DE3433858A1

DE3433858A1 - Kraftmessdose in explosionsgeschuetzter ausfuehrung

Info

Publication number: DE3433858A1
Application number: DE19843433858
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Nara Kimura; Yoshiaki Shimada; Shigeo Kawanishi Hyogo Yoshimura
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1983-11-21
Filing date: 1984-09-14
Publication date: 1985-05-30
Also published as: DE3433858C2; FR2555314B1; GB8422602D0; GB2150307A; GB2150307B; FR2555314A1; US4619147A

Description

TER MEE R-M UL L E R-S T El N M El ST E R PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister

SÄsi ί" ^MÜ1Ier Artur-Ladebeck-Strasae

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

St/Gt/ri
FP-2347

KUBOTA LIMITED

2-47 Shikitsuhigashi 1-chome,

Naniwa-ku, OSAKA-shi, OSAKA-fu,

Japan

KRAFTMESSDOSE IN EXPLOSIONSGESCHÜTZTER AUSFÜHRUNG

PRIORITÄTEN: 1) 21 . November 1983, Japan, No. 220008/1983 (P)

2) 21. November 1983, Japan, No. 180805/1983 (U)

3) 29. November 1983, Japan, No. 226610/1983 (P)

4) 29. November 1983, Japan, No. 226611/1983 (P)

5) 15. Mai 1984, Japan, No. 97908/1984 (P)

6) 15. Mai 1984, Japan, No. 97909/1984 (P)

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftmeßdosen in explosionsgeschützter Ausführung gem. dem Oberbegriff des Hauptansprüchs.

Für den Einbau in Anlagen oder Geräte zur Behandlung explosionsfähiger Gase wie Azeton, Leuchtgas o. dgl. dürfen nur explosionsgeschützte Kraftmeßdosen verwendet werden. Wenn ein explosionsfähiges Gas in den Innenraum einer explosionsgeschützten Kraftmeßdose gelangt und durch Erwärmung, einen Kurzschluß o. dgl. an einer in der Meßdose angeordneten Dehnungsmeßeinrichtung unbeabsichtigt zur Explosion gebracht wird, dann sollen durch die explosionsgeschützte Bauweise eine Begrenzung der Explosion auf den Innenraum der Meßdose gewährleistet und eine Flaxnmenausbreitung nach außen sowie das übergreifen der Explosion auf die gesamte Anlage verhindert werden.

In der Fig. 1 der anliegenden Zeichnung ist ein zur Messung¹ einer Druckbelastung ausgelegtes erstes typisches Beispiel einer herkömmlichen explosionsgeschützten Kraftmeßdose dargestellt. In einem zylindrischen, unten durch einen Bodenabschnitt 9 abgeschlossenen und oben offenen flammen- und explosionssicheren Gehäuse 3 der Kraftmeßdose 1 ist stehend ein zylindrischer sowie aus elastischem Material hergestellter Meßkörper 2 aufgenommen, welcher von oben nach unten gesehen in einen Kraftaufnehmerabschnitt 4 mit abgerundeter Oberseite zum Aufnehmen einer externen Last 7, einen z.B. aufgeklebte Dehnungsmeßstreifen 8 tragenden und in seiner Querschnittsfläche relativ zu den angrenzenden Abschnitten geschwächten Aufnahmeabschnitt 5 und einen Fußabschnitt 6, welcher fest in einer Ausnehmung in der inneren Bodenfläche des explosionssicheren Gehäuses 3 aufgenommen ist, unterteilt ist. Zum Messen der

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Größe der Last 7 sind die Dehnungsmeßstreifen 8 an eine an sich bekannte elektrische und/oder elektronische Schaltung (nicht dargestellt) angeschlossen.

Das etwas aus der öffnung des zylindrischen Gehäuses 3 herausragende obere Ende des Meßkörpers 2 ist in einen Durchbruch einer oberen Membran 10 eingepaßt und damit verschweißt, und der äußere Rand der oberen Membran 10 ist mit dem oberen Ende des explosionssicheren Gehäuses 3 verschweißt, so daß ein verbleibender Innenraum 11 im Gehäuse 3 durch die festgeschweißte obere Membran 10 im Explosionsfall nach außen abgeschottet ist.

Außerdem ist der Meßkörper 2 weiter unten durch eine z.B. aus weichem Stahl hergestellte und zwecks Erzielung einer größeren Elastizität mit Löchern 13 versehene untere Membran 12 etwa mit dem Mittelabschnitt der Innenoberfläche des explosionssicheren Gehäuses 3 verbunden und so gegen seitliche Kraftkomponenten der zu messenden Last abgestützt. Der Bodenabschnitt 9 ruht in einem soliden Stützelement 14 aus Metall, welches durch eine Stahlkugel 15 verdrehbar auf einem festen Tisch 16 abgestützt ist.

Wenn die Last 7 von oben her auf die obere Endfläche des Kraftaufnehmerabschnitts 4 der Kraftmeßdose 1 nach Fig. 1 einwirkt, dann kommt es zu einer mikroskopisch kleinen Auswanderung nach unten der am Aufnehmerabschnitt 4 befestigten Innenrandzonen der beiden Membranen 10 und 12 relativ zu den am Gehäuse 3 befestigten Außenrandζonen und zu einer entsprechenden Veränderung von Widerstandswerten der auf den Aufnahmeabschnitt 5 geklebten Dehnungsmeßstreifen 8, und der sich ergebende Last-Meßwert kann, wie bekannt, auf einem zugeordneten Meßgerät oder dergleichen abgelesen werden.

