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Hydraulisches Fühlgerät für Belastungsanzeiger
Die Erfindung betrifft
ein hydraulisches Fühlgerät für Belastungsanzeiger mit zwei sich gegenüberliegenden,
relativ zueinander bewegbaren Gliedern, zwischen denen eine hydraulische Druckkammer
angeordnet ist, die mit einer in einer der beiden Glieder angeordneten Öffnung zum
Zu- und Abfluß der hydraulischen Flüssigkeit versehen ist, und ferner mit zwei zur
Übertragung der anzuzeigenden Belastungen dienenden Bauteilen, von denen jedes mit
dem von ihm am weitesten entfernt liegenden beweglichen Druckkammerglied durch Verbindungselemente
verbunden ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, C-räte dieser Bauart so
auszubilden, daß sie zur genauen Anzeige großer Dauerbelastungen, wie sie z. B.
im Rotarybohrbetrieb auftreten, geeignet sind. Die neuen Geräte sollen ferner eine
insbesondere für eine solche Verwendung erforderliche geringe Störanfälligkeit haben.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sowohl die Druckkammerglieder
als auch die belastungsübertragenden Bauteile einander gegenüberliegende Randteile
von größerem Durchmesser als die Druckkammer haben und die Verbindungselemente in
diesen Randteilen angeordnet sind.
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Die neue Anordnung ermöglicht es, eine sich über den ganzen Querschnitt
der Vorrichtung erstreckende kreisförmige Membran zu verwenden
und
diese so anzuordnen, daß beim Arbeiten des Fühlgeräts keine R.eibungskräfte an der
Membran wirken.
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Im Gegensatz zu einer bekannten, insbesondere für Werkstoffprüfmaschinen
entwickelten Bauart von hydraulischen Fühlgeräten, bei der die Membran an einem
Gehäuse befestigt ist, das den unter Belastung stehenden, stangenförmig ausgebildeten
Teil des Geräts umgibt und das an diesem durch Wälzlager geführt ist, erfolgt die
gegenseitige Führung der zur Übertragung der Belastung dienenden Teile vermittels
einer großen Anzahl am Flansch verteilter Verbindungselemente. Bei dieser älteren
Anordnung muß ferner eine Ringmembran verwendet werden, wodurch zusätzliche Befestigungselemente
benötigt werden, da zwei Abdichtungsstellen vorhanden sind.
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Das neue Gerät kann unter anderem direkt in einen Seilzug so eingeschaltet
werden, daß die zu messende Kraft oder Belastung in der Bewegungsrichtung der Druckkammerglieder
wirkt. Das Gerät kann aber auch in der Nähe einer Seilrolle ortsfest angeordnet
und dort mit dem einen Ende des über die Rolle geführten Seiles verbunden sein.
Da die Druckkammerteile relativ zueinander beweglich sind, kann eine Beeinträchtigung
ihrer Bewegungsfreiheit durch ein Verkanten der Teile nicht eintreten, so daß stets
eine genaue Anzeige gewährleistet ist.
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In den Zeichnungen is!t Fig. I eine Seitenansicht eines mit einer
Kabelverankerung kombinierten Anzeigegeräts, bei dem ein hydraulischer Fühler gemäß
der Erfindung verwendet wird, Fig. 2 eine vergrößerte, senkrechte Scrhnittansicht
des in Fig. 1 gezeigten hydraulischen Fühlers gemäß der Schnittlinie 2-2 der Fig.
3, Fig. 3 ein Teilschnitt gemäß der Schnittlinie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 ein Teilschnitt
gemäß der Schnittlinie 4-4 der Fig. 3 und Fig. 5 eine Seitenansicht einer anderen
Ausführungsart eines Fühlers gemäß der Erfindung.
