DE2035311B2 - Hydraulische kraftmessdose - Google Patents
Hydraulische kraftmessdoseInfo
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kraftmeßdose mit einem Gehäuse, das einen Boden und einen
zylindrischen Mantel aufweist, einer im Gehäuse eingespannten, metallischen, wenigstens eine koaxiale,
ringförmige Ausbeulung aufweisenden Membran, die zusammen mit dem Boden einen mit Flüssigkeit gefüllten
Arbeitsraum bildet, einem zur Dose koaxialen, auf die Membran wirkenden und mit dem
Mantel einen Ringraum bildenden Kolben und mit wenigstens einer zur Dose koaxialen, aus federndem
Material bestehenden Stützscheibe, die von ihre axiale Steifigkeit veimindernden Schlitzen durchbrochen
ist und mit ihrem radial inneren Bereich am Kolben und mit ihrem radial äußeren Bereich am
Mantel des Gehäuses befestigt ist.
In einer solchen hydraulischen Kraftmeßdose wird die zu messende Kraft über den Kolben und die
Membran in die Flüssigkeit eingeleitet, deren Druck sodann ein Maß für die Kraft darstellt und in der üblichen
Weise auf Anzeige-, Regel- oder ähnliche Einrichtungen übertragen wird. Da die verwendete Flüssigkeit
(Hydrauliköl) praktisch inkompressibel ist, beträgt der Kolbenhub bei Höchstlast gegenüber dem
unbelasteten Zustand nur etwa einige zehntel Millimeter. Der Kolben ist durch in der Regel zwei Stützscheiben parallel zur Dosenachse geführt.
Bei eitler bekannten Kraftmeßdose dieser Bauart
(Katalog B-16 der Firma The A. H. Emery Company, New Canaan, Conn., USA) ist die Membran als
dünne, metallische und völlig flache Scheibe ausgebildet; auch die zwei Stutzscheiben sind völlig flach
ausgeführt. Dies ist zwar bei dem im Normalfall — wie erwähnt — nur sehr kleinen Kolbenhub im Hinblick auf die erzielbare Meßgenauigkeit zulässig;
denn die Membran und die Stützwheiben werden unter Last nur ganz unwesentlich verformt. Falls jedoch
Leckverluste an Flüssigkeit auftreten, die nie völlig vermieden werden können, so werden die Membran
und die Stützscheiben bei gleicher Last viel stärker verformt als vorher. Da sie völlig fladi ausgebildet
und somit entsprechend steif sind, üben sie hierbei auf den Kolben eine Rückstellkraft aus und verfälschen
hierdurch das Meßergebnis. Da außerdem die
ίο Dicke des mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraumes nur
weniger als 1 mm beträgt, kann es bei einem Leckverlust sehr rasch dazu kommen, daß die Membran auf
dem Boden der Dose aufliegt, wodurch die Kraftmeßdose außer Funktion gesetzt ist, was in vielen wichtigen
Anwendungsfällen schwerwiegende Folgen haben kann.
Aus dem vorgenannten Katalog ist auch eine Kraftmeßdose bekannt, bei der die Dicke des mit
Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraumes mehrere Millimeter beträgt, bei der also nicht wie bei der vorbeschriebenen
Kraftmeßdose im Fall eines Leckverlustes unmittelbar die Gefahr des Ausfallens der Vorrichtung
besteht. Bei ihr ist als Membran eine aus Gummi hergestellte sogenannte »Rollmembran« verwendet, die
entlang der Innenfläche des Dosenmantels einen Ringwulst bildet. Diese Membranausführung erlaubt
zwar in gewissen Grenzen ein ungehindertes Bewegen des Kolbens; sie übt somit auf den Kolben keine
Rückstellkraft aus; jedoch kann diese Membran nur wesentlich geringer belastet werden als eine metallische
Membran; d.h., der Meßbereich der Kraftmeßdose ist sehr niedrig. Außerdem kann sie nicht in hohen
Umgebungstemperaturen verwendet werden, weil sonst die Gummimembran Schaden erleidet. Zur
Führung des Kolbens dienen äd dieser Kraftmeßdose Kugeln, welche im Ringraum zwischen Dosenmantel
und Kolben eingebettet sind. Dies erfordert die Abdichtung des Ringraumes nach außen mittels eines
elastischen, also in der Regel ebenfalls aus Gummi hergestellten Dichtelementes, welches wiederum hohen
Temperaturen nicht standhalten kann.
