DE102017214107B4

DE102017214107B4 - Pressure vessel with at least one sensor and material testing machine

Info

Publication number: DE102017214107B4
Application number: DE102017214107.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Werz; Stefan Weihe; Chris Kohler; Stefan Zickler; Werner Ottens
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2037-08-12
Also published as: DE102017214107A1

Abstract

Druckbehälter, aufweisend einen Druckraum (2), mindestens eine den Druckraum (2) begrenzende Behälterwand (3.1, 3.2), die den Druckraum (2) von der äußeren Umgebung (6) fluiddicht trennt, wobei die mindestens eine Behälterwand (3.1, 3.2) eine Öffnung (7.1, 7.2) aufweist und über diese Öffnung (7.1, 7.2) ein Stellgliedabschnitt (8a) wenigstens eines relativ zur Behälterwand (3.1, 3.2) verstellbaren Stellglieds (8.1, 8.2) des Druckbehälters (1) in den Druckraum (2) hineinragt, wobei zwischen dem Stellglied (8.1, 8.2) und der Behälterwand (3.1, 3.2) eine dynamische Dichtung (9) angeordnet ist, welche einen zwischen dem verstellbaren Stellglied (8.1, 8.2) und der Behälterwand (3.1, 3.2) verbleibenden Spalt der Öffnung (7.1, 7.2) druckdicht abdichtet, des Weiteren aufweisend wenigstens einen Sensor (10), der ausgebildet ist, zum Bestimmen einer durch das Stellglied (8.1, 8.2) eingeleiteten Kraft oder eines Moments durch Erfassen einer elastischen Verformung an einem innerhalb des Druckraums (2) liegenden Verformungsglied, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsglied einen von dem Druckraum (2) abgewandten Außenwandabschnitt (11) aufweist und der wenigstens eine Sensor (10) an diesem Außenwandabschnitt (11) angeordnet ist.Pressure container, comprising a pressure chamber (2), at least one container wall (3.1, 3.2) delimiting the pressure chamber (2), which separates the pressure chamber (2) from the external environment (6) in a fluid-tight manner, the at least one container wall (3.1, 3.2) has an opening (7.1, 7.2) and via this opening (7.1, 7.2) an actuator section (8a) of at least one actuator (8.1, 8.2) of the pressure vessel (1) which is adjustable relative to the container wall (3.1, 3.2) into the pressure chamber (2) protrudes, a dynamic seal (9) being arranged between the actuator (8.1, 8.2) and the container wall (3.1, 3.2), which has a gap between the adjustable actuator (8.1, 8.2) and the container wall (3.1, 3.2) Seals the opening (7.1, 7.2) in a pressure-tight manner, further comprising at least one sensor (10) which is designed to determine a force or a moment introduced by the actuator (8.1, 8.2) by detecting an elastic deformation at an inside d es deformation chamber lying pressure chamber (2), characterized in that the deformation member has an outer wall section (11) facing away from the pressure chamber (2) and the at least one sensor (10) is arranged on this outer wall section (11).

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, aufweisend einen Druckraum, mindestens eine den Druckraum begrenzende Behälterwand, die den Druckraum von der äußeren Umgebung fluiddicht trennt, wobei die mindestens eine Behälterwand eine Öffnung aufweist und über diese Öffnung ein Stellgliedabschnitt wenigstens eines relativ zur Behälterwand verstellbaren Stellglieds des Druckbehälters in den Druckraum hineinragt, wobei zwischen dem Stellglied und der Behälterwand eine dynamische Dichtung angeordnet ist, welche einen zwischen dem verstellbaren Stellglied und der Behälterwand verbleibenden Spalt der Öffnung druckdicht abdichtet, des Weiteren aufweisend wenigstens einen Sensor, der ausgebildet ist, zum Bestimmen einer durch das Stellglied eingeleiteten Kraft oder eines Moments durch Erfassen einer elastischen Verformung an einem innerhalb des Druckraums liegenden Verformungsglied. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verformungsglied, insbesondere zur Verwendung an einem solchen Druckbehälter, und eine Druckbehälteranlage, insbesondere Werkstoffprüfmaschine, die einen solchen Druckbehälter und/oder ein solches Verformungsglied aufweist.The invention relates to a pressure container, comprising a pressure chamber, at least one container wall delimiting the pressure chamber, which separates the pressure chamber from the external environment in a fluid-tight manner, the at least one container wall having an opening and, via this opening, an actuator section of at least one actuator of the pressure container that is adjustable relative to the container wall protrudes into the pressure chamber, a dynamic seal being arranged between the actuator and the container wall, which seals a gap of the opening remaining between the adjustable actuator and the container wall, further comprising at least one sensor which is designed to determine a through the Actuator initiated force or a moment by detecting an elastic deformation on a deformation member lying within the pressure chamber. The invention also relates to a deformation member, in particular for use on such a pressure vessel, and a pressure vessel system, in particular a material testing machine, which has such a pressure vessel and / or such a deformation member.

Aus der DE 10 2015 117 134 B3 ist eine Temperierkammer bekannt, zur optischen Messerfassung einer Material- oder Bauteil-Probe, die im Inneren der Temperierkammer angeordnet ist. Die Messerfassung erfolgt durch ein Kamerasystem auf Basis eines Messverfahrens mit Hintergrundbeleuchtung. Ein Wandabschnitt einer Wand der Temperierkammer ist dazu mit Leuchtmitteln ausgestattet, die durch mindestens eine Schicht des Wandabschnitts von dem Inneren der Temperierkammer getrennt sind und die Bestandteile des Wandabschnitts sind. Die Hintergrundbeleuchtung erzeugt diffuses Licht, das von einer Kamera des Kamerasystems aufgenommen werden kann.From the DE 10 2015 117 134 B3 a temperature control chamber is known for optically measuring a material or component sample, which is arranged inside the temperature control chamber. The measurement is carried out by a camera system based on a measurement process with backlighting. For this purpose, a wall section of a wall of the temperature control chamber is equipped with lamps which are separated from the interior of the temperature control chamber by at least one layer of the wall section and which are components of the wall section. The backlight creates diffuse light that can be picked up by a camera in the camera system.

Die JP 02128131 A beschreibt einen Drucksensor, bei dem ein druckübertragendes Verformungsteil aus einer magnetischen Legierung hergestellt ist und bei dessen Verformung die magnetische Permeabilität verändert wird, so dass ein Spule des Drucksensors diese Änderung der magnetischen Permeabilität erfassen und als elektrisches Signal einer Wechselspannungs-Differentialschaltung zuführt.The JP 02128131 A describes a pressure sensor in which a pressure-transmitting deformation part is made of a magnetic alloy and the deformation of which changes the magnetic permeability, so that a coil of the pressure sensor detects this change in the magnetic permeability and supplies it as an electrical signal to an AC differential circuit.

Die DE 10 2011 055 953 B3 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Verformung einer Werkstoffprobe bei Einleitung einer Kraft und/oder eines Moments unter vorgegebenen Umgebungsbedingungen in einem Gehäuse einer Prüfanordnung und eine Prüfanordnung, umfassend ein Gehäuse, ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Haltemittel zur Halterung der Werkstoffprobe an einer Einspannstelle und ein außerhalb des Gehäuses angeordnetes Bildkorrelationssystem mit einer Bildaufnahmeeinheit.The DE 10 2011 055 953 B3 describes a method for determining the deformation of a material sample upon introduction of a force and / or a moment under predetermined environmental conditions in a housing of a test arrangement and a test arrangement, comprising a housing, a holding means arranged inside the housing for holding the material sample at a clamping point and an outside of the housing arranged image correlation system with an image recording unit.

Statt solcher aufwändigen und teuren Kamerasysteme können in Druckbehältern die elastischen Verformungen an ausgewählten bzw. gewünschten Stellen im Druckbehälter auch mittels kostengünstiger Dehnmesssensoren erfasst werden. Hierbei stellt sich jedoch einerseits das Problem, dass derartige Dehnmesssensoren überwiegend elektrisch erfassende Sensoren sind, so dass in solchen Fällen elektrische Anschlussleitungen aus dem fluiddichten Druckbehälter herausgeführt werden müssen, was mit aufwändigen und die Sicherheit des Druckbehälters beeinträchtigenden Abdichtungen in den Bereichen verbunden ist, in denen die elektrischen Anschlussleitungen aus dem Druckbehälter herausgeführt sind. Andererseits stellt sich das Problem, dass die innerhalb des Druckbehälters angeordneten, also im Druckraum befindliche Sensoren mitunter sehr hohen Drücken, sehr hohen Temperaturen oder sehr niedrigen Temperaturen und auch aggressiven Fluiden, insbesondere Gasen ausgesetzt sein können, welche die Funktionsfähigkeit und die Lebensdauer der Sensoren beeinträchtigen können.Instead of such complex and expensive camera systems, the elastic deformations at selected or desired locations in the pressure vessel can also be detected in pressure vessels by means of inexpensive strain gauges. On the one hand, however, there is the problem that such strain measuring sensors are predominantly electrically detecting sensors, so that in such cases electrical connection lines have to be led out of the fluid-tight pressure vessel, which is associated with complex seals which impair the safety of the pressure vessel in the areas in which the electrical connection lines are led out of the pressure vessel. On the other hand, there is the problem that the sensors arranged inside the pressure vessel, i.e. located in the pressure chamber, can sometimes be exposed to very high pressures, very high temperatures or very low temperatures and also to aggressive fluids, in particular gases, which impair the functionality and the service life of the sensors can.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Druckbehälter so zu verbessern, dass mittels kostengünstiger Sensoren eine Erfassung einer elastischen Verformung zur Bestimmung von Kräften und/oder Momenten möglich ist, die von mittels eines beweglichen Stellglieds eingeleiteten Kräften oder Momenten innerhalb des Druckbehälters erzeugt werden, und dabei die Sensoren in Ihrer Funktionsfähigkeit und Lebensdauer verbessert sind.The object of the invention is to improve a generic pressure vessel in such a way that, using inexpensive sensors, it is possible to detect an elastic deformation for determining forces and / or moments that are generated within the pressure vessel by forces or moments introduced by means of a movable actuator, and the sensors in their functionality and lifespan are improved.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Druckbehälter, aufweisend einen Druckraum, mindestens eine den Druckraum begrenzende Behälterwand, die den Druckraum von der äußeren Umgebung fluiddicht trennt, wobei die mindestens eine Behälterwand eine Öffnung aufweist und über diese Öffnung ein Stellgliedabschnitt wenigstens eines relativ zur Behälterwand verstellbaren Stellglieds des Druckbehälters in den Druckraum hineinragt, wobei zwischen dem Stellglied und der Behälterwand eine dynamische Dichtung angeordnet ist, welche einen zwischen dem verstellbaren Stellglied und der Behälterwand verbleibenden Spalt der Öffnung druckdicht abdichtet, des Weiteren aufweisend wenigstens einen Sensor, der ausgebildet ist, zum Bestimmen einer durch das Stellglied eingeleiteten Kraft oder eines Moments durch Erfassen einer elastischen Verformung an einem innerhalb des Druckraums liegenden Verformungsglied, wobei das Verformungsglied einen von dem Druckraum abgewandten Außenwandabschnitt aufweist und der wenigstens eine Sensor an diesem Außenwandabschnitt angeordnet ist.The object is achieved by a pressure vessel, having a pressure chamber, at least one container wall delimiting the pressure chamber, which separates the pressure chamber from the external environment in a fluid-tight manner, the at least one container wall having an opening and, via this opening, an actuator section of at least one actuator which is adjustable relative to the container wall of the pressure vessel protrudes into the pressure chamber, a dynamic seal being arranged between the actuator and the vessel wall, which seals a gap of the opening remaining between the adjustable actuator and the vessel wall, further comprising at least one sensor which is designed to determine a force or a moment introduced by the actuator by detecting an elastic deformation on a deformation member lying within the pressure chamber, the deformation member having an outer wall section facing away from the pressure chamber and the at least one sensor is arranged on this outer wall section.

Der Druckbehälter ist ausgebildet, insbesondere einen über dem Umgebungsdruck liegenden Innendruck standhalten zu können. Der Druckbehälter kann jedoch auch derart ausgebildet sein, dass er sowohl einen über dem Umgebungsdruck liegenden Überdruck, als auch einen unter dem Umgebungsdruck liegenden Unterdruck standhalten kann. Der Druckbehälter ist selbstverständlich auch ausgebildet, einen im Bereich des Umgebungsdrucks liegenden Normaldruck standzuhalten. Dies ist insbesondere dann auch bedeutsam, wenn beispielsweise der Druckbehälter mit gesundheitsgefährdenden oder giftigen Medien befüllt ist, wie beispielsweise Chlorgas. The pressure vessel is designed, in particular, to be able to withstand an internal pressure which is above the ambient pressure. However, the pressure vessel can also be designed such that it can withstand both an overpressure above the ambient pressure and a underpressure below the ambient pressure. The pressure vessel is of course also designed to withstand a normal pressure lying in the range of the ambient pressure. This is particularly important if, for example, the pressure vessel is filled with media that are hazardous to health or toxic, such as chlorine gas.

Der jeweilige Sensor dient der Verformungsmessung und kann insbesondere wenigstens einen Dehnmessstreifen, insbesondere wenigstens einen metallischen Dehnmessstreifen oder einen Halbleiterdehnmessstreifen umfassen. Zusätzlich können auch Temperatursensoren vorgesehen sein.The respective sensor is used for the deformation measurement and can in particular comprise at least one strain gauge, in particular at least one metallic strain gauge or a semiconductor strain gauge. In addition, temperature sensors can also be provided.