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In Fig. I ist ein hydraulischer Fühler A gezeigt. der ein Teil einer
mit einem Anzeigegerät versehenen Kabelverankerungseinrichtnng B ist, die beispielsweise
in Verbindung mit Erdbohranlagen verwendet wird. Die Einrichtung 19 besteht aus
einem Fundament 6 auf dem eine drehbare Haltetrommel 7 montiert i.st, um welche
mehrere Windungen des Kabels 8 eines Seilzugs geschlungen sind. Ein starrer, an
der Trommel befestigter Arm 9 dient als Stütze für den Kabelanker 10. Der Fühler
A ist mit dem Arm 9 und dem Fundament 6 verbunden, um die auf ihn einwirkende mechanische
Kraft in Druckkraft umzuwandeln, die wiederum über eine biegsame Leitung in auf
ein Anzeige gerät 12 einwirkt, um auf diesem die Kabelbelastung zur Anzeige zu bringen.
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Gemäß der Erfindung ist der Fühler so konstruiert, daß er bei gedrungener
Bauart mit geringstmöglichem Materialaufwand eine maximale Festigkeit zur Aufnahme
großer Belastungen hat, wobei er die mechanischen Belastungen stets mit derselben
Gleichförmigkeit in einen entsprechend hohen hydraulischen Druck umwandelt, durch
welchen das Anzeigegerät mit großer Anzeigegenauigkeit betätigt wird. Dies wird
durch eine neuartige, eine Druckkammer bildende Membraneinrichtung erreicht, in
Verbindung mit einer sehr einfachen, gewichtsmäßig leichten Halterung von großer
Festigkeit, durch welche die Antriebskräfte ohne mechanische Reibung auf die Membraneinrichtung
so übertragen werden, daß ein genaues Arbeiten des Anzeigegeräts gewährleistet ist.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, weist der Fühler A eine hydraulische Druckkammer
C auf, die zwischen zwei plattenförmigen, vorzugsweise kreisförmigen Gliedern 14
und I5 mit Hilfe einer Membran I6 gebildet wird. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist,
ist die zum Bilden der Druckkammer verwendete Membran an ihrem Umfang mittels eines
Ringes I7 und Schrauben I8 am äußeren Umfang des Gliedes 14 fesltgeklemmt Das Glied
15 hat mit dem größten Teil der Außenseite der Membran Berührung, so daß, wenn die
Glieder 14 und 15 durch eine Kraft aufeinander zu bewegt werden, in der Kammer C
ein hydraulischer Druck entsteht.
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Di.e Glieder 14 und 15 sind konkav-konvex ausgebildet und mit den
Umfangsfianschen 14a und 15a versehen. Die Glieder sind so angeordnet, daß die konkav
Seite des Gliedes I4 der Membran I6 gegenüberlilegt, während die konvexe Seite des
Gliedes I5 mit der Membran Berührung hat. Die konvexe Seite des Gliedes 15 hat einen
kleineren Durchmesser als di!e konkave Seite des Gliedes 14. damit die Glieder eine
ausreichende Bewegungsmöglichkeit haben, um in der Kammer einen hydraulischen Druck
zu erzeugen, der allen auf die Einrichtung wirkenden mechanischen Kräften proportional
ist. Diese Anordnung gestattet es, an der Membran eine ringförmige, zwischen dem
Ring 17 und dem äußeren Umfang des konvexen Teiles des Gliedes 15 liegende Falte
16a vorzusehen. Diese Anordnung trägt auch dazu bei, daß die Membran sich selbst
ausrichten kann und daß ihr genaues Arbeiten nicht durch mechanische Reibung oder
übergroße Beanspruchungen beeinträchtigt wird.
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Die Halterungseinrichtung zum Umwandeln von Zugkräften in Druckkräfte
weist zwei starre Gehäuseteile 20 und 21 auf, zwischen denen die Membraneinrichtung
angeordnet ist. Diese beiden die mechanischen Kräfte auf die Membraneinrichtung
übertragenden Gehäuseteile bilden ein Schutzgehäuse für diese Membran.
