DE2035311B2 - Hydraulische kraftmessdose - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kraftmeßdose mit einem Gehäuse, das einen Boden und einen zylindrischen Mantel aufweist, einer im Gehäuse eingespannten, metallischen, wenigstens eine koaxiale, ringförmige Ausbeulung aufweisenden Membran, die zusammen mit dem Boden einen mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraum bildet, einem zur Dose koaxialen, auf die Membran wirkenden und mit dem Mantel einen Ringraum bildenden Kolben und mit wenigstens einer zur Dose koaxialen, aus federndem Material bestehenden Stützscheibe, die von ihre axiale Steifigkeit veimindernden Schlitzen durchbrochen ist und mit ihrem radial inneren Bereich am Kolben und mit ihrem radial äußeren Bereich am Mantel des Gehäuses befestigt ist.

In einer solchen hydraulischen Kraftmeßdose wird die zu messende Kraft über den Kolben und die Membran in die Flüssigkeit eingeleitet, deren Druck sodann ein Maß für die Kraft darstellt und in der üblichen Weise auf Anzeige-, Regel- oder ähnliche Einrichtungen übertragen wird. Da die verwendete Flüssigkeit (Hydrauliköl) praktisch inkompressibel ist, beträgt der Kolbenhub bei Höchstlast gegenüber dem unbelasteten Zustand nur etwa einige zehntel Millimeter. Der Kolben ist durch in der Regel zwei Stützscheiben parallel zur Dosenachse geführt.

Bei eitler bekannten Kraftmeßdose dieser Bauart (Katalog B-16 der Firma The A. H. Emery Company, New Canaan, Conn., USA) ist die Membran als dünne, metallische und völlig flache Scheibe ausgebildet; auch die zwei Stutzscheiben sind völlig flach ausgeführt. Dies ist zwar bei dem im Normalfall — wie erwähnt — nur sehr kleinen Kolbenhub im Hinblick auf die erzielbare Meßgenauigkeit zulässig; denn die Membran und die Stützwheiben werden unter Last nur ganz unwesentlich verformt. Falls jedoch Leckverluste an Flüssigkeit auftreten, die nie völlig vermieden werden können, so werden die Membran und die Stützscheiben bei gleicher Last viel stärker verformt als vorher. Da sie völlig fladi ausgebildet und somit entsprechend steif sind, üben sie hierbei auf den Kolben eine Rückstellkraft aus und verfälschen hierdurch das Meßergebnis. Da außerdem die

ίο Dicke des mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraumes nur weniger als 1 mm beträgt, kann es bei einem Leckverlust sehr rasch dazu kommen, daß die Membran auf dem Boden der Dose aufliegt, wodurch die Kraftmeßdose außer Funktion gesetzt ist, was in vielen wichtigen Anwendungsfällen schwerwiegende Folgen haben kann.

Aus dem vorgenannten Katalog ist auch eine Kraftmeßdose bekannt, bei der die Dicke des mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraumes mehrere Millimeter beträgt, bei der also nicht wie bei der vorbeschriebenen Kraftmeßdose im Fall eines Leckverlustes unmittelbar die Gefahr des Ausfallens der Vorrichtung besteht. Bei ihr ist als Membran eine aus Gummi hergestellte sogenannte »Rollmembran« verwendet, die entlang der Innenfläche des Dosenmantels einen Ringwulst bildet. Diese Membranausführung erlaubt zwar in gewissen Grenzen ein ungehindertes Bewegen des Kolbens; sie übt somit auf den Kolben keine Rückstellkraft aus; jedoch kann diese Membran nur wesentlich geringer belastet werden als eine metallische Membran; d.h., der Meßbereich der Kraftmeßdose ist sehr niedrig. Außerdem kann sie nicht in hohen Umgebungstemperaturen verwendet werden, weil sonst die Gummimembran Schaden erleidet. Zur Führung des Kolbens dienen äd dieser Kraftmeßdose Kugeln, welche im Ringraum zwischen Dosenmantel und Kolben eingebettet sind. Dies erfordert die Abdichtung des Ringraumes nach außen mittels eines elastischen, also in der Regel ebenfalls aus Gummi hergestellten Dichtelementes, welches wiederum hohen Temperaturen nicht standhalten kann.

Darüber hinaus sind Einrichtungen mit einer Membran bekanntgeworden, die eine ringförmige Ausbeulung aufweist. An dieser Membran greift ein Kolben an, der von einer aus federndem Material bestehenden Stützscheibe geführt ist. Die Stützscheibe ist von Schlitzen durchbrochen, welche ihre axiale Steifigkeit vermindern. Bei diesen bekannten Einrichtungen sind die Schlitze jedoch so ausgebildet, daß gleichzeitig auch die radiale Steifigkeit der Scheibe herabgesetzt wird. Dies ist jedoch nicht tragbar, da dadurch die Membran unsymmetrisch belastet werden kann, was zu verfälschten Meßergebnissen führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Fehler der bekannten Einrichtungen zu vermeiden und die eingangs beschriebene Kraftmeßdose derart auszubilden, daß der Kolben einen verhältnismäßig großen Hub ausführen kann, wobei weder die den Kolben führenden Stützscheiben noch die Membran eine nennenswerte Rückstellkraft auf den Kolben ausüben dürfen und wobei gleichzeitig auf eine Abdichtung des Ringraumes zwischen Dosenmantel und Kolben verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird — ausgehend von der eingangs beschriebenen Kraftmeßdose — dadurch gelöst, daß tangential zu zwei konzentrischen Kreisen, von denen der innere in der Nähe des Kolbenumfanges und der äußere nahe am Dosenmantel vorgesehen