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Falls ein in dem durch das flammensichere Gehäuse 3 und die obere Membran 10 abgeschlossenen Innenraum 11 anwesendes explosionsfähiges Gas durch Erwärmung, einen unbeabsichtigten Kurzschluß der Dehnungsmeßstreifen oder aus anderen Gründen zur Entzündung gelangt, dann wird eine Ausbreitung der Explosion von innen nach außen durch das Gehäuse 3 und die obere Membran 10 verhindert.

Bei dieser herkömmlichen Ausführung muß die obere Membran 10 aus Gründen der Druckfestigkeit, um der Kraftmeßdose 1 eine ausreichende Explosionsfestigkeit zu verleihen, relativ dick ausgebildet sein. Da die relativ dicke obere Membran 10 an dem Kraftaufnehmerabschnitt 4 befestigt ist, zehrt sie bei einer Verformung durch die vertikale Last 7 einen Teil der zu messenden Kräfte auf und verfälscht dabei zwangsläufig das Meßergebnis so erheblich, daß eine gemäß Fig. 1 ausgebildete herkömmliche explosionsgeschützte Kraftmeßdose 1 in der Praxis ausschließlich für die Messung großer Kräfte oder Lasten benutzt werden kann, für Messungen mittlerer oder gar" kleiner Kräfte jedoch ungeeignet ist.

In Fig. 2 ist ein typisches Beispiel einer herkömmlichen Kraftmeßdose 17 mit einem horizontal angeordneten balkenförmigen Meßkörper 2 dargestellt. Der balkenförmige Meßkörper 2 ist funktionsbezogen unterteilt in einen balkenartigen Kraftaufnehmerabschnitt 4 mit am freien Ende angearbeiteten oberen und unteren Angriffsflächen für eine zu messende vertikale Last 7, einen mittleren Dehnungsmeßstreifen-Aufnahmeabschnitt 5 und einen in der Zeichnung rechts befindlichen Fußabschnitt 6, dessen bearbeiteter Endabschnitt mittels Schrauben 19 an einem festen Tisch 18 festgeschraubt ist. Insgesamt hat der Meßkörper etwa die Form einer rechteckigen Säule. Der Mittelabschnitt

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des Dehnungsmeßstreifen-Aufnahmeabschnitts 5 ist durch horizontal und senkrecht zur Meßkörper-Längsrichtung eingearbeitete Durchbrüche 20 zu einem sog. Roberval-Mechanismus 21 gestaltet, an dessen oberen und unteren dünnen Wandabschnitten 22 Dehnungsmeßstreifen 8 festgeklebt sind, die mit einer nicht dargestellten elektronischen Schaltung verbunden sind. Außerdem ist der gesamte Dehnungsmeßstreifen-Aufnahmeabschnitt 5 durch einen endseitig an den beiden Nachbarabschnitten 4 und befestigten flexiblen Faltenbalg 23 umkleidet und so gegen Staub u. dgl. geschützt.

Da der sonst vielleicht aus Gummi herstellbare Faltenbalg 23 bei dem vorliegenden flammen- und explosionsgeschützten Beispiel aus einem geeigneten Metall und relativ dickwandig gefertigt ist, kommt es zwangsläufig zu einer entsprechenden Verfälschung des Last-Meßergebnisses durch unbeabsichtigte Stützwirkung. Es hat sich als äußerst schwierig erwiesen, kleinere Lasten 7 mit herkömmlichen explosionsgeschützten balkenförmigen Kraftmeßdosen 17 zu messen.

Den vorstehenden Erläuterungen von zwei typischen Beispielen des Standes der Technik kann entnommen werden, daß bisher zur Bildung einer flammen- und explosionsgeschützten Kraftmeßdose mit außen freiliegendem Kraftaufnehmerabschnitt zumindest deren Dehnungsmeßstreifen-Aufnahmeabschnitt in einem festen Kapselelement explosionsgeschützt eingeschlossen worden ist. Die Folge ist, daß jeweils ein Teilbetrag der übertragenen zu messenden Last zwangsläufig aber unerwünscht von dem Kapselelement aufgenommen und das Meßergebnis entsprechend verfälscht wird. Das Problem der korrekten Messung von Kräften mittels explosionsgeschützter Kraftmeßdosen ist bisher nicht gelöst worden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Weg zur Erzielung einwandfreier Kraftmeßergebnisse mittels entsprechend verbesserter Kraftmeßdosen in explosionsgeschützter Ausführung aufzuzeigen.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurz gefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, den mit einer zu messenden Last bzw. Kraft beaufschlagbaren Kraftaufnehmerabschnitt eines Meßkörpers der Kraftmeßdose, dessen Fuß- und Wandlerabschnitte geschützt in einer explosionssicheren Umhüllung aufgenommen sind, so durch eine Öffnung der Umhüllung nach außen hindurchzuführen, daß zwischen einer im öffnungsbereich der Umhüllung gebildeten ersten Grenzfläche und einer durch den Meßkörper gebildeten gegenüberliegenden zweiten Grenzfläche ein Relativbewegungen zwischen dem Meßkörper und der Umhüllung nicht behindernder enger Spalt gebildet und bezüglich Länge und Spaltweite so dimensioniert ist, daß die Energie und Flammen einer im Innenraum der Meßdose stattfindenden Explosion auf den Innenraum begrenzt bleiben und nicht nach außen dringen können.

