DE3520481C1 - Druckmeßvorrichtung für hydraulischen Schreitausbau - Google Patents

Description

• Aus der DE-AS 2354809 ist es bekannt, bei Druckmeßgeräten flexible, vorgespannte Zugelemente einzusetzen. Dazu ist ein flexibles Stahlband vorgesehen, das eine im Gehäuse verlagerte und durch eine Spiralfeder auf Spannung gehaltene Achse umschlingt, die den Drehpunkt für die Anzeigevorrichtung bildet. Das Druckmittel wird in einen dehnbaren Meßbalg eingeleitet, an dem das Zugelement mit einem Ende befestigt ist.
• Durch das Druckmittel verursachte Abstandsänderungen am Meßbalg werden über das Zugelement als Drehmoment auf die Achse übertragen und durch einen Zeigerausschlag angezeigt. Die vom Druck ausgeübten Zugkräfte wirken unmittelbar auf die Anzeigevorrichtung, die folglich gegenüber Druckstößen sehr empfindlich ist.
• Durch die DE-OS 23 47 323 ist weiterhin eine Vorrichtung zur elektronischen Erfassung von Druckschwankungen von flüssigen und/oder gasförmigen Medien bekannt, bei der eine Blende von einem Druckmittel betätigten Meßkolben in der Weise verstellbar ist, daß ein durch die Blendenöffnung gerichteter Lichtstrahl einer Lichtquelle abgedunkelt wird. Die Intensität der Lichtstrahlung wird gemessen und in elektrische Signale umgewandelt. Man erhält analoge Meßwerte, die jedoch den tatsächlichen Druckverlauf nur annähernd größenordnungsmäßig wiedergeben und nicht dazu geeignet sind, einen weiten Meßbereich von beispielsweise 400 bar in möglichst kleinen Meßintervallen anzuzeigen.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Druckmeßvorrichtung für den Betrieb von hydraulischem Schreitausbau zu schaffen, die gegenüber auftretenden Druckwechselbelastungen weitgehend unempfindlich ist und zudem eine hohe Meßgenauigkeit aufweist.
• Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Mitteln gelöst. Die vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Gemäß der Erfindung wird die entsprechend dem Druckverlauf ausgeführte Längsverschiebung des federbelasteten Druckstiftes mit einem vorgespannten Seil in eine Drehbewegung der Kodierscheibe von maximal 360" übersetzt. Der Grad der Verdrehung wird durch digitale Meßwerte erfaßt und angezeigt. Gleichzeitig ist eine optische Anzeige vorgesehen. Selbst geringe Druckschwankungen verändern die jeweilige Winkelstellung der Kodierscheibe, die dann einen neuen Meßwert anzeigt. Auf den Druckstift einwirkende Druckstöße werden von dem Seil nicht auf die Drehachse übertragen, da die Drehachse vom anstehenden Druck nicht belastet ist und nur durch die Federkraft der entsprechenden Feder gedreht wird. Eine Verdrehung der Scheibe über den vorgegebenen Meßbereich hinaus ist ebenfalls ausgeschlossen.
• Die Zeichnung zeigt zwei im Längsschnitt dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
• Die Druckmeßvorrichtung ist in einem nach außen abgedichteten, aus zwei Teilen 1 und 2 zusammengesetzen Gehäuse an einer geeigneten Stelle des nicht dargestellten Schreitausbaugestells angeordnet und mit einem Steckanschluß 3 an den Druckraum eines Arbeitszylinders des Schreitausbaugestellts angeschlossen. Eine Längsbohrung 4 im Steckanschluß 3 mit Abschnitten unterschiedlicher Bohrungsdurchmesser geht in eine Längsbohrung 5 im Gehäuseteil 1 über, die wiederum in eine Querbohrung 6 einmündet. In den zum Druckraum offenen Abschnitt der Längsbohrung 4 ist ein abgedichteter Druckstift 7 eingesetzt, der innerhalb des Steckanschlusses 3 oberhalb einer Querschnittsverengung der Bohrung 4 in einen Zapfen 8 eingreift und mit diesem in den Längsbohrungen 4 bzw. 5 in axialer Richtung verschiebbar geführt ist. Eine im Gehäuseteil 1 abgestützte Feder 9 mit linear ansteigendem Kennlinienverlauf drückt den Zapfen 8 mit dem Druckstift 7 gegen einen Absatz 10 in der Längsbohrung 4. Mit ansteigendem Druck wird die Feder 9 zusammengepreßt, wobei der Druckstift 7 mit dem Zapfen 8 so weit verschoben wird, bis der Zapfen mit seinem der Querbohrung zugewandten Ende gegen einen Anschlag 11 in der Bohrung 5 anliegt. In der rechtwinklig zur Längsbohrung 5 verlaufenden Querbohrung 6 des Gehäuseteils list eine Drehachse 12 in Wälzlagern 13 gelagert. Die Drehachse 12 greift mit einem Ende in das Gehäuseteil 2 ein und ist durch eine von zwei in paralleler Stellung darin verlagerten Leiterplatten 14, 15 hindurchgeführt. Zwischen den Leiterplatten 14, 15 ist auf das Ende der Drehachse 12 eine als Kodierscheibe mit einem vorgegebenen Lochbild ausgebildete kreisförmige Blende 16 aufgesteckt und stirnseitig mittels einer Justierschraube 17 befestigt.
• Die Drehachse 12 ist mit dem Druckstift 7 über ein vorgespanntes, flexibles Zugelement 18, beispielsweise ein dünnes Seil, verknüpft und in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 an einem Ende mit dem Zapfen 8 und am anderen Ende mit der Drehachse 12 befestigt. Zum Spannen des Zugelements 18 ist eine im Gehäuseteil 1 verlagerte und an der Drehachse 12 angreifende Spiralfeder 19 mit einem im wesentlichen flachen Kennlinienverlauf vorgesehen, die auf die Drehachse 12 ein Drehmoment überträgt. Die auf das Zugelement 18 ausgeübte Zugkraft bleibt über den gesamten Verschiebeweg des Druckstiftes 7 und des Zapfens 8 nahezu konstant.
• Der am Druckstift 7 wirksame und auf den Zapfen 8 übertragene Druck spannt die Feder 9 und drückt sie bei einem Druckanstieg im angeschlossenen Arbeitszylinder zusammen. Gleichzeitig wird mit dem von der Spiralfeder 19 ausgehenden Drehmoment die Drehachse se 12 bei gleichbleibender Vorspannung des Zugelements 18 gedreht, das sich hierbei um die Drehachse 12 wickelt. Die Hublänge des Druckstiftes 7 und des Zapfens 8, die Federkraft der Feder 9 und der Durchmesser der Drehachse 12 sind in der Weise aufeinander abgestimmt, daß die Drehachse 12 bei einem Druckanstieg im vorgegebenen Meßbereich von beispielsweise 0-450 bar genau eine 360°-Umdrehung ausführt.
• Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist das Zugelement 18 um die Drehachse 12 herumgeführt und mit dem freien Ende an einer Federbüchse 20 befestigt, die unter der Wirkung einer im Gehäuseteil 1 abgestützten Feder 21 mit flach ansteigendem Kennlinienverlauf in der Längsbohrung 5 verschiebbar ist. Die als Schraubenfeder ausgeführte Feder 21 erfüllt die gleiche Funktion wie die Spiralfeder 19. Während der Druckaufnahme wird jedoch das Zugelement 18 nicht auf die Drehachse 12 aufgewickelt, sondern die Drehachse 12 wird von dem Zugelement 18 gedreht, das durch die Druckaufnahme am Druckstift 7 entlastet und dabei unter der Wirkung der Feder 21 mit der Federbuchse 20 in der Bohrung 5 verschoben wird. Das die Drehachse 12 umschlingende Zugelement 18 setzt die Längsbewegung in eine Drehbewegung um.
• Auf der der Leiterplatte 15 zugekehrten Oberfläche der Leiterplatte 14 sind in radialer Richtung Lichtstrahler 22 als Sendeelemente angeordnet, denen auf der gegenüberliegenden Leiterplatte 15 in vorgegebenem Abstand Lichtdioden 23 als Empfangs elemente zugeordnet sind. Die zwischen den Leiterplatten 15 und 16 verdrehbare, als Kodierscheibe ausgebildete Blende 16 weist ein Lochbild auf, das dem Kennlinienverlauf der eingesetzten Federn 9, 19 bzw. 9, 20 in der Weise ange- paßt ist, daß jeweils eine bestimmte Kombination von Lichtdioden 23 auf- bzw. abgedeckt ist. Die jeweilige Kombination gibt einen binären Meßwert an, der digital über nicht dargestellte elektrische Leitungen zu einem ebenfalls nicht dargestellten Mikroprozessor und Speicherelemente aufweisenden Mikrocomputer übertragen wird. Eine auf dem Umfang der Blende 16 angeordneten Meßskala 24 erlaubt zudem die direkte Ablesung des Druckes durch ein in der Zeichnung nicht erkennbares Sichtfenster im Gehäuseteil 2.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Druckmeßvorrichtung für hydraulischen Schreitausbau mit folgenden Merkmalen: a) der Druckraum eines Arbeitszylinders ist mit einem Druckmeßgerät verbunden, in dessen Gehäuse eine Reihe von Empfangselementen im vorgegebenen Abstand auf einer Leiterplatte angeordnet und von einer zweiten Leiterplatte aus bestrahlt sind, b) zwischen den Leiterplatten ist eine Blende auf einer Drehachse gelagert und in Abhängigkeit von dem Druck im Hubraum des Arbeitszylinders verdrehbar, wobei als Sendeelemente Lichtstrahler und als Empfangselemente Lichtdioden vorgesehen sind, die von der Blende wechselweise abgedeckt und wieder aufgedeckt werden, gekennzeichnet durchfolgendeMerkmale: c) die Drehachse (12) der Blende (16) ist über ein vorgespanntes, flexibles Zugelement (18) mit einem von dem zu messenden Druck beaufschlagbaren und gegen eine vorgespannte Feder (9) verschiebbaren Druckstift (7) verknüpft und bei einem Druckanstieg im vorgegebenen Meßbereich um 3600 C verstellbar.
2. 2. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstift (12) in einen im Gehäuse (1) verschiebbar geführten Zapfen (8) eingesetzt ist, der durch eine im Gehäuse (t) abgestützte Feder (9) mit linear ansteigendem Kennlinienverlauf belastet und mit einem Ende des Zugelements (18) zugfest verbunden ist.
3. 3. Druckmeßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spannen des Zugelements (18) eine an der Drehachse (12) angreifende, im Gehäuse (1) verlagerte Spiralfeder (19) mit flachem Kennlinienverlauf vorgesehen ist.
4. 4. Druckmeßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugelement (18) um die Drehachse herumgeführt und mit einer Federbüchse (20) verbunden ist, die unter der Wirkung einer im Gehäuse (1) abgestützten Feder (21) mit flach ansteigendem Kennlinienverlauf in einer Längsbohrung (5) des Gehäuses (1) verschiebbar ist.
5. 5. Druckmeßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) als Kodierscheibe ausgebildet ist und ein dem Kennlinienverlauf der eingesetzten Federn (9, 19 bzw. 20) angepaßtes Lochbild aufweist.
6. 6. Druckmeßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) mit einer Meßskala (24) versehen ist.
7. 7. Druckmeßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) mit einer Justierschraube (17) an der Drehachse (12) befestigt ist Die Erfindung betrifft eine Druckmeßvorrichtung für hydraulischen Schreitausbau gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

