DE1773547A1 - Ringfoermige Druckkraftgeberzelle - Google Patents

Description

DIPL.-ING. HANS MEISSNER DIPL.-ING. ERICH BOLTE

PATENTANWÄLTE

28 Bremen, den 3*./5. 1968 SlevogMroB· 21 Tatafon 0421-30 2172

5117

Anmelder:

George KeIk Limited

Ontario, Canada

Ringförmige Sruokkraftgeberzelle

Priorität wird beansprucht aufgrund Patentanmeldung USA Serial No. 643 648 vom 5. Juni 1967

Die Erfindung betrifft eine ringförmige Druckkraftgeberzelle mit einem säulenförmigen beziehungsweise ringförmigen Steg, der einen Lastmeßabschnltt aufweist, welcher auf axiale Druckkräfte anspricht, wobei Belastungskonsolen oder Belastungsringe an den Enden des Steges angeordnet sind·

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Eine Druckkraftgeberzelle, von der im vorliegenden Fall ausgegangen wird, ist in der US-Patentschrift 3 132 547, ausgegeben am 12» Mai 1964, beschrieben? bei dieser bekannten Zelle ist der Steg in vertikaler Hinsicht an seinen Innen- und Außenflächen spiegelbildlich symmetrisch· Die Verwendung von auf tangentiale Dehnung ansprechenden Spannungsmessern an den inneren und äußeren Hittelbereichen derartiger Flächen hat bei den bekannten Zellen nicht nur eine hohe Empfindlichkeit gegenüber auf die Belastungskonsolen beziehungsweise Belastungsflansche einwirkenden Belastungen, sondern auch gegenüber Reibungswirkungen zur Folge, wobei weiterhin ungleichmäßige Belastungen, das heißt eine nicht genaue Ausrichtung der Belastung und insbesondere die Hysteresis und die Nichtlinearität des Ansprechens bei der Messung von nachteiliger Wirkung sind·

Die Erfindung geht im wesentlichen davon aus, daß eine Ringanordnung mit I-förmigen Querschnitt bei in axialer Richtung wirkender Druckbelastung sich im Steg- oder Säulenabschnitt weiter radial nach außen bewegen beziehungsweise verformen wird als die Belaäungskonsolen oder Flanschteile, und zwar infolge der besonderen Verhaltensmerkmale von der-

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art geformten Hingen, wie es im wesentlichen durch das Poisson^che Gesetz beschrieben ist. Derartige unterschiedliche Massenverschiebungen, die als Deformierung beziehungsweise Verformungen im Belastungsfall beobachtet werden können, haben Biegemomente in dem Stegteil und dem Meß- beziehungsweise Fühlabschnitt zur Folge, wodurch die Messung der inneren und äußeren Verformungen vonein- f ander abweichen, was zu einer Kichtlinearität der Messung führt, wobei weiterhin eine übermäßige Empfindlichkeit gegen Reibung wesentliche Hysteresieeffekte in den erhaltenen Messungen hervorruft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckkraftgeberzelle der oben beschriebenen Art zu schaffen, die eine solche Form hat, daß Zustände beziehungsweise Bedingungen verhindert werden, die wechselnde Biegemomente in dem Meßabschnitt der Säule beziehungsweise des Stegs hervorrufen, und zwar sowohl bei wachsender und abnehmender Last, wobei auch die Empfindlichkeit gegenüber Reibung und Hysteresiseffekten herabgesetzt werden soll.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist die erfindungsgemäße ringförmige Druckkraftgeberzelle mit einer einen Heß- beziehungsweise Abtastbereich dar-

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stellenden Säule und an jeder Seite der Säule angeordneten Belaatungskonsolen dadurch gekennzeichnet, daß die Säule mit Entkopplungsabschnitten versehen ist, welche jedes der beiden Enden des Meßbereichs an die jeweils zugeordnete Belastungskonsole anschließen, und daß die Masse jedes Entkopplungsabschnitts so verteilt ist, daß Biegemomente in dem Meßabschnitt ausgeschaltet sind und dadurch gleiche vertikale Verformungen beziehungsweise Spannungen an den Innen- und Außenflächen des Meßabschnitts in Abhängigkeit von auf eine Belastungskonsole einwirkenden Druckkräften erzeugt werden·

Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnungen die Erfindung in beispielhafter Weise beschrieben· Es zeigen

Fig« 1 eine perspektivische Ansicht eines massiven Ringes, auf den in der Beschreibung zur Erläuterung bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung Bezug genommen ist.