ist, Teilabschnitte der Schlitze verlaufen, an deren Enden radial verlaufende Schlitzabschnitte anschließen; die beim inneren Kreis nach außen und beim äußeren Kreis nsch innen gerichtet sind, und daß die Schlitze des einen Kreises in Umfangsrichtung gegen die Schlitze des anderen Kreises versetzt angeordnet sind.

Die Stützscheiben und die Membran der erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftmeßdose sind also derart ausgebildet, daß ihr radial innerer Bereich ge- to genüber dem radial äußeren Bereich ohne nennenswerten Kraftaufwand in axialer Richtung bewegt werden kann. Diese möglichst geringe axiale Steifigkeit wird bei den Stützscheiben durch die genannten Schlitze und bei der Membran durch die ringförmige Ausbeulung herbeigeführt. Werden also die Stützscheiben und die Membran durch die zu messende Kraft verformt, so üben sie keine oder nur eine vernachlässigbar kleine Rückstellkraft auf den Kolben aus und können somit das Meßergebnis nicht verfälsehen.

Bei entsprechender Dicke des mit der Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraumes von z.B. 2 bis 4 mm steht dem Kolben und der Membran ein gewisser Sicherheitsweg von etwa 1 bis 3 mm zur Verfügung, so daß im Fall eventueller Leckverluste nicht unmittelbar die Gefahr des Ausfallens der Vorrichtung besteht. Mit anderen Worten: Solange sich eventuelle Leckverluste derart in Grenzen halten, daß die Membran noch nicht am Boden der Dose anliegt, ist noch ein einwandfreies Arbeiten der Kraftmeßdose gewährleistet. Sie bleibt also wesentlich länger funktionstüchtig als die eingangs beschriebene bekannte Einrichtung. Im übrigen kann an der Kraftmeßdose ein Endschalter angeordnet werden, derart, daß dieser kurz vor Anliegen der Membran am Boden der Dose ein Warn- oder Schaltsignal auslöst.

Ist die erfindungsgemäße Kraftmeßdose z. B. Teil einer Regeleinrichtung für das Konstanthalten der Spannung eines umlaufenden Filzes einer Papiermaschine, so ist die mit einem eventuellen Ausfallen der Kraftmeßdose verbundene Gefahr des Über- oder Entspannens des Filzes oder gar dessen Zerstörung sowie von hierdurch verursachten Betriebsunterbrechungen wesentlich reduziert.

Die erfindungsgcmäße Ausbildung der Membran erlaubt es. diese aus einem hochfesten metallischen Werkstoff herzustellen; daher kann die Kraftmeßdose auch zum Messen extrem großer Kräfte benutzt werden.

Radial gerichtete Kraftkomponenten werden durch die Slützschcibcn auf das Gehäuse übertragen, ohne die geringste Verlagerung des Kolbens in radialer Richtung und damit eine entsprechende unsymmetrische Verformung der Membran zuzulassen. Zusatzliehe Hilfseinrichtungen werden hierfür nicht benötigt.

Gleichzeitig sind die Stützscheiben völlig unempfindlich gegen Verschmutzung. Deshalb ist eine Abdichtung des die Stützscheiben aufnehmenden Ringraumes zwischen Dosenmantel und Kolben nicht erforderlich. Die Verwendung elastischer, etwa aus Gummi od. dgl. hergestellter Dichtelemente wird daher vermieden. Da gleichzeitig, wie schon erwähnt, auch für die Membran nur metallische Werkstoffe verwendet werden, ist die Kraftmeßdose auch in hohen Umgebungstemperaturen voll einsatzfähig. Die hierbei naturgemäß auftretende stärkere Volumenvergrößerung der Flüssigkeit gegenüber den metallischen Teilen der Kraftmeßdose wirkt sich auf das Meßergebnis überhaupt nicht aus; denn eine solche Volumenvergrößerung kann als ein »negativer Leckverlust« angesehen werden, wobei die entsprechende Verformung von Membran und Stützscheiben — wie oben erläutert — praktisch kräftefrei erfolgt,

Die erfindungsgemäß ausgebildete Kraftmeßdose ist daher durch ihre einfache und robuste Bauart besonders für solche Anwendungsfälle geeignet, bei denen hohe Temperaturen herrschen und Verschmutzungsgefahr besteht, wie z. B. in Papiermaschinen. Zugleich zeichnet sie sich durch sehr geringe Herstellungskosten aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine Kraftmeßdose ii.i Schnitt nach Linie I-IderFig. 2 und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kraftmeßdose nach F i g. I.

