Druckplatte. ' Bei Ausführungsva'riante mit elastischem Druckplattenboden 8 bewirkt die in Membranmitte 9 größte M,embrandurchbiegung eine dem Hubweg entgegengerichtete Bewegung des Druckplattenrandes zur Randabstützung der Membrane 12.The inventive solution is illustrated by the example of a hydraulic diaphragm type pressure measuring device of a pressure sensor plate of a single disk tilting axial thrust bearing for marine propulsion systems, as shown in the drawing. Corresponding to the dynamic pressure center of Drucklagerkippsegmente and to, measuring advance axial thrust the required number of holes 2 are arranged for mounting the Schubauf participants in 'the pressure segment plate 1, which are connected miteinanderkommunizierend 3. In the resulting-pressure chambers 4 support rings 5, Sealing rings 6 and one or more layers of iVJetallmembranen 7 inserted. On the single membrane or membrane layer rests die'Druckplatte 8, the mean surface 9 of the bending line of the membrane is adapted to axial thrust. In the pressure plate tilting segments 10 are supported 11 such that the membrane is supported on the äuße-v ren radii 12 in a bending line corresponding manner with elastic deflection. From the combined tilting movement of the tilting segments 10 and the axial movement of the pressure plate 8 results in a guaranteed over the Arbeitshubweg ^ transmission of the membrane forces and the avoidance of permanent deformation. The clamping ring 13 is limited by its stop 14, the axial movement of the pressure plate. In Ausführungsva'riante with elastic pressure plate bottom 8 causes the largest in the membrane center 9 M, embrandurchbiegung a stroke of the opposite movement of the pressure plate edge for edge support of the membrane 12th

Die'Ausführungsvariante mit plastischem Oruckplattenboden 8 verwendet zur gleichmäßigen Belastungsverteilung eine plastische Zwischenschicht. Infolge der größeren Membrandurchbiegung inDie'Ausführungsvariante with plastic Oruckplattenboden 8 uses a plastic intermediate layer for uniform load distribution. Due to the larger membrane deflection in

der Membranmitte unterstützt das aus der Mitte verdrängte Volumen die Membran auf den äußeren Radien 12.At the center of the membrane, the volume displaced from the center supports the membrane on the outer radii 12.

Claims (7)

Erfindungsanspruchinvention claim 1. Hydraulische Kraftmeßvorrichtung/ vorzugsweise unter' Anwendung von hydraulisch geschlossenen, untereinander ·. kommunizierenden Druckkammern, insbesondere zur Messung des Axialschubes in Drucklagern für Schiffsantriebe geeignet, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- kammern (4) von ein- oder mehrlagigen ivietallmembranen (7) ab geschlossen sind, wobei die Metallmembrane (7) zumindest1. Hydraulic force measuring device / preferably with 'application of hydraulically closed, with each other. communicating pressure chambers, in particular for measuring the axial thrust in thrust bearings suitable for marine propulsion, characterized in that the pressure chambers (4) of single or multi-layered ivietallmembranen (7) are closed, the metal membrane (7) at least im Zustand ihrer zulässigen elastischen Durchbiegung oder " vorbestimmten geringeren Durchbiegungen durch Widerlager ( 8; 10) abgestützt sind und der Maximalhub in Abhängigkeit vom-festgelegten Durcnbiegungsweg der Metallmenibranen (7) ·· , durch Anschlag (14) begrenzt ist.are supported in the state of their permissible elastic deflection or "predetermined lower deflections by abutments (8; 10) and the maximum stroke is limited by stop (14) as a function of the predetermined bending path of the metal mandibranes (7). 2. Hydraulische Kraftmeßvorrichtung nach Punkt I₁ d a d u r ch2. Hydraulic force measuring device according to point I ₁ dadur ch g e k e η η ze i c h η e t , daß das Widerlager (8; I_xO) aus einer gegen einen an einer Druci^segmentplatte (l) befestigtem Spannring "(13) abgestützten Druckplatte (8) und auf ihrem Rand, (11) gelagerten Kippsegmenten (10) besteht.In other words, the abutment (8; I _x O) is supported by a pressure plate (8) supported against a clamping ring "(13) fastened to a pressure plate (1) and mounted on its edge (11) Tilting segments (10) consists. 3. Hydraulische Kraftmeßvorrichtung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet , daß die mittlere Druckfläche der Druckplatte (8) sowie die Druckfläche der Kippsegmente3. Hydraulic force measuring device according to item 2, characterized in that the average pressure surface of the pressure plate (8) and the pressure surface of the tilting segments (10) entsprechend der vorbestimmten Durchbiegung der Metallmembran (7) angepaßt sind und das Dickenmaß der Kippsegmente (10) von deren außen gelegenen Kanten bis zu deren dem Mittelpunkt der Druckplatte (8) zugewandten Kanten ent-(10) are adapted in accordance with the predetermined deflection of the metal diaphragm (7) and the thickness dimension of the tilting segments (10) from their outer edges to the edges of the pressure plate (8) facing edges ' sprechend der Biegelinie verringert ist. ' speaking the bending line is reduced. 4. Hydraulische Kraftmeßvorrichtung nach Punkt 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmeoibran (7) an ihrem äußeren Umfang zwischen einem Dichtring (5) und dem Spannring (13) eingespannt ist und die entgegen der Arbeitsdruckrichtung durch die Druckplatte (8) sowie die Kippsegmente (10) belastete Metallmeinbran (7) durch einen Stützring (5) abgestützt ist.4. Hydraulic force measuring device according to item 2 and 3, characterized in that the Metallmeoibran (7) is clamped at its outer periphery between a sealing ring (5) and the clamping ring (13) and against the working pressure by the pressure plate (8) and the Tilting segments (10) loaded metal Mine (7) by a support ring (5) is supported. -η-η 5. Hydraulische Kraftmeßvorri.chtung nach Punkt 1, dadurch geken η ζ ei ctinet , daß die Metallmeinbran (7) gegenm
über dem Widerlager (8;10) durch elastische Elemente
abgestützt ist.5. Hydraulic Kraftmeßvorri.chtung to point 1, characterized geken η ζ ei ctinet that the Metallmeinbran (7) gegenm against
above the abutment (8; 10) by elastic elements
is supported. 6. Hydraulische Kraftmeßvorrichtung nach Punkt 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente
durch plastische Zwischenlagen gebildet werden.6. Hydraulic force measuring device according to item 5, characterized in that the elastic elements
be formed by plastic spacers. 7. Hydraulische Kraftmeßvorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckerzeuger mit dosierter Druckrnenge/ Fernbedienung und Fernanzeige kombiniert ist.7. Hydraulic force measuring device according to item 1, characterized in that the pressure generator is combined with metered Druckrnenge / remote control and remote display. - Hierzu 1 31att Zeichnung -- For this 1 31att Drawing -