DE19545091A1 - Meßgerät mit einem Druckaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät mit einem Druckauf­ nehmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Druckaufnehmer des erfindungsgemäßen Meßgerätes wird beispielsweise zur Aufnahme eines hydraulischen Druckes verwendet, der von dem Meßgerät in ein insbesondere elektrisches Ausgangssignal umgewandelt wird. Solche Meßgeräte dienen unter anderem zur Kon­ trolle und Steuerung von Anlagen in Abhängigkeit von Drücken eines Arbeitsmediums, welches zum Antrieb ein­ zelner Komponenten komplexer Anlagen dient. Die Erfin­ dung bezieht sich insbesondere auf hydraulische Anlagen dieser Art, darunter vornehmlich solchen des Untertage­ bergbaus, z. B. auf den hydraulischen Grubenausbau. Hierbei werden insbesondere die Stempel und hydrauli­ schen Arbeitszylinder von Ausbauschilden druckgesteu­ ert, d. h. das Setzen der Stempel erfolgt mit vorgege­ benen Drücken, die ermittelt, elektrisch weitergeleitet und ggf. angezeigt werden, bevor die Steuerung Ausbau­ schilde rückt und/oder verspannt.

Druckmeßgeräte für derartige Steuerungsaufgaben sind an sich bekannt (DE 36 01 241 A1). Hierbei weist der Druckaufnehmer des Meßgerätes einen Nippel auf, der an einem Ende einer zylinderischen Schutzhülse vorsteht und mit der Verschraubung in der Schutzhülse versperrt ist. Die Verschraubung besteht aus mehreren radialen Madenschrauben, welche den Zylinder der Schutzhülse durchdringen und radial in den Außenzylinder des Nip­ pels eingreifen. Der Nippel kann mit einer radialen Rille als Sitz einer O-Ringdichtung versehen sein, die auf dem Innenzylinder der Schutzhülse abdichtet und da­ durch das mit dem Meßdruck in einer Meßzelle in der Schutzhülse anstehende hydraulische Medium nach außen abschließt. Die Meßzelle weist lediglich einen metalli­ schen Sitz der Schutzhülse auf, wenn das hydraulische Medium, dessen Druck gemessen wird, in einer dichten Meßzelle ansteht, so daß der Innenraum der Hülse trocken und lediglich durch den Nippel verschlossen ist.

Die Schutzhülse kann erfindungsgemäß nicht nur zur Auf­ nahme der empfindlichen Teile des Meßgerätes sondern auch gleichzeitig als mechanische Einbauhilfe dienen. Beispielsweise weist sie dann an ihrem dem Nippel abge­ wandten Ende eine formschlüssige Kupplung auf. Dann läßt sich die Schutzhülse mit einem elektrischen Kabel zugfest verbinden, das mit einem Stecker für einen in die Hülse eingebauten Sockel versehen ist und mit der Schutzhülse und dem Stecker durch ein Querglied gesi­ chert wird.

Zu dem Druckaufnehmer gehört erfindungsgemäß in der Re­ gel eine Membran, welche in der Meßzelle mit dem anste­ henden Druck des Mediums beaufschlagt ist und bei­ spielsweise über einen Dehnungsmeßstreifen den zu mes­ senden Druck aufnimmt und in ein elektrisches Meßsignal umsetzt. Die Signale werden an einen Verstärker weiter­ gegeben, welcher aus dem Meßsignal das Ausgangssignal des Meßgerätes bildet, das über ein Kabel weitergelei­ tet wird. Die Verkabelung einer solchen Anlage erlaubt die zentrale und/oder dezentrale Anzeige und Verarbei­ tung der Ausgangssignale eines oder mehrerer Meßgeräte der beschriebenen Art.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Meßgeräte des vorstehend beschriebenen allgemeinen Aufbaus.