Das Gehäuse der in den beiden Figuren dargestellten Kraftmeßdose besteht aus einem kreisrunden Boden 10 und einem ringförmigen Dosenmante! 11. Zwischen diesen Gehäuseteüen ist eine aus dünnem, hochfestem, metallischem Werkstoff gefertigte Membran 12 eingespannt, die zusammen mit dem Boden einen mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraum 13 bildet. Dieser steht in der üblichen Weise über einen Kanal 14 und eine Leitung 15 mit in der Zeichnung nicht sichtbaren Anzeige-, Regel- oder ähnlichen Einrichtungen in Verbindung.

Die Membran 12 weist eine ringförmige zum Gehäuse konzentrische, im Querschnitt halbkreisförmige, entlang der Innenwand des Dosenmantels 11 verlaufende und vom Boden 10 weggerichtete Ausbeulung 16 auf. Der Boden IO besitzt einen in diese Ausbeulung 16 hineinragenden ringförmigen Wulst, der die Membran 12 im radial äußeren Bereich der Ausbeulung 16 abstützen kann. Die radial inneren Bereiche der Membran 12 und des Bodens 10 sind eben und zueinander parallel; die lichte Höhe des Arbeitsraumes 13 betrat hier mehrere Millimeter, vorzugsweise 2 bis 4 mm.

Auf dem radial inneren Bereich der Membran 12 ruht eine kreisrunde Druckscheibe 17 mit einem als stumpfwinkeliger Kegel ausgebildeten Obe;teil. An der abgerundeten Kegclspitzc der Druckscheibe 17 liegt ein Kolben 20 an, der die zu messende Kraft in die Kraftmeßdose einleitet; dieser Kolben, dessen Außcndurchmesscr nur etwa ein Viertel bis ein Drittel des Innendurchmessers des Dosenmantcls 11 beträgt, ist an zwei in gewissem Abstand übereinanderliegenden Siützschciben 22 befestigt, die unter Zwischenschalten eines Distanzringes 19 in einer Aussparung des Dosenmantels 11 eingesetzt und dort mittels eines Deckringes 21 eingespannt sind.

Die Stützscheiben 22, die innerhalb gewisser Grenzen ein leichtes Bewegen des Kolbens 20 in Achsrichtung erlauben, jedoch keinerlei Verlagerung des Kolbens in radialer Richtung zulassen sollen, sind aus dünnem, federndem Material hergestellt und von Schlitzen 26, 27, 28, 29 durchbrochen. Diese Schlitze vermindern die axiale Steifigkeit der Stützscheiben, d. h. sie erlauben es, daß der radial innere Bereich der StUtzscheiben gegenüber dem radial äußeren Bereich ohne nennenswerten Kraftaufwand in axialer Richtung bewegt werden kann. Die Hauptteile 26, 27

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dieser Schlitze verlaufen tangential zu zwei konzentrischen Kreisen, einem inneren nahe am Kolbenumfang und einem äußeren nahe am Dosenmantel verlaufenden Kreis. Auf jedem dieser Kreise sind vier solche tangentiale Schlitze 26, 27 gleichmäßig verteilt, die inneren Schlitze 27 jedoch gegenüber den äußeren Schlitzen 26 in Umfangsrichtung versetzt, wobei sich die Enden je zweier benachbarter innerer und äußerer Schlitze — vom Mittelpunkt der Scheibe aus gesehen — gegenseitig überdecken. An die Enden der tangentialen Schlitze 26, 27 schließen sich etwa in radialer Richtung verlaufende Verlängerungen 28, 29 an, so daß insgesamt U-förmige, ineinander eingreifende Schlitze entstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 2 035 31 I

   Patentanspruch:

   Hydraulische Kraftmeßdose mit einem Gehäuse, das einen Boden und einen zylindrischen Mantel aufweist, einer im Gehäuse eingespannten metallischen, wenigstens eine koaxiale, ringförmige Ausbeulung aufweisenden Membran, die zusammen mit dem Boden einen mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraum bildet, einem zur Dose koaxialen, auf die Membran wirkenden und mit dem Mantel einen Ringraum bildenden Kolben und mit wenigstens einer zur Dose koaxialen, aus federndem Material bestehenden Stützscheibe, die von ihre axiale Steifigkeit vermindernden Schlitzen durchbrochen ist und mit ihrem radial inneren Bcrexh am Kolben und mit ihrem radial äußeren Bereich am Mantel des Gehäuses befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß tangential zu zwei konzentrischen Kreisen, von denen der innere in der Nähe des Kolbenumfanges und der äußere nahe am Dosenmantel (11) vorgesehen ist, Teilabschnitte (16 bzw. 27) der Schlitze verlaufen, an deren Enden radial verlaufende Schlitzabschnitte (28 bzw. 29) anschließen, die beim inneren Kreis nach außen und beim äußeren Kreis narh innen gerichtet sind, und daß die Schlitze (26, 28) des einen Kreises in Umfangsrichtung gegen dit. Schliue (27, 29) des anderen Kreises versetzt angeordnet sind.