Das Verformungsglied weist insbesondere einen von dem Druckraum abgewandten und der Umgebung zugewandten Außenwandabschnitt auf und der wenigstens eine Sensor ist dabei an diesem Außenwandabschnitt angeordnet.The deformation member has in particular an outer wall section facing away from the pressure chamber and facing the surroundings, and the at least one sensor is arranged on this outer wall section.

Stellglieder an Druckbehältern können im Allgemeinen dazu vorgesehen sein, innerhalb des Druckraums angeordnete Gegenstände mittels einer von außerhalb des Druckbehälters auf das Stellglied aufgebrachten Bewegung, Kraft und/oder Moment, zu bewegen, mit einer Kraft zu beaufschlagen und/oder mit einem Moment zu beaufschlagen. Wird ein innerhalb des Druckraums angeordneter Gegenstand entsprechend bewegt oder mit einer Kraft und/oder Moment beaufschlagt kann es wichtig sein, eine dabei auf den Gegenstand aufgebrachte Kraft und/oder Moment bzw. eine vom Gegenstand auf das Stellglied aufgebrachte Kraft und/oder Moment zu bestimmen, insbesondere zu messen. Kräfte und/oder Momente können im Allgemeinen dadurch bestimmt, insbesondere berechnet werden, indem Verformungen an einem Glied erfasst werden, das mit den betreffenden Kräften und/oder Momenten beaufschlagt ist. Aus der erfassten elastischen Verformung am Verformungsglied und mit Hilfe dessen bekannten Materialeigenschaften kann dann die auf das Verformungsglied einwirkenden Kräfte und/oder Momente berechnet werden.Actuators on pressure vessels can generally be provided to move objects placed within the pressure chamber by means of a movement, force and / or moment applied to the actuator from outside the pressure vessel, to apply a force and / or to apply a moment. If an object arranged within the pressure chamber is moved accordingly or a force and / or moment is applied, it may be important to determine a force and / or moment applied to the object or a force and / or moment applied by the object to the actuator to measure in particular. Forces and / or moments can generally be determined, in particular calculated, by detecting deformations on a member that is subjected to the relevant forces and / or moments. The forces and / or moments acting on the deformation element can then be calculated from the detected elastic deformation on the deformation element and with the aid of its known material properties.

Im Zusammenhang mit der Erfindung bedeutet der Begriff Stellglied insoweit, dass dieses Stellglied, allgemein ausgedrückt, einen Weg oder eine Kraft aufbringt bzw. in den Druckraum einleitet. Das Stellglied muss den Weg oder die Kraft jedoch nicht unmittelbar selbst aufbringen, sondern der Weg oder die Kraft kann beispielsweise durch einen an das Stellglied angeflanschten, angeschlossenen und/oder verbundenen Aktuator aufgebracht werden. Der Aktuator kann beispielsweise ein Hydraulikzylinder, ein Spindelantrieb oder ein Linearmotor sein.In connection with the invention, the term actuator means that this actuator, generally speaking, applies a path or a force or introduces it into the pressure chamber. However, the actuator does not have to directly apply the path or the force itself, but the path or the force can be applied, for example, by an actuator flanged, connected and / or connected to the actuator. The actuator can be, for example, a hydraulic cylinder, a spindle drive or a linear motor.

Indem erfindungsgemäß das Verformungsglied einen von dem Druckraum abgewandten Außenwandabschnitt aufweist und der wenigstens eine Sensor an diesem Außenwandabschnitt angeordnet ist, kann die Verformung des innerhalb des Druckraums liegenden Verformungsglieds erfasst werden, ohne dass der Sensor selbst innerhalb des Druckraums angeordnet ist. Als Sensoren können dann einfache und kostengünstige Sensoren verwendet werden, welche die Verformung berührend an dem Verformungsglied erfassen. Die Sensoren müssen dabei nicht den erhöhten Anforderungen genügen, die beispielsweise dann erfüllt werden müssten, wenn die Sensoren innerhalb des Druckraums liegend bspw. sehr hohen oder sehr niedrigen Drücken innerhalb des Druckbehälters ausgesetzt wären. Indem der wenigstens eine Sensor an dem Außenwandabschnitt des Verformungsglieds angebracht ist, liegt der Sensor außerhalb des Druckraums und ist demgemäß nur den Umwelteinflüssen der außerhalb des Druckbehälters liegenden Umgebung ausgesetzt, die demgemäß lediglich den normalen Umweltbedingungen, wie dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist. In vielen speziellen Anwendungsfällen kann es auch vorgesehen sein, dass der Druckraum des Druckbehälters mit einem chemisch und/oder physikalisch aggressiven Medium gefüllt ist. Insbesondere in solchen Anwendungsfällen ist es besonders vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Sensor nicht diesem chemisch und/oder physikalisch aggressiven Medium ausgesetzt ist.By virtue of the fact that the deformation member has an outer wall section facing away from the pressure chamber and the at least one sensor is arranged on this outer wall section, the deformation of the deformation member lying within the pressure chamber can be detected without the sensor itself being arranged inside the pressure chamber. Simple and inexpensive sensors can then be used as sensors, which detect the deformation on the deformation element in a touching manner. The sensors do not have to meet the increased requirements that would have to be met, for example, if the sensors lying within the pressure chamber were exposed to, for example, very high or very low pressures within the pressure container. By attaching the at least one sensor to the outer wall section of the deformation member, the sensor lies outside the pressure space and is accordingly only exposed to the environmental influences of the environment outside the pressure vessel, which is accordingly only exposed to the normal environmental conditions, such as the ambient pressure. In many special applications it can also be provided that the pressure chamber of the pressure vessel is filled with a chemically and / or physically aggressive medium. In such applications in particular, it is particularly advantageous if the at least one sensor is not exposed to this chemically and / or physically aggressive medium.

Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn der Sensor nicht mit einer sehr hohen oder sehr niedrigen Temperatur beaufschlagt wird. Die oben beschriebene Kühlung bzw. Temperierung ist vorrangig dazu gedacht, die im Druckraum angeordnete Probe durch den Halter hindurch zu Temperieren.It may be advantageous if the sensor is not subjected to a very high or very low temperature. The cooling or tempering described above is primarily intended to temper the sample arranged in the pressure chamber through the holder.

Insbesondere wenn Sensoren, wie beispielsweise Dehnmessstreifen, mit einem gleichen bzw. ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie das Verformungsglied eingesetzt werden, ist es besonders vorteilhaft, wenn es keinen Temperaturunterschied zwischen Verformungselement und Sensor gibt. Bei üblichen Stahlwerkstoffen können nämlich die thermischen Dehnungen oftmals die elastischen Dehnungen weit übersteigen. Zwar können die thermischen Dehnungen ggf. auch herausgerechnet werden, wenn die Temperatur durch einen entsprechenden Temperatursensor vorliegt. Es ist allerdings besonders günstig, wenn der Sensor, insbesondere der Dehnmessstreifen, bereits auf den Wärmeausdehnungskoeffizient des Werkstoffs des Verformungselementes angepasst ist. Es müssen nämlich beispielsweise im Falle von analogen Signalen diese mit einem Messverstärker verstärkt und ggf. digitalisiert werden. Wenn der Messbereich also nur auf die elastischen Dehnungen eingestellt werden müssen, kann insgesamt ein höher aufgelöstes Messsignal erreicht werden, als dies nötig wäre, wenn erst betragsmäßig viel größere thermische Dehnungen mitgemessen werden und diese dann herausgerechnet werden müssten.In particular, if sensors, such as strain gauges, with the same or similar thermal expansion coefficient as the deformation element are used, it is particularly advantageous if there is no temperature difference between the deformation element and the sensor. In the case of conventional steel materials, the thermal expansions can often far exceed the elastic expansions. It is true that the thermal expansions can also be calculated out if the temperature is available through a corresponding temperature sensor. However, it is particularly advantageous if the sensor, in particular the strain gauge, is already adapted to the coefficient of thermal expansion of the material of the deformation element. For example, in the case of analog signals, they must be included amplified by a measuring amplifier and digitized if necessary. If the measuring range only has to be set to the elastic strains, a higher-resolution measuring signal can be achieved than would be necessary if much larger thermal strains were measured and then had to be calculated out.

Neben dem Einsatz in speziellen Anlagen, wie beispielsweise in Autoklaven von Universalprüfmaschinen, insbesondere zur Wasserstoffprüfung, kann das vorgestellte Messprinzip für eine große Anzahl an Anwendungen mit extremen Situationen und Dichtungsdurchführung eingesetzt werden. Hierzu zählen z.B. die Messung von Drehmomenten in Rührkesseln, Messung von Kräften in hermetisch abgedichteten Anlagen, sowie jede beliebige Spindeldurchführung im allgemeinen Maschinenbau.In addition to the use in special systems, such as in autoclaves of universal testing machines, especially for hydrogen testing, the measuring principle presented can be used for a large number of applications with extreme situations and seal implementation. These include e.g. the measurement of torques in stirred tanks, measurement of forces in hermetically sealed systems, as well as any spindle lead-through in general mechanical engineering.

Als dynamische Dichtungen zwischen Stellglied, wie beispielsweise einer Zylinderstange und dem Druckbehälter können insbesondere Faltenbalge, Gleitringdichtungen, Radialwellendichtringe, Packungsdichtungen und Labyrinthdichtungen verwendet werden, die in dem Spalt zwischen der Öffnung des Druckbehälters und dem Stellglied eingesetzt sind.Bellows, mechanical seals, radial shaft seals, packing seals and labyrinth seals, which are inserted in the gap between the opening of the pressure container and the actuator, can in particular be used as dynamic seals between the actuator, such as a cylinder rod and the pressure vessel.

Die Aufgabe wird im Speziellen somit auch gelöst durch eine Werkstoffprüfmaschine, der einen solchen Druckbehälter aufweist. Die Werkstoffprüfmaschine ist insoweit ein konkretes Ausführungsbeispiel eines speziellen Anwendungsfalls, bei dem ein Druckbehälter mit einem Stellglied zur Anwendung kommt und der Druckraum beispielsweise mit sehr hohen oder niedrigen Drücken, sehr hohen oder niedrigen Temperaturen und/oder chemisch und/oder physikalisch aggressiven Medien beaufschlagt ist.In particular, the task is also solved by a material testing machine that has such a pressure vessel. In this respect, the material testing machine is a specific exemplary embodiment of a special application in which a pressure vessel with an actuator is used and the pressure chamber is subjected to very high or low pressures, very high or low temperatures and / or chemically and / or physically aggressive media, for example.

Da die Randbedingungen wie Medium, Druck und Temperatur teilweise einen erheblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffs haben, müssen Werkstoffe um sie realistisch bewerten zu können unter diesen Bedingungen geprüft werden. Der in dem Druckbehälter im Druckraum angeordnete Gegenstand kann demgemäß eine Probe eines Werkstoffs sein, der beispielsweise einer Zug- oder Druckbelastung ausgesetzt wird, die von dem Stellglied auf die Probe aufgebracht wird.Since the boundary conditions such as medium, pressure and temperature have a considerable influence on the mechanical properties of a material, materials must be tested under these conditions in order to be able to realistically assess them. The object arranged in the pressure container in the pressure chamber can accordingly be a sample of a material which is subjected, for example, to a tensile or compressive load which is applied to the sample by the actuator.

Hierbei kann der erfindungsgemäße Druckbehälter bspw. mit Temperierkammern kombiniert als eine Werkstoffprüfmaschine verwendet werden, um diese Randbedingungen definiert vorgeben zu können.The pressure vessel according to the invention can be used, for example, combined with temperature chambers as a material testing machine in order to be able to specify these boundary conditions in a defined manner.

Beispielsweise kann ein Ermitteln von Schwingfestigkeitskennwerten unter einer Wasserstoff-Atmosphäre innerhalb des Druckraums bei hohen Wasserstoffdrücken durchgeführt werden, wobei auch hohe oder niedrige Temperaturen vorgesehen sein können. Eine Wasserstoffversprödung tritt beispielsweise bei vielen Werkstoffen auf. Daher müssen im Rahmen der Nutzung von Wasserstoff beispielsweise als Treibstoff entsprechende Werkstoffkennwerte bei diesbezüglichen Produkten ermittelt werden.For example, vibration strength values can be determined under a hydrogen atmosphere within the pressure chamber at high hydrogen pressures, wherein high or low temperatures can also be provided. For example, hydrogen embrittlement occurs in many materials. Therefore, in the context of the use of hydrogen, for example as a fuel, corresponding material properties have to be determined for related products.

Aufgrund des hohen Drucks, der langen Fülldauer und des Gasverbrauchs wird die mit Gas beaufschlagte Prüfkammer im Allgemeinen so klein wie irgend möglich gehalten. Die Probe befindet sich in der Prüfkammer, das Stellglied zur Kraftaufbringung erstreckt sich nach Außerhalb der Prüfkammer und beispielsweise eine Kraftmessdose befindet sich bisher in bekannter Weise außerhalb der Prüfkammer. Die Prüfkraft bzw. die Bewegung um die Probe zu beanspruchen wird über wenigstens ein Stellglied, wie bspw. Zylinderstangen, durch ein dynamisches Dichtsystem in die Prüfkammer des Autoklaven übertragen. Das Dichtsystem führt jedoch zu erheblichen Reibkräften, so dass die an der externen Kraftmessdose ankommenden Kräfte insbesondere bei zyklischer Prüfung um einen bestimmten Betrag der Reibkraft abweichen können.Due to the high pressure, the long filling time and the gas consumption, the gas-loaded test chamber is generally kept as small as possible. The sample is in the test chamber, the actuator for applying the force extends outside the test chamber and, for example, a load cell has so far been outside the test chamber in a known manner. The test force or the movement to stress the sample is transmitted to the test chamber of the autoclave via at least one actuator, such as, for example, cylinder rods, through a dynamic sealing system. However, the sealing system leads to considerable frictional forces, so that the forces arriving at the external load cell can deviate by a certain amount of the frictional force, particularly during cyclical testing.

