DE3937573A1 - Elektrischer druckaufnehmer zur messung hydraulischer druecke, insbesondere zur verwendung in der bergbauhydraulik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Druckaufnehmer zur Messung hydraulischer Drücke, insbesondere zur Verwen­ dung in der Bergbauhydraulik, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Metallmembran, mit einem Hydraulikanschluß zur hydraulischen Druckbeaufschlagung der Metallmembran, mit einer Dehnungsmeßstreifenanordnung an der der Hydraulik­ seite abgewandten Fläche der Metallmembran und mit einem die Meßwerte der Dehnungsmeßstreifenanordnung verstärkenden Ver­ stärker, der sich auf der der Hydraulikseite gegenüberlie­ genden Seite der Metallmembran in einer Kammer des Gehäuses befindet und mit dem die elektrischen Ausgangsleitungen der Dehnungsmeßstreifenanordnung elektrisch verbunden sind.

Ein Druckaufnehmer dieser Art, der zur elektrischen Fern­ anzeige der gemessenen hydraulischen Drücke verwendet wer­ den kann, ist aus der DE-OS 36 01 249 bekannt. Der Druck­ aufnehmer ist nach Art einer Patrone ausgeführt, bei der die Dehnungsmeßstreifenanordnung wie auch der elektrische Meßwertverstärker geschützt im Gehäuse angeordnet sind. Das Gehäuse weist an seinem einen Ende einen aus einer Steckbuchse oder einem Stecknippel bestehenden Hydraulik­ anschluß und an seinem anderen Ende ein Anschlußstück mit einem elektrischen Steckkupplungsteil auf. Die Metall­ membran ist entweder einstückig mit dem Metallgehäuse verbunden oder sie wird von einem Einsatzstück gebildet, das durch Verschweißen druckdicht im Gehäuse festgelegt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es vornehmlich, den gattungsgemäßen Druckaufnehmer dahingehend weiterzuverbessern, daß sich Ferti­ gungsvereinfachungen ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine den Verstärker tragende Platine über elektrisch leitende Stützelemente im Abstand zu der Metallmembran befestigt ist, wobei die Ausgangsleitungen der Dehnungsmeßstreifenanordnung über diese Stützelemente mit dem Verstärker elektrisch ver­ bunden sind. Vorzugsweise bestehen die Stützelemente aus dün­ nen Metallstiften od. dgl.

Bei dieser Ausgestaltung des Druckaufnehmers ergeben sich Fertigungsvereinfachungen vor allem in bezug auf die elektri­ sche Verbindung der Dehnungsmeßstreifenanordnung mit dem elektrischen Meßwertverstärker, da die aus dünnen Drähten bestehenden elektrischen Ausgangsleitungen der Dehnungsmeß­ streifenanordnung nicht an der schwer zugänglichen Platinen­ fläche angelötet werden müssen, sondern vielmehr nur in elektrisch leitende Verbindung mit den die Platine haltenden metallenen Stützelementen, die um die Dehnungsmeßstreifen­ anordnung herum im Umfangsabstand zueinander angeordnet sind, elektrisch leitend verbunden zu werden brauchen. Dies bietet auch die Möglichkeit, die Platine mit dem Verstärker in der vorschriftsmäßigen Verdrahtung als Bauteil zu fertigen, das anschließend mit den Stützelementen in lagegerechter Anord­ nung an dem die Metallmembran aufweisenden Meßglied befestigt wird, wobei die elektrischen Anschlüsse zwischen der Dehnungs­ meßstreifenanordnung und dem Verstärker entweder gleichzeitig mit der Platinenbefestigung oder auch nach erfolgter Platinen­ befestigung in einfacher Weise hergestellt werden können. Be­ sondere Vorteile bietet diese Anordnung dann, wenn die Metall­ membran, die Dehnungsmeßstreifenanordnung und der Verstärker an einem gesonderten Bauteil angeordnet werden, das mit dem eigentlichen Gehäuseteil durch Verschrauben od. dgl. lösbar verbunden wird, vorzugsweise aus einem Verschlußstück besteht. Die Platine bildet den Träger der elektrischen Komponenten des Meßwertverstärkers. Sie besteht vorzugsweise aus einer dünnen Kunststoffscheibe. Die Stützelemente weisen zweckmäßig an ihren der Platine abgewandten Enden metallene Fußstücke auf, mit denen sie elektrisch leitend verbunden sind und an denen die Ausgangsleitungen der Dehnungsmeßstreifenanordnung angeschlossen werden können. Die Fußstücke bestehen vorteil­ hafterweise aus dünnen Metallscheiben oder Metallstreifen, vorzugsweise in Gestalt von Ringsegmenten. Die Fußstücke bzw. die sie bildenden Ringsegmente können z. B. durch Ver­ löten mit den Stützelementen verbunden werden. Sie bieten große Kontaktflächen für den elektrischen Anschluß der Aus­ gangsleitungen der Dehnungsmeßstreifenanordnung. Dieser elektrische Anschluß kann durch Verlöten oder aber auch dadurch erfolgen, daß beim Anschluß der Platine die mit ihr verbundenen Stützelemente mit ihren Fußstücken auf die Drahtenden der Anschlußleitungen gelegt und z. B. durch Ver­ kleben an der Anschlußfläche festgelegt werden. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, die Stützelemente zunächst mit ihren Fußstücken an der Anschlußfläche zu befestigen und anschließend die mit dem Verstärker bestückte Platine auf die Stützelemente aufzusetzen bzw. aufzustecken, wodurch zugleich auch die elektrischen Verbindungen hergestellt werden.

In bevorzugter Ausführung ist die Metallmembran einstückig mit dem Gehäuseteil oder, was vorzuziehen ist, einstückig mit einem am Gehäuseteil lösbar befestigten Anschlußstück verbunden, so daß Schweißarbeiten entfallen können, die aufgrund der Wärmeentwicklung zu einem die Meßwerte ver­ fälschenden Verwerfen oder Verziehen der dünnen Metall­ membran führen. In dieser Hinsicht besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der die Metallmenbran einstückig mit einem das Gehäuse schließenden, mit einem hydraulischen Anschluß versehenen metallenen Verschlußstück verbunden ist, wobei die die Dehnungsmeßstreifenanordnung mit Abstand über­ deckende Platine mit ihren Stützelementen an einer die Me­ tallmembran umschließenden Ringfläche des Verschlußstücks mit elektrischer Isolierung gegenüber dem Verschlußstück befestigt ist. Die Fußstücke bzw. die Ringsegmente der Platinen-Stützelemente werden hierbei zweckmäßig im Umfangs­ abstand zueinander an der Ringfläche oder an einer mit der Ringfläche verbundenen ringförmigen Isolierscheibe befestigt, was durch einfaches Verkleben erfolgen kann. Das Verschluß­ stück mit der Metallmembran, der Dehnungsmeßstreifenanordnung und der den Meßwertverstärker tragenden Platine bildet hier­ bei ein Meßelement, das mit dem Gehäuseteil des Druckaufneh­ mers, vorzugsweise durch Verschrauben, lösbar verbunden wird. Der hydraulische Anschluß des Verschlußstücks besteht vorteil­ hafterweise aus einem Stecknippel, wie er für die hydraulische Leitungsverbindung gebräuchlich ist. Das Gehäuseteil kann aus einer einfachen Gehäusehülse bestehen, die an ihrem einen Ende durch das lösbare Verschlußstück verschlossen ist und mit deren anderem Ende eine Gehäusebuchse od. dgl. verschraubt ist, in der ein elektrisches Steckkupplungsteil angeordnet ist, an das die elektrischen Ausgangsleitungen des Verstärkers an­ geschlossen sind. Man erhält auf diese Weise eine fertigungs­ technisch einfache und schlanke Patronenform des Druckaufneh­ mers.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Druckaufnehmer im Axialschnitt;

Fig. 2 in einem Teilschnitt durch das Verschluß­ stück des Druckaufnehmers nach Fig. 1 in größerem Maßstab die Metallmembran, die Dehnungsmeßstreifenanordnung und ihre elektrische Verdrahtung;

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III der Fig. 2.

Der dargestellte elektrische Druckaufnehmer hat gemäß Fig. 1 die Form einer schlanken, zylindrischen Patrone. Sein drei­ teiliges Gehäuse 1 besteht aus einer Gehäusehülse 2, die an ihrem einen Ende durch ein lösbares Verschlußstück 3 ver­ schlossen ist und mit deren anderem Ende eine Gehäusebuchse 4 lösbar verbunden ist, in der ein elektrisches Steckkupplungs­ teil 5 angeordnet ist, an das die elektrischen Ausgangs­ leitungen 6 eines in der Gehäusehülse 2 angeordneten Meß­ wertverstärkers 7 angeschlossen sind.

Das aus einem Metall-Drehteil bestehende Verschlußstück 3 weist in einem Stück einen den Hydraulikanschluß bildenden Stecknippel 8 und einen Gewindestopfen 9 auf, mit dem das Verschlußstück in ein Innengewinde 10 der Gehäusehülse 2 eingeschraubt ist. Der Stecknippel 8 ist Teil einer Hydraulik- Steckkupplung, wie sie insbesondere in der Bergbauhydraulik gebräuchlich ist. Der Druckaufnehmer kann daher mit dem Steck­ nippel 8 an den hydraulischen Druck führende Leitungen oder Anschlußkanäle od. dgl. angeschlossen werden. Die axiale Innen­ bohrung 11 des Stecknippels 8 endet im Gewindestopfen 9 an einer Metallmembran 12 (Fig. 2), die somit von dem anstehen­ den hydraulischen Druck beaufschlagt wird und demgemäß einer druckabhängigen Verformung unterliegt. Die Metallmembran 12 ist einstückiger Bestandteil des Verschlußstücks 3.

Die Metallmembran 12 trägt an ihrer der Hydraulikseite abge­ wandten Fläche 13 eine Dehnungsmeßstreifenanordnung 14, die die druckabhängige mechanische Verformung der Metallmembran 12 und somit den auf die Metallmembran 12 wirkenden hydrauli­ schen Druck mißt. Die Dehnungsmeßstreifenanordnung 14 ist in bekannter Weise mittels eines Klebstoffs an der Membran­ fläche 13 festgelegt und durch den Klebstoff oder eine Kunst­ harzschicht 15 od. dgl. abgedeckt. Wie bekannt, kann die Deh­ nungsmeßstreifenanordnung aus vier Dehnungsmeßstreifen be­ stehen, die in einer Wheatstone-Brücke zusammengeschaltet sind. Die vier elektrischen Ausgangsleitungen der Dehnungs­ meßstreifenanordnung 14, die aus blanken Drähten bestehen können, sind mit 16 bezeichnet.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die die Dehnungsmeßstreifenanordnung 14 tragende Fläche der Metallmembran 12 gegenüber der ringförmi­ gen Stirnfläche 17 des Anschlußstücks 3 bzw. seines Gewinde­ stopfens 9 axial nach innen versetzt, so daß sich die Dehnungs­ meßstreifenanordnung 14 geschützt in der stirnseitigen Aus­ drehung des Gewindestopfens befindet. Die die Dehnungsmeß­ streifenanordnung 14 umschließende Ringfläche 17 bildet die Anschlußfläche für den Verstärker 7.