Es hat sich allerdings herausgestellt, daß die Ver­ schraubung des Nippels mit der Schutzhülse in dem als bekannt vorausgesetzten Meßgerät unabhängig von seinen verschiedenen Ausführungsformen das Ausgangssignal ver­ fälscht, das von dem Verstärker kommt und am Eingang des Kabels erscheint. Tatsächlich sind solche Fehlmes­ sungen nicht vernachlässigbar. Die darauf beruhenden Signaländerungen des Meßgerätes lassen sich sogar an den Signalschwankungen erkennen, wenn die Verschraubung des Druckaufnehmers mit der Schutzhülse bei eingeschal­ tetem Verstärker betätigt wird. Solche Fehlmessungen sind gefährlich, da sie unkontrollierbar auftreten kön­ nen und beispielsweise bei der eingangs bezeichneten Verwendung des Meßgerätes im hydraulischen Grubenausbau dazu führen können, daß Ausbauschilde bzw. hydraulische Stempel oder hydraulische Arbeitszylinder mit unzurei­ chenden Vorspannungen gesetzt oder betätigt werden.

Die Erfindung geht dem gegenüber einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Un­ teransprüche.

Es hat sich überraschend ergeben, daß die bislang auf­ tretenden Fehlmessungen auf die mit der Verschraubung der Schutzhülse mit dem Druckaufnehmer bewirkte Ver­ kopplung der Verschraubungskräfte den Druckaufnehmer, also insbesondere diejenigen Teile, welche zur Meßsi­ gnal- und/oder Ausgangssignalerzeugung dienen, verfor­ men und dadurch die Ausgangssignale verändern. Erfin­ dungsgemäß werden die von der Verschraubung in der Hülse und in dem Druckaufnehmer auftretenden Spannungen durch eine schwimmende Lagerung des Druckaufnehmers in der Hülse voneinander entkoppelt. Die schwimmende Lage­ rung führt zu einer Dämpfung und dadurch letztlich dazu, daß die Spannungen schließlich in Wärme umgesetzt werden. Um diese Funktion der schwimmenden Lagerung über die Nutzungszeiträume des Meßgerätes zu erhalten, müssen ihre Komponenten von äußeren Einwirkungen ge­ schützt werden. Das geschieht erfindungsgemäß durch einen Lagerdeckel, der die Schutzhülse verschließt und dadurch die schwimmende Lagerung kapselt. Die Ver­ schraubung dient dann nur noch zur Verbindung des La­ gerdeckels.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß auch andere als die von der Verschraubung herrührenden Verspannungen der Schutzhülse soweit gedämpft werden, daß sie die Meßsi­ gnale nicht nennenswert beeinflussen, das heißt verfäl­ schen können. Die Meßsignale und die jeweils durch die Verstärkung entstehenden Ausgangssignale des neuen Meß­ gerätes geben daher die festgestellten Drücke des Ar­ beitsmediums korrekt wieder und schließen Fehlmessungen durch äußere Einwirkungen auf die Schutzhülse und/oder den Druckaufnehmer aus.

Die schwimmende Lagerung in dem erfindungsgemäßen Meß­ gerät wird vorzugsweise mit den Merkmalen des Anspru­ ches 2 mit einer zusammengesetzten, d. h. radialen und axialen Dämpfung zwischen der Hülse und einem Nippel erreicht, wobei der Lagerdeckel dazu dient, den Nippel axial in der Schutzhülse abzustützen. Ein schwimmende Lagerung dieser Art reicht aus und läßt sich verhält­ nismäßig einfach auf unterschiedliche Weise verwirkli­ chen. Zweckmäßig geschieht das mit den Merkmalen des Anspruches 3. Zur Spannungsentkopplung dienen dabei elastomere Ringfedern, die daher eine kontinuierliche Dämpfung in der jeweiligen Entkopplungsrichtung gewährleisten.