Fig* 2 einen Radialschnitt gemäß der durch die Linie 2-2 in Fig. 1 bestimmten Ebene in vergrößertes Mafistab,

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ORIGINAL INSPECTED

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Pig. 3 einen Radialschnitt einer bekannten ringförmigen Durckkraftgeberzelle mit I-förmigem Querschnitt, der, bezogen auf die Vertikale spiegelbildlich, symmetrisch ist,

Pig. 4 einen Ringquerschnitt, welcher im wesent- ä

liehen dem in Pig. 3 dargestellten Querschnitt entspricht, wobei die Druckkraftgeberzelle jedoch gemäß der Erfindung gestaltet ist,

Pig· 5 eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäß verwendeten Querschnitts einer Druckkraftgeberzelle,

Pig· 6 eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendeten Querschnitts einer Druckkraftgeberzelle,

Pig· 7 einen Querschnitt durch einen Teil eines Walzwerks, in dem eine erfindungsgemäße Druckkraftgeberzelle installiert ist,

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«· Q mm

Pig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäfien Druckkraftgeberzelle, wobei einige Teile weggebrochen und andere Teile fortgelassen sind,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Details in vergrößertem Maßstab zur Verdeutlichung der Schweißverbindung zwischen einem Rand eines Bandes und einer Belastungskonsole,

Fig.10 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt eines Details der Schweißverbindung zwischen dem Randabschnitt eines Bandes und

einer Belastungskonsole,

Fig.11 eine schematische Ansicht der Verdrahtungeanordnung zum Anschließen der an den Meßbereichen der Zelle angeordneten Spannungsmessern,

Fig.12 im Detail einen Querschnitt durch einen Teil der Säule beziehungsweise des Stegs und einer Belastungskonsole, um eine Möglichkeit zum Herausführen der Verdrahtung aus der kelle durch eine Belastungsfläche

wiederzugeben,
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Fig. 13 eine Ansicht eines O-Ringes im Detail, der bei der Ausführungsform gemäß Fig« 12 benutzt ist,

Fig. 14 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt des O-Ringes gemäß der Linie 14-14 in Fig. 13,

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt,

Fig. 16 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt

Bandes und eines im Detail eines Teiles eines/an diesem

Band befestigten Anschlußstücks,

Fig· 17 eine grafische Darstellung der minimalen Hysteresieeffekte, welche bei der erfindungsgemäßen Druckkraftgeberzelle auftreten,

Pig. 18 einen Querschnitt durch einen Teil eines Bandes mit einer an dem Band befestigten Spüldüse und

Fig· 19 ein schematiechea Schaltungsdiagrama λ λ _o ^ei%^ef _nSj?ft¹9^nune^ÖIIIiesser^^rückenanordnung

genau der Erfindung.

ORIGINAL INSPECTED

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Zur Erläuterung des Wesens der Erfindung Wird zu Beginn auf Fig. 7 Bezug genommen, in der ein Teil eines. #£$«- werkes dargestellt ist, in dem ein Drupkkraftgebe,r instal· liert ist. Das Walzwerk ist in seiner Gesamtheit f?iit dem Bezugszeichen M bezeichnet. Es enthält ein Gestell 10, an dem Zapfenlager 11 montiert sinde In Pig. 7 sind zwei dieser Zapfenlager dargestellt, welche eine Arbeitswelle 12 tragen. An die Arbeitswalze 12 werden Belastungskräfte mittels einer Schraube 13 angelegt, die gegen eine Lageranordnung H einwirkt. Das Gestell 10 ist mit einem die Schraube aufnehmenden Durchlaß 15 versehen, der in eine Gegenausnehmung 16 größeren Querschnitts mündet, so daß eine Schulter 17 gebildet wird.

In der Gegenausnehmung 16 ist eine Gewindebuchse beziehungsweise Schraubenmutter 18 untergebracht, die zur Aufnahme der Schraube 13 dient. Die Mutter 18 weist an ihrem oberen beziehungsweise innen liegenden Ende eine Schulter 19 auf, die der Schulter 17 mit Abstand gegenüberliegt. Ein insgesamt mit C bezeichneter Druckkraftgeber ist gemäß Fig. 7 zwischen den Schultern 17 und 19 angeordnet» Es ist offensichtlich, daß, wenn die Schraube 13 betätigt wird, um Belastungs- beziehungsweise Druckkräfte auf die Walze 12 zu übertragen, die Schultern 17 und 18 gegeneinander bewegt werden, und daß der Druckkraftgeber C die

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daraus resultierenden Druckkräfte aufnimmt. Die Mutter
18 ist mit einem Kanal 20 versehen, durch den ein vom
Druckkraftgeber C kommendes Kabel verläuft, worauf später noch eingegangen wird·

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3
der sogenannte "Poisson-Effekt" beschrieben. Ein massiver Ring 21 weist zwei sich gegenüberliegende Kraftangriffsflächen 22 und 23 auf. Wenn auf die Flächen 22 und 23 keine Kräfte einwirken, nimmt der Ring 21 die in Fig. 2 in vollen Linien dargestellte Stellung ein. Wenn jedoch, wie durch die Pfeile P angedeutet, starke Kräfte gegen die Flächen 22 und 23 wirken, wird der Ring dazu neigen, die mit gestrichjtfelten linien dargestellte Form einzunehmen. Unter dieser Bedingung werden sich beide Flächen 22 und 23 radial nach außen bewegen. Das Poisson-Gesetz des konstanten Volumens und der dreidimensionalen Deformationsverteilung ' lehrt, bezogen auf einen Kubus, daß die vertikale Druckverformung, bezogen auf die Massenverteilung, eine seitliche Verformung zur Folge hat. Demzufolge bewirkt eine
Verringerung der vertikalen Höhe H aufgrund einer angelegten Druckkraft ein transversales Anwachsen sowohl der
Breite W und der Länge "L". Durch einen Ring wird jedoch

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ein besonderer Pall einer vierten Dimension gebildet, bei der die Länge des Elementes durch den mittleren Umfang Cm bestimmt ist, wobei der Durchmesser eine seitliche Veränderung erfährt. Aus diesem Grunde erfährt der in den Fig· 1 und 2 dargestellte mittlere Durchmesser Dm eine Vergrößerung auf den Wert Dm + 4Dm während W zu 4W + W wird, und H auf den Wert H - 4H abnimmt· Der Querschnitt 21 hat eine einheitliche Breite W.

In Pig. 3 ist ein Ring mit I-förmigem Querschnitt dargestellt; dieser Ring weist einen mittleren Steg 24 und zwei Endflansche 25 und 26 auf. Wenn der Ring unbelastet ist, hat er die in vollen Linien dargestellte Form. Wenn jedoch auf den Ring Kräfte in Richtung der Pfeile P einwirken, dann wird der Ring verformt und nimmt die gestrichelt dargestellte Form ein. Im Belastungsfall bewegen sich die Flansche 25 und 26 in die gestrichelt dargestellte Stellung. Der Steg 24 wird sich ebenfalls radial nach außen bewegen, wobei er jedoch gleichzeitig zu der gestrichelt dargestellten gekrümmten Form deformiert wird. Im unbelasteten Zustand ist die Außenfläche 27 des Stegs 24 im wesentlichen zylindrisch; unter Belastungsverhältnissen, das heißt nach der Deformierümg des Ringes hat die Außenfläche die dargestellte konvexe Form. In gleicher Weise ist im unbela-

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steten Zustand die Innenfläche 28 des Stegs 24 zylindrisch, während sie bei starker Druckbelastung die dargestellte konkave Form erhält. Der der Kraft P ausgesetzte Abschnitt der Flansche 25,26 erzeugt in den Flanschen einen Spannungszustand, der eine Funktion der Querschnittsfläche, der Form und der angelegten Kraft ist. Die Querschnittsfläche zwischen den Flächen 27118 des Stegs 24 ist demgegenüber kleiner, was einen erhöhten Spannungszustand und demzufolge eine größere Verformung in diesem Bereich zur Folge hat. Die auf den Durchmesser bezogene Verformung an den Flanschen 25t26 beträgt 4-Dm, während im Bereich des Stegs 24 eine Verformung in der Größe von δ 2Dm erfolgt, wobei diese Verformungen direkte Funktionen der entsprechenden auf den Umfang bezogenen Verformungen sind. Aus diesem Grunde wird der Steg sich nach außen ausbiegen beziehungsweise ausbauchen, und zwar aufgrund dieser Bedingungen der unterschiedlichen | Massenverschiebung im Belastungsfall.

Es ist offensichtlich, daß, wenn die Verformungsgrößea-_t nicht gleich der Verformungsgröße Δ ^Lm ist, der Steg 24 infolge Durchbiegung in der in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Art und Weise verformt wird. Infolgedessen wird die vertikale Verformung beziehungsweise Beanspruchung an der Außenfläche 27 anders sein als die vertikale Verformung beziehungsweise Beanspruchung an

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der Innenfläche 28. Dieser Unterschied wird sich bei Vernachlässigung der Reibung über den gesamten Bereich der Belastung von Null im belastungefreien Zustand auf ein Maximum bei maximaler Belastung verändern*

Die Reibung verursacht beträchtliche Hyeteresewirkungen, und eine Ungleichmäßigkeit der Belastung* Der Steg 24 gemäß Fig. 3 entspricht dem Säulenteil eines Druckkraftgebers, während die Flansche 25»26 den Belaetungeflachen entsprechen* Im Betrieb bewegt sich die Anordnung unter Krafteinwirkung, wie oben beschrieben, radial nach außen, wobei die Belastungsflächen der lastaufnehmenden Teile 25,26 einer Gleitreibung unterworfen werden. Obwohl durch mit bekannten Mitteln durchgeführte Schmierung die Größe des sich daraus ergebenden Fehlers etwas herabgesetzt wird, bewirken unterschiedliche Reibungsverhältnisse an der oberen und der unteren Belastungsfläche gleichzeitig direkt Biegungsspannungen in dem Steg, und zwar zusätzlich zu den Beanspruchungen beziehungsweise Spannungszuständen, die auf den oben behandelten symmetrischen und geometrischen Verhältnissen basieren· Durch Reibung hervorgerufene inkonsistente Biegungsspannungen,erzeugen eine beträchtliche Hysteresis in der Betriebskurve eines bekannten spiegelbildlich symmetrischen Ringquerschnitts. Die einer Ent-

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kopplung dienenden Säulenabschnitte gemäß der Erfindung vermindern in beträchtlichem Umfang die Empfindlichkeit für derartige Bedingungen.

Die Erfindung befaßt sich mit einer Entkopplungsanordnung für den Steg, wobei auf die Fig. 4»5 und 6 hingewiesen wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept muß, wenn der Steg im Belastungszustand mit größerer Geschwindigkeit als die Flansche in radialer Richtung wandert, der gleiche Biegungsspannungszustand an den Außen- und Innenflächen 27 und 28 erzeugt werden. Zu diesem Zweck weist der Hauptkörper X des Druckkraftgebers gemäß der Erfindung, so, wie in Fig. 4 dargestellt, eine mittlere Säule beziehungsweise einen mittleren Steg mit einem Fühl- beziehungsweise Meßabschnitt 29 und zwei Fußabschnitten 30 und 31 auf. Die Flächen 32 und 33 sind so gestaltet, daß an ihnen (nicht dargestellte) Dehnungsmesser angebracht werden können. Der Meßabschnitt kann für den größten Teil seiner Höhe als zylindrischer Körper angesehen werden. Die die Last aufnehmenden Konsolen 34 und 35 sind aus einem Stück bestehende Fortsetzungen der zur Entkopplung des Biegungs momentes dienenden Fußabschnitte 30 und 31. Jede der Lastkonsolen 34 und 35 hat eine äußere Belastungsfläche 36,

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einen sich nach innen erstreckenden Radialflansch 37 und einen sich nach außen erstreckenden Hadialflansch 38. Die Unterseite beziehungsweise Innenseite jedes Flansches 37 ist mittels einer gekrümmten Fläche 39 an den Meßabschnitt 33 angeschlossen. Die Unter- beziehungsweise Innenseite jedes Außenflansches 38 hört an einer Schulter beziehungsweise einem Vorsprung 40 auf. Jede Meßfläche beziehungsweise jeder Meßbereich ist an die Schulter 40 mittels einer gekrümmten Fläche 41 angeschlossen. Die Massenverteilung des Materials zur Bildung der der Außenseite zugewandten Schultern 40 bestimmt einen nichtspiegelbildlichen Vertikalöasehnitt.

Bei hohen Belastungszuständen bewegt sieh der Druckkraftgeberkörper beziehungsweise Zellenkörper X aus der in Fig. 4 mit vollen Linien dargestellten Position in eine ^f Stellung, die in übertriebenem Umfang durch die gestrichelten Linien wiedergegeben ist. In einem solchen Zustand erzeugt die stärkere Verteilung der die Außenschultern 40 bildenden Masse eine Exzentrizität der Belastung und demzufolge ein Biegungsmoment, welches dem sich in Verbindung mit Fig» 3 beschriebenen Biegungsmoment entgegenwirkt. Auf diese Weise werden die Verformungen an der Innenfläche und an der Außenfläche bei allen Belasbungsverhältnissen gleich-

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förmig gehalten, wobei das resultierende Biegungsmoment in dem Meßbereich vernachlässigbar ist. Die Wirkungen einer unterschiedlichen MaeeenverSchiebung werden auf diese Weise durch eine Massenrergrößerung entkoppelt, welche ausgleichende Biegungsmornente zur Folge hat*

Gemäß Fig. 5 hat der Zellenkörper Y Fußabschnitte 42, welche im wesentlichen gleich dick sind wie der Fühl- be» ziehungsweise Meßabechnitt 29· Die Fußabschnitte weisen ebenfalls innere und äußere gekrümmte Flächen auf, die in den konvexen inneren Meßbereich 43 und den äußeren konkaven Meßbereich 34 übergehen und im wesentlichen Fortsetzungen ▼on diesen Meßbereichen bilden. Bei in Richtung der Pfeile P einwirkenden Kräften wird die Entkopplung durch die Exzentrizität der gebogenen Säule erreicht» Auf diese Weise wirkt das Blegungsaoment, weiches auf der durch diese Fora der Massenverteilung erzeugten Exzentrizität basiert, dem I auf dem Poisson-üffekt basierenden Biegungsmoment entgegen· Demzufolge bleibt die geometrische Querschnittsform während der Belastung konstant und der Unterschied der Verformung ist der gleiche an den äußeren und inneren Meßbereichen und die unterschiedliche Massenverschiebung im Belastungszuatand ist entkoppelt. In Fig. 6 ist eine Druckkraftzelle beziehungsweise ein Druckkraftgeber Z dargestellt, welcher beziehungsweise welche eine abgewandelte Säulengestalt

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hat· Die Zelle Z enthält alle Hauptbestandteile der in Fig. 5 dargestellten Zelle und die den beiden Ausführungsformen gemeinsamen Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der wesentliche Unterschied zwischen den Zellen gemäß Pig. 5 und Pig. 6 ist in der Ausbildung der Fußabschnitte zu sehen. Jeder Fußabachnitt 22 ist an die entsprechende Lastkonsole 38 über einen Gelenkabschnitt angeschlossen, der einen verminderten Querschnitt aufweist und der durch mindestens eine innere und/oder eine äußere Ringnut beziehungsweise Auekellung 46 begrenzt ist. Diese Hingnuten stellen gekrümmte Flächen dar, welche die Meß- beziehungsweise Fühlbereiche mit den Innenseiten der Flansche 37 und 38 verbinden. Der Gelenkbereich bezefcj.hungsweise die Abschnitte 45 sind weniger massiv als die Fußabschnitte 42 und werden höher beansprucht. Aus diesem Grunde bleibt bei hohen Belastungen die Verformung wirksam auf diese Fußabschnitte lokalisiert, die daher keine Biegemomente an den Fühl- beziehungsweise Meßabschnitt weiterleiten, welche bei Belastung von einer ungenauen Ausrichtung herrühren, so, wie es in Fig. 6 durch die gestrichelte Linie 38a dargestellt ist, wonach die obere Konsole schräggestellt ist. Demzufolge kann eine Druckkraftzelle einen Mittelsteg aufweisen, der einen nach

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innen gebogenen Meßabschnitt, so, wie es bei 29 in Pig. 5 dargestellt ist, und im Querschnitt verringerte Fußabschnitte 42 aufweist, wie sie durch die Gelenkabschnitte 45 in Pig. 6 gekennzeichnet sind.