Die elektrischen Komponenten des Verstärkers 7 sind in der vorschriftsmäßigen elektrischen Verbindung an einer Platine 18 angeordnet, die aus einer dünnen Kunststoffscheibe od. dgl. besteht. Letztere ist mit vier in gleichmäßigen Umfangs­ abständen zueinander angeordneten dünnen Stützelementen 19 im Abstand zu der Dehnungsmeßstreifenanordnung 14 und zu der Ringfläche 17 an dieser befestigt. Die Stützelemente 19 be­ stehen aus dünnen Metallstiften, die zugleich der elektri­ schen Verbindung der Dehnungsmeßstreifenanordnung 14 mit dem Meßwertverstärker 7 dienen.

Die elektrisch leitenden Stützelemente 19 sind an ihren der Platine 18 abgewandten Enden durch Verlöten mit metallenen Fußstücken 20 mechanisch und elektrisch leitend verbunden, an denen die Ausgangsleitungen 16 der Dehnungsmeßstreifenanord­ nung 14 angeschlossen sind. Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, bestehen die Fußstücke 20 aus dünnen Metallscheiben oder Me­ tallstreifen in Gestalt von Ringsegmenten, die elektrisch gegeneinander isoliert und daher im Umfangsabstand 21 zuein­ ander an der Ringfläche 17 festgelegt sind, und zwar unter Isolierung gegenüber dem metallenen Verschlußstück 3. Diese Isolierung ist in Fig. 2 bei 22 gezeigt. Sie kann aus einem an der Ringfläche 17 z. B. durch Verkleben befestigten Isolier­ ring oder aber auch aus einer auf die Ringfläche 17 aufge­ brachten Kunststoff-Isoliermasse od. dgl. bestehen. Die vier Ausgangsleitungen 16 der Dehnungsmeßstreifenanordnung 14 sind jeweils an einem der vier Fußstücke 20 bei 23 z. B. durch Verlöten angeschlossen. Die elektrische Verbindung zwischen der Dehnungsmeßstreifenanordnung 14 und dem Verstärker 7 er­ folgt demgemäß über die Anschlußleitungen 16, die Fußstücke 20 und die Stützelemente 19.

Anstelle der Lötverbindungen 23 können aber auch andere elektrische Verbindungen vorgesehen werden. An den Fuß­ stücken 20 können elektrische Anschlüsse für die Anschluß­ leitungen 16 vorgesehen werden. Auch ist es möglich, die Anschlußleitungen 16 mit ihren freien Enden unter die Fuß­ stücke 20 zu führen und dann die Fußstücke auf die freien Enden der Anschlußleitungen 16 aufzusetzen und, z. B. durch Verkleben, unter Isolierung an der Ringfläche 17 zu befesti­ gen.

Das Verschlußstück 3 mit der Metallmembran 12, der Dehnungs­ meßstreifenanordnung 14 und dem über die Stützelemente 19 angeschlossenen Verstärker 7 bildet ein Meßelement, das als fertiges Bauteil in die Gehäusehülse 2 eingeschraubt wird, so daß sich die Dehnungsmeßstreifenanordnung 14 und der Ver­ stärker 7 geschützt in der Kammer 24 befinden. Die in ein Innengewinde 29 der Gehäusehülse 2 eingeschraubte zylindri­ sche Gehäusebuchse 4 schließt die Kammer 4 am unteren Ende der Gehäusehülse 2. Sie nimmt das elektrische Steckkupplungs­ teil 5 auf, dessen von Steckerzapfen und/oder Steckerbuchsen gebildeten Steckerelemente über die elektrischen Leitungen 6 mit dem Ausgang des Verstärkers 7 verbunden sind. Das Steck­ kupplungsteil 5 kann, wie in Fig. 1 bei 25 angedeutet, in eine Gewindebohrung der Buchse 4 eingeschraubt werden, es kann aber auch mit Klemmung in der Gehäusebuchse 4 festgelegt sein. Letztere weist eine Ausdrehung 26 auf, die das in das elektri­ sche Steckkupplungsteil 5 einsteckbare Gegenkupplungsstück 27 aufnimmt, das sich am Ende eines zu einem elektrischen Anzeige­ gerät führenden Kabels 28 befindet.