Als elastomere Ringfedern empfehlen sich Rundschnur­ ringe, was Gegenstand des Anspruches 4 ist. Rundschnur­ ringen sind mit unterschiedlichen Querschnitten in der Technik hydraulischer und pneumatischer Arbeitsmedien in großer Zahl und Ausführung verfügbar und werden er­ findungsgemäß daher als Dämpfungselemente bevorzugt eingesetzt. Das geschieht insbesondere bei den erfin­ dungsgemäß bevorzugten Ausführungsformen rotationssym­ metrischer Meßgeräte und Druckaufnehmer gemäß dem An­ spruch 5 durch die Verwendung von O-Ringen.

Solche elastomeren Rundschnurringe werden vorzugsweise mit den Merkmalen des Anspruches 6 eingesetzt. Dabei genügt in der Regel ein O-Ring zur radialen Dämpfung, der zwischen Zylinderflächen des Gehäusezylinders und des Anschlußnippels eingespannt wird, während zur axialen Dämpfung ein weiterer O-Ring ausreicht, der zwi­ schen Ringflächen des Gehäusezylinders und des An­ schlußnippels verspannt ist.

Vorzugsweise vervollständigt man eine solche Ausbildung des erfindungsgemäßen Meßgerätes mit den Merkmalen des Anspruches 7. Hierbei dient der Lagerdeckel mit seiner Verschraubung dazu, die elastomeren Ringfedern auf ih­ ren Zylinder- und Ringflächen zu halten.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung einer Ausführungsform anhand der Figuren in der Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 ein Meßgerät im Längsschnitt; und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des unteren, d. h. Nippelbereiches des Gegenstandes der Fig. 1.

Das allgemein mit 1 in Fig. 1 bezeichnete Meßgerät weist einen bei 2 angedeuteten Druckaufnehmer auf. Die­ ser sitzt in einer Schutzhülse 3, welche eine Ver­ schraubung 4 aufweist.

Der Druckaufnehmer 2 ist in der Schutzhülse schwimmend gelagert. Diese allgemein mit 5 in Fig. 2 bezeichnete schwimmende Lagerung besteht gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispielaus zwei Dämpfungselementen in Form elastomerer Rundschnurringe 6, 7 (Fig. 1). Wie sich aus der Darstellung der Fig. 2 ergibt, sind die beiden Rundschnurringe 6, 7 als O-Ringe verwirklicht.

Die Verschraubung 4 verbindet einen Lagerdeckel 8 mit der Schutzhülse 3 und verschließt diese an dem Ende, dem ein Nippel 9 zugeordnet ist. Der Lagerdeckel 8 un­ terstützt mit einer Ringfläche 10 einen Flansch 11 des Nippels 9 in der Schutzhülse 3.

Der O-Ring 12 wird zwischen einer Zylinderfläche 14 des Nippels 9 und einer Innenzylinderfläche 15 der Schutz­ hülse 3 vorgespannt. Er dient zur radialen Dämpfung des Nippels in der Hülse und damit zur radialen Spannungsentkopplung der Hülse 3 und des Nippels 9.

Der andere O-Ring 16 stützt sich auf dem Innengewinde 17 des Deckelzylinders 18 und einer Ringfläche 19 des Ringflansches 11 des Anschlußnippels 9 ab.

Eine Abdichtung der O-Ringe 12 und 16 auf den beschrie­ benen Flächen der Schutzhülse 3 und des Nippels 9 ist grundsätzlich nicht erforderlich, da die O-Ringe ledig­ lich unter Ausnutzung ihres elastomeren Werkstoffes zur Dämpfung, also als Ringfedern verwendet werden. Die Ausbildung der Ringfedern 12 und 16 als Rundschnurringe ist aber vorteilhaft, da sie die Nutzung vorhandener und lediglich als Dichtungen verwendeter O-Ringe im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung des genannten Pro­ blems der Spannungsentkopplung ermöglichen.

Der Lagerdeckel 8 vereinigt in einer Baueinheit ein ebenes Ringelement 20 mit dem Zylinder 18, dessen Innengewinde mit dem Außengewinde 21 der Schutzhülse 3 verschraubt ist. Der zylindrische Träger des Außenge­ windes 21 entsteht durch eine Abdrehung des Gehäusezylinders 22, auf der die Zylinder- und Ringflä­ chen 14, 15 bzw. 17, 19 ausgebildet sind, die zur Ab­ stützung der Ringfedern 12, 16 dienen.