Wegen der berührungslosen Durchführung des Kraftaufnehmerabschnitts aus dem Gehäuse bzw. der Umhüllung erfindungsgemäßer Kraftmeßdosen können damit kleine und große Kräfte genau und unverfälscht gemessen werden. Die Merkmale der Erfindung sind ohne Einschränkung auf diverse explosionsgeschützte Kraftmeßdosen —Typen anwendbar, ganz gleich ob sie zur Messung von Druck— oder Zugkräften ausgelegt sind bzw. ob

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sie einen stößelförmigen oder einen nach Art eines freitragenden Balkens einseitig befestigten Meßkörper haben.

Bei allen denkbaren Ausführungsmöglichkeiten kann der Spalt so gelegt und in Länge und Spaltbreite so dimensioniert werden, daß eine Flammenausbreitung vom Innenraum des Gehäuses nach außen unter allen Umständen verhindert wird, im belasteten wie im unbelasteten Zustand.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Schnittdarstellungen zweier eingangs gewürdigter herkömmlicher Kraftmeßdosen mit stößel- bzw. balkenförmigem Kraftaufnehmerabschnitt, Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen

Kraftmeßdose mit stößeiförmigem Kraftaufnehmerabschnitt,

Fign. 4, 5 und 6 drei unterschiedliche Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kraftmeßdosen mit einem balkenförmigen Kraftaufnehmerabschnitt, Fig. 7 einen Schnitt durch eine Ebene VII-VII von Fig. 6, Fig. 8 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 6, Fig. 9 ein das Beispiel gemäß Fig. 6 einbeziehendes

sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 10 ein gegenüber Fig. 9 abgewandeltes siebentes

Ausführungsbeispiel der Erfindung,

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Fig. 11 eine zum Teil geschnittene Frontansicht eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit balkenförmigem Kraftaufnehmerabschnitt,

Fign. 12 und 13 je eine teilgeschnittene Vorder- und Seitenansicht dazu,

Fig. 14 einen Teilschnitt durch eine Ebene XIV-XIV von Fig. 11,

Fig. 15 ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung

mit stößeiförmigem Kraftaufnehmerabschnitt, TO Fig. 16 einen vergrößerten Teilschnitt dazu,

Fig. 17 ein gegenüber Fig. 15 abgewandeltes zehntes Ausführungsbeispiel,

Fign. 18 und 19 ein elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Zugkraftmeßdose und eine vergrößerte Teilansicht dazu, und

Fign. 20 bis 24 vergrößert dargestellte Einzelheiten gegen Staub und Wasser abgedichteter Ausführungen .

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Das in Fig. 3 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Grundausführung einer flammen- bzw. explosionsgeschützten Kraftmeßdose 24 mit einem explosionssicheren Gehäuse 25, das einen durch eine öffnung 27 zugänglichen Innenraum 26 aufweist. In der öffnung 27 findet Aufnahme der mit seinem oberen Ende oben herausragende stößeiförmige Kraftaufnehmerabschnitt 4 eines aus festem Material hergestellten zylindrischen Meßkörpers 2, welcher ferner einen auf einem Bodenabschnitt 9 des Gehäuses 25 befestigten Fußabschnitt 6 und einen zwischen seinen Abschnitten 4 und 6 gelegenen Dehnungsmeßstreifen-Aufnahmeabschnitt 5 aufweist. Es ist ein wesentliches Merkmal dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung, daß eine Innenoberfläche 28 der öffnung 27 und eine gegenüberliegende Umfangsoberfläche 29 des durch die Öffnung 27 geführten Kraftaufnehmerabschnitts 4 so dimensioniert sind, daß zwischen ihnen ein ringförmiger Spalt 30 mit einer Spaltbreite W₁ und Spaltlänge L₁ gebildet ist. Die Spaltbreite W₁ und Spaltlänge L₁ des Spaltes 30 sind so gewählt, daß die Energie einer in dem Innenraum 26 des explosionssicheren Gehäuses 25 auftretenden Explosion auf den Gehäuseinnenraum beschränkt bleibt und keine Flammen nach außen austreten können.

Die Spaltabmessungen der Kraftmeßdose 24 sind unter Berücksichtigung eines auf Seite 57 ("3231 Joint") eines am 15.11.1979 unter dem Titel "Industrial Safety Institute Technical Guideline" vom japanischen Industrial Safety Institute of the Ministry of Labor (RIIS-TR-79-1) veröffentlichten Berichts festgelegt worden. Wenn zum Beispiel der nicht vom Meßkörper 2 beanspruchte freie Innenraum 26 in dem Gehäuse zwischen > 2cm³ und bis zu 100cm³ groß ist, dann müssen für die Explosionsschutzklasse 2 die Maße L₁ >10mm und W₁ = 0,1mm gewählt werden. Selbstverständlich können die Abmessungen des

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Spalts 30 jeweils so gewählt werden, daß sie den Explosionsschutzvorschriften anderer Länder genau entsprechen.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose 24 ragt der Kraftaufnehmerabschnitt 4 des über seinen Fußabschnitt 6 fest in der Mitte des Bodenabschnitts 9 verankerten Meßkörpers 2 frei und unter Einhaltung des Spalts 30 durch die öffnung 27 des explosionssicheren Gehäuses 25. Eine am oberen Ende des Kraftaufnehmerabschnitts 4 wirkende vertikale Last 7 ist somit korrekt meßbar, weil keine Verfälschung durch eine Membran 10 wie beim Stand der Technik auftreten kann. Falls ein explosionsfähiges Gas durch den Spalt 30 in den Innenraum 26 dringt und darin z.B. durch einen Kurzschluß im Bereich der Dehnungsmeßstreifen 8 entzündet wird, bleibt jede Explosion auf den Innenraum 26 des explosionssicheren Gehäuses 25 beschränkt, und keine Flammen treten nach außen, weil die Breite W₁ und Länge L. des Spalts 30 unter Berücksichtigung der erwähnten Sicherheitsvorschriften gewählt wurden.