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Um den auf sie ausgeübten hohen Belastungen standhalten zu können,
sind die beiden Gehäuseteile 20 und 21 mit Verstärkunqgsrippen 22 und Randfianschen
20a bzw. 21a versehen. Die Teile 20 und 21 sind kegelförmig ausgebildet und haben
an ihren Spitzen Befestigungsaugen 20b und 2Ib. Das Auge 20b ist, wie aus Fig. I
ersichtlich, hei 23 an dem Arm g der Trommel 7 der Einrichtung 17 und das Auge 21b
bei 24 schwenkbar am Fundament 6 angelenkt. Es ist offensichtlich, daß der Fühler
mittels dieser Augen auch an Kalieln und Trossen
sowie beliebigen
anderen, Zugkräfte ausübenden Bauelementen zum Messen von Druckbelastungen oder
Lasten befestigt werden kann. Da die Augen mit dem Mittelpunkt der Membran und den
Mittelpunkten der Gehäuseteile 20 und 21 und der Glieder 14 und I5 fluchten, ist
leicht ersichtlich, daß die auf die Gehäuseteile 20 und 2I wirkenden Kräfte gleichmäßig
auf die Glieder 14 und 15 übertragen werden, so daß ein zuverlässriges Arbeiten
der Membraneinrichtung gewährleistet ist.
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Damit die Zugkräfte, welche die Gehäuseteile 20 und 21 voneinander
wegzuziehen suchen, in eine die Membraneinrichtung betätigende Druckkraft umgewandelt
werden können, ist jedes der beiden relativ zueinander beweglichen Glieder 14 und
15 starr mit dem von ihm am weitesten entfernt liegenden Gehäuseteil verbunden.
So ist der Gehäuseteil 20 mittels Bolzen 25 starr mit dem Glied 15 und der Gehäuseteil
2I mittels Bolzen 26 starr mit dem Glied I4 verbunden. Die Bolzen 25 und 26 sind,
miteinander abwechselnd, in gleichem Abstand voneinander in einem Kreis angeordnet
(s. Fig. 3. Die Bolzen 25 erstrecken sich durch den Flansch 20aX wobei ihre Köpfe
sich an auf diesem Flansch. aufliegenden Unterlagscheiben 27 abstützen, während
die Bolzen 26 durch im Flansch 2Ice befindliche Löcher hindurchgesteckt sind und
mit ihren Köpfen auf an diesem Flansch anliegen den Unterlagsebeiben 28 aufliegen.
Die anderen Enden der Bolzen 25 und 26 sind mit ihrem Gewinde in entsprechende Bohrungen
I5 und 14 eingeschraubt.
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Fluchtende Bohrungen r4C und I7a sind in dem Flansch, und dem Ring
17 für die Bolzen 25 vorgesehen, so daß sich das Glied 15 in Richtung auf das Glied
Iq bewegen wird, wenn eine Zugkraft auf den Gehäuseteil 20 einwirkt. Gleichartige
fluchtende Bohrungen I5c und I7b sind in dem Flansch I5a und dem Ring I7 für die
Bolzen 26 vorgesehen, so daß eine Relativhewegung der Glieder 14 und 15 zur Erzeugung
von hydraulischem Druck in der Kammer C stattfinden kann, wenn Zugkräfte auftreten,
welche die Gehäuseteile 20 und 21 voneinander wegzubewegen suchen.
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Ahstandsbüchsen 29 und 30 umgeben die Bolzen 25 bzw. 26. Die Enden
der Büchsen 29 liegen dabei an den Flanschen 20a und Isa und die Enden der Büchsen
30 an den Flanschen 2Ia und 14a an. Diese Büchsen, die mit ausreichendem Spiel in
die für die Bolzen vorgesehenen Bohrungen eingesetzt sind, gewährleisten eine genau
ausgerichtete Lage der NTembraneinricZhtung.
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Die auf der dem Ring 17 gegenüberliegenden Seite des Flansches Isa
aufliegenden Gummischeiben 3I und 32 wirken stoßdämpfend, wenn das Glied 15 sich
so weit bewegt, daß der Ring I7 mit diesen Scheiben in Berührung kommt.
