DE1905663A1 - Messwertwandler fuer die Druck-,Kraft- oder Beschleunigungsmessung - Google Patents

Description

Patentanwalt·

Dipi.-teg.Zimmermann

München 2, tesenwl 7

^TelM1989 5, Feb.

VIBRO-MEOJERAG., iFribourg (Schweiz)

Meßwertwandler für die Druck-, Kraft- oder Beschleunigungsmessung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertwandler für die Druck-, Kraft- oder Beschleunigungsmessung, dessen empfindliches Meßelement in einer 3?ederhülse angeordnet ist, die aus einem rohrförmigen Hohlkörper besteht, der mit gegeneinander versetzt angeordneten, durchgehenden Schlitzen versehen ist.

Meßwertwandler mit einer Federhülse, die das empfindliche Meßelement aufnimmt und mit einer Yorspannkraft beaufschlagt, werden zur Durchführung von Messungen und laufenden Betriebsüberwachungen vielfach angewendet, z.B. zur Messung des Druckes und des Druckverlaufes in den Zylindern von Brennkraftmaschinen und Kompressoren, zur Beschleunigungsmessung, zur dauernden Überwachung von Motoren und Triebwerken usw. Es sind Ausführungen mit -piezoelektrischen, induktiven und kapazitiven Meßelementen bekannt und auch sogenannte Widerstandsgeber, die gewöhnlich Dehnungsmeßstreifen verwenden.

Es sind verschiedene Ausführungen der Federhülse bekannt. Meist besteht diese aus einem dünnwandigen zylindrischen Rohr, das an einem Ende einen massiven Boden aufweist und das Meßelement nicht nur vorspannt sondern erforderlichen-

909838/0881

-Z-

falls auch hermetisch abschließt. Da die Wandstärke einer . solchen Federhülse nur einige hundertstel Millimeter "betragen darf, etwa 0,08 bis 0,15 mm, muß die Herstellung der Hülse mit großer Präzision erfolgen und ist dementsprechend teuer, ferner besitzen diese JPederhülsen eine steile IPedercharakteristik und sind verhältnismäßig stark temperaturabhängig, da bei Temperatur Schwankungen eine längenänderung auftritt, wodurch die Federkraft stark verändert wird. Die mit den bekannten, dünnwandigen Federhülsen versehenen Meßwertwandler können daher ohne besondere. Vorkehrungen, z.B. Kühlung, nur innerhalb eines engen Temperaturbereiches angewendet werden.

Bei einer weiteren bekannten Ausführung ist die Federhülse mit durchgehenden Schlitzen versehen. Dadurch wird die Elastizität der Federhülse in Achsrichtung vergrößert, so daß die erforderliche Federkraft bei größerer Wandstärke der Hülse erhalten werden kann, wobei die Herstellung der Hülse leichter ist. Aufgrund der durchgehenden Schlitze wird das empfindliche Meßelement jedoch nicht hermetisch.abgeschlossen, weshalb die Federhülse von einem dichten Gehäuse umschlossen sein muß. !alls eine Kühlung erforderlich ist, muß als Kühlmittel eine Isolierflüssigkeit verwendet werden, weil das Kühlmittel durch die Schlitze der Federhülse hindurch das Meßelement unmittelbar umspült.

Weiterhin ist es bei Druckgebern schon bekannt, das Meßelement in einer wellrohrförmig ausgebildeten Federhülse anzuordnen. Auch dabei ist es möglich, der Federhülse eine verhältnismäßig große Elastizität in Längsrichtung zu verleihen, wobei die Wandstärke dicker gehalten werden kann als im Falle eines dünnwandigen zylindrischen Rohres. Eine Wellrohrfeder ändert jedoch ihre länge nicht nur durch in Achsrichtung auf sie einwirkende Kräfte, sondern auch durch Kräfte, die in radialer Richtung auf sie ausgeübt werden. Bei einer Änderung des auf die Wellrohrfeder einwirkenden Außendruckes tritt daher eine längenänderung derselben auf, wodurch auch die von der Federhülse auf das Meßelement aus-

909838/0881

geübte Vorspannkraft verändert wird. Solche Wellrohrfedern müssen daher entweder verhältnismäßig massiv ausgebildet sein, wobei sie aber meist keine ausreichende Elastizität aufweisen, oder sie können nur für Messungen bei gleichbleibendem Außendruck verwendet werden.

Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Meßwertwandlers mit einer Federhülse, welche die Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet, deren jeweilige Vorteile hingegen vereinigt. Ausgehend von einer rohrförmigen Federhülse, die mit gegeneinander versetzt angeordneten durchgehenden Schlitzen versehen ist, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an der Außenseite der Federhülse ein flexibles Rohr vorgesehen ist, das die Schlitze abdeckt und am Mantel der Federhülse radial abgestützt ist. Vorzugsweise ist das Rohr als Wellrohrfeder ausgebildet. An seinen Enden kann das Rohr an der Federhülse luftdicht befestigt, z.B. angeschweißt oder angelötet sein.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch besondere Vorteile aus. Die mit Schlitzen versehene. Federhülse weist auch bei verhältnismäßig großer Wandstärke eine ausreichende Elastizität in Längsrichtung auf und ist daher einfach herstellbar. Durch das flexible Rohr v/erden die Schlitze abgeschlossen, so daß ein hermetischer Abschluß des empfindlichen Meßelementes erreicht wird. Da das flexible Rohr an der Federhülse in radialer Richtung abgestützt ist, kann sich seine Länge unter Einwirkung des Außendruckes nicht verändern, so daß die Vorspannkraft auch bei unterschiedlichem Außendruck ungeändert bleibt.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, welches einen erfindungsgemäßen Ileßwertwandler im Längsschnitt zeigt.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist der dargestellte Meßwertwandler ein Gehäuse 1 auf, in dem das empfindliche Meßelemeht 2 im Inneren einer Federhülse 3 angeordnet ist. Die Federliülse Z ist aus einem rohrförmigen Hohlkörper her-

909838/0881

gestellt, der an einem Ende einen massiven Boden 4 aufweist und mit seinem anderen, offenen Ende am Gehäuse 1 festgesehweißt ist. Im Mantel der lederhülse 3 sind in Umfangsrichtung verlaufende durchgehende Sehlitze 5 angeordnet, die in Achsrichtung gegeneinander versetzt sind. Durch diese einfache und billige Ausbildung werden auch bei verhältnismäßig großer Wandstärke der Federhülse gute Federungseigenschaften erzielt.

Aufgrund der Schlitze 5 bildet die Federhülse 3 jedoch keinen dichten Abschluß für das empfindliche Meßelement Eine unmittelbare Kühlung oder Belüftung der Federhülse ist daher nicht ohne weiteres möglich. Um einen hermetischen Abschluß des Meßelementes 2 zu erzielen, ist daher an der Außenseite der Federhülse 3 ein flexibles, gewelltes Rohr angeordnet, welches die Schlitze 5 abdeckt. Die Enden 7 .tu des Rohres 6 sind am Mantel der Federhülse festgesehweißt oder angelötet. Das Rohr 6 stützt sich dabei in radialer Richtung am Mantel der Federhülse 3 ab, so daß es sich unter Einwirkung eines Außendruckes nicht zusammenziehen kann. Diese Ausführungsform der mit dem flexiblen Rohr 6 versehenen Federhülse 3 ist somit sowohl dicht als auch für Messungen unter veränderlichem Außendruck geeignet, da sich die ■Vorspannkraft auch bei größeren Schwankungen des Außendruckes nicht ändern kann.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist als Druckgeber ausgebildet, z.B. für die Messung des Druckverlaufes in den Zylindern von Verbrennungsmotoren und Kompressoren. Das Gehäuse 1 ist mit einem Gewinde 9 zum Einschrauben in eine Meßbohrung versehen und an seinem außenliegenden Ende durch eine den Druck auf die Federhülse 3 und auf das in dieser angeordnete Meßelement 2 übertragende Ringmembrane 10 abgeschlossen. Ferner sind im Gehäuse 1 Kühlkanäle 11 und 12 vorgesehen, durch die ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durch den unmittelbar um die Federhülse 3 herumliegenden Ringraum 13 geleitet werden kann, so daß eine gute Kühlung

909838/088 1

sowohl des empfindlichen Meßelementes 2 als auch der Ringmembrane 10 erzielt wird. Die im Boden des Gehäuses 1 noch vorgesehene Bohrung 14 dient zum Herausführen der elektrischen Anschlußleitungen des Meßelementes 2. Mit der gezeigten Ausführung des Meßwertwandlers können auch Differenzdruckmessungen durchgeführt werden, in welchem Fall der die Federhülse 3 umgebende Ringraum 13 mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt wird, der auf die Innenseite der Ringmembrarie wirkt.

Die erfindungsgemäß mit einem flexiblen Rohr versehene Federhülse kann für alle Bauarten von Meßwertwandlern vorteilhaft angewendet werden, bei denen eine federnde Vorspannung und ein hermetischer Abschluß des empfindlichen Meßelementes erforderlich ist. Insbesondere kann diese Anordnung auch in Ausführungen für dynamische Messungen, z.B. in Accelerometern für die Betriebsüberwachung von rotierenden Maschinenteilen wie Flugzeugtriebwerken und dgl. verwendet werden. Das Meßelement kann aus piezoelektrischen Körpern mit dazwischen angeordneten Elektroden aufgebaut sein. Es sind aber ebenso Ausführungen möglich, die nach anderen Umformungsprinzipien arbeiten, z.B. kapazitive oder induktive Meßelemente.

Patentansprüche 909838/0881

Claims (1)

1. Patentansprüche :

   Meßwertwandler für die Druck-, