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Die
Erfindung betrifft ein Messgerät
mit einem Druckaufnehmer gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Der
Druckaufnehmer des erfindungsgemäßen Messgerätes wird
beispielsweise zur Aufnahme eines hydraulischen Druckes verwendet,
der von dem Messgerät
in ein insbesondere elektrisches Ausgangssignal umgewandelt wird.
Solche Messgeräte
dienen unter anderem zur Kontrolle und Steuerung von Anlagen in
Abhängigkeit
von Drücken
eines Arbeitsmediums, welches zum Antrieb einzelner Komponenten
komplexer Anlagen dient. Die Erfindung bezieht sich insbesondere
auf hydraulische Anlagen dieser Art, darunter vornehmlich solchen
des Untertagebergbaus, z. B. auf den hydraulischen Grubenausbau.
Hierbei werden insbesondere die Stempel und hydraulischen Arbeitszylinder
von Ausbauschilden druckgesteuert, d. h. das Setzen der Stempel
erfolgt mit vorgegebenen Drücken,
die ermittelt, elektrisch weitergeleitet und ggf. angezeigt werden, bevor
die Steuerung Ausbauschilde rückt
und/oder verspannt.
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Druckmessgeräte für derartige
Steuerungsaufgaben sind an sich bekannt (
DE 36 01 249 A1 ). Hierbei
weist der Druckaufnehmer des Messgerätes einen Nippel auf, der an
einem Ende einer zylinderischen Schutzhülse vorsteht und mit der Verschraubung
in der Schutzhülse
versperrt ist. Die Verschraubung besteht aus mehreren radialen Madenschrauben,
welche den Zylinder der Schutzhülse
durchdringen und radial in den Außenzylinder des Nippels eingreifen.
Der Nippel kann mit einer radialen Rille als Sitz einer O-Ringdichtung
versehen sein, die auf dem Innenzylinder der Schutzhülse abdichtet
und dadurch das mit dem Messdruck in einer Messzelle in der Schutzhülse anstehende
hydraulische Medium nach außen
abschließt.
Die Messzelle weist lediglich einen metalli schen Sitz der Schutzhülse auf,
wenn das hydraulische Medium, dessen Druck gemessen wird, in einer
dichten Meßzelle
ansteht, so daß der
Innenraum der Hülse
trocken und lediglich durch den Nippel verschlossen ist.
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Die
Schutzhülse
kann erfindungsgemäß nicht
nur zur Aufnahme der empfindlichen Teile des Meßgerätes sondern auch gleichzeitig
als mechanische Einbauhilfe dienen. Beispielsweise weist sie dann
an ihrem dem Nippel abgewandten Ende eine formschlüssige Kupplung
auf. Dann läßt sich
die Schutzhülse
mit einem elektrischen Kabel zugfest verbinden, das mit einem Stecker
für einen
in die Hülse
eingebauten Sockel versehen ist und mit der Schutzhülse und
dem Stecker durch ein Querglied gesichert wird.
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Zu
dem Druckaufnehmer gehört
erfindungsgemäß in der
Regel eine Membran, welche in der Meßzelle mit dem anstehenden
Druck des Mediums beaufschlagt ist und beispielsweise über einen
Dehnungsmeßstreifen
den zu messenden Druck aufnimmt und in ein elektrisches Meßsignal
umsetzt. Die Signale werden an einen Verstärker weitergegeben, welcher
aus dem Meßsignal
das Ausgangssignal des Meßgerätes bildet,
das über
ein Kabel weitergeleitet wird. Die Verkabelung einer solchen Anlage
erlaubt die zentrale und/oder dezentrale Anzeige und Verarbeitung
der Ausgangssignale eines oder mehrerer Meßgeräte der beschriebenen Art.
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Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf Meßgeräte des vorstehend beschriebenen
allgemeinen Aufbaus.
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Es
hat sich allerdings herausgestellt, daß die Verschraubung des Nippels
mit der Schutzhülse
in dem als bekannt vorausgesetzten Meßgerät unabhängig von seinen verschiedenen
Ausführungsformen
das Ausgangssignal ver fälscht,
das von dem Verstärker
kommt und am Eingang des Kabels erscheint. Tatsächlich sind solche Fehlmessungen nicht
vernachlässigbar.
Die darauf beruhenden Signaländerungen
des Messgerätes
lassen sich sogar an den Signalschwankungen erkennen, wenn die Verschraubung
des Druckaufnehmers mit der Schutzhülse bei eingeschaltetem Verstärker betätigt wird.
Solche Fehlmessungen sind gefährlich,
da sie unkontrollierbar auftreten können und beispielsweise bei
der eingangs bezeichneten Verwendung des Messgerätes im hydraulischen Grubenausbau
dazu führen
können,
dass Ausbauschilde bzw. hydraulische Stempel oder hydraulische Arbeitzylinder
mit unzureichenden Vorspannungen gesetzt oder betätigt werden.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
42 19 053 A1 und der
DE 39 37 573 A1 sind ebenfalls Druckaufnehmer
zur Messung hydraulischer Drücke
bekannt. Beim Zusammenbau von Druckaufnehmern nach den Offenbarungen
dieser Dokumente können
mechanische Spannungen im Messgerät auftreten (wie zuvor beschrieben),
die zu Messfehlern des Druckaufnehmers führen. Die Druckaufnehmer gemäß den beiden
Dokumenten weisen keine Vorrichtungen auf, und zeigen auch keine
Maßnahmen
an, diese Spannungen zu vermeiden oder zu neutralisieren.
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Die
DE 42 44 459 C1 beschreibt
einen Druckmessumformer mit einer schwimmenden Lagerung der Sensoreinheit
gegenüber
einem Gehäuse, wobei
diese schwimmende Lagerung durch Gießharz ermöglicht sein soll. Dies ist
jedoch unzutreffend bzw. stellt nur eine unbefriedigende Lösung dar,
da dieses Gießharz,
wie beschrieben, durch Wärmeeinwirkung
ausgehärtet
wird. Notwendigerweise verliert also das Gießharz nach diesem Aushärten seine elastische
Eigenschaft und die Lagerung ihre schwimmende Eigenschaft. Diese
Lagerung kann daher auch nicht neu auftretende mechanische Spannungen
innerhalb des Messgeräts
neutralisieren.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Patentanmeldung ist daher ein Messgerät mit einem
Druckaufnehmer zur Verfügung
zu stellen, welches Maßnahmen
umfasst, um derartige unvermeidbare mechanische Spannungen, die
beispielsweise im Betrieb und insbesondere während der Herstellung entstehen können, aufzufangen
und zu neutralisieren.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Messgerät
gemäß den Merkmalen
des Anspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Es
hat sich überraschend
ergeben, dass die bislang auftretenden Fehlmessungen zurückzuführen sind
auf die mit der Verschraubung der Schutzhülse mit dem Druckaufnehmer
bewirkte Verkopplung der Verschraubungskräfte, die den Druckaufnehmer,
also insbesondere diejenigen Teile, welche zur Messsignal- und/oder
Ausgangssignalerzeugung dienen, verformen und dadurch die Ausgangssignale verändern. Erfindungsgemäß werden
die von der Verschraubung in der Hülse und in dem Druckaufnehmer
auftretenden Spannungen durch eine schwimmende Lagerung des Druckaufnehmers
in der Hülse
voneinander entkoppelt. Die schwimmende Lagerung führt zu einer
Dämpfung
und dadurch letztlich dazu, dass die Spannungen schließlich in Wärme umgesetzt
werden. Um diese Funktion der schwimmenden Lagerung über die
Nutzungszeiträume
des Messgerätes
zu erhalten, müssen
ihre Komponenten von äußeren Einwirkungen
geschützt
werden. Das geschieht erfindungsgemäß durch einen Lagerdeckel,
der die Schutzhülse
verschließt
und dadurch die schwimmende Lagerung kapselt. Die Verschraubung
dient dann nur noch zur Verbindung des Lagerdeckels.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass auch andere als die von der Verschraubung
herrührenden Verspannungen
der Schutzhülse
soweit gedämpft werden,
dass sie die Messsignale nicht nennenswert beeinflussen, das heißt verfälschen können. Die Messsignale
und die jeweils durch die Verstärkung entstehenden
Ausgangssignale des neuen Messgerätes geben daher die festgestellten
Drücke
des Arbeitsmediums korrekt wieder und schließen Fehlmessungen durch äußere Einwirkungen
auf die Schutzhülse
und/oder den Druckaufnehmer aus.