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Das Glied 14 ist mit einer Bohrung 33 versehen, durch welche die
Kammer C mit Flüssigkeit gefüllt werden kann. In die Bohrung 33 ist ein Fitting
34 eingeschraubt, das an dem einen Ende einer in dem Gehäuseteil 20 befindlichen
biegsamen Leitung 35 angeschlossen ist. Das andere Ende der Leitung 35 ist mit einem
außerhalb des Gehäuses liegenden Anschlußfitting 36 verbunden, das am Ende einer
zu einem Anzeigegerät 12 führenden Leitung In liegt, wie dies in Fig. I an einem
Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
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Wirkungsweise Beim Gebrauch des Fühlgeräts, beispielsweise bei der
in Fig. 1 gezeigten Verankerungs- und Anzeigeeinrichtung B, wird die auf das Kabel
8 wirkende Kraft eine Drehbewegung der Trommel verursachen. Der Arm 9 wird dann
nach oben geschwenkt, was eine Bewegung des Gehäuseteils 20 in Richtung von dem
am Fundament verankerten Gehäuseteil 21 weg verursacht. Wenn sich der Gehäuseteil
20 in Richtung von dem Gehäuseteil 2I weg bewegt, wird eine durch die Bolzen 25
wirkende Kraft das Glied 15 in Richtung auf das Glied 14 bewegen, welches durch
die Bolzen 26 am Gehäuseteil 21 verankert ist. Dadurch wird die Membran I6 in Richtung
auf das verankerte Glied 14 bewegt wodurch in der Kammer C und in den zum Anzeigegerät
12 führenden Leitungen ein den auf die Gehäuseteile 20 und 21 einwirkenden Kräften
direkt proportionaler hydraulischer Druck erzeugt wird, so daß das Anzeigegerät
die Belastung des Kabels 8 genau anzeigen wird.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die kreisförmige Ausb!ildung der Gehäuseteile
20 und 21 sowie der Glieder 14 und 15 und die Verbindung dieser Bauteile durch in
gleichen Abständen angeordnete Bolzen eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte um
die Membran herum bewirkt, so daß sich diese zwangläufig in ihrer normalen Weise
bewegen muß und die Möglichkeit eines einseitigen Zusammendrückens der Membran ausgeschaltet
ist.
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Weiter ist es von Wichtigkeit, daß die Membraneinrichtung selbstausrichtend
ist. Dieses Selbstausrichten wird durch das an den Bolzen und den Büchsen vorhandene
Spiel ermöglicht, durch welches eine an den Verbindungsstellen der Teile etwa vorhandene
winkelmäßige Verkantung oder seitliche Verrückung ausgeglichen wird, so daß keinerlei
mechanische Reibungskräfte auftreten können. Auch ist zu beachten, daß die Abstandsbüchsen
nicht nur ein richtiges Einmitten der Membran gewährleisten, sondern auch ein Vorspannen
der Bolzen ermöglichen. Hierdurch kann die Beanspruchung bei allen Bolzen gleich
eingestellt werden, so daß durch Materialermüdung hervorgerufene Brüche bei den
Bolzen weitgehend vermieden werden können.
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Wenn das Fühlgerät so eingebaut wird, daß die verwendete Zugkraft
gleichzeitig beide Gehäuseteile 20 und 21 voneinander wegzubewegen sucht, so wird
die resultierende Druckkraft die Glieder 14 und I5 aufeinander zu bewegen. Ist der
Teil 20 ortsfest und der Teil 21 beweglich, so wird das Glied 14 zur Erzeugung von
hydraulischem Druck in der Kammer C in Richtung auf das Glied 15 bewegt werden.
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In Fig. 5 ist das gleiche Fühlgerät verwendet wie in Fig. I. Es wird
jedoch in einer anderen
Weise angewendet und ist am oberen Ende
des Gehäuseteils 20 mit einem Auge oder )se38 und am unteren Ende des Gehäuseteils
21 mit einem Haken 39 versehen, damit es leichter zwischen zwei Kabel 40 und 41
eingebaut werden kann, die entweder zu einem laufenden Kabelzug oder zu einem verankerten
Kabelzug gehören können. Falls es sich um einen laufenden Kabelzug handelt, werden
die Gehäuseteile 20 und 21 voneinander weg bewegt werden, wodurch sidh die beiden
Glieder 14 und I5 aufeinander zu bewegen und dadurch eine in der Kammer C hydraulischen
Druck erzeugende Druckkraft auf die Membraneinrichtung ausüben werden. Wenn das
Kabel 41 verankert ist, funktioniert das Gerät in derselben Weise wie das in Fig.
I gezeigte Gerät.