Diese Kräfte können nur sehr schwer rechnerisch berücksichtigt werden, da sich die Reibkraft anhängig von Druck, Temperatur, Zeit und Anzahl der Zyklen sowie auch zufällig ändert. Darüber hinaus kann es zu sogenannten Stick-Slip -Effekten, d.h. einem Ruckgleiten kommen. Dies kann folglich zu sehr starken Fehlern in der Messwerterfassung bzw. in der Einstellung definierter Kräfte führen.It is very difficult to take these forces into account mathematically, since the friction force changes depending on pressure, temperature, time and number of cycles and also randomly. In addition, so-called stick-slip effects, i.e. come to a slip. As a result, this can lead to very strong errors in measured value acquisition or in the setting of defined forces.

Um dieses Problem zu lösen können zwar generell innenliegende Teile des Laststranges, die von der Probenkraft durchflossen werden, beispielsweise mit Dehnmessstreifen beklebt werden, um so die tatsächlich wirkenden Probenkräfte messen zu können. Diese Anordnung löst zwar das Problem, dass die Kraftmessung von den Reibkräften unabhängig ist, allerdings ergibt sich gleichzeitig das neue Problem, dass die eingesetzten Dehnmesstreifen dem unter Druck stehenden Wasserstoff ausgesetzt sind. Durch die Einwirkung des Wasserstoffs auf den Dehnmessstreifen kann es zu zwei unterschiedlichen Wirkungen kommen. Einerseits kann eine unerwünschte und rechnerisch nicht berücksichtigbare Drift des Dehnmessstreifens durch unkontrollierte Diffusion des Wasserstoffs in den Widerstandswerkstoff des DMS auftreten. Andererseits kann ein Abplatzen bzw. eine Zerstörung des Dehnmessstreifens bei zu schnellem Ablassen des Drucks passieren, da der im Dehnmesstreifen bzw. der Klebeschicht des Dehnmessstreifens unter Druck gelöste Wasserstoff bei der Dekompression spontan ausgast und damit Blasen im Kunststoff bildet.In order to solve this problem, generally internal parts of the load string through which the sample force flows can, for example, be covered with strain gauges so that the actually acting sample forces can be measured. Although this arrangement solves the problem that the force measurement is independent of the frictional forces, there is also the new problem that the strain gauges used are exposed to the pressurized hydrogen. The action of hydrogen on the strain gauge can have two different effects. On the one hand, an undesirable drift of the strain gauge that cannot be taken into account in the calculation can occur due to uncontrolled diffusion of the hydrogen into the resistance material of the strain gauge. On the other hand, the strain gauge can flake or be destroyed if the pressure is released too quickly, since the hydrogen dissolved in the strain gauge or the adhesive layer of the strain gauge spontaneously outgasses during decompression and thus forms bubbles in the plastic.

Eine weitere Problematik bekannter Prüfsysteme ist es, dass die Kraftmessung nicht automatisch Temperatur- und Druckkompensiert ist. Bei den bekannten Systemen kommt es aufgrund der Temperierung und des Innendrucks zu einem Verschieben oder zur Verfälschung des Messsignals. Another problem with known test systems is that force measurement is not automatically temperature and pressure compensated. In the known systems, the temperature control and the internal pressure result in the measurement signal being shifted or falsified.

Anstatt den Sensor im Innenraum der Prüfkammer auf lasttragende Teile, z.B. auf das wenigstens eine Stellglied bzw. die Zylinderstange oder ein Lastjoch des Druckbehälters oder Autoklaven anzubringen, wird erfindungsgemäß der Sensor an einer dem Druckraum abgewandten Seite des Stellglieds bzw. der Zylinderstange oder des Lastjochs des Druckbehälters oder Autoklaven angebracht.Instead of the sensor in the interior of the test chamber on load-bearing parts, e.g. According to the invention, the sensor is attached to the at least one actuator or the cylinder rod or a load yoke of the pressure container or autoclave, on a side of the actuator or the cylinder rod or the load yoke of the pressure container or autoclave facing away from the pressure space.

Dies hat den Vorteil, dass mit dem Sensor die beispielsweise auf die Probe einwirkende Kraft ohne einen Beitrag der Reibkraft gemessen werden kann. Gleichzeitig ist der Sensor nicht in Kontakt mit dem Medium in dem Druckraum, sodass keine Drift auftritt und der Sensor beispielsweise auch bei schnellem Ablassen des Drucks nicht zerstört werden kann.This has the advantage that the force acting on the sample, for example, can be measured with the sensor without any contribution from the frictional force. At the same time, the sensor is not in contact with the medium in the pressure chamber, so that no drift occurs and the sensor cannot be destroyed, for example, even if the pressure is released quickly.

Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass bei einer Fehlfunktion der Spannungsquelle für den Sensor eventuell auftretende Funken beim Durchbrennen des Sensors im Falle von brennbaren Medien im Druckraum nicht zu einer Explosion führen können, da sich der Sensor außerhalb des gefährdeten Bereichs befindet.In addition, there is the advantage that if the voltage source for the sensor malfunctions, any sparks that may occur when the sensor burns out in the case of flammable media in the pressure chamber cannot lead to an explosion, since the sensor is located outside the endangered area.

Des Weiteren werden keine Stromdurchführung vom Innenraum des Druckbehälters, insbesondere des Autoklaven bzw. der Prüfkammer nach draußen benötigt. Entsprechende aufwändige und teure Kabeldurchführungen für hohe Drücke und aggressive Medien können somit entfallen.Furthermore, no current lead-through from the interior of the pressure vessel, in particular the autoclave or the test chamber, to the outside is required. Corresponding complex and expensive cable bushings for high pressures and aggressive media can thus be omitted.

Das Verformungsglied kann von dem über die Öffnung der Behälterwand in den Druckraum teilweise hineinragenden Stellgliedabschnitt des wenigstens einen Stellglieds gebildet werden, welcher Stellgliedabschnitt den von dem Druckraum abgewandten Außenwandabschnitt aufweist, an dem der wenigstens eine Sensor angeordnet ist.The deformation element can be formed by the actuator section of the at least one actuator which partially projects into the pressure chamber via the opening of the container wall, which actuator section has the outer wall section facing away from the pressure chamber and on which the at least one sensor is arranged.

Das Verformungsglied kann alternativ oder ergänzend zu einem Stellglied insbesondere auch an einem innerhalb des Druckraums liegenden Haltegliedabschnitt eines in den Druckraum hineinragenden Halteglieds ausgebildet sein, welcher Haltegliedabschnitt einen von dem Druckraum abgewandten Außenwandabschnitt aufweist, an dem der wenigstens eine Sensor angeordnet ist.As an alternative or in addition to an actuator, the deformation member can also be formed, in particular, on a holding member section lying within the pressure chamber of a holding member projecting into the pressure chamber, which holding member section has an outer wall section facing away from the pressure chamber and on which the at least one sensor is arranged.

Der wenigstens eine Sensor, d.h. die Kraftmesseinrichtung kann nicht nur, wie zuvor beschrieben, an ein über eine dynamische Dichtung in den Druckraum hineinragendes Stellglied als Bewegungsdurchführung angekoppelt sein, sondern alternativ oder ergänzend kann der Sensor, d.h. die Kraftmesseinrichtung an einem Halteglied angekoppelt sein, das vollständig innerhalb des Druckraums angeordnet ist oder beispielsweise über eine statische Dichtung am Druckbehälter angeflanscht ist.The at least one sensor, i.e. The force measuring device can not only be coupled, as described above, to an actuator projecting into the pressure space via a dynamic seal, but alternatively or additionally, the sensor, i.e. the force measuring device can be coupled to a holding member which is arranged entirely within the pressure chamber or is flange-mounted on the pressure vessel, for example, via a static seal.

Eine weitere mögliche Ausführungsform ist eine (Prüf-)Maschine, bei der die Kraft im Druckraum, d.h. im Prüfraum durch ein sogenanntes Lastjoch auf eine Probe übertragen wird. In ein solches Lastjoch können eine oder mehrere Bohrungen oder Sacklöcher eingebracht sein, die innerhalb des Lastjoches, aber außerhalb des Druckraumes, also innerhalb der Kontur des Druckbehälters angeordnet sind, bis in die Nähe des Prüfraums ragen. In diesen Bohrungen oder Sacklöcher können die Sensoren, sowie optionale Temperatursensoren angebracht sein. Dabei ist sicherzustellen, dass die zu messenden Kräfte mindestens teilweise durch das Lastjoch im Messquerschnitt übertragen werden. Unter Lastjoch wird in diesem Zusammenhang eine Struktur verstanden, die einen geschlossenen Kraftfluss auf einer Seite des Autoklaven durch die Probe hindurch ermöglicht. Somit kann auf eine Kraftdurchleitung an einer gegenüberliegenden Stelle des Autoklaven verzichtet werden.Another possible embodiment is a (testing) machine in which the force in the pressure chamber, i.e. is transferred to a sample in the test room by a so-called load yoke. In such a load yoke, one or more bores or blind holes can be made, which are arranged inside the load yoke, but outside the pressure chamber, that is, within the contour of the pressure vessel, up to the vicinity of the test chamber. The sensors and optional temperature sensors can be fitted in these holes or blind holes. It must be ensured that the forces to be measured are at least partially transmitted through the load yoke in the measurement cross section. In this context, load yoke is understood to mean a structure that enables a closed flow of force on one side of the autoclave through the sample. This means that there is no need to transmit force at an opposite point in the autoclave.

Das Lastjoch kann beispielsweise direkt in einen Autoklaven-Deckel oder einen Autoklaven-Boden integriert sein. Das Lastjoch zusammen mit dem Autoklaven-Deckel oder Autoklaven-Boden können in einem Bauteil zusammengefasst sein.The load yoke can, for example, be integrated directly into an autoclave lid or an autoclave bottom. The load yoke together with the autoclave lid or bottom can be combined in one component.

Ein Stellglied zum Aufbringen der Prüfkräfte bzw. der dazu notwendigen Verschiebungen kann bei dieser Ausführungsform wahlweise durch den Autoklaven-Deckel oder den Autoklaven-Boden geführt sein.In this embodiment, an actuator for applying the test forces or the necessary displacements can optionally be guided through the autoclave cover or the autoclave bottom.

Bei solchen Ausführungsformen können sehr einfache Autoklaven, insbesondere topfförmig Autoklaven geschaffen werden, die insbesondere für hohe Drücke von bis zu 1000 Bar geeignet sind. Zum Verschließen des Autoklaven können Schrauben eingesetzt werden oder andere kraft- oder formschlüssige Elemente wie z.B. Bolzen und/oder Stifte.In such embodiments, very simple autoclaves, in particular cup-shaped autoclaves, can be created, which are particularly suitable for high pressures of up to 1000 bar. Screws can be used to close the autoclave or other non-positive or positive elements such as Bolts and / or pins.

Das wenigstens eine Stellglied kann demgemäß ein relativ zur Behälterwand verstellbar gelagerter beweglicher Probenhalter sein und/oder das in den Druckraum hineinragende Halteglied kann ein relativ zur Behälterwand unbeweglich befestigter fester Probenhalter sein, wobei der wenigstens eine bewegliche Probenhalter und/oder der feste Probenhalter ausgebildet sind, auf eine in dem Druckraum angeordnete und mit dem wenigstens einen beweglichen Probenhalter und/oder dem festen Probenhalter verbundene Probe eine über das wenigstens eine Stellglied übertragene Prüfkraft auszuüben.Accordingly, the at least one actuator can be a movable sample holder that is adjustably mounted relative to the container wall and / or the holding element that projects into the pressure chamber can be a fixed sample holder that is immovably fixed relative to the container wall, wherein the at least one movable sample holder and / or the fixed sample holder are designed, to exert a test force transmitted via the at least one actuator to a sample arranged in the pressure chamber and connected to the at least one movable sample holder and / or the fixed sample holder.

Das Verformungsglied, insbesondere der Stellgliedabschnitt und/oder der Haltegliedabschnitt kann wahlweise einen Rohrabschnitt mit einer Rohrmantelaußenwand und einer Rohrmantelinnenwand aufweisen, wobei eine Oberfläche der Rohrmantelaußenwand dem Druckraum zugewandt ist und der Sensor an eine Oberfläche der Rohrmantelinnenwand angeordnet ist. The deformation member, in particular the actuator section and / or the holding member section, can optionally have a pipe section with a pipe jacket outer wall and a pipe jacket inner wall, wherein a surface of the pipe jacket outer wall faces the pressure chamber and the sensor is arranged on a surface of the pipe jacket inner wall.