Das in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Grundtyp einer explosionsgeschützten Kraftmeßdose 31 mit einem horizontal verlaufenden Meßkörper 2, dessen Fußabschnitt 6 im Bereich seines abgeflachten und in Fig. 4 rechts liegenden Endes mittels Schrauben 19 an einem festen Tisch 18 festgeschraubt ist und mit seinem zylindrischen Teil 32 bei festem Schulterkontakt mit dem Tisch 18 seitlich hervorragt. Am vorderen Ende des Fußabschnitts 6 setzt sich der Meßkörper 2 mit dem bereits beim diesbezüglichen Stand der Technik (Fig. 2) erläuterten Aufnahmeabschnitt 5 für mehrere Dehnungsmeßstreifen 8 und dem einen vorderen freien Endabschnitt bildenden balkenförmigen Kraftaufnehmerabschnitt 4 fort.

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Gemäß Fig. 4 ist zwischen einer nach links gerichteten freien Stirnfläche 37 einer mittels einer Schraube 34 auf dem zylindrischen Teil 32 des Fußabschnitts 6 befestigten, mit ihrem zylindrischen Innenraum 26 zumindest den Dehnungsmeßstreifen-Aufnahmeabschnitt 5 schützend bedeckenden und linksseitig offenen Abdeckhülse 33 und der gegenüberliegenden rechten Seitenfläche 38 einer z.B. durch Schweißen senkrecht zur Achse des Meßkörpers 2 an einem runden Flanschteil 35 des Kraftaufnehmerabschnitts 4 befestigten Scheibe 36 ein Spalt 30 gebildet. Wie bei dem zuvor erläuterten ersten Ausführungsbeispiel der Kraftmeßdose 24 (Fig. 3) sind auch hier die Breite W₁ und Länge L.. des Spalts 30 so dimensioniert, daß weder die Energie noch die Flammen einer im Innenraum 26 auftretenden Explosion durch den Spalt 3 0 nach außen gelangen können.

Aus Sicherheitsgründen ist außerdem eine im Fugenbereich zwischen dem Außenumfang des befestigten Fußteils 6 und dem Innenumfang der Abdeckhülse 33 sich z.B. bis zu einem Schraubenloch 39 erstreckende Länge L₂ mit Rücksicht auf die oben genannten japanischen Richtlinien "Industrial Safety Institute Technical Guideline" größer als 6mm gewählt worden.

Einzelheiten der zuvor in Verbindung mit Fig. 3 und 4 erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung, die mit vergleichbaren in Fig. 1 bzw. 2 identisch sind und gleiche Bezugszahlen tragen, werden hier nicht noch einmal beschrieben.

Das in Fig. 5 in einem Längsschnitt dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das besondere Merkmal, daß der balkenförmige Meßkörper 2 der hier mit 4 0 bezeichneten Kraftmeßdose ganz in einem aus einem an sich oben offenen Kastenteil 42 und einem mittels Schrauben 43 auf die Kastenteil-Oberseite geschraubten oberen Deckelteil. 44 zusammengesetzten

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explosionssicheren Gehäuse 41 aufgenommen ist. Der Fußabschnitt 6 des Meßkörpers 2 ist innerhalb des Gehäuses mittels Schrauben 19 an einem festen Tisch 18, und der Tisch selbst entweder durch Schweißen oder durch dieselben Schrauben 19 an dem Kastenteil 42 befestigt.

Ein senkrecht stehend auf einer in Fig. 5 links oben an den Kraftaufnehmerabschnitt 4 des Meßkörpers 2 angearbeiteten Fläche 45 befestigter zylindrischer Stößel 46 ragt durch eine Bohrung 47 des oberen Deckelteils 44 nach oben ins Freie, damit eine Last 7 auf das obere Ende des Stößels 46 einwirken kann.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Breite W. und die Länge L₁ eines zwischen der inneren Wandfläche 48 der Bohrung 47 des Deckelteils 44 und der gegenüberliegenden äußeren Umfangsflache 49 des Stößels 46 gebildeten Spaltes 30 unter Berücksichtigung der oben erwähnten Explosionsschutzrichtlinieh gewählt. Da eine Verlagerung des Stößels 46 unter Einwirkung der Last 7 in Richtung der Länge L₁ des Spaltes 30 stattfindet, wird kaum eine Änderung der Spaltbreite W₁ eintreten und

der Spalt 30 seine vorgegebenen Dimensionen annähernd stabil einhalten.

Ähnlich wie bei dem zuvor erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel ist unter Berücksichtigung der japanischen Sicherheitsrichtlinien im Fugenbereich zwischen Kastenteil 42 und Deckelteil 44 eine Länge L₂ zwischen dem Kastenteil-Innenraum 26 und einem Schraubenloch 50 für die Schraube 43 größer als 6mm gewählt.

Sonst mit Fig. 4 übereinstimmende Einzelheiten des Meßkörpers 2, die gleiche Bezugszahlen tragen, werden nicht noch einmal erwähnt.