Die beschriebene Ausführung des elektrischen Druckaufnehmers ermöglicht es auch, die den Verstärker 7 tragende, von der Kunststoffscheibe gebildete Platine 18 mittels einer ein­ fachen Steckverbindung auf die freien Enden der von den Metallstiften gebildeten Stützelemente 19 aufzustecken. Die Platine 18 erhält in diesem Fall entsprechende Steckfassungen bzw. Stecköffnungen. In jedem Fall wird mit Hilfe der die elektrischen Leitungsverbindungen herstellenden Stützelemente 19 die elektrische Verdrahtung und damit auch die Montage und Fertigung erleichtert.

Claims (11)

1. Elektrischer Druckaufnehmer zur Messung hydraulischer Drücke, insbesondere zur Verwendung in der Bergbau­ hydraulik, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Metallmembran, mit einem Hydraulikanschluß zur hydrau­ lischen Druckbeaufschlagung der Metallmembran, mit einer Dehnungsmeßstreifenanordnung an der der Hydraulikseite abgewandten Fläche der Metallmembran und mit einem die Meßwerte der Dehnungsmeßstreifenanordnung verstärkenden Verstärker, der sich auf der der Hydraulikseite gegen­ überliegenden Seite der Metallmembran in einer Kammer des Gehäuses befindet und mit dem die elektrischen Aus­ gangsleitungen der Dehnungsmeßstreifenanordnung elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeich­ net, daß eine den Verstärker (7) tragende Platine (18) über elektrisch leitende Stützelemente (19) im Ab­ stand zu der Metallmembran (12) befestigt ist, wobei die Ausgangsleitungen (16) der Dehnungsmeßstreifenanordnung (14) über diese Stützelemente (19) mit dem Verstärker (7) elektrisch verbunden sind.

2. Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (19) aus dünnen Metallstiften bestehen.

3. Druckaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (19) an ihren der Platine (18) abgewandten Enden mit metalle­ nen Fußstücken (20) elektrisch leitend verbunden sind, an denen die Ausgangsleitungen (16) der Dehnungsmeß­ streifenanordnung (14) angeschlossen sind.

4. Druckaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fußstücke (20) aus dünnen Metallscheiben oder Metallstreifen, vorzugsweise in Gestalt von Ringsegmenten, bestehen.

5. Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Metall­ membran (12) einstückig mit einem das Gehäuse schließen­ den, mit einem hydraulischen Anschluß (8) versehenen metallenen Verschlußstück (3) verbunden ist, und daß die die Dehnungsmeßstreifenanordnung (14) mit Abstand überdeckende Platine (18) mit ihren Stützelementen (19) an einer die Metallmembran (12) umschließenden Ring­ fläche (17) des Verschlußstücks (3) mit elektrischer Isolierung (22) gegenüber dem Verschlußstück befestigt ist.

6. Druckaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fußstücke (20) bzw. die sie bildenden Ringsegmente im Umfangsabstand (21) zueinander durch Verkleben an der Ringfläche (17) oder an einer mit der Ringfläche verbundenen ringförmigen Isolierscheibe (22) befestigt sind.

7. Druckaufnehmer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (3) mit dem Gehäuse verschraubt ist.

8. Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ver­ schlußstück (3) mit einem Stecknippel (8) als hydrauli­ scher Anschluß versehen ist.

9. Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Platine (18) aus einer Kunststoffscheibe besteht.

10. Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Platine (18) mit Stecköffnungen, Steckfassungen od. dgl. für die Stützelemente (19) versehen ist.

11. Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ge­ häuse (1) eine Gehäusehülse (2) aufweist, die an ihrem einen Ende durch das lösbare Verschlußstück (3) ver­ schlossen ist und mit deren anderem Ende eine Gehäuse­ buchse (4) verschraubt ist, in der ein elektrisches Steckkupplungsteil (5) angeordnet ist, an das die elek­ trischen Ausgangsleitungen (6) des Verstärkers (7) an­ geschlossen sind.