Das Verformungsglied, insbesondere der Stellgliedabschnitt und/oder der Haltegliedabschnitt kann wahlweise von einem Vollmaterialkörper gebildet werden, der eine dem Druckraum zugewandte Manteloberfläche aufweist und an einer der Umgebung zugewandten Stirnseite des Vollmaterialkörpers wenigstens eine Sackbohrung eingebracht ist, in welche der Sensor eingesetzt ist.The deformation member, in particular the actuator section and / or the holding member section, can optionally be formed from a solid material body, which has a jacket surface facing the pressure chamber and at least one blind hole is made in an end face of the solid material body facing the environment, into which the sensor is inserted.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann der wenigstens eine Sensor zur Messung der Längs- und Umfangsdehnungen zur Ermittlung der Kraft statt in einem Loch bzw. einer Bohrung, vielmehr auf einer frei zugänglichen Oberfläche angeordnet sein. Die in den Autoklaven hineinragende Bohrung wird quasi nach außen umgestülpt. Der Kraftfluss der im Autoklaven befindlichen Probe wird so nach außen umgeleitet, um dort die Dehnungen zu messen und so die Kraft bestimmen zu können.In a modified embodiment, the at least one sensor for measuring the longitudinal and circumferential strains for determining the force can be arranged on a freely accessible surface instead of in a hole or a bore. The hole protruding into the autoclave is turned inside out. The force flow of the sample in the autoclave is redirected to the outside in order to measure the strains and to determine the force.

Dadurch dass der Kraftfluss umgeleitet wird und damit auch der druckführende Bereich nach außen vergrößert wird und die Kraftmesseinrichtung damit unter Innendruck steht und nicht nur unter einem Außendruck wie bei anderen Varianten, müssen ggf. aufgrund beispielsweise bestimmter Druckbehälterrichtlinien, zusätzliche Randbedingungen in Kauf genommen werden.Due to the fact that the power flow is redirected and thus the pressure-carrying area is enlarged to the outside and the force measuring device is therefore under internal pressure and not only under an external pressure as in other variants, additional boundary conditions may have to be accepted due to certain pressure vessel guidelines, for example.

Bei einer Kompromisslösung zur Verbesserung der Messgenauigkeit bei gleichzeitig annehmbarem Fertigungsaufwand können in die Bohrung insbesondere nur Sensoren zum Messen der Axialdehnung und eventuell Temperatursensoren eingeklebt werden. Sogenannte Bolzen- oder Zylinder-DMS-Sensoren beispielsweise können auch in kleinste Bohrungen sehr einfach eingeklebt werden. Eventuell zusätzliche Dehnmessstreifen auf der Außenoberfläche können dann vorrangig zum Ermitteln der Umfangsdehnung dienen, sodass ggf. auf einen separaten Drucksensor verzichtet werden kann.In the case of a compromise solution to improve the measuring accuracy with an acceptable manufacturing outlay, in particular only sensors for measuring the axial expansion and possibly temperature sensors can be glued into the bore. So-called bolt or cylinder strain gauge sensors, for example, can be glued into the smallest of holes very easily. Any additional strain gauges on the outer surface can then primarily be used to determine the circumferential expansion, so that a separate pressure sensor can be dispensed with if necessary.

Der Sensor kann ein Halbleiter-DMS sein. Um Halbleiter-DMS auch bei kleinen Durchmesser der Zylinderstange bzw. der darin befindlichen Ausnehmung, insbesondere Bohrung einsetzen zu können, können unrunde Ausnehmungen oder Bohrungen eingesetzt werden. Dies können z.B. nutenförmige Ausnehmungen oder Bohrungen sein, mit dreieckigem, viereckigem oder allgemein vieleckigem Querschnitt - mit oder ohne abgerundete Kanten - sein. Diese können z.B. durch Fräßen, Senkerodieren, Additive Fertigung, Stoßen oder Räumen hergestellt werden. Insoweit muss eine Bohrung nicht notwendiger Weise mittels eines Bohrers spanend hergestellt sein, vielmehr kann die Bohrung, welche insoweit nur eine tiefe Ausnehmung mit insbesondere kreisförmigen Querschnitt darstellt, auch durch andere Fertigungstechniken hergestellt werden.The sensor can be a semiconductor strain gauge. In order to be able to use semiconductor strain gauges even with small diameters of the cylinder rod or the recess therein, in particular a bore, non-circular recesses or bores can be used. This can e.g. be groove-shaped recesses or bores, with a triangular, square or generally polygonal cross section - with or without rounded edges. These can e.g. by milling, die sinking EDM, additive manufacturing, shaping or broaching. In this respect, a bore does not necessarily have to be machined by means of a drill, rather the bore, which in this respect only represents a deep recess with a circular cross section in particular, can also be produced by other manufacturing techniques.

Der Querschnitt im Messbereich kann lokal so gestaltet sein, z.B. durch Einfräsungen, Nuten, Eindrehungen oder unrunde Bohrungen, dass die aus dem Betriebsdruck resultieren Membran- oder Biegedehnungen auf der Innenseite lokal an der Applikationsstelle der Dehnmessstreifen den Dehnungen in Längsrichtung qualitativ und quantitativ entgegenwirken. Hiermit wird es möglich dass die aus dem Betriebsdruck resultierenden Dehnungen sich an der Messstelle der Dehnmessstreifen vollständig oder näherungsweise aufheben und daher mit vorzugsweise in Längsrichtung orientierten Dehnmessstreifen nur die Dehnungen gemessen werden, die aus der Prüfkraft resultieren. Hierdurch lässt sich die Messgenauigkeit des Systems weiter steigern oder im Zusammenhang mit temperaturkompensierten Dehnmessstreifen auf eine elektronische Kompensation verzichten.The cross-section in the measuring area can be designed locally, e.g. through milling, grooves, screwing or non-round bores, that the membrane or bending strains resulting from the operating pressure on the inside counteract the strains in the longitudinal direction qualitatively and quantitatively at the application point of the strain gauges. This makes it possible for the strains resulting from the operating pressure to be completely or approximately canceled out at the measuring point of the strain gauges, and therefore only the strains which result from the test force are measured with strain gauges oriented preferably in the longitudinal direction. As a result, the measuring accuracy of the system can be further increased or electronic compensation can be dispensed with in connection with temperature-compensated strain gauges.

Das Verformungsglied, insbesondere der Stellgliedabschnitt und/oder der Haltegliedabschnitt kann einen Einschnürungsabschnitt aufweisen, der in seinem quer zur eingeleiteten Kraft liegendem Querschnitt eine gegenüber den anderen Abschnitten des Verformungsglieds, des Stellgliedabschnitts oder des Haltegliedabschnitts verringerte Querschnittsfläche aufweist, wobei der Sensor im Bereich des Einschnürungsabschnitts angeordnet ist.The deformation member, in particular the actuator section and / or the holding member section, can have a constriction section which, in its cross section transverse to the force introduced, has a reduced cross-sectional area compared to the other sections of the deformation member, the actuator section or the holding member section, the sensor being arranged in the region of the constriction section is.

Der Querschnitt im Messquerschnitt kann geringer sein als im restlichen Bereich der Zylinderstange. Dies ermöglicht eine bessere Auflösung des Messsystems. Gleichzeitig kann dadurch der Einfluss von thermischen Gradienten bei gleichzeitig hoher Steifigkeit der Zylinderstange reduziert werden.The cross-section in the measuring cross-section can be smaller than in the rest of the area of the cylinder rod. This enables a better resolution of the measuring system. At the same time, the influence of thermal gradients and high rigidity of the cylinder rod can be reduced.

Ein verstärkter Querschnitt bzw. eine entsprechend hohe Wandstärke im Bereich der dynamischen Dichtung und im Bereich der Einspannung vermindert ebenfalls den Einfluss von Störgrößen auf das Messsystem.A reinforced cross section or a correspondingly high wall thickness in the area of the dynamic seal and in the area of the clamping also reduces the influence of disturbance variables on the measuring system.

Es ist aus fertigungstechnischer Sicht besonders günstig, wenn die Bohrung auf der Innenseite einen konstanten Durchmesser hat oder sich der Innendurchmesser zumindest im Bereich des Messquerschnitts nicht vergrößert, sondern die Verringerung des Querschnitts im Messquerschnitt durch eine Eindrehung von außen erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass dann das Einbringen der Sensoren einfacher geht als ggf. in hinterschnittenen Bereichen.From a manufacturing point of view, it is particularly favorable if the bore on the inside has a constant diameter or the inside diameter does not increase, at least in the area of the measurement cross section, but instead the cross section in the measurement cross section is reduced by screwing in from the outside. This has the advantage that the insertion of the sensors is then easier than if necessary in undercut areas.

Das Verformungsglied, insbesondere der Stellgliedabschnitt und/oder der Haltegliedabschnitt kann ergänzend mit einer Kühleinrichtung versehen sein, die ausgebildet ist, einen Bereich des Verformungsglieds, des Stellgliedabschnitts oder des Haltegliedabschnitts zu kühlen, an dem der Sensor oder der Probenhalter angebracht ist. The deformation member, in particular the actuator section and / or the holding member section, can additionally be provided with a cooling device which is designed to cool a region of the deformation member, the actuator section or the holding member section to which the sensor or the sample holder is attached.

Um beispielsweise die zu prüfenden Werkstoffproben zu Temperieren, ist es besonders günstig dies über die Einspannungen zu machen. Es hat sich nämlich in mehreren Entwicklungsstufen solcher Anlagen gezeigt, dass eine Kühlung lediglich über eine um die Probe angebrachte Kühlwendel uneffektiv ist und damit besonders hohe oder niedrige Temperaturen nicht oder nur sehr langsam und damit unwirtschaftlich erreicht werden können.For example, in order to temper the material samples to be tested, it is particularly advantageous to do this using the clamps. It has been shown in several development stages of such systems that cooling is only ineffective by means of a cooling coil attached to the sample, and therefore particularly high or low temperatures cannot be achieved or can only be achieved very slowly and therefore uneconomically.

Deshalb kann bei der Erfindung optional die beispielsweise hohle Zylinderstange direkt mit einem Temperiermedium durchströmt werden. Die Bohrung in der Zylinderstange kann dazu genutzt werden, Leitungen aufzunehmen, die ein Thermofluid bis zur Einspannung befördern.Therefore, in the invention, the hollow cylinder rod, for example, can optionally be flowed through directly with a temperature control medium. The hole in the cylinder rod can be used to accommodate lines that carry a thermal fluid until it is clamped.

Eine besonders günstige Variante ergibt sich wenn die Einspannung oder die gesamte Zylinderstange additiv hergestellt wird. In diesem Fall können feine Kühlkanäle sehr nahe an das Gewinde gefertigt werden. Dies erhöht maßgeblich den Wärmeübergang vom Temperiermedium auf die zu prüfende Werkstoffprobe.A particularly favorable variant results if the clamping or the entire cylinder rod is produced additively. In this case, fine cooling channels can be made very close to the thread. This significantly increases the heat transfer from the temperature control medium to the material sample to be tested.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Teil der Einspannung mit eingebrachten Kühlkanälen aus einem Werkstoff mit vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer, ferritischer Stahl, oder Aluminium besteht und der Rest der Zylinderstange oder zumindest eine Zwischenschicht aus einem Werkstoff mit vergleichsweise niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht , wie z.B. austenitischer Stahl oder Titan.A further advantage is obtained if the part of the clamping with the cooling channels introduced is made of a material with a comparatively high thermal conductivity, e.g. Copper, ferritic steel, or aluminum and the rest of the cylinder rod or at least an intermediate layer consists of a material with a comparatively low thermal conductivity, such as austenitic steel or titanium.

Eine weitere, besonders günstige Konstruktion hinsichtlich der Montage der Leitungen für das Thermofluid, der Sensoren, sowie der Proben, sowie hinsichtlich der Herstellung der Einspannung, ergibt sich durch eine mehrteilige Ausführung. Zwischen Einspannung und Zylinderstange kann die Kraft beispielsweise über eine Überwurfmutter übertragen werden und die Fügestelle durch eine statische Dichtung abgedichtet werden.Another, particularly favorable design with regard to the assembly of the lines for the thermal fluid, the sensors, and the samples, as well as with regard to the production of the clamping, results from a multi-part design. The force can be transmitted between the clamping and the cylinder rod, for example via a union nut, and the joint can be sealed with a static seal.

Der Sensor kann in allen Ausführungsformen wahlweise alternativ oder ergänzend wenigstens einen am Verformungsglied, am Stellgliedabschnitt und/oder am Haltegliedabschnitt angebrachten Dehnungsmessstreifen oder ein Faser-Bragg-Gitter aufweisen.In all embodiments, the sensor can alternatively or additionally have at least one strain gauge or a fiber Bragg grating attached to the deformation member, the actuator section and / or the holding member section.

Um ggf. auftretende Biegeanteile, die aus geometrischen Abweichungen der Probe, der Zylinderstange oder der Einspannung herrühren, zu berücksichtigen, ist es zweckmäßig nicht nur die Dehnung an einer Stelle der Zylinderstange zu messen, sondern an mehreren Stellen.In order to take into account any bending components that may result from geometrical deviations in the specimen, the cylinder rod or the clamping, it is advisable not only to measure the elongation at one point on the cylinder rod, but at several points.

Hierzu können mindestens zwei Dehnungsmessstreifen an symmetrisch angeordneten Positionen verwendet werden. Es wird entweder direkt durch die Verwendung einer Wheatstoneschen Messbrücke ein Mittelwert gebildet, oder aber durch getrennte Eingänge in einer Elektronik oder Regeleinheit. Es können ggf. auch drei oder mehr Dehnungsmessstreifen eingesetzt werden.For this, at least two strain gauges can be used at symmetrically arranged positions. A mean value is formed either directly by using a Wheatstone bridge, or by separate inputs in an electronics or control unit. If necessary, three or more strain gauges can also be used.

Ein Dehnmessstreifen misst zunächst nur eine Änderung relativ zum Ausgangsdehnungszustand in einer Richtung. Das Messprinzip kann zunächst nicht zwischen Dehnungen aufgrund von äußeren Kräften oder thermischen Dehnungen unterscheiden.A strain gauge initially measures only one change relative to the initial strain state in one direction. Initially, the measuring principle cannot differentiate between strains due to external forces or thermal strains.