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Bei dem in Fig. 6 und 7 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Dehnungsmeßstreifen-Aufnahmeabschnitt 5 des balkenförmig freitragend ausgebildeten Meßkörpers 2 der hier mit 51 bezeichneten Kraftmeßdose schützend durch eine zylindrische Abdeckhülse 33 in Verbindung mit einer gegenüberliegenden Scheibe 36 eingeschlossen (ähnlich wie bei der Meßdose 31 in Fig. 4) . Gemäß Fig. 6 sind der Spalt 30 und ein Teil der vorgesetzten Scheibe 36 durch eine am Ende der Umfangsfläche der Abdeckhülse 33 angebrachte Staubschutzkappe 52 aus Gummi gegen Staubeintritt geschützt.

Der durchbohrte Kraftaufnehmerabschnitt 4 ist mittels einer durch Muttern 54 gesicherten Schraube 53 mit dem unteren Ende eines sich im wesentlichen über die ganze Länge der Meßdose 51 in horizontaler Richtung erstreckenden Meßbügels 55 verbunden.

Anschlußdrähte (nicht dargestellt) der auf den Aufnahmeabschnitt 5 geklebten Dehnungsmeßstreifen 8 sind in einer mit unterbrochenen Linien angedeuteten Durchgangsbohrung 56 durch den Fußabschnitt 6 hindurch geschützt zu einem rechts außen am Fußteil 6 befestigten explosionssicheren Anschlußkästchen 57 geführt. Weitere mit dem oben erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 identische Einzelheiten werden nicht noch einmal erläutert.

Bei einer in Fig. 8 als fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellten Kraftmeßdose 58 (einer Abwandlung gegenüber dem vierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6) hat die den Spalt 30 begrenzende Scheibe 36 einen nach außen abgewinkelten, mit Schraubenlöchern 61 versehenen und mittels Schrauben 59 auf dem zylindrischen Teil 3 5 des Kraftaufnehmerabschnitts 4 befestigten Bund 60. Die Schraubenlöcher 61 sind so positioniert, daß aus Gründen der Explosionssicherheit die Länge einer Fuge zwischen Abschnitt 4 und der Bohrung der Scheibe 36

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zwischen dem Innenraum 26 und den Schraubenlöchern 61 (als benachbarten Freiräumen) die Länge L_ hat.

Die in Fig. 9 als sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Kraftmeßdose 62 enthält zwei der Ausführung von Fig. 6 ähnliche Meßdosen in einer symmetrischen Zwillingsan*- ordnung mit einem gemeinsamen durchgehenden spiegelsymmetrischen balkenförmigen Meßkörper 2, der vorzugsweise aus einem zylindrischen elastischen Material geformt ist. An dem in der Mitte angeordneten Kraftaufnehmerabschnitt 4 des Meßkörpers ist mittels Schrauben 63 ein in der Vorderansicht T-förmiger Meßbügel 55 befestigt. Der bei dieser Zwillings-Kraftmeßdose doppelseitig eingespannte Meßkörper 2 erlaubt die Messung wesentlich größerer Lasten bzw. Kräfte als eine Ausführung mit einseitig eingespanntem Meßbalken nach Art von Fig. 6.

Die in Fig. 10 dargestellte erfindungsgemäße Kraftmeßdose 64 ist ein als siebentes Ausführungsbeispiel eine Abwandlung der Ausführung von Fig. 9. Auf dem Kraftaufnehmerabschnitt 4 des spiegelsymmetrischen Meßkörpers 2 ist mittels Schrauben 6 3 ein unteres sphärisches Stützlager 65 befestigt, und darauf ist über eine Kugel 66 frei schwenkbar ein unterseitig mit einem oberen sphärischen Lagerteil 67 versehener länglicher Meßbügel 55 so abgestützt, daß er eine den Gegebenheiten einer aufgesetzten zu messenden Last entsprechende Lage einnehmen kann.

Da alle übrigen Einzelheiten der Fign. 9 und 10 im wesentlichen mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 übereinstimmen, werden sie hier nicht noch einmal näher erläutert.

Als achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fign. 11 bis 14 eine Kraftmeßdose 68 dargestellt, deren Meßkörper

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die Form einer rechteckigen Säule hat und auf Schubbelastung ausgelegt ist. In Fig. 12 rechts ist der Fußabschnitt 6 des Meßkörpers 2 mittels Schrauben 19 an einem festen Tisch 18 befestigt. Der mittlere Aufnahmeabschnitt 5 für Dehnungsmeßstreifen 8 ist durch zwei Durchbrüche 20 in Form von Dreilochgruppen oben und unten geschwächt, so daß von den Vorder- und Rückseiten des Körpers 2 ein die aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen 8 tragender dünner Wandabschnitt 22 gebildet ist. Dieser Meßkörper 2 bildet einen Dreibalken-Roberval-Mechanismus 21.

Gemäß Fig. 13 ist der Meßkörper 2 am Umfang mit Ausnahme seiner vorderen und hinteren Enden von einem explosionssicheren Zylinder 69 eingeschlossen, welcher aus einem U-förmigen Rahmenteil 70 und einem daran mittels einer Schraube 71 befestigten Deckelteil 72 mit einem integral angeformten explosionssicheren Anschlußkästchen 73 zusammengesetzt ist.