Anhand von Pig. 8 wird im folgenden eine bevorzugte Ausführungsform des Hauptkörpers einer Druckkraftzelle be- g ziehungsweise eines Druckkraftgebers beschrieben· Der Hauptkörper folgt in seinem grundsätzlichen Aufbau dem Körper X gem. Pig. 4» und ist so konstruiert, daß er gemäß den in Verbindung mit Pig. 4 beschriebenen Prinzipien wirkt. Demzufolge weist der Körper eine Säule mit einem Pühl- beziehungsweise Meßabschnitt 29 auf, der eine innere Meßfläche 33 und eine äußere Meßfläche 32 hat. An der Pläche 33 sind auf in vertikaler Richtung wirkende Druckverformung ansprechende Spannungsmesser 48 montiert; ähnliche Spannungsmesser 49 (Pig· 11) sind außerdem an der Außenfläche 32 angebracht. Die Belastungskonsolen 34 und 35 weisen sich radial nach innen erstreckende Flansche 37 und sich radial nach außen erstreckende Flansche 38 auf.

Jeder der Flansche 37 ist an seiner Innenseite mit einer ringförmigen Zylinderfläche 50 versehen, wobei die beiden Flächen 50 in axialer Richtung miteinander fluchten. Die

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Flansche 38 weisen in vergleichbarer Art miteinander fluchtende Zylinderflächen 51 auf. Bin korrosionsbeständiges Stahlband 52 (Pig· 15) ist mit seinen Rändern an den miteinander fluchtenden Flächen 50 und ein weiteres Außenband 53 (Pig· 15) ißt mit seinen Rändern an den miteinander fluchtenden Flächen 51 angeschweißt·

Es ist wichtig, daß die Schweißverbindungen zwischen den Rändern jedes Bandes 51 und 52 einerseits und den entsprechenden Lastkonsolenflächen andererseits derart sind, daß eine gute hermetische Abdichtung vorhanden ist· Eine dieser Verbindungsstellen ist in den Fig· 9 und 10 dargestellt und es versteht sich, daß die übrigen Schweißverbindungsstellen von der gleichen Art sind·

Die Ringlläche 51 ist, wie dargestellt, mit mehreren (im vorliegenden Fall drei) Ringrippen versehen, die gemäß der Zeichnung im Abstand voneinander liegen. Diese Rippen sind mit den Bezugszeichen 551 56 und 57 versehen.

Zwischen den Rippen 55 und 56 erstrecken sich Querrippen 58. Weitere Querrippen 59 erstrecken sich zwischen den Rippen 56 und 57· Die Querrippen 58 sind gegenüber den Querrippen 59 versetzt angeordnet· Die Ringrippen 55*56 und 57 und die Querrippen 58 und 59 bilden Taschen 60«

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Der oben beschriebene Aufbau liegt vor dem Verschweißvorgang vor. Nach dem Verschweißen schließt die Schweißung die Taschen 60. Es ist zu erkennen, daß, falls an irgendeinem Punkt einer Rippe eine Fehlstelle vorliegt, die übrigen Rippen eine Barriere dasgegen bilden, daß irgendein Fremdkörper die versetzte, gitterartige Schweißverbindung passieren kann. Die versetzte Anordnung der Querrippen 5ö und 59 begrenzt das Weiterwandern eines Bruches oder einer unvollkommenen Schweißstelle, wobei gleich- *

zeitig eine gute Abdichtung aufrecht erhalten bleibt. Die Schweißverbindung wird durch Elektroden in Form von Hollen beziehungsweise Walzen hergestellt. Es versteht sich, daß beim Schweißvorgang nur die Rippen beziehungsweise die rippenartigen Erhebungen gegen das Band anliegen. Dadurch wird das Abkühlen des Bandes an der Schweißfläche herabgesetzt, was eine außerordentlich wirkungsvolle Schweißverbindung zur Folge hat·

I In Fig. 15 sind die Kammern dargestellt, die an den beiden Seiten der Säule beziehungsweise des Mittelsteges gebildet werden. Die Innenkammer 61 wird durch die Säule, die Lastkonsolen und das hermetisch angeschweißte Band 52 begrenzt, während die Außenkammer 62 durch die Säule, die Lastkonsolen

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und das hermetisch angeschweißte Band 53 begrenzt wird» Es ist außerdem vorteilhaft, ein äußeres Schutzband 63 vorzusehen, das gewöhnlich aus Schwermetall bestehen wird und an den Außenflanschen 38 der Lastkonsolen auf irgendwine geeignete Weise befestigt iste Es besteht keine Notwendigkeit, daß zwischen dem Band 63 und den lastkonsolen ein luftdichter Abschluß vorliegt.