Da bei Versuchen beispielsweise zur Wasserstoffversprödung bewusst die Temperatur variiert wird und von der Versuchsdurchführung abhängige Transienten auftreten, die schwer vorauszuberechnen sind, ist eine Berücksichtig der tatsächlich auftretenden thermischen Dehnung bei der Bestimmung der Probenkraft zweckmäßig.Since the temperature is deliberately varied in tests, for example, for hydrogen embrittlement, and transients occur that are dependent on the test procedure and are difficult to predict, it is advisable to take into account the thermal expansion actually occurring when determining the sample force.

Dies kann durch unterschiedliche oder ergänzende Methoden erfolgen. Einerseits kann ein Anbringen von Temperatursensoren insbesondere Thermoelemente in der nahen Umgebung des bzw. der Dehnmessstreifen erfolgen und rechnerische Berücksichtigung der thermischen Dehnungen in einer elektronischen Schaltung bzw. Regeleinheit erfolgen. Andererseits kann eine Verwendung eines zweiten, insbesondere um 90 Grad verdrehten Dehnmessstreifens vorgesehen sein, der in der direkten Umgebung des ersten Dehnmessstreifens angeordnet ist. Dabei erfolgt eine Berücksichtigung der thermischen Dehnung durch das Signal des zweiten Dehnmessstreifens, insbesondere direkt in einer Wheatstoneschen Messbrücke oder in einer elektronischen Schaltung oder Regelung mit separatem Messeingang. Demgemäß kann das Verformungsglied mit mindestens einem, insbesondere längs ausgerichteten, in einer Ausnehmung oder Bohrung des Stellglieds innenliegenden ersten Dehnmessstreifen versehen sein und mit mindestens einem in derselben oder einer anderen Ausnehmung oder Bohrung des Stellglieds innenliegenden zweiten Dehnmessstreifen versehen sein, wobei der zweite Dehnmessstreifen gegenüber dem ersten Dehnmessstreifen insbesondere um 90 Grad verdreht angeordnet ist und insbesondere in der direkten Umgebung des ersten Dehnmessstreifens angeordnet ist.This can be done using different or complementary methods. On the one hand, temperature sensors, in particular thermocouples, can be attached in the vicinity of the strain gauge (s) and the thermal strains can be taken into account in an electronic circuit or control unit. On the other hand, a second strain gauge, in particular rotated by 90 degrees, can be used, which is arranged in the immediate vicinity of the first strain gauge. The thermal expansion is taken into account by the signal of the second strain gauge, in particular directly in a Wheatstone measuring bridge or in an electronic circuit or control with a separate measurement input. Accordingly, the deformation element can be provided with at least one, in particular longitudinally aligned, first strain gauge lying inside in a recess or bore of the actuator and with at least one second strain gauge lying inside in the same or another recess or bore of the actuator, the second strain gauge opposite the the first strain gauge is arranged in particular rotated by 90 degrees and in particular is arranged in the immediate vicinity of the first strain gauge.

Des Weiteren können solche Dehnmessstreifen eingesetzt werden, deren Wärmeausdehnungskoeffizient, elektrische Leitfähigkeit oder sonstigen Eigenschaften an den Wärmeausdehnungskoeffizient, elektrische Leitfähigkeit oder sonstigen Eigenschaft des Werkstoff des Verformungselements angepasst sind, so dass bei einer Temperaturänderung die thermischen Dehnungen nicht oder nur geringfügig eine Widerstandsänderung des Sensorelementes hervorrufen, sondern wie gewünscht eben nur elastische Dehnungen. Furthermore, such strain gauges can be used, whose thermal expansion coefficient, electrical conductivity or other properties are adapted to the thermal expansion coefficient, electrical conductivity or other property of the material of the deformation element, so that when the temperature changes, the thermal expansions do not or only slightly cause a change in resistance of the sensor element, but as desired just elastic strains.

Es ist insbesondere für die Messgenauigkeit bzw. Unabhängigkeit des ermittelnden Kraftsignals von eventuell auftretenden Temperaturgradienten besonders günstig, wenn die beiden Dehnmessstreifen direkt aufeinander liegen, z.B. durch Verwendung kommerziell verfügbarer T-Rosetten.It is particularly favorable for the measurement accuracy or independence of the determined force signal from any temperature gradients that may occur if the two strain gauges lie directly on top of each other, e.g. by using commercially available T-rosettes.

Je nach vorhandenen Drücken bzw. Druckschwankungen während der Messung, der gewählten Temperaturkompensation und der Geometrie, insbesondere Innendurchmesser zu Außendurchmesser der Zylinderstange kann ein DMS-Signal zur Kraftmessung mit einer aus dem Druck stammenden Komponente überlagert sein. Diese Abhängigkeit ist in der Regel linear und kann daher durch eine elektronische Schaltung bzw. einen Regler unter Berücksichtigung des Innendrucks im Prüfraum kompensiert werden. Der Innendruck kann neben einem separaten Drucksensor auch aus einem oder mehreren DMS-Signalen und zusätzlichen Temperatursensoren errechnet werden.Depending on the existing pressures or pressure fluctuations during the measurement, the selected temperature compensation and the geometry, in particular the inside diameter to the outside diameter of the cylinder rod, a strain gauge signal for force measurement can be overlaid with a component originating from the pressure. This dependency is generally linear and can therefore be compensated for by an electronic circuit or a controller, taking into account the internal pressure in the test room. In addition to a separate pressure sensor, the internal pressure can also be calculated from one or more strain gauge signals and additional temperature sensors.

Eine zugehörige elektronische Steuervorrichtung kann ein die Kraft kennzeichnendes Signal berechnen, das hinsichtlich Druck und Temperatur zumindest weitgehend oder vollständig kompensiert ist. Dieses die Kraft kennzeichnende Signal kann über einen analogen oder digitalen elektronischen Ausgang ausgegeben oder auf einem Anzeigemittel dargestellt bzw. angezeigt werden. Die elektronische Steuervorrichtung verrechnet mindestens zwei Messsignale (Längsdehnung und Temperatur und/ oder Querdehnung), wovon mindestens eines eine Verformungsgröße, vorzugsweise in Längsrichtung des Verformungselementes ist. Andere Messsignale können auch Verformungsgrößen bzw. Dehnungen und/oder Temperaturen sein.An associated electronic control device can calculate a signal which characterizes the force and which is at least largely or completely compensated for in terms of pressure and temperature. This signal, which characterizes the force, can be output via an analog or digital electronic output or can be shown or displayed on a display means. The electronic control device calculates at least two measurement signals (longitudinal expansion and temperature and / or transverse expansion), at least one of which is a deformation quantity, preferably in the longitudinal direction of the deformation element. Other measurement signals can also be deformation quantities or strains and / or temperatures.

Die elektronische Steuervorrichtung, die eine Elektronikeinheit und/oder eine Auswerteeinheit umfassen kann, bringt das berechnete Ergebnis zur Anzeige, speichert dies ab und/ oder gibt es durch einen analogen oder digitalen Ausgang aus. Die Berechnung kann insbesondere unter Verwendung von gespeicherten Daten erfolgen, wie z.B. von Kalibrierdaten oder Justierdaten. Diese Daten können in einem internen Speicher oder einer Prozessoreinheit abgelegt werden. Die elektronische Steuervorrichtung oder die Elektronikeinheit kann über mindestens einen Verstärker und/ oder Analog-Digitalwandler verfügen.The electronic control device, which can include an electronic unit and / or an evaluation unit, displays the calculated result, stores it and / or outputs it through an analog or digital output. The calculation can in particular be carried out using stored data, such as of calibration data or adjustment data. This data can be stored in an internal memory or a processor unit. The electronic control device or the electronics unit can have at least one amplifier and / or analog-digital converter.

Die Erfindung betrifft demgemäß auch ein Verformungsglied, insbesondere zur Verwendung an einem erfindungsgemäßen Druckbehälter, eine Druckbehälteranlage, wie insbesondere eine Werkstoffprüfmaschine aufweisend einen solchen Druckbehälter und/oder ein solches Verformungsglied, wie erfindungsgemäße beschrieben.The invention accordingly also relates to a deformation member, in particular for use on a pressure vessel according to the invention, a pressure vessel system, such as, in particular, a material testing machine having such a pressure vessel and / or such a deformation member as described according to the invention.

Das Verformungsglied kann insbesondere aufweisen mindestens einen an dem Außenwandabschnitt des Verformungsglieds angeordneten, eine Verformung des Verformungsglieds erfassenden Sensor, mindestens einen in Nähe des Sensors an dem Außenwandabschnitt des Verformungsglieds angeordneten Temperatursensor und eine elektronische Steuervorrichtung, die eine Auswerteeinheit mit einer Eingangsschnittstelle und einer Ausgangsschnittstelle aufweist, wobei der mindestens eine Sensor mittels einer ersten Eingangsleitung an die Eingangsschnittstelle angeschlossen ist, um wenigstens eine von dem Sensor erfasste physikalische Verformungsgröße der Auswerteeinheit zuzuführen, der mindestens eine Temperatursensor mittels einer zweiten Eingangsleitung an die Eingangsschnittstelle angeschlossen ist, um wenigstens eine von dem Temperatursensor erfasste Temperaturgröße der Auswerteeinheit zuzuführen, und die Auswerteeinheit ausgebildet ist, die von dem Sensor erfasste physikalische Verformungsgröße auf Grundlage der von dem Temperatursensor erfassten Temperaturgröße zu kompensieren, und die so kompensierte physikalische Verformungsgröße in einem Speicher der elektronischen Steuervorrichtung abzuspeichern, über die Ausgangsschnittstelle auszugeben und/oder an einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise an der Druckbehälteranlage oder der Werkstoffprüfmaschine, anzuzeigen. Indem das Verformungsglied mit dem mindestens einen eine Verformung des Verformungsglieds erfassenden Sensor, dem mindestens einen Temperatursensor und der Auswerteeinheit ausgestattet ist, kann auch eine Kalibrierung der Sensoren durchgeführt werden, wodurch eine vorkalibrierte Verformungsglied-/Sensoreinheit geschaffen wird. Dies hat den Vorteil, dass die kalibrierte Verformungsglied-/Sensoreinheit als separate Baueinheit vorkonfiguriert werden kann und anschließen nur noch in einen Druckbehälter montiert werden muss, ohne dass eine weitere Kalibrierung nach dem Einbau der Verformungsglied-/Sensoreinheit in den Druckbehälter notwendig wäre. So können bereits bestehende Drückbehälter auch mit einem erfindungsgemäßen Verformungsglied nachgerüstet werden. Die elektronische Steuervorrichtung und/oder die Auswerteeinheit kann deshalb einen elektronischen Speicher aufweisen, in dem Kalibrierungsdaten des wenigstens einen Sensors und/oder des Temperatursensors gespeichert sind. Unter einer Nähe des Temperatursensors zu dem mindestens einen Sensor wird verstanden, dass der Temperatursensors zumindest so nahe an dem mindestens einen Sensor anzuordnen ist, dass auf Grundlage der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Verformungsglieds der Temperatursensor eine Temperatur erfasst, die zumindest im Wesentlichen oder sogar exakt der Temperatur entspricht, die an dem mindestens einen Sensor herrscht. Anders ausgerückt darf der Temperatursensor nicht so weit von dem mindestens einen Sensor entfernt angeordnet sein, dass der Temperatursensor eine andere Temperatur erfasst, als diejenige im Bereich des mindestens einen Sensors.The deformation member can in particular have at least one sensor arranged on the outer wall section of the deformation member, which detects deformation of the deformation member, at least one temperature sensor arranged in the vicinity of the sensor on the outer wall section of the deformation member, and an electronic control device which has an evaluation unit with an input interface and an output interface, wherein the at least one sensor is connected to the input interface by means of a first input line, in order to supply at least one physical deformation variable detected by the sensor to the evaluation unit, the at least one temperature sensor is connected to the input interface by means of a second input line, by at least one temperature variable detected by the temperature sensor the evaluation unit, and the evaluation unit is designed, the physical deformation quantity detected by the sensor to compensate on the basis of the temperature variable detected by the temperature sensor, and to store the physical deformation variable thus compensated in a memory of the electronic control device, to output it via the output interface and / or to display it on a display device, for example on the pressure vessel system or the material testing machine. By providing the deformation element with the at least one sensor that detects deformation of the deformation element, the at least one temperature sensor and the evaluation unit, the sensors can also be calibrated, thereby creating a pre-calibrated deformation element / sensor unit. This has the advantage that the calibrated deformation element / sensor unit can be preconfigured as a separate structural unit and then only needs to be installed in a pressure container without further calibration being necessary after the installation of the deformation element / sensor unit in the pressure container. Existing pressure vessels can also be retrofitted with a deformation element according to the invention. The electronic control device and / or the evaluation unit can therefore have an electronic memory in which calibration data of the at least one sensor and / or of the temperature sensor are stored. A proximity of the temperature sensor to the at least one sensor is understood to mean that the temperature sensor is to be arranged at least so close to the at least one sensor that, based on the specific thermal conductivity of the deformation member, the temperature sensor detects a temperature that is at least essentially or even exactly the temperature corresponds to that prevailing on the at least one sensor. In other words, the temperature sensor must not be arranged so far from the at least one sensor that the temperature sensor detects a different temperature than that in the area of the at least one sensor.