Gemäß Fig. 12 ist das rechts liegende Ende des Fußabschnitts 6 des Meßkörpers 2 unter Verwendung eines Klebemittels fest mit der Innenoberfläche des explosionssicheren Zylinders 69 in Kontakt gebracht und zusätzlich durch Schrauben 75 und einen Stift 76 befestigt. Durch entsprechende Innenwandbearbeitung ist zwischen dem Rest des Meßkörpers 2 und dem Zylinder 69 ein enger Spalt 74 gebildet, welcher dem Dehnungsmeßstreifen-Aufnahmeabschnitt 5 und Kraftaufnehmerabschnitt 4 eine notwendige Bewegungsfreiheit relativ zu dem explosionssicheren Zylinder 69 läßt.

Mittels einer Schraube 79 ist auf eine linksseitige Endfläche des Meßkörpers 2 eine explosionssichere Endplatte 78 befestigt, deren am Meßkörper 2 anliegende Hauptoberfläche 80 seitlich über die Meßkörperendfläche 77 hinausragt und so einen Spalt 30

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zwischen dieser Hauptoberfläche 80 der Endplatte 78 und einer linken offenen Endfläche 81 des explosionssicheren Zylinders 69 bildet. Die Spaltbreite W₁ und Spaltlänge L.. dieses Spaltes 30 sind nach den eingangs erwähnten Explosionsschutzrichtlinien dimensioniert.

Die explosionssichere Endplatte 78, an deren linkem Ende mittels Schrauben 82 ein Meßbügel 55 befestigt ist, ist am äußeren Umfang mit einer ringförmigen Nut 83 versehen, damit die festgezogenen Schrauben 82 keinen Einfluß auf die gewählte Spaltbreite W₁ des Spalts 30 haben können.

Das erwähnte explosionssichere Anschlußkästchen 73 wird im wesentlichen gebildet durch eine außen integral an das Deckelteil 72 angeformte Wandung 84, auf deren an sich offener Außenseite mittels Schrauben 85 ein Deckel 86 festgeschraubt ist. Auf einer innerhalb der Wandung 84 des Anschlußkästchens 73 befestigten Klemmenplatte 87 sind mittels kleiner Schrauben zu den Dehnungsmeßstreifen 8 führende Anschlußdrähte 88 befestigt, s. Fig. 12.

Unter Berücksichtigung der auch bei anderen Ausführungsbeispielen erwähnten Explosionsschutzrichtlinien Wie "Industrial Safety Institute Technical Guideline" ist eine Länge L₂ einer zwischen dem Fußabschnitt 6 des Meßkörpers 2 und dem exjilosionssicheren Zylinder 69 gebildeten Trennfuge 90 (s. Fig. 12) entsprechend dimensioniert worden. Damit auch durch die Trennfuge zwischen dem Deckel 86 und der Wandung 84 des Anschlußkästchens 73 keine Flammen hindurchtreten können, ist in diesem Bereich eine Längenbeziehung L_ = L-, + L. überdimensioniert worden.

Der explosionssichere Zylinder 69 und die explosionssichere

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Endplatte 78 sind vorzugsweise aus Materialien wie einer, Alumite—behandelten Aluminiumlegierung oder nickelplatiertem Edelstahl hergestellt, damit sich im Bereich des Spalts 30 kein Rost o. dgl. bilden kann.

Ferner ist der Spalt 30 vorzugsweise mit einer Staubschutzkappe 52 aus z.B. Gummi gegen Staubeintritt geschützt.

Eine in Fig. 15 als neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Kraftmeßdose 92 ist ähnlich wie das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zum Messen von Druckkräften vorgesehen. Das in Fig. 15 und 16 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 3 im wesentlichen nur dadurch, daß das obere Ende des Kraftaufnehmerabschnitts 4 des Meßkörpers 2 gemäß Fig. 15 integral zu einem Flansch 93 erweitert ist, dessen untere Oberfläche 94 von einer oberen Endfläche 95 des darunterliegenden explosionssicheren Gehäuses 25 um einen Spalt 30 getrennt ist. Alle übrigen Einzelheiten der Ausführung gemäß Fig. 15 entsprechen den in Fig. 3 dargestellten und werden hier nicht noch einmal erläutert.

Wenn von oben her eine Last 7 auf den Kraftaufnehmerabschnitt 4 des Meßkörpers 2 (s. Fig. 16) einwirkt, dann wird der Kraftaufnehmerabschnitt 4 um eine Strecke χ nach unten verdrängt, und dementsprechend hat der Spalt 30 jetzt eine verminderte Spaltbreite W' = W₁-AW(W. - x). Die normale Spaltbreite W₁ am Spalt 30 im unbelasteten Zustand gewährleistet Explosionssicherheit. Da die verminderte Spaltbreite W₁' kleiner als die Nenn-Spaltbreite W₁ ist, bleibt die Explosionssicherheit auch im belasteten Zustand erhalten.

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Ein in Fig. 17 dargestelltes zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Kraftmeßdose 96, die als Kombination der Ausführungen nach Fig. 3 und 15 gelten kann und die einen Spalt 30 hat, der sich über eine vertikale Länge L₅ und eine horizontale Länge L_g erstreckt. Alle übrigen Einzelheiten dieses Ausführungsbeispiels sind bereits in Verbindung mit den Fign. 3 und 15 bzw. 16 erläutert worden.

Das in Fig. 18 in Verbindung mit Fig. 19 dargestellte elfte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Grundausführung einer zum Messen einer Zuglast 7 eingerichteten Kraftmeßdose 97. Bei dieser Ausführung ist der Spalt 30 im Schulterbereich um einen Winkel θ zur Wirkrichtung der Last 7 geneigt.