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Die
schwimmende Lagerung in dem erfindungsgemäßen Messgerät wird vorzugsweise mit den
Merkmalen des Anspruches 2 mit einer zusammengesetzten, d. h. radialen
und axialen Dämpfung zwischen
der Hülse
und einem Nippel erreicht, wobei der Lagerdeckel dazu dient, den
Nippel axial in der Schutzhülse
abzustützen.
Eine schwimmende Lagerung dieser Art reicht aus und lässt sich
verhältnismäßig einfach
auf unterschiedliche Weise verwirklichen. Zweckmäßig geschieht das mit den Merkmalen
des Anspruches 3. Zur Spannungsentkopplung dienen dabei elastomere
Ringfedern, die daher eine kontinuierliche Dämpfung in der jeweiligen Entkopplungsrichtung
gewährleisten.
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Als
elastomere Ringfedern empfehlen sich Rundschnurringe, was Gegenstand
des Anspruches 4 ist. Rundschnurringen sind mit unterschiedlichen Querschnitten
in der Technik hydraulischer und pneumatischer Arbeitsmedien in
großer
Zahl und Ausführung
verfügbar
und werden erfindungsgemäß daher
als Dämpfungselemente
bevorzugt eingesetzt. Das geschieht insbesondere bei den erfindungsgemäß bevorzugten
Ausführungsformen
rotationssym metrischer Messgeräte
und Druckaufnehmer gemäß dem Anspruch
5 durch die Verwendung von O-Ringen.
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Solche
elastomeren Rundschnurringe werden vorzugsweise mit den Merkmalen
des Anspruches 6 eingesetzt. Dabei genügt in der Regel ein O-Ring
zur radialen Dämpfung,
der zwischen Zylinderflächen
des Gehäusezylinders
und des Anschlussnippels eingespannt wird, während zur axialen Dämpfung ein
weiterer O-Ring ausreicht, der zwischen Ringflächen des Gehäusezylinders
und des Anschlussnippels verspannt ist.
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Vorzugsweise
vervollständigt
man eine solche Ausbildung des erfindungsgemäßen Messgerätes mit den Merkmalen des Anspruches
7. Hierbei dient der Lagerdeckel mit seiner Verschraubung dazu,
die elastomeren Ringfedern auf ihren Zylinder- und Ringflächen zu halten.
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Die
Einzelheiten, weitere Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand
der Figuren in der Zeichnung;
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Es
zeigen:
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1 ein
Messgerät
im Längsschnitt;
und
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des unteren, d. h. Nippelbereiches des Gegenstandes der 1.
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Das
allgemein mit 1 in 1 bezeichnete Messgerät weist
einen bei 2 angedeuteten Druckaufnehmer auf. Dieser sitzt
in einer Schutzhülse 3,
welche eine Verschraubung 4 aufweist.
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Der
Druckaufnehmer 2 ist in der Schutzhülse schwimmend gelagert. Diese
allgemein mit 5 in 2 bezeichnete schwimmende
Lagerung besteht gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
aus zwei Dämpfungselementen
in Form elastomerer Rundschnurringe 6, 7 (1).