Der Meßabschnitt beziehungsweise Meßbereich 29 der Säule ist, wie in Pig. 15 dargestellt, mit einem Querdurchlaß

64 versehen. In diesem Durchlaß ist ein Montageteil 65

im Preßsitz eingesetzt. Das Innenende 66 des Montageteils

65 nimmt Kabel auf, die von den Spannungsmeesern 48 an der inneren Meßfläche 33 kommen. Diese Kabel laufen durch das Montageteil 65 und einen einen Verschluß bildenden Glasisolator 65a zu einem Schwenkanschluß 68 (Fig. 16) am Außenende des Montageteils 65· Das Außenband 53 weist ein Loch auf, durch welches das Montageteil 65 ragt, wobei durch den Schwenkanschluß beziehungsweise Kopf 68 und eine Mutter 69 ein luftdichter Abschluß erzielt ist. Die Drahtanschlüsse von den Spannungsmessern 49 ah der äußeren Meßfläche laufen in einem Kabel 70 zusammen, welches auch das Kabel 67 aufnimmt· Der Durchlaß 64» das Montageteil 65

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und die weiteren zugeordneten Elemente sind an zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen der Säule beziehungsweise des Mittelstegs vorgesehen. Die Kabel 70 von beiden Anschlüssen beziehungsweise Köpfen 68 treffen sich an einer an der Belastungskonsole 43 montierten Sammelplatte und verlaufen durch eine Öffnung 72, die im Plansch 38 der Belastungskonsole 35 angebracht ist und zu der Belastungsfläche hin offen ist. Unter der Öffnung 72 erstreckt sich das Kabel 70 durch den Kanal 20 in der Mutter 18 (Pig. 7) und ist an Anzeigegeräte beziehungsweise automatische Steuer- beziehungsweise Kontrollgeräte angeschlossen.

Fig. 11 gibt zu erkennen, daß die Schaltungsanordnung derart ist, daß induzierte Strom- und Magnetfeldeffekte aliminiert sind. So sind die Hin- und Rückleitungen der Schaltung durch das gleiche Loch geführt· Die innenliegenden Meßgeräte beziehungsweise Mhlorgane sind ebenso I wie die äußeren Pühlorgane in zwei sich gegenüberliegende Sätze unterteilt. Die Hin- und Rückleitungen für die einander entsprechenden inneren und äußeren Sätze sind zusammen verlegt, das heiflb die oberen Sätze sind an das Außenkabel 70a durch das Loch 64a angeschlossen, während die unteren Sätze an das Außenkabel 70b durch das Loch 64b an-

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geschlossen sind j die beiden Kabel 70a und 70b treffen sich im Kabel 70.

Anhand von Fig. 12 wird im folgenden eine geringfügig abgewandelte Anordnung beschrieben, durch die die Anschlußdrähte von den Meßgeräten durch eine Lastfläche der Lastkonsole 35 nach außen geführt sind· Der Meß- beziehungsweise Fühlabschnitt 29 ist mit einem Durchlaß 73 versehen. Ein senkrecht zum Durchlaß 73 liegender und damit in Verbindung stehender Kanal 74 erstreckt sich nach unten durch den Meßabschnitt 29, den Fußabschnitt 31 und die Belastungskonsole 35 zu der Belastungsflache 75» zu welcher hin der Kanal offen ist· Der Kanal 74 mündet zur Bildung einer Schulter in einen Bohrungsabschnitt 76 größeren Durchmessers, an den sich weitere jeweils einen größeren Durchmesser aufweisende Bohrungsabschnitte 77 und 78 anschließen. Ein Kabelgehäuse 79 ist fest anliegend in dem Kanal 74 untergebracht. Das Gehäuse 79 hat einen Flansch 80, der der durch den Bohrungsabschnitt 76 gebildeten Schulter gegenüberliegt. Ein O-Ring 81 ist in dem zwischen der durch den Bohrungsabschnitt 76 gebildeten Schulter und dem Flansch 80 gebildeten Raum untergebracht, um eine hermetiv sehe Dichtung zwischen dem Gehäuse 79 und der Lastkonsole

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zu bilden. Der O-Ring 81 hat die in den Fig. 13 und 14 dargestellte zusammengesetzte Struktur. Der O-Ring weist eine Außenhülle 82 aus"teflon" auf, die bei 83 aufgeschnitten ist und mit einem Gummikern 84 gefüllt ist. Der Flansch 80 ist in dem Bohrungsabschnitt 77 gelagert und in beliebiger geeigneter Weise darin festgehalten· Die aus "Teflon" bestehende Außenhülle ermöglicht das Rotieren des O-Ringes und das Zusammendrücken ist infolge der geschlitzten Außenhülle und des Gummikerns möglich. '

In dem Gehäuse 79 sind zwei Kabelsätze untergebracht. Der eine Satz ist an Anschlußklemmen 85 und der andere Satz an Anschlußklemmen 86 angeschlossen. Die Verdrahtung von einem Spannungsmessersatz ist an die Anschlußklemmen 85 und die Verdrahtung von dem anderen Spannungsmessersatz an die Anschlußklemmen 86 angeschlossen. Die Kabel verlaufen durch das Gehäuse 79 und die Gehäusekappe 87 und von da durch den Kanal 20 in der Mutter 18. j

Die Belastungsfläche 71 jeder Lastkonsole 34 und 35 kann vorzugsweise geringfügig konvex sein, um zumindest teilweise jeder falschen Ausrichtung des Druckkraftgebers beziehungsweise der Druckkraftgeberzelle zwischen den Belastungsflächen 75 und den Schultern 17 und 19 zu begegnen.