Wenn der Kraftaufnehmerabschnitt 4 des Meßkörpers 2 Unter der Zuglast 7 um eine Strecke χ nach oben auswandert, vermindert sich zwangsläufig die im unbelasteten Zustand W₁ betragende Spaltbreite oberhalb des die Schulter bildenden Flansches 93 um einen Annäherungsbetrag AW = xcosö. Durch Vergrößerung des Neigungswinkels θ kann der mögliche Annäherungsbetrag AW nach Wunsch reduziert und so mit Sicherheit vermieden werden, daß der Meßkörper 2 bei großer Last 7 in Kontakt mit dem explosionssicheren Gehäuse 25 gerät.

Da die Breite des Spaltes 30 nicht größer als W₁ sondern nur kleiner werden kann, läßt sich auch diese Kraftmeßdose leicht so dimensionieren, daß sie belastet wie unbelastet ihre Explosionsschutzfunktion behält.

Bei den in Fig. 15 bis 19 dargestellten Ausführungen von auf Druck belastbaren Meßdosen 92, 96 und einer auf Zug belastbaren Meßdose 97 wird der Spalt 30 bei Belastung enger. Derartige

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Kraftmeßdosen können aber auch so konstruiert sein, daß der Spalt 30 bei Belastung die größere Weite W₁ und unbelastet eine kleinere Spaltbreite hat. Die Dimensionen können durch ähnliche Rechnungen ermittelt werden.

In den Fign. 20 bis 24 sind vergrößert Einzelheiten von gegen das Eindringen von Staub und Wasser geschützten Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt.

In Fig. 20 ist als Beispiel eine Kraftmeßdose 92 aus Fig. 15 außerhalb des Spaltes 30 mit einem aus Gummi hergestellten und Wasser sowie Staub fernhaltenden Faltenbalg 100 umgeben, der jeweils auf einer Oberseite 98 des Meßkörper-Flansches 93 und einer Seitenfläche 99 des explosionssicheren Gehäuses 25 befestigt ist, beispielsweise durch einen Kleber. Ein ähnlicher Faltenbalg 100 ist auch für ähnliche auf Druck oder Zug belastbare Kraftmeßdosen wie 24 oder 96 geeignet.

Für Kraftmeßdosen mit einseitig eingespanntem Meßkörper wie 31, 40, 51, 58, 62, 64 oder 68 ist ein Faltenbalg 100 gemäß Fig. 21 geeignet.

Bei Bedarf kann an Stelle eines Faltenbalgs 100 aus Gummi auch ein gemäß Fig. 24 mittels Schrauben 103, durch einen Kleber oder dergleichen befestigter Faltenbalg 104 aus Metall verwendet werden.

Andere erfindungsgemäße Möglichkeiten zur Spaltabdichtung gegen Staub und Wasser sind in Fig. 22 und 23 dargestellt. Ein in beiden Fällen als Abdichtmedium verwendeter O-Ring 102 ist jeweils in einer Erweiterung des Spalts 30 aufgenommen, die bei dem in Fig. 22 dargestellten Ausführungsbeispiel

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nach Fig. 17 durch beispielsweise mit Silikon gefüllte und in die sich gegenüberliegenden Oberflächen 94 und 95 des Flansches 93 bzw. Gehäuses 25 eingearbeitete ringförmige Nuten 101 gebildet ist. Durch diese Staub- und Wasserschutzeinrichtung wird die für den erforderlichen Explosionsschutz notwendige Länge L₁ des Spaltes 30 nicht beeinträchtigt.

In Fig. 23 ist ein Beispiel für die Spaltabdichtung gegen Wasser und Staub durch einen O-Ring 102 für eine Kraftmeßdose 40, 51, 58, 62 oder 64 dargestellt. Auch hier sind die ringförmigen Nuten so gelegt, daß die für den Explosionsschutz erforderliche Länge L₁ des Spalts 30 nicht beeinträch** tigt wird.

Durch die in Fig. 20 bis 24 dargestellten Maßnahmen können alle .Ausführungsbeispiele der Erfindung wirksam gegen das Eindringen von Staub und Wasser in das Innere des explosionssicheren Gehäuses geschützt und damit die Funktion der Kraftmeßdose auch unter ungünstigen Bedingungen für lange 2eit sichergestellt werden.

Falls sich die Breite W₁ des Spalts 30 im Betrieb nur geringfügig ändert, kann ein in Fig. 22 angedeuteter Film 105 als Schutz gegen Staub und Wasser genügen.

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Claims

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER· T" " : I ": - -"--■"■ Kubota ' -' FP-2347 PATENTANSPRÜCHE

1. Kraftmeßdose in explosionsgeschützter Ausführung, mit

- einem Meßkörper, der in einen befestigbaren Fußabschnitt, einen Wandler-Aufnahmeabschnitt mit einem Wandler zur Umsetzung einer zu messenden Last bzw. Kraft in ein elektrisches Signal und einen mit dem Wandler-Aufnahmeäoschnitt verbundenen Kraftaufnehmerabschnitt zur Aufnahme und übertragung der Last auf den Wandler-Aufnahmeabschnitt in einer gegebenen Belastungsrichtung unterteilt ist, und

- einer explosionssicheren Umhüllung, in welcher der Meßkörper aufgenommen, dessen Fußabschnitt befestigt und

aus welcher dessen Kraftaufnehmerabschnitt durch eine öffnung nach außen hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kraftaufnehmerabschnitt (4) des Meßkörpers (2) berührungsfrei durch die öffnung der Umhüllung (25; 33; 41; 69) nach außen geführt,