Wie sich aus der Darstellung der 2 ergibt,
sind die beiden Rundschnurringe 6, 7 als O-Ringe
verwirklicht.
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Die
Verschraubung 4 verbindet einen Lagerdeckel 8 mit
der Schutzhülse 3 und
verschließt
diese an dem Ende, dem ein Nippel 9 zugeordnet ist. Der Lagerdeckel 8 unterstützt mit
einer Ringfläche 10 einen
Flansch 11 des Nippels 9 in der Schutzhülse 3.
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Der
O-Ring 12 wird zwischen einer Zylinderfläche 14 des
Nippels 9 und einer Innenzylinderfläche 15 der Schutzhülse 3 vorgespannt.
Er dient zur radialen Dämpfung
des Nippels in der Hülse
und damit zur radialen Spannungsentkopplung der Hülse 3 und des
Nippels 9.
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Der
andere O-Ring 16 stützt
sich auf dem Innengewinde 17 des Deckelzylinders 18 und
einer Ringfläche 19 des
Ringflansches 11 des Anschlussnippels 9 ab.
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Eine
Abdichtung der O-Ringe 12 und 16 auf den beschriebenen
Flächen
der Schutzhülse 3 und des
Nippels 9 ist grundsätzlich
nicht erforderlich, da die O-Ringe lediglich unter Ausnutzung ihres
elastomeren Werkstoffes zur Dämpfung,
also als Ringfedern verwendet werden. Die Ausbildung der Ringfedern 12 und 16 als
Rundschnurringe ist aber vorteilhaft, da sie die Nutzung vorhandener
und lediglich als Dichtungen verwendeter O-Ringe im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung des
genannten Problems der Spannungsentkopplung ermöglichen.
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Der
Lagerdeckel 8 vereinigt in einer Baueinheit ein ebenes
Ringelement 20 mit dem Zylinder 18, dessen Innengewinde
mit dem Außengewinde 21 der Schutzhülse 3 verschraubt
ist. Der zylindrische Träger
des Außenge windes 21 entsteht
durch eine Abdrehung des Gehäusezylinders 22,
auf der die Zylinder- und Ringflächen 14, 15 bzw. 17, 19 ausgebildet sind,
die zur Abstützung
der Ringfedern 12, 16 dienen.
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Gleichzeitig
bildet die Stirnfläche 19 der
Abdrehung zusammen mit der Außenzylinderfläche eines
Flansches 23 des Nippels eine Ringnut, die als Sitz des
O-Rings 16 verwendet wird.
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Der
Nippel 9 weist an seinem freien Ende die übliche Ringnut 24 mit
der eingelegten O-Ringdichtung 25 auf, mit der der Nippel
gegen eine nicht dargestellte, hydraulischen Druck führende Leitung
abgedichtet wird. Das hydraulische Medium gelangt durch eine axiale
Bohrung des Nippels 9 in eine Messzelle 25 und
eine Platte 26, welche die Messzelle 25 oben druckdicht
abschließt
und als Träger
eines Dehnungsmessstreifens dient, der sich unter den wechselnden
hydraulischen Drücken
verformt und dadurch eine Messbrücke
verstimmt. Die Messbrücke
ist mit vier isolierten Leitungen 27 an einen Verstärker 28 auf
einer Platine angeschlossen, von der Leitung 29 zu einem
Sockel 30 führen,
die das Ausgangssignal an den Sockel 30 weitergeben. Der
Sockel 30 wirkt mit einem nicht dargestellten Stecker eines
Kabels zusammen, der über
radiale Bohrungen 31, 32 in einem Gehäuseinnenzylinder 32 zugfest
gehalten wird. Das Kabel dient zur Weiterleitung des vom Verstärker 28 kommenden
verstärktem
Messsignals der Messzelle 25. Dabei sind die Leitungen 29 in
der Schutzhülse
wie bei 34 vergossen.