In einer Weiterbildung kann das Verformungsglied mit mindestens einem, insbesondere längs ausgerichteten, in einer Ausnehmung oder Bohrung des Stellglieds innenliegenden Dehnmessstreifen versehen sein und einen Einschnürungsabschnitt oder eine Einkerbung aufweisen, die in Nähe des Dehnmessstreifens angeordnet ist, und die Position, die Ausrichtung und/oder die Länge des Dehnmessstreifens und die Geometrie des Einschnürungsabschnitts oder der Einkerbung sind dabei derart auf die Gestalt des Verformungsglieds, insbesondere hinsichtlich seines Innendurchmessers und/oder seines Außendurchmessers angepasst, dass eine Änderung des Druckes im Druckraum bei freiem Ende des Verformungsglieds zu keiner oder zumindest keiner signifikanten Änderung des Widerstandes des Dehnmessstreifens führt, jedoch eine zusätzlich zum Druck wirkende, eingeleitete Kraft eine Änderung des Widerstandes des Dehnmessstreifens bewirkt. Mittels des Einschnürungsabschnitts oder der Einkerbung kann ein höherer Messpegel an dem Dehnmessstreifen erreicht werden. Auch kann mittels des Einschnürungsabschnitts oder der Einkerbung verhindert werden, dass der Druck im Druckraum bzw. eine Druckänderung im Druckraum sich wesentlich auf die Verformung des Verformungsglieds im Bereich des Dehnmessstreifens auswirkt. Der Einschnürungsabschnitt oder die Einkerbung kann insbesondere eine um das Verformungsglied umlaufende Umfangsnut oder Ringnut sein. Alternativ kann der Einschnürungsabschnitt oder die Einkerbung von wenigstens einer lokalen oder diskreten Ausnehmung, Einbuchtung oder Vertiefung an der Mantelwand des Verformungsglieds gebildet werden.In a further development, the deformation element can be provided with at least one, in particular longitudinally aligned, strain gauge strip lying inside in a recess or bore of the actuator and have a constriction section or a notch which is arranged in the vicinity of the strain gauge strip, and the position, the orientation and / or the length of the strain gauge and the geometry of the constriction section or the notch are adapted to the shape of the deformation element, in particular with regard to its inner diameter and / or its outer diameter, such that no or at least no significant change in the pressure in the pressure chamber with the free end of the deformation element Change in the resistance of the strain gauge leads, but an additional force acting on the pressure causes a change in the resistance of the strain gauge. A higher measurement level on the strain gauge can be achieved by means of the constriction section or the notch. The constriction section or the notch can also be used to prevent the pressure in the pressure chamber or a change in pressure in the pressure chamber from having a significant effect on the deformation of the deformation member in the area of the strain gauge. The constriction section or the notch can in particular be a circumferential groove or annular groove which runs around the deformation member. Alternatively, the constriction section or the notch can be formed by at least one local or discrete recess, indentation or depression on the outer wall of the deformation member.

Die Erfindung betrifft auch ein Verformungsglied als solches zur Verwendung an einem Druckbehälter wie erfindungsgemäße beschrieben, aufweisend einen Außenwandabschnitt, der in einer Montageposition an dem Druckbehälter von einem Druckraum des Druckbehälters abgewandt positioniert ist und aufweisend wenigstens einen Sensor, der an dem Außenwandabschnitt angeordnet ist, und der ausgebildet ist und derart am Außenwandabschnitt angeordnet ist, zum Bestimmen einer durch ein Stellglied des Druckbehälters eingeleiteten Kraft oder eines Moments durch Erfassen einer elastischen Verformung an dem in seiner Montageposition innerhalb des Druckraums liegenden Verformungsglied. Das Verformungsglied kann gemäß einer der Ausführungsformen, wie erfindungsgemäß zum Druckbehälter beschrieben, ausgebildet sein. Das Stellglied kann gemäß einer der Ausführungsformen, wie erfindungsgemäß zum Druckbehälter beschrieben, ausgebildet sein. Der Sensor kann gemäß einer der Ausführungsformen, wie erfindungsgemäß zum Druckbehälter beschrieben, ausgebildet sein.The invention also relates to a deformation element as such for use on a pressure vessel as described according to the invention, comprising an outer wall section which is positioned in a mounting position on the pressure vessel facing away from a pressure chamber of the pressure vessel and having at least one sensor which is arranged on the outer wall portion, and which is designed and arranged in such a way on the outer wall section, for determining a force or a moment introduced by an actuator of the pressure vessel by detecting an elastic deformation on the deformation member lying in its assembly position within the pressure chamber. The deformation element can be designed according to one of the embodiments, as described for the pressure vessel according to the invention. The actuator can be designed according to one of the embodiments, as described for the pressure vessel according to the invention. According to one of the embodiments, as described for the pressure vessel according to the invention, the sensor can be designed.

Das Verformungsglied kann mit mindestens einem, insbesondere längs ausgerichteten, in einer Ausnehmung oder Bohrung des Stellglieds innenliegenden Dehnmessstreifen versehen sein und einen Einschnürungsabschnitt oder eine Einkerbung aufweisen, die in Nähe des Dehnmessstreifens angeordnet ist, wobei die Position, die Ausrichtung und/oder die Länge des Dehnmessstreifens als auch die Geometrie des Einschnürungsabschnitts oder der Einkerbung derart auf die Gestalt des Verformungsglieds, insbesondere hinsichtlich seines Innendurchmessers und/oder seines Außendurchmessers angepasst ist, dass eine Änderung des Druckes im Druckraum bei freiem Ende des Verformungsglieds zu keiner oder zumindest keiner signifikanten Änderung des Widerstandes des Dehnmessstreifens führt, jedoch eine zusätzlich zum Druck wirkende, eingeleitete Kraft eine Änderung des Widerstandes des Dehnmessstreifens bewirkt.The deformation element can be provided with at least one, in particular longitudinally oriented, strain gauge strip lying inside in a recess or bore of the actuator and can have a constriction section or a notch which is arranged in the vicinity of the strain gauge strip, the position, the orientation and / or the length of the strain gauge Strain gauge as well as the geometry of the constriction section or the notch is adapted to the shape of the deformation member, in particular with regard to its inner diameter and / or its outer diameter, such that a change in the pressure in the pressure chamber with the free end of the deformation member results in no or at least no significant change in the resistance of the strain gauge leads, but an additional force acting on the pressure causes a change in the resistance of the strain gauge.

Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder auch in anderen Kombinationen der Merkmale betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.Specific exemplary embodiments of the invention are explained in more detail in the following description of the figures with reference to the accompanying figures. Concrete features of these exemplary embodiments can represent general features of the invention, irrespective of the specific context in which they are mentioned, possibly also viewed individually or in other combinations of the features.

Die Figuren zeigen:

1 eine Schnittdarstellung eines beispielhaften Druckbehälters,
2 eine Darstellung des Druckbehälters gemäß 1 im Querschnitt,
3 eine schematische Darstellung eines einteiligen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellglieds oder Halteglieds mit einer optionalen Kühleinrichtung,
4 eine schematische Darstellung eines mehrteiligen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellglieds oder Halteglieds mit einer optionalen Kühleinrichtung,
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellglieds mit einem Einschnürungsabschnitt,
6 verschiedene schematische Darstellungen alternativer beispielhafter Ausführungen von Stellgliedern oder Haltegliedern mit Ausnehmungen und/oder Bohrungen zur Aufnahme der Sensoren,
7 eine schematische Darstellung eines einteiligen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halteglieds,
8 eine Darstellung einer beispielhaften Abwandlung eines Druckbehälters mit einer topfförmigen Druckbehälterhaube und einem Halteglied,
9a,b eine Darstellung des beispielhaften Halteglieds gemäß 8 in einer Schnittansicht und in einer Draufsicht,
10 eine Schnittdarstellung einer beispielhaften ersten Abwandlung eines Halteglieds mit Sensoren,
11 eine Schnittdarstellung einer beispielhaften zweiten Abwandlung eines Halteglieds mit Sensoren, und
12 eine schematische Darstellung einer zugehörigen elektronische Schaltung.

The figures show:

1 2 shows a sectional illustration of an exemplary pressure vessel,
2nd a representation of the pressure vessel according 1 in cross section,
3rd 1 shows a schematic illustration of a one-part embodiment of an actuator or holding element according to the invention with an optional cooling device,
4th 1 shows a schematic illustration of a multi-part embodiment of an actuator or holding element according to the invention with an optional cooling device,
5 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an actuator according to the invention with a constriction section,
6 different schematic representations of alternative exemplary designs of actuators or holding elements with recesses and / or bores for receiving the sensors,
7 2 shows a schematic illustration of a one-piece embodiment of a holding member according to the invention,
8th 2 shows a representation of an exemplary modification of a pressure vessel with a pot-shaped pressure vessel hood and a holding member,
9a, b a representation of the exemplary holding member according to 8th in a sectional view and in a plan view,
10th 2 shows a sectional illustration of an exemplary first modification of a holding member with sensors,
11 a sectional view of an exemplary second modification of a holding member with sensors, and
12th is a schematic representation of an associated electronic circuit.

Die 1 zeigt einen beispielhaften Druckbehälter 1. Der Druckbehälter 1 weist einen Druckraum 2 und mindestens eine den Druckraum 2 begrenzende Behälterwand 3.1, 3.2 auf. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die eine Behälterwand 3.1 als ein topfförmiger Behälter mit einer seitlichen Zugangsöffnung ausgebildet, die mittels eines separaten Deckels, der die weitere Behälterwand 3.2 bildet, verschlossen ist. Indem die deckelförmige Behälterwand 3.2 mittels statischen Dichtungen 4 und Schrauben 5 lösbar an der Behälterwand 3.1 befestigt ist, wird der Druckraum 2 von der äußeren Umgebung 6 fluiddicht getrennt.The 1 shows an exemplary pressure vessel 1 . The pressure vessel 1 has a pressure room 2nd and at least one the pressure room 2nd delimiting container wall 3.1 , 3.2 on. In the case of the present exemplary embodiment, this is a container wall 3.1 designed as a pot-shaped container with a side access opening, which is connected to the further container wall by means of a separate cover 3.2 forms, is closed. By the lid-shaped container wall 3.2 using static seals 4th and screws 5 detachable on the container wall 3.1 is attached, the pressure chamber 2nd from the outside environment 6 separated fluid-tight.

Die Behälterwand 3.1 oder eine sonstige Haltewand weist im Falle es vorliegenden Ausführungsbeispiels zwei gegenüberliegende Öffnungen 7.1, 7.2 auf, wobei über diese Öffnungen 7.1, 7.2 jeweils ein Stellgliedabschnitt 8a jeweils eines von beispielsweise zwei Stellgliedern 8.1, 8.2 relativ zur Behälterwand 3.1 verstellbar ist und in den Druckraum 2 des Druckbehälters 1 hineinragt. Zwischen dem jeweiligen Stellglied 8.1, 8.2 und der Behälterwand 3.1 ist wenigstens eine dynamische Dichtung 9 angeordnet, welche einen zwischen dem verstellbaren Stellglied 8.1, 8.2 und der Behälterwand 3.1 verbleibenden Spalt der Öffnung 7.1, 7.2 druckdicht abdichtet.The container wall 3.1 or another holding wall has two opposite openings in the case of the present exemplary embodiment 7.1 , 7.2 on, going through these openings 7.1 , 7.2 one actuator section each 8a one of two actuators, for example 8.1 , 8.2 relative to the container wall 3.1 is adjustable and in the pressure chamber 2nd of the pressure vessel 1 protrudes. Between the respective actuator 8.1 , 8.2 and the container wall 3.1 is at least a dynamic poem 9 arranged which one between the adjustable actuator 8.1 , 8.2 and the container wall 3.1 remaining gap of the opening 7.1 , 7.2 seals pressure-tight.

Der Druckbehälter 1 weist des Weiteren wenigstens einen Sensor 10 auf, im Falle des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 genau zwei Sensoren 10 auf, die jeweils ausgebildet sind, zum Bestimmen einer durch das Stellglied 8.1 eingeleiteten Kraft oder eines Moments durch Erfassen einer elastischen Verformung an einem innerhalb des Druckraums 2 liegenden Verformungsglied (Stellgliedabschnitt 8a), wobei das Verformungsglied einen von dem Druckraum 2 abgewandten und der Umgebung 6 zugewandten Außenwandabschnitt 11 aufweist und der wenigstens eine Sensor 10 an diesem Außenwandabschnitt 11 angeordnet ist. The pressure vessel 1 also has at least one sensor 10th on, in the case of the embodiment of the 1 and 2nd exactly two sensors 10th , which are each designed to determine one by the actuator 8.1 initiated force or a moment by detecting an elastic deformation at one within the pressure chamber 2nd lying deformation element (actuator section 8a ), the deformation member one of the pressure chamber 2nd facing away and the surrounding area 6 facing outer wall section 11 and the at least one sensor 10th on this outer wall section 11 is arranged.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Druckbehälter 1 als Teil einer Werkstoffprüfmaschine ausgebildet, wobei die beiden Stellglieder 8.1, 8.2 zwei Krafteinleitungspunkte 8b als Probenhalter bilden, zwischen denen eine Probe 12 eingespannt ist.In the case of the present exemplary embodiment, the pressure vessel is 1 formed as part of a materials testing machine, the two actuators 8.1 , 8.2 two force application points 8b form as a sample holder, between which a sample 12th is clamped.