- zwischen einer durch Oberflächen im Bereich der öffnung der Umhüllung (25;...) gebildeten ersten Grenzfläche (28; 37;48; 81) und einer durch gegenüberliegende Oberflächen des Meßkörpers (2) bzw. eines mit dem Wandler-Aufnahmeäbschnitt (5) des Meßkörpers verbundenen Elements (4;36;46; 78) gebildeten zweiten Grenzfläche (29; 38; 49; 80) ein Relätivbewegungen zwischen dem Meßkörper und der Umhüllung nicht behindernder enger Spalt (30) gebildet ist und

- der zwischen den Grenzflächen gebildete enge Spalt (30) sich zwischen einem Innenraum (26) der Kraftmeßdose und dessen äußerer Umgebung erstreckt und bezüglich seined Länge (L.; L₇) und Spaltbreite (W₁) so dimensioniert ist, daß eine Energie und Flammen einer in dem Innenraum (26) ausgelösten Explosion auf den Innenraum der Umhüllung begrenzt bleiben und nicht nach außen gelangen können.

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2. Kraftmeßdose nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmerabschnitt (4) die Form eines sich von dem Wandler-Aufnahmeabschnitt (5) in Richtung der Last erstreckenden Stößels hat, dessen seitliche Oberfläche die zweite Grenzfläche (z.B. 29) bildet, und daß die erste Grenzfläche (z.B. 28) durch die innere Oberfläche der öffnung (27) der sich teilweise auch senkrecht zu dem Stößel erstreckenden Umhüllung (25) gebildet wird.

3. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (2) die Form eines sich senkrecht zu der Lastaufnahmerichtung erstrekkenden freitragenden Balkens (z.B. Fig. 4, Fig. 5) hat.

4. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (2) die Form eines Stößels hat, der in seiner Längsrichtung auf Druck belastet wird (z.B. Fig. 3; Fig. 15).

5. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (2) in seiner Längsrichtung auf Zug belastet wird (Fig. 18).

6. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung die Form eines aus einem kastenförmigen Teil (42) und einem damit verbindbaren Deckelteil (44) zusammengefügten Gehäuses (41) hat.

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7. Kraftmeßdose nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung durch

- ein an einem Ende geschlossenen längliches zylindrisches Gehäuse (z.B. 25; 33), in dem sich der Meßkörper (2) bis über dessen offenes Ende hinaus erstreckt und das im Bereich seines offenen Endes die erste Grenzfläche (z.B. 37) bildet, und

- ein mit dem Kraftaufnehmerabschnitt (4) des Meßkörpers (2) verbundenes sowie das offene Ende des Gehäuses unter Bildung der zweiten Grenzfläche (z.B. 38) für den Spalt (30) abschließendes scheibenförmiges Teil (z.B. 36) gebildet ist.

8. Kraftmeßdose nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lastaufnahmerichtung (7) des Kraftaufnehmerabschnitts (4) senkrecht zu der Längsrichtung des Gehäuses (33), und die sich gegenüberliegenden Grenzflächen (38, 37) auf Seiten des Meßkörpers (2) und des Gehäuses parallel zu der Lastaufnahmerichtung verlaufen.

9. Kraftmeßdose nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der in der Längsrichtung des Gehäuses (33) darin aufgenommene Meßkörper (2) die Form eines freitragenden Balkens hat, bei dem der fest angebrachte Fußabschnitt (6) sich an einem Ende und der in der Lastrichtung beeinflußbare Wandler-Aufnahmeabschnitt (5) sich an bzw. nahe dem anderen Ende befindet.

10. Kraftmeßdose nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (2) ein auf Druck belastbarer Typ ist, dessen Kraftaufnehmerabschnitt (4)

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in der gleichen Richtung wie die Längsrichtung des zylindrischen Gehäuses (25) verläuft belastbar ist, und daß der Spalt (30) so gestaltet ist, daß ein Flairanendurchtritt sowohl im Ruhezustand als auch bei der Höchstbelastung der Meßdose (z.B. 24; 92) unmöglich ist.

11. Kraftmeßdose nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (2) ein auf Zug belastbarer Typ ist, und daß der Spalt (30) so gestaltet ist, daß ein Flammendurchtritt sowohl im Ruhezustand als auch bei der Höchstbelastung der Meßdose (97) unmöglich ist.

12. Kraftmeßdose nach Anspruch 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegende Spalt-Grenzflächen bildenden Oberflächen unter einem Winkel zur Längsrichtung des zylindrischen Gehäuses (25) verlaufen (z.B. Fig. 19) .

13. Kraftmeßdose nach Anspruch 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegende Spalt-Grenzflächen bildenden Oberflächen senkrecht zur Längsrichtung des zylindrischen Gehäuses (25) verlaufen.

14. Kraftmeßdose nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei lösbar miteinander verbundenen Teilen zusammensetzbar ist.

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15. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (30) mittels eines sich von dem offenen Ende des Gehäuses bis zu dem gegenüberliegenden scheibenförmigen Teil erstreckenden elastischen Abdeckelements (52; 100) verschlossen ist.

16. Kraftmeßdose nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement ein Faltenbalg (100; 104) ist.

17. Kraftmeßdose nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement ein Film (105) oder dergleichen ist.

18. Kraftmeßdose nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement ein O-Ring (102) ist.