   Im älteren Patent 34 10 273 der Patentinhaberin wird eine Steuereinrichtung für die Arbeitszylinder von hydraulischem Schreitausbau beschrieben, die ein Druckmeßgerät aufweist, das den Druck im angeschlossenen Arbeitszylinder mit einer Rohrfeder aufnimmt und in digitale Meßwerte umsetzt. Die Dehnung der Rohrfeder entsprechend dem Druckverlauf im angeschlossenen Arbeitszylinder wird mit einer Zahnscheibe als Drehbewegung auf die Drehachse einer halbkreisförmigen Blende übertragen, die im Druckmeßgerät zwischen zwei mit Abstand übereinander angeordneten, kreisscheibenförmigen Leiterplatten drehbar gelagert ist.

   Auf den Innenseiten der Leiterplatten sind einerseits Lichtstrahler als Sendeelemente und andererseits Lichtdioden als Empfangselemente angeordnet. Die Blende führt dem Druckverlauf entsprechende Drehbewegungen aus, wobei die Empfangselemente nacheinander abgedeckt oder wieder aufgedeckt werden. Im Wechsel der jeweils bestrahlten Lichtdioden werden digitale Meßwerte erzeugt, die in einem angeschlossenen Mikro-Computer gespeichert und verarbeitet werden.

   Die Arbeitszylinder von hydraulischem Schreitausbau werden mit HFA-Flüssigkeiten betrieben, die auf einen hohen Druck vorgespannt sind. Außerdem sind für die im Tiefbau aufzubringenden hohen Abstütz- und Rückkräfte des Schreitausbaus große Querschnitte bei dem Arbeitszylinder erforderlich. Infolgedessen ist beim Betrieb des Schreitausbaus mit häufig wiederkehrenden, erheblichen und heftigen Druckschwankungen mit hohen Druckspitzen zu rechnen, die sich im gesamten Hydrauliksystem auswirken und insbesondere die Funktion der angeschlossenen Meßgeräte beeinträchtigen.

   Die Druckspitzen übertragen sich auf die unmittelbar an die Druckräume der Arbeitszylinder angeschlossenen Druckmeßvorrichtungen, die auf die Druckwechselbelastungen mit heftigen Ausschlägen reagieren. Dies ist meist die Ursache für die häufig bereits nach kurzer Betriebsdauer auftretenden Beschädigungen und Ausfälle der Meßgeräte.

   Die mit Hilfe der Rohrfeder erzielbaren Meßergebnisse geben die Druckverhältnisse im angeschlossenen Arbeitszylinder nur annäherungsweise wieder. Für den funktionsgerechten Ablauf einer druckabhängigen Steuerung des Schreitausbaus sind jedoch fein abgestimmte, schon auf geringe Druckdifferenzen ansprechende Meßgeräte erwünscht, die eine elektronische Messung ermöglichen und eine direkte optische Anzeige am Meßgerät aufweisen.

   Durch das DE-GM 18 66485 ist eine Druckmeßvorrichtung für hydraulische Stempel bekannt, bei der die Druckflüssigkeit in den abgedichteten Druckraum eines Meßzylinders geleitet wird, der unter der Wirkung des Drucks gegen ein im Gehäuse abgestütztes Federelement verschiebbar geführt ist. An dem stirnseitig aus dem Gehäuse austretenden Ende des Meßzylinders sind Markierungsringe angebracht, an denen die Auflastung des Stempels abgelesen werden kann. Dieses Meßgerät ist zwar aufgrund der robusten Ausführung gegenüber auftretenden Druckwechselbelastungen unempfindlich, aber es bringt nur eine ungefähre, analoge Anzeige des Drucks und liefert keine für eine druckabhängige Steuerung des Schreitausbaus verwertbaren Meßdaten.