Darüber hinaus sind Einrichtungen mit einer Membran bekanntgeworden, die eine ringförmige Ausbeulung
aufweist. An dieser Membran greift ein Kolben an, der von einer aus federndem Material bestehenden
Stützscheibe geführt ist. Die Stützscheibe ist von Schlitzen durchbrochen, welche ihre axiale Steifigkeit
vermindern. Bei diesen bekannten Einrichtungen sind die Schlitze jedoch so ausgebildet, daß gleichzeitig
auch die radiale Steifigkeit der Scheibe herabgesetzt wird. Dies ist jedoch nicht tragbar, da dadurch die
Membran unsymmetrisch belastet werden kann, was zu verfälschten Meßergebnissen führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Fehler der bekannten Einrichtungen zu vermeiden
und die eingangs beschriebene Kraftmeßdose derart auszubilden, daß der Kolben einen verhältnismäßig
großen Hub ausführen kann, wobei weder die den Kolben führenden Stützscheiben noch die Membran
eine nennenswerte Rückstellkraft auf den Kolben ausüben dürfen und wobei gleichzeitig auf eine Abdichtung
des Ringraumes zwischen Dosenmantel und Kolben verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird — ausgehend von der eingangs beschriebenen Kraftmeßdose — dadurch gelöst, daß tangential zu zwei konzentrischen Kreisen, von denen der innere in der Nähe des Kolbenumfanges und der äußere nahe am Dosenmantel vorgesehen
Diese Aufgabe wird — ausgehend von der eingangs beschriebenen Kraftmeßdose — dadurch gelöst, daß tangential zu zwei konzentrischen Kreisen, von denen der innere in der Nähe des Kolbenumfanges und der äußere nahe am Dosenmantel vorgesehen
ist, Teilabschnitte der Schlitze verlaufen, an deren
Enden radial verlaufende Schlitzabschnitte anschließen; die beim inneren Kreis nach außen und beim äußeren
Kreis nsch innen gerichtet sind, und daß die Schlitze des einen Kreises in Umfangsrichtung gegen
die Schlitze des anderen Kreises versetzt angeordnet sind.
Die Stützscheiben und die Membran der erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftmeßdose sind also
derart ausgebildet, daß ihr radial innerer Bereich ge- to genüber dem radial äußeren Bereich ohne nennenswerten
Kraftaufwand in axialer Richtung bewegt werden kann. Diese möglichst geringe axiale Steifigkeit
wird bei den Stützscheiben durch die genannten Schlitze und bei der Membran durch die ringförmige
Ausbeulung herbeigeführt. Werden also die Stützscheiben und die Membran durch die zu messende
Kraft verformt, so üben sie keine oder nur eine vernachlässigbar
kleine Rückstellkraft auf den Kolben aus und können somit das Meßergebnis nicht verfälsehen.
Bei entsprechender Dicke des mit der Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraumes von z.B. 2 bis 4 mm steht
dem Kolben und der Membran ein gewisser Sicherheitsweg von etwa 1 bis 3 mm zur Verfügung, so daß
im Fall eventueller Leckverluste nicht unmittelbar die Gefahr des Ausfallens der Vorrichtung besteht.
Mit anderen Worten: Solange sich eventuelle Leckverluste derart in Grenzen halten, daß die Membran
noch nicht am Boden der Dose anliegt, ist noch ein einwandfreies Arbeiten der Kraftmeßdose gewährleistet.
Sie bleibt also wesentlich länger funktionstüchtig als die eingangs beschriebene bekannte Einrichtung.
Im übrigen kann an der Kraftmeßdose ein Endschalter angeordnet werden, derart, daß dieser kurz vor
Anliegen der Membran am Boden der Dose ein Warn- oder Schaltsignal auslöst.
Ist die erfindungsgemäße Kraftmeßdose z. B. Teil einer Regeleinrichtung für das Konstanthalten der
Spannung eines umlaufenden Filzes einer Papiermaschine, so ist die mit einem eventuellen Ausfallen der
Kraftmeßdose verbundene Gefahr des Über- oder Entspannens des Filzes oder gar dessen Zerstörung
sowie von hierdurch verursachten Betriebsunterbrechungen wesentlich reduziert.