Das eine in 1 und 2 oben dargestellte Stellglied 8.1 ist demgemäß ein relativ zur Behälterwand 3.1 verstellbar gelagerter beweglicher Probenhalter, an dem die Sensoren 10 angebracht sind und das andere in 1 und 2 unten dargestellte Stellglied 8.2 ist demgemäß ein relativ zur Behälterwand 3.1 verstellbar gelagerter beweglicher Probenhalter, an dem keine Sensoren angebracht sind.The one in 1 and 2nd Actuator shown above 8.1 is accordingly a relative to the container wall 3.1 adjustable movable sample holder on which the sensors 10th are attached and the other in 1 and 2nd actuator shown below 8.2 is accordingly a relative to the container wall 3.1 adjustable, movable sample holder, to which no sensors are attached.

Im Falle des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 wird das jeweilige Verformungsglied von dem über die jeweilige Öffnung 7.1, 7.2 der Behälterwand 3.1 oder eines sonstigen Halteglieds in den Druckraum 2 teilweise hineinragenden Stellgliedabschnitte 8a der beiden Stellglieder 8.1, 8.2 gebildet, wobei ein beispielhafter Stellgliedabschnitt 8a den von dem Druckraum 2 abgewandten Außenwandabschnitt 11 aufweist, an dem der wenigstens eine Sensor 10 angeordnet ist.In the case of the embodiment of the 1 and 2nd the respective deforming member becomes over the respective opening 7.1 , 7.2 the container wall 3.1 or another holding member in the pressure chamber 2nd partially protruding actuator sections 8a of the two actuators 8.1 , 8.2 formed, with an exemplary actuator section 8a that of the pressure room 2nd facing outer wall section 11 on which the at least one sensor 10th is arranged.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind das Verformungsglied, insbesondere der Stellgliedabschnitt 8.1 und/oder der Haltegliedabschnitt 13a als ein Rohrabschnitt ausgebildet, der eine Rohrmantelaußenwand 14 und eine Rohrmantelinnenwand 15 aufweist. Dabei ist eine Oberfläche 14a der Rohrmantelaußenwand 14 dem Druckraum 2 zugewandt und der Sensor 10 ist an einer Oberfläche 15a der Rohrmantelinnenwand 15 angeordnet.In the exemplary embodiments shown, the deformation member, in particular the actuator section 8.1 and / or the holding link section 13a formed as a pipe section, the outer tube wall 14 and a pipe jacket inner wall 15 having. There is a surface 14a the outer tube wall 14 the pressure room 2nd facing and the sensor 10th is on a surface 15a the inner tube wall 15 arranged.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen der 3 und 4 ist das Verformungsglied, insbesondere der Stellgliedabschnitt 8.1 mit einer Kühleinrichtung 16 versehen, die ausgebildet ist, einen Bereich des Stellgliedabschnitts 8a zu kühlen, an den die Krafteinleitungspunkte 8b als Probenhalter angebracht sind. Die Kühleinrichtung 16 dient insbesondere der Kühlung der zwischen den Probenhaltern eingespannten Werkstoffprobe.In the illustrated embodiments of the 3rd and 4th is the deformation element, in particular the actuator section 8.1 with a cooling device 16 provided, which is formed, a portion of the actuator portion 8a to cool to where the force application points 8b are attached as a sample holder. The cooling device 16 serves in particular to cool the material sample clamped between the sample holders.

Eine besonders günstige Konstruktion hinsichtlich der Montage der Leitungen für das Thermofluid, der Sensoren, sowie der Proben, sowie hinsichtlich der Herstellung der Einspannung, ergibt sich durch eine mehrteilige Ausführung, wie dies in 4 aufgezeigt ist. Zwischen einem Einspannungsteil 17 für die Probe 12 und einer Zylinderstange 18 kann die Kraft beispielsweise über eine Überwurfmutter 19 übertragen werden und die Fügestelle durch eine statische Dichtung 20 abgedichtet werden. Die Sensoren 10 sind an einer Innenmantelwand der Zylinderstange 18 angebracht. Auch eine Zuführleitung 21 und eine Abführleitung 22 zur Versorgung des Einspannungsteils 17 mit Kühlfluid können dabei durch die hohle Zylinderstange 18 geführt sein. A particularly favorable design with regard to the assembly of the lines for the thermal fluid, the sensors, and the samples, as well as with regard to the production of the clamping, results from a multi-part design, as shown in 4th is shown. Between a clamping part 17th for the rehearsal 12th and a cylinder rod 18th the force can be, for example, via a union nut 19th are transferred and the joint through a static seal 20th be sealed. The sensors 10th are on an inner jacket wall of the cylinder rod 18th appropriate. Also a feed line 21 and a drain line 22 to supply the clamping part 17th with cooling fluid through the hollow cylinder rod 18th be led.

In der 5 ist eine Ausführungsvariante gezeigt, bei der das Verformungsglied, insbesondere der Stellgliedabschnitt 8a einen Einschnürungsabschnitt 23 aufweist, der in seinem quer zur eingeleiteten Kraft liegendem Querschnitt eine gegenüber den anderen Abschnitten 24 des Stellgliedabschnitts 8a verringerte Querschnittsfläche aufweist, wobei die Sensoren 10 im Bereich des Einschnürungsabschnitts 23 angeordnet sind.In the 5 An embodiment variant is shown in which the deformation element, in particular the actuator section 8a a constriction section 23 has, in its cross section transverse to the force applied, one with respect to the other sections 24th of the actuator section 8a has reduced cross-sectional area, the sensors 10th in the area of the constriction section 23 are arranged.

Wie in den verschiedenen beispielhaften Varianten der 6 dargestellt ist, kann das Verformungsglied, insbesondere der Stellgliedabschnitt 8a und/oder der Haltegliedabschnitt 13a von einem Vollmaterialkörper 25 gebildet werden, der eine dem Druckraum 2 zugewandte Manteloberfläche 25a aufweist und an einer der Umgebung 6 zugewandten Stirnseite 25b des Vollmaterialkörpers 25 wenigstens eine Sackbohrung 26 eingebracht ist, in welche der Sensor 10 oder die Zuführleitung 21 und die Abführleitung 22 eingesetzt ist.As in the various exemplary variants of the 6 is shown, the deformation member, in particular the actuator section 8a and / or the holding link section 13a from a solid material body 25th be formed, the one the pressure room 2nd facing jacket surface 25a exhibits and in one of the surroundings 6 facing end face 25b of the solid material body 25th at least one blind hole 26 is introduced into which the sensor 10th or the feed line 21 and the drain line 22 is inserted.

In den verschiedenen Varianten der 7 bis 11 ist das Verformungsglied an einem innerhalb des Druckraums 2 liegenden Haltegliedabschnitt 13a eines innerhalb des Druckraums 2 fixierten Halteglieds 13 ausgebildet, welcher Haltegliedabschnitt 13a einen von dem Druckraum 2 abgewandten Außenwandabschnitt aufweist, an dem der wenigstens eine Sensor 10 angeordnet ist.In the different variants of the 7 to 11 is the deformation element on one inside the pressure chamber 2nd lying holding link section 13a one inside the pressure room 2nd fixed holding member 13 formed which holding link portion 13a one from the pressure room 2nd Has facing away from the outer wall portion on which the at least one sensor 10th is arranged.

So zeigt die 7 einen Variante eines Haltegliedabschnitts 13a, der von seiner Grundform her aus einem Rohrabschnitt gebildet wird, an dem sich an einem in 7 oberen Ende radial nach außen ein Flanschring erstreckt und an einem in 7 unteren Ende umfangsseitig ein Gewindeabschnitt erstreckt, wobei stirnseitig am unteren Ende ein Krafteinleitungspunkt 8b als Probenhalter eingebracht ist. An der inneren Mantelwand des Rohrabschnitts, der insoweit der Umgebung 6 zugewandt ist, sind zwei gegenüberliegende Sensoren 10 in Nähe des Krafteinleitungspunkts 8b angeordnet.So it shows 7 a variant of a holding link section 13a , which is formed from its basic shape from a pipe section on which one in 7 a flange ring extends radially outward and at an in 7 a threaded section extends circumferentially at the lower end, with a force introduction point at the lower end 8b is introduced as a sample holder. On the inner jacket wall of the pipe section, in so far as the environment 6 facing are two opposite sensors 10th near the force application point 8b arranged.

Die 8 zeigt eine weitere Variante eines Druckbehälters 1. Der Druckbehälter 1 weist einen Druckraum 2 und eine den Druckraum 2 begrenzende erste Behälterwand 3.1 und eine zweite Behälterwand 3.2 auf. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die erste Behälterwand 3.1 als ein topfförmiger Behälter ausgebildet, der an seinem unteren Ende einen Flansch aufweist. Mittels der Schrauben 5 und einer statischen Dichtungen 4 ist die topfförmige erste Behälterwand 3.1 druckdicht an der zweiten Behälterwand 3.2 befestigt.The 8th shows a further variant of a pressure vessel 1 . The pressure vessel 1 has a pressure room 2nd and one the pressure room 2nd delimiting first container wall 3.1 and a second container wall 3.2 on. In the case of the present exemplary embodiment, the first container wall 3.1 formed as a cup-shaped container, which has a flange at its lower end. By means of the screws 5 and static seals 4th is the cup-shaped first container wall 3.1 pressure-tight on the second container wall 3.2 attached.

Die zweite Behälterwand 3.2 in 9a im Längsschnitt und in 9b in einer Draufsicht gezeigt. Die zweite Behälterwand 3.2 umfasst eine Ringbodenplatte, welche das Gegenstück zum Flansch der ersten Behälterwand 3.1 bildet. Über eine zentrale untere Öffnung ragt das Stellglied 8.1, 8.2 in den Druckraum 2 hinein. Innerhalb des Druckraums 2 ist die Probe 12 befestigt und zwar eingespannt zwischen einem oberen feststehenden Ende der zweiten Behälterwand 3.2 und dem beweglichen Stellglied 8.1, 8.2. Die zweite Behälterwand 3.2 ist nicht topfförmig ausgebildet, sondern in Art eines Rahmens oder Bogens, der insoweit die Probe 12 in dem Druckraum 2 frei lässt. Dies ist insbesondere in der Draufsicht der 9b ersichtlich.The second container wall 3.2 in 9a in longitudinal section and in 9b shown in a top view. The second container wall 3.2 comprises an annular bottom plate, which is the counterpart to the flange of the first container wall 3.1 forms. The actuator extends through a central lower opening 8.1 , 8.2 in the pressure room 2nd inside. Within the pressure room 2nd is the sample 12th attached and clamped between an upper fixed end of the second container wall 3.2 and the movable actuator 8.1 , 8.2 . The second container wall 3.2 is not pot-shaped, but in the manner of a frame or arch, which is the sample 12th in the pressure room 2nd leaves free. This is particularly the case in the top view of the 9b evident.

Die Hohlräume, in denen die beiden Sensoren 10 sitzen, sind demgemäß nicht als ein einzelner Ringraum ausgebildet, sondern, wie ebenfalls in der Draufsicht der 9b ersichtlich, als zwei separate Bohrungen ausgebildet. Jede separate Bohrung steht deshalb mit der Umgebung 6 in Verbindung und nicht mit dem Druckraum 2.The cavities in which the two sensors 10th sit, are accordingly not designed as a single annulus, but, as in the top view of the 9b can be seen as two separate holes. Each separate hole is therefore in line with the environment 6 in connection and not with the pressure room 2nd .

Die 10 und 11 zeigen zwei weitere Alternativen, bei denen die Haltegliedabschnitte 13a jeweils einen von dem Druckraum 2 abgewandten Außenwandabschnitt 11 aufweisen, an denen jeweils zwei gegenüberliegende Sensoren 10 angeordnet sind. Gegenüber der Ausführung gemäß 10 ist bei der alternativen Ausführung gemäß 11 die feststehende Einspannung für die Probe 12 außerdem mit einer Bohrung versehen, in der zusätzlich zwei weitere gegenüberliegende Sensoren 10 angeordnet sind.The 10th and 11 show two other alternatives in which the holding member sections 13a one each from the pressure chamber 2nd facing outer wall section 11 have, on each of which two opposite sensors 10th are arranged. Compared to the execution according to 10th is according to the alternative version 11 the fixed clamping for the sample 12th also provided with a hole in which there are two additional sensors opposite each other 10th are arranged.

In allen gezeigten Ausführungsbeispielen der 1 bis 11 können die Sensoren 10 beispielsweise als Dehnungsmessstreifen oder als Faser-Bragg-Gitter ausgebildet sein.In all shown embodiments of the 1 to 11 can the sensors 10th for example, be designed as a strain gauge or as a fiber Bragg grating.