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Pig. 17 zeigt grafisch die minimale Hysteresis beeiehungsweise Nachwirkiang, die der erfindungsgemäßen Druckkraftrgeberzelle eigen ist« Gemäß Fig. 17 gibt die Ordi.np.te beziehungsweise Y-Achse die last beziehungsweise Belastung wieder, welcher eine Zelle unterworfen ist. Die X-Achse beziehungsweise Abszisse stellt die durch die Belastung ^ bewirkte Verformungsänderung dar. Die durchgezogenen Linie 88 stellt die Verformung bei wachsender Last dar und die Linie 89 stellt die Verformung bei abnehmender Last dar. Es ergibt sich, daß die Zelle nach wiederholten Betriebszyklen Anzeigen liefert, die im wesentlichen wiederholbar sind und einen hohen Genauigkeitsgrade haben,

wie es sich auch der folgenden Tabelle entnehmen läßt, in der die Belastung, die Verformung und die Zeit für die Kurve der Fig. 17 angegeben sind·

Belastung	Verformung	Zeit
0801000	00458	14:52110
1000000	00572	14:52151
1200000	00686	14:53:30
1400000	00802	14:54:16
2002000	01150	14:55:10
3000000	01724	14:56t10

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Belastung	Verformung	Zeit
4000000 max.	02296	14:57:16
3001000	01730	14:58:40
2000000	01154	14:59:38
1401000	00810	15:00:19
1200000	00696	15:00:49
1000000	00580	15:01:24
0801000	00466	15:01:58

Um die Spannungsmesser von Verunreinigungen und Fremdkörpern zu schützen sind die Kammern 61 und 62 mit einem Inertgas gefüllt· Bevor das Inertgas in die Kammern eingeführt wird, werden die Kammern gespült. In Fig. 18 ist das Band 53 mit einer Öffnung dargestellt, in die ein Nippel 90 hermetisch abgedichtet eingesetzt ist. Dieser Nippel kann zuerst dazu verwendet werden, die Kammern auszuspülen, wonach anschließend das Inertgas mittels dieses Nippels¹ in die Kammern eingeführt werden kanne Das Ende des Nippels wird anschließend, wie bei 91 dargestellt, geschlossen.

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Figo 19 zeigt ein schematisches Schaltdiagranon; gemäß diesem Schaltdiagramm hat eine Brücke 92 z\eL sich gegenüberliegende Zweige C, die durch auf vertikale Druckverformungen ansprechende Meßgeräte 95 gebildet werden, und weiterhin zwei gegenüberliegende Arme N, die durch unbelastete Spannungsmeßeinrichtungen 94 gebildet werden, wobei weiterhin (nicht dargestellte) Auagleichswiderstände und (nicht dargestellte) Nullpunktverschiebungs-Kompensierungswiderstände vorgesehen sind, welche auf der keiner Verformung unterworfenen schwimmend gelagerten Platte (95) Fig· 11 gelagert sind. Die Ausgangssignale von den Anschlußklemmen 96» 97 werden somit in Abhängigkeit von der vertikalen Verformung bei Kompensierung der Umweltseinflüsse erhalten. Gemäß dem Blockschaltbild von Pig. 19 ist die Brücke 92 an eine Batterieenergiequelle 98 angeschlossen·

Eine bekannte tangentiale Anordnung der Spannungsmesser ist voll empfindlich für die Hysteresis, die von Reibungseffekten herrührt. Während eine Entkopplung der Biegemomenteffekte in der beschriebenen erfindungsgemäßen Art die Hysteresiseffekte vernachlässigbar macht, wenn die Anzeigen beziehungsweise Ablesungen mit auf vertikale Verformung

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ansprechende Spannungsmesser erhalten wird, ist erfindungsgemäß beabsichtigt, daß ein vollständiger Ausgleich beziehungsweise eine vollständige Kompensation hinsichtlich der Hysteresis bei tangentialer Verformungsanzeige erhalten wird, indem bei bekannter Schaltungstechnik ein elektrisches Kompensationssignal verwendet wird, das auf den Unterschied zwischen dem vertikalen Verformungsmeßsignal und dem tangentialen Meßsignal als eine Funktion ™ der Hysteresis anspricht, wobei dieses Kompensationssignal von dem Brücken- beziehungsweise Detektorausgangssignal abgezogen wird.

Die Form der Entkopplung gemäß Fig. 4 wird dann benutzt, wenn die Gesamthöhe der Druckkraftgeberzelle miminal sein soll; ansonsten ist die Form gemäß Fig· 6 im allgemeinen zu bevorzugen, bei der die Nuten 44 und 45 nicht symmetrisch zu sein brauchen, solange der Haieabschnitt 42 relativ dazu | einen ausreichend geringen Querschnitt hat, um Biegungsspannungen zu absorbieren, die von einer falschen Ausrichtung im Belastungsfalle herrühren; eine falsche Ausrichtung im Falle der Belastung könnte die kreisringförmigen Bandabschnitte des Zellenaufbaus ungebührlich beanspruchen. Aus diesem Grunde weisen derartige Kingbänder, wenn sie

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aus Metall und insbesondere aus korrosionsbeständigem Stahl bestehen, vorzugsweise eine Durchbiegung zulassende Abschnitte (nicht dargestellt) in Form von Wellungen oder Riffelungen auf.