Die erfindungsgcmäße Ausbildung der Membran
erlaubt es. diese aus einem hochfesten metallischen Werkstoff herzustellen; daher kann die Kraftmeßdose
auch zum Messen extrem großer Kräfte benutzt werden.
Radial gerichtete Kraftkomponenten werden durch die Slützschcibcn auf das Gehäuse übertragen, ohne
die geringste Verlagerung des Kolbens in radialer Richtung und damit eine entsprechende unsymmetrische
Verformung der Membran zuzulassen. Zusatzliehe Hilfseinrichtungen werden hierfür nicht benötigt.
Gleichzeitig sind die Stützscheiben völlig unempfindlich gegen Verschmutzung. Deshalb ist eine Abdichtung
des die Stützscheiben aufnehmenden Ringraumes
zwischen Dosenmantel und Kolben nicht erforderlich. Die Verwendung elastischer, etwa aus
Gummi od. dgl. hergestellter Dichtelemente wird daher vermieden. Da gleichzeitig, wie schon erwähnt,
auch für die Membran nur metallische Werkstoffe verwendet werden, ist die Kraftmeßdose auch in hohen
Umgebungstemperaturen voll einsatzfähig. Die hierbei naturgemäß auftretende stärkere Volumenvergrößerung
der Flüssigkeit gegenüber den metallischen Teilen der Kraftmeßdose wirkt sich auf das
Meßergebnis überhaupt nicht aus; denn eine solche Volumenvergrößerung kann als ein »negativer Leckverlust«
angesehen werden, wobei die entsprechende Verformung von Membran und Stützscheiben — wie
oben erläutert — praktisch kräftefrei erfolgt,
Die erfindungsgemäß ausgebildete Kraftmeßdose ist daher durch ihre einfache und robuste Bauart besonders
für solche Anwendungsfälle geeignet, bei denen hohe Temperaturen herrschen und Verschmutzungsgefahr
besteht, wie z. B. in Papiermaschinen. Zugleich zeichnet sie sich durch sehr geringe Herstellungskosten
aus.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Darin
zeigt
F i g. 1 eine Kraftmeßdose ii.i Schnitt nach Linie
I-IderFig. 2 und
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kraftmeßdose nach F i g. I.
Das Gehäuse der in den beiden Figuren dargestellten Kraftmeßdose besteht aus einem kreisrunden Boden
10 und einem ringförmigen Dosenmante! 11. Zwischen diesen Gehäuseteüen ist eine aus dünnem,
hochfestem, metallischem Werkstoff gefertigte Membran 12 eingespannt, die zusammen mit dem Boden
einen mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraum 13 bildet. Dieser steht in der üblichen Weise über einen Kanal
14 und eine Leitung 15 mit in der Zeichnung nicht sichtbaren Anzeige-, Regel- oder ähnlichen Einrichtungen
in Verbindung.
Die Membran 12 weist eine ringförmige zum Gehäuse konzentrische, im Querschnitt halbkreisförmige,
entlang der Innenwand des Dosenmantels 11 verlaufende und vom Boden 10 weggerichtete Ausbeulung
16 auf. Der Boden IO besitzt einen in diese Ausbeulung 16 hineinragenden ringförmigen Wulst,
der die Membran 12 im radial äußeren Bereich der Ausbeulung 16 abstützen kann. Die radial inneren
Bereiche der Membran 12 und des Bodens 10 sind eben und zueinander parallel; die lichte Höhe des Arbeitsraumes
13 betrat hier mehrere Millimeter, vorzugsweise
2 bis 4 mm.
Auf dem radial inneren Bereich der Membran 12 ruht eine kreisrunde Druckscheibe 17 mit einem als
stumpfwinkeliger Kegel ausgebildeten Obe;teil. An der abgerundeten Kegclspitzc der Druckscheibe 17
liegt ein Kolben 20 an, der die zu messende Kraft in die Kraftmeßdose einleitet; dieser Kolben, dessen
Außcndurchmesscr nur etwa ein Viertel bis ein Drittel des Innendurchmessers des Dosenmantcls 11 beträgt,
ist an zwei in gewissem Abstand übereinanderliegenden Siützschciben 22 befestigt, die unter Zwischenschalten
eines Distanzringes 19 in einer Aussparung des Dosenmantels 11 eingesetzt und dort mittels
eines Deckringes 21 eingespannt sind.