Gleichzeitig bildet die Stirnfläche 19 der Abdrehung zusammen mit der Außenzylinderfläche eines Flansches 23 des Nippels eine Ringnut, die als Sitz des O-Rings 16 verwendet wird.

Der Nippel 9 weist an seinem freien Ende die übliche Ringnut 24 mit der eingelegten O-Ringdichtung 25 auf, mit der der Nippel gegen eine nicht dargestellte, hydraulischen Druck führende Leitung abgedichtet wird. Das hydraulische Medium gelangt durch eine axiale Bohrung des Nippels 9 in eine Meßzelle 25 und eine Platte 26, welche die Meßzelle 25 oben druckdicht ab­ schließt und als Träger eines Dehnungsmeßstreifens dient, der sich unter den wechselnden hydraulischen Drücken verformt und dadurch eine Meßbrücke verstimmt. Die Meßbrücke ist mit vier isolierten Leitungen 27 an einen Verstärker 28 auf einer Platine angeschlossen, von der Leitung 29 zu einem Sockel 30 führen, die das Aus­ gangssignal an den Sockel 30 weitergeben. Der Sockel 30 wirkt mit einem nicht dargestellten Stecker eines Ka­ bels zusammen, der über radiale Bohrungen 31, 32 in ei­ nem Gehäuseinnenzylinder 32 zugfest gehalten wird. Das Kabel dient zur Weiterleitung des vom Verstärker 28 kommenden verstärktem Meßsignals der Meßzelle 25. Dabei sind die Leitungen 29 in der Schutzhülse wie bei 34 vergossen.

Claims (8)

1. Meßgerät mit einem Druckaufnehmer (2) in einer Schutzhülse (3), die für den Druckaufnehmer (2) eine Verschraubung (4) aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckaufnehmer (2) in der Schutz­ hülse (3) schwimmend gelagert ist und die Ver­ schraubung (4) als Lagerdeckel (8) dient, der die Schutzhülse (3) verschließt.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwimmende Lagerung (5) des Druckaufneh­ mers (2) eine radiale oder axiale Dämpfung der Hülse (3) und des Nippels (9) aufweist, wobei der Lagerdeckel (8) den Nippel (9) in der Schutzhülse (3) abstützt.

3. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung elastomere Ringfe­ dern (6, 7) dienen.

4. Meßgerät nach einem oder mehreren der vorausgehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als ela­ stomere Ringfedern Rundschnurringe (6, 7) dienen.

5. Meßgerät nach einem oder mehreren der vorausgehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als ela­ stomere Rundschnurringe (6, 7) O-Ringe (12, 16) dienen.

6. Meßgerät nach einem oder mehreren der vorausgehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ela­ stomeren Ringfedern (6, 7, 12, 16) sich auf Zylin­ derflächen (14, 15) eines Gehäusezylinders (18) und eines Anschlußnippels (9) des Druckaufnehmers (2) sowie auf Ringflächen (17, 19) des Gehäusezylinders (18) und des Anschlußnippels (9) abstützen.

7. Meßgerät nach einem oder mehreren der vorausgehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der La­ gerdeckel (8) in Baueinheit einen Zylinder (18) mit einem Innengewinde (16) der Verschraubung (4) auf­ weist, deren Außengewinde (21) auf einer Abdrehung des Gehäusezylinders (22) angeordnet ist, auf dem die Zylinder und Ringflächen (14, 15, 17, 19) zur Abstützung der Ringfedern (6, 7, 12, 16) angeordnet sind.

8. Meßgerät nach einem oder mehreren der vorausgehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (12) der axialen Dämpfung auf einem Ringflansch (11) und die radiale Ringfeder (16) der radialen Dämpfung (19) in einer Ringnut des An­ schlußnippels (9) angeordnet sind.