Die Werkstoffprüfmaschine kann insbesondere mindestens einen an dem Außenwandabschnitt des Verformungsglieds angeordneten, eine Verformung des Verformungsglieds erfassenden Sensor 10a aufweisen, mindestens einen in Nähe des Sensors 10a an dem Außenwandabschnitt des Verformungsglieds angeordneten Temperatursensor 10b und eine elektronische Steuervorrichtung 30 aufweisen, die eine Auswerteeinheit 31 mit einer Eingangsschnittstelle 32 und einer Ausgangsschnittstelle 33 aufweist, wobei der mindestens eine Sensor 10a mittels einer ersten Eingangsleitung 34 an die Eingangsschnittstelle 32 angeschlossen ist, um wenigstens eine von dem Sensor 10a erfasste physikalische Verformungsgröße der Auswerteeinheit 31 zuzuführen, der mindestens eine Temperatursensor 10b mittels einer zweiten Eingangsleitung 35 an die Eingangsschnittstelle 32 angeschlossen ist, um wenigstens eine von dem Temperatursensor 10b erfasste Temperaturgröße der Auswerteeinheit 31 zuzuführen, und die Auswerteeinheit 31 ausgebildet ist, die von dem Sensor 10a erfasste physikalische Verformungsgröße auf Grundlage der von dem Temperatursensor 10b erfassten Temperaturgröße zu kompensieren, und die so kompensierte physikalische Verformungsgröße in einem Speicher 36 der elektronischen Steuervorrichtung 30 abzuspeichern, über die Ausgangsschnittstelle 33 auszugeben und/oder an einer Anzeigevorrichtung der Werkstoffprüfmaschine anzuzeigen.The material testing machine can, in particular, have at least one sensor arranged on the outer wall section of the deformation element and detecting a deformation of the deformation element 10a have at least one near the sensor 10a temperature sensor arranged on the outer wall portion of the deformation member 10b and an electronic control device 30th have an evaluation unit 31 with an input interface 32 and an output interface 33 has, wherein the at least one sensor 10a by means of a first input line 34 to the input interface 32 is connected to at least one of the sensor 10a recorded physical deformation quantity of the evaluation unit 31 supply the at least one temperature sensor 10b by means of a second input line 35 to the input interface 32 is connected to at least one of the temperature sensor 10b recorded temperature variable of the evaluation unit 31 feed, and the evaluation unit 31 is formed by the sensor 10a detected physical deformation quantity based on that of the temperature sensor 10b Compensate the detected temperature variable, and the physical deformation variable thus compensated in a memory 36 the electronic control device 30th save via the output interface 33 output and / or display on a display device of the material testing machine.

Im Falle des Ausführungsbeispiels der 12a weist die Werkstoffprüfmaschine zwei die Verformung des Verformungsglieds erfassende Sensoren 10a auf, die an dem Verformungsglied gegenüberliegend, d.h. um 180 Grad zueinander versetzt an dem Verformungsglied angeordnet sind. Jedem Sensor 10a ist ein eigener Temperatursensor 10b zugeordnet, d.h. im Falle des Ausführungsbeispiels der 12a sind zwei gegenüberliegende, d.h. um 180 Grad zueinander versetzt angeordnete Temperatursensoren 10b an dem Verformungsglied vorgesehen.In the case of the embodiment of the 12a the material testing machine has two sensors which detect the deformation of the deformation member 10a on, which are arranged opposite one another on the deformation member, ie offset by 180 degrees on the deformation member. Any sensor 10a is its own temperature sensor 10b assigned, ie in the case of the embodiment of the 12a are two opposing temperature sensors, which are 180 degrees apart 10b provided on the deformation member.

Auch im Falle des Ausführungsbeispiels der 12b weist die Werkstoffprüfmaschine zwei die Verformung des Verformungsglieds erfassende Sensoren 10a auf, die an dem Verformungsglied gegenüberliegend, d.h. um 180 Grad zueinander versetzt an dem Verformungsglied angeordnet sind. Die beiden gegenüberliegenden Sensoren 10a sind gleichen Ausrichtungen an dem Verformungsglied befestigt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 12a sind im Falle des Ausführungsbeispiels der 12b zwei weitere Sensoren 10a vorgesehen. Diese weiteren Sensoren 10a sind auch ausgebildet, eine Verformung des Verformungsglieds zu erfassen, allerdings sind diese weiteren Sensoren 10a ausgebildet, die Verformung des Verformungsglieds in einer insbesondere oder vorzugsweise um 90 Grad gedrehten Erfassungsrichtung zu erfassen. Demgemäß sind die weiteren Sensoren 10a um 90 Grad gedreht zu den ursprünglichen Sensoren 10a angeordnet, wie dies in 12b durch die um 90 Grad gedrehte Ausrichtung der Mäander der weiteren Sensoren 10a veranschaulicht ist. Jedem solchen Paar von um 90 Grad gegeneinander gedrehten Sensoren 10a ist ein Temperatursensor 10b zugeordnet.Also in the case of the embodiment of the 12b the material testing machine has two sensors which detect the deformation of the deformation member 10a on, which are arranged opposite one another on the deformation member, ie offset by 180 degrees on the deformation member. The two opposite sensors 10a same orientations are attached to the deformation member. In contrast to the embodiment of the 12a are in the case of the embodiment 12b two more sensors 10a intended. These other sensors 10a are also designed to detect deformation of the deformation element, but these are further sensors 10a formed to detect the deformation of the deformation member in a particular or preferably rotated by 90 degrees detection direction. The other sensors are accordingly 10a rotated 90 degrees to the original sensors 10a arranged like this in 12b due to the orientation of the meanders of the other sensors rotated by 90 degrees 10a is illustrated. Each such pair of sensors rotated by 90 degrees 10a is a temperature sensor 10b assigned.

Jedem Paar von Sensoren 10a ist demgemäß ein eigener Temperatursensor 10b zugeordnet, d.h. im Falle des Ausführungsbeispiels der 12b sind zwei gegenüberliegende, d.h. um 180 Grad zueinander versetzt angeordnete Temperatursensoren 10b an dem Verformungsglied vorgesehen.Every pair of sensors 10a is accordingly a separate temperature sensor 10b assigned, ie in the case of the embodiment of the 12b are two opposing temperature sensors, which are 180 degrees apart 10b provided on the deformation member.

Claims

Pressure container, comprising a pressure chamber (2), at least one container wall (3.1, 3.2) delimiting the pressure chamber (2), which separates the pressure chamber (2) from the external environment (6) in a fluid-tight manner, the at least one container wall (3.1, 3.2) has an opening (7.1, 7.2) and via this opening (7.1, 7.2) an actuator section (8a) of at least one actuator (8.1, 8.2) of the pressure vessel (1) which is adjustable relative to the container wall (3.1, 3.2) into the pressure chamber (2) protrudes, a dynamic seal (9) being arranged between the actuator (8.1, 8.2) and the container wall (3.1, 3.2), which has a gap between the adjustable actuator (8.1, 8.2) and the container wall (3.1, 3.2) Seals the opening (7.1, 7.2) in a pressure-tight manner, further comprising at least one sensor (10) which is designed to determine a force or a moment introduced by the actuator (8.1, 8.2) by detecting an elastic deformation at an inside d es deformation chamber lying pressure chamber (2), characterized in that the deformation member has an outer wall section (11) facing away from the pressure chamber (2) and the at least one sensor (10) is arranged on this outer wall section (11).

Pressure vessel after Claim 1 , characterized in that the deformation member is formed by the actuator section (8a) of the at least one actuator (8.1, 8.2), which partially protrudes through the opening (7.1, 7.2) of the container wall (3.1, 3.2) into the pressure chamber (2), which actuator section (8a) has the outer wall section (11) facing away from the pressure chamber (2), on which the at least one sensor (10) is arranged.

Pressure vessel after Claim 1 , characterized in that the deformation member is formed on a holding member section (13a) within the pressure chamber (2) of a holding member (13) projecting into the pressure chamber (2), which holding member section (13a) has an outer wall section (13) facing away from the pressure chamber (2) 11) on which the at least one sensor (10) is arranged.

Pressure vessel after Claim 2 or 3rd , characterized in that the at least one actuator (8.1, 8.2) is a movable sample holder which is adjustably mounted relative to the container wall (3.1, 3.2) and / or the holding element (13) projecting into the pressure chamber (2) is a relative to the container wall (3.1, 3.2) immovably fixed sample holder, the at least one movable sample holder and / or the fixed sample holder being formed, on a sample arranged in the pressure space (2) and connected to the at least one movable sample holder and / or the fixed sample holder (12) to exert a test force transmitted via the at least one actuator (8.1, 8.2).

Pressure vessel according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the deformation member, in particular the actuator section (8a) and / or the holding member section (13a) at least partially has a pipe section with a pipe jacket outer wall (14) and a pipe jacket inner wall (15), a surface (14a) of the pipe jacket outer wall (14 ) faces the pressure chamber (2) and the sensor (10) is arranged on a surface (15a) of the inner tube wall (15).

Pressure vessel according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the deformation member, in particular the actuator section (8a) and / or the holding member section (13a) is formed by a solid material body (25) which has a jacket surface (25a) facing the pressure chamber (2) and on one of the surroundings ( 6) facing end face (25b) of the solid material body (25), at least one blind bore (26) is introduced, into which the sensor (10) is inserted.

Pressure vessel according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the deformation member, in particular the actuator section (8a) and / or the holding member section (13a) has a constriction section (23) which, in its cross section lying transversely to the force introduced, has a cross section relative to the other sections (24) of the deformation member, the Actuator section (8a) or the holding member section (13a) has a reduced cross-sectional area and the sensor (10) is arranged in the region of the constriction section (23).

Pressure vessel according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the deformation member, in particular the actuator section (8a) and / or the holding member section (13a) is provided with a cooling device (16) which is designed to cover a region of the deformation member, the actuator section (8a) or the holding member section (13a ) to cool, on which the sensor (10) or the sample holder is attached.

Pressure vessel according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the sensor (10) has at least one strain gauge attached to the deformation member, to the actuator section (8a) and / or to the holding member section (13a) or a fiber Bragg grating.

Deformation member, in particular for use on a pressure vessel according to one of the Claims 1 to 9 , having an outer wall section (11) which is positioned in a mounting position on the pressure vessel (1) facing away from a pressure chamber (2) of the pressure vessel and having at least one sensor (10) which is arranged on the outer wall section (11), and the is designed and arranged in such a way on the outer wall section (11) for determining a force or a moment introduced by an actuator (8.1, 8.2) of the pressure container (1) by detecting an elastic deformation at the assembly position within the pressure chamber (2) Deformation member, the deformation member being provided with at least one, in particular longitudinally aligned, strain gauge strip inside a recess or bore of the actuator (8.1, 8.2) and having a constriction section (23) or a notch which is arranged in the vicinity of the strain gauge strip, and both the position, orientation and / or length of the strain gauge as well as d The geometry of the constriction section (23) or the notch is adapted to the shape of the deformation member, in particular with regard to its inner diameter and / or its outer diameter, in such a way that a change in the pressure in the pressure chamber (2) with the free end of the deformation member is none or at least not significant Change in the resistance of the strain gauge leads, but an additional force acting on the pressure causes a change in the resistance of the strain gauge.

Deformation member, in particular for use on a pressure vessel according to one of the Claims 1 to 9 , having an outer wall section (11) which is positioned in a mounting position on the pressure vessel (1) facing away from a pressure chamber (2) of the pressure vessel and having at least one sensor (10) which is arranged on the outer wall section (11), and the is designed and arranged in such a way on the outer wall section (11) for determining a force or a moment introduced by an actuator (8.1, 8.2) of the pressure container (1) by detecting an elastic deformation at the assembly position within the pressure chamber (2) Deformation member, comprising at least one sensor (10a) arranged on the outer wall section (11) of the deformation member, detecting a deformation of the deformation member, at least one temperature sensor (10b) arranged on the outer wall section (11) of the deformation member in the vicinity of the deformation sensor (10b), and an electronic sensor Control device that has an evaluation unit with an input interface and an output interface, wherein the at least one sensor (10a) by means of a first The input line is connected to the input interface in order to supply at least one physical deformation variable detected by the sensor (10a) to the evaluation unit, the at least one temperature sensor (10b) being connected to the input interface by means of a second input line in order to detect at least one by the temperature sensor (10b) Supply temperature variable of the evaluation unit, and the evaluation unit is designed to compensate the physical deformation variable detected by the sensor (10a) on the basis of the temperature variable detected by the temperature sensor (10b), and to store the compensated physical deformation variable in a memory of the electronic control device via to output the output interface and / or to display it on a display device.

Deformation member, in particular for use on a pressure vessel according to one of the Claims 1 to 9 , having an outer wall section (11) which is positioned in a mounting position on the pressure vessel (1) facing away from a pressure chamber (2) of the pressure vessel and having at least one sensor (10) which is arranged on the outer wall section (11), and the is designed and arranged in such a way on the outer wall section (11) for determining a force or a moment introduced by an actuator (8.1, 8.2) of the pressure container (1) by detecting an elastic deformation at the assembly position within the pressure chamber (2) Deformation member, the deformation member being provided with at least one, in particular longitudinally oriented, first strain gauge lying inside in a recess or bore of the actuator (8.1, 8.2) and with at least one inside or in the same or another recess or bore of the actuator (8.1, 8.2) second strain gauge is provided, the second strain gauge opposite the first strain gauge is arranged in particular rotated by 90 degrees and is arranged in particular in the immediate vicinity of the first strain gauge.

Deformation member after Claim 10 or 12th comprising at least one sensor (10a) arranged on the outer wall section (11) of the deformation member, which detects deformation of the deformation member, at least one temperature sensor (10b) arranged on the outer wall section (11) of the deformation member in the vicinity of the deformation sensor, and an electronic control device which has an evaluation unit with an input interface and an output interface, the at least one sensor (10a) being connected to the input interface by means of a first input line in order to supply at least one physical deformation variable detected by the sensor (10a) to the evaluation unit, the at least one temperature sensor (10b) is connected to the input interface by means of a second input line in order to supply at least one temperature variable detected by the temperature sensor (10b) to the evaluation unit, and the evaluation unit is designed to detect it by the sensor (10a) to compensate for the physical deformation quantity on the basis of the temperature quantity detected by the temperature sensor (10b), and to store the physical deformation quantity thus compensated in a memory of the electronic control device, to output it via the output interface and / or to display it on a display device.

Deformation member according to one of the Claims 10 to 13 , characterized in that the electronic control device and / or the evaluation unit has an electronic memory in which calibration data of the at least one sensor (10a) and / or the temperature sensor (10b) are stored.

Pressure vessel system, in particular material testing machine, comprising a pressure vessel (1) according to one of the Claims 1 to 9 and / or a deformation element according to one of the Claims 10 to 14 .