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Claims (1)

1. Ii

   Patentansprüche

   1.) Ringförmige Druckkraftgeberzelle mit einer einen Meß- beziehungsweise Abtastbereich darstellenden Säule und an jeder Seite der Säule angeordneten Belastungskonsolen, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule mit Entkopplungsabschnitte (40) versehen ist, welche jedes der beiden Enden des Meßbereichs (20) an die jeweils zugeordnete Belastungskonsole (34,35) anschließen, und daß die Masse jedes Entkopplungsabschnitts so verteilt ist, daß Biegemomente in dem Meßabschnitt ausgeschaltet sind und dadurch gleiche vertikale Verformungen beziehungsweise Spannungen an den Innen- und Außenflächen des Meßabschnitts in Abhängigkeit von auf eine Belastungskonsole einwirkenden Druckkräften erzeugt werden·

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   2.) Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungsabschnitte (40) im wesentlichen Fortsetzungen des Meßabschnitts (29) sind und eine nach innen gekrümmte Säule bilden, derart, daß im Belastungsfall ein Biegemoment erzeugt wird, das dem Biegemoment entgegenwirkt beziehungsweise entgegengesetzt ist, das sich ^ gemäß der nach dem Poisson'sehen Gesetz abgleiteten Massenverschiebung ergibt.

   3.) Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß infolge der Massenverteilung der Entkopplungsabschnitte (40) ein größerer Massenanteil radial auswärts von der radialen Position des Meßabschnitts (29) liegt.

   4·) Zelle nach Anspruch 1,2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Gelenkabschnitt (45) mit verringertem Querschnitt, ' der mindestens einen der Entkopplungsabschnitte (40) mit der zugeordneten lastkonsole (34,35) verbindet und der durch mindestens Ringnut beziehungsweise ringförmige Ausnehmung (46) gebildet ist, um eine ungleichförmige Belastung aufzufangen.

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   5.) Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf vertikale Kompression ansprechende Spannungsmesser (48) sowohl an din Innen- und Außenflächen des Meßabschnitts (29) angeordnet sinde

   6.) Zelle nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß dem auf vertikale Kompression ansprechenden Spannungsmesser unbelastete Meßgeräte (94) zugeordnet sind, und daß die Spannungsmesser und Meßgeräte Teil einer elektrischen Brückenschftltung (92) Bind.

   7·) Zelle nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die Kombination von einer ringförmigen Säule 29» ringförmiger Belastungskonsolen (34,35)» von denen jede als integrierende Bestandteile an je einem Ende der Säule angeordnet sind und die innere und äußere Zylinderflächen aufweisen, die auf entgegengeeetzten Seiten der Säule liegen, wobei I jede Fläche an einer Konsole mit der entsprechenden Fläche an der anderen Konsole fluchtet, und Spannungsmessern (48,49), die auf Entgegengesetzten Seiten der Säule angebracht sind und weiterhin gekennzeichnet durch ein dünnes ringförmiges Metallband (52,53), das mit seinen Rändern an jeweils einem Paar der miteinander fluchtenden Zylinderflächen befestigt ist, um den Raum, in dem sich die Spannungsmesser an der jeweiligen Säulenseite befinden, hermetisch abzudichten·

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   8β) Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rand des Metallbandes an die entsprechende Zylinderfläche mittels mindestens zwei ringförmiger, im Abstand voneinander liegender Rippen (55,56,57) befestigt ist, daß sich zwischen den Rippen (55,56 bezeihungsweise 57) erstreckende Querrippen (58,59) an der jeweiligen Zylinderk fläche vorgesehen sind und daß die ringförmigen Rippen und die Querrippen an dem Metallband mittels eines Verbindungsmaterials £efestigt sind, durdh welches eine hermetische Abdichtung an beiden Flächen der Säule gebildet wirde

   9·) Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß drei ringförmige Rippen vorgesehen sind und die Querrippen zwischen jeweils einem Paar der Ringrippen relativ zu den Querrippen zwischen dem anderen Paar von Ringrippen versetzt sind.

   10.) Zelle nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch jeweils eine hermetisch abgedichtete Kammer (61,62) an jeder Seite der Säule, einen festen Satz von Spannungsmessern an der Innenfläche der Säule innerhalb einer Kammer, einen zweiten Satz von Spannungsmessern an der

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   Außenseite der Säule innerhalb der weiteren Kammer und einen Kanal (74)» der die beiden Kammern miteinander verbindet und sich zur Außenseite der Zelle erstreckt, durch den die die Spannungsmesser miteinander Verbindenden zu Kabeln zusammengefaßte Verdrahtung (70) durahgeführt ist.

   Pur den Anmelder:

   Bremen, den 31* 5· 1968

   Anmelder}

   George KeIk Limited Ontario. Canada

   Priorität wird beansprucht aufgrund Patentanmeldung USA Serial No. 643 648 τ. 5.6·67

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