Die Stützscheiben 22, die innerhalb gewisser Grenzen ein leichtes Bewegen des Kolbens 20 in Achsrichtung
erlauben, jedoch keinerlei Verlagerung des Kolbens in radialer Richtung zulassen sollen, sind aus
dünnem, federndem Material hergestellt und von Schlitzen 26, 27, 28, 29 durchbrochen. Diese Schlitze
vermindern die axiale Steifigkeit der Stützscheiben, d. h. sie erlauben es, daß der radial innere Bereich
der StUtzscheiben gegenüber dem radial äußeren Bereich ohne nennenswerten Kraftaufwand in axialer
Richtung bewegt werden kann. Die Hauptteile 26, 27
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dieser Schlitze verlaufen tangential zu zwei konzentrischen Kreisen, einem inneren nahe am Kolbenumfang
und einem äußeren nahe am Dosenmantel verlaufenden Kreis. Auf jedem dieser Kreise sind vier
solche tangentiale Schlitze 26, 27 gleichmäßig verteilt, die inneren Schlitze 27 jedoch gegenüber den
äußeren Schlitzen 26 in Umfangsrichtung versetzt, wobei sich die Enden je zweier benachbarter innerer
und äußerer Schlitze — vom Mittelpunkt der Scheibe aus gesehen — gegenseitig überdecken. An die Enden
der tangentialen Schlitze 26, 27 schließen sich etwa in radialer Richtung verlaufende Verlängerungen 28, 29
an, so daß insgesamt U-förmige, ineinander eingreifende
Schlitze entstehen.
Claims (1)
- 2 035 31 IPatentanspruch:Hydraulische Kraftmeßdose mit einem Gehäuse, das einen Boden und einen zylindrischen Mantel aufweist, einer im Gehäuse eingespannten metallischen, wenigstens eine koaxiale, ringförmige Ausbeulung aufweisenden Membran, die zusammen mit dem Boden einen mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraum bildet, einem zur Dose koaxialen, auf die Membran wirkenden und mit dem Mantel einen Ringraum bildenden Kolben und mit wenigstens einer zur Dose koaxialen, aus federndem Material bestehenden Stützscheibe, die von ihre axiale Steifigkeit vermindernden Schlitzen durchbrochen ist und mit ihrem radial inneren Bcrexh am Kolben und mit ihrem radial äußeren Bereich am Mantel des Gehäuses befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß tangential zu zwei konzentrischen Kreisen, von denen der innere in der Nähe des Kolbenumfanges und der äußere nahe am Dosenmantel (11) vorgesehen ist, Teilabschnitte (16 bzw. 27) der Schlitze verlaufen, an deren Enden radial verlaufende Schlitzabschnitte (28 bzw. 29) anschließen, die beim inneren Kreis nach außen und beim äußeren Kreis narh innen gerichtet sind, und daß die Schlitze (26, 28) des einen Kreises in Umfangsrichtung gegen dit. Schliue (27, 29) des anderen Kreises versetzt angeordnet sind.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19702035311 DE2035311B2 (de) | 1970-07-16 | 1970-07-16 | Hydraulische kraftmessdose |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2035311A1 DE2035311A1 (de) | 1972-01-20 |
DE2035311B2 true DE2035311B2 (de) | 1972-05-18 |
Family
ID=5776966
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19702035311 Pending DE2035311B2 (de) | 1970-07-16 | 1970-07-16 | Hydraulische kraftmessdose |
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DE (1) | DE2035311B2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0026682A1 (de) * | 1979-09-04 | 1981-04-08 | Freyssinet International (Stup) | Hydraulischer Kraftmesser |
DE4109427A1 (de) * | 1990-04-09 | 1991-10-10 | Kristal Instr Ag | Kraftmesscheibe |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0342305B1 (de) * | 1988-05-18 | 1991-11-13 | Ulf Lundman Aktiebolag | Anordnung in einem lastfühlenden Körper |
-
1970
- 1970-07-16 DE DE19702035311 patent/DE2035311B2/de active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0026682A1 (de) * | 1979-09-04 | 1981-04-08 | Freyssinet International (Stup) | Hydraulischer Kraftmesser |
DE4109427A1 (de) * | 1990-04-09 | 1991-10-10 | Kristal Instr Ag | Kraftmesscheibe |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2035311A1 (de) | 1972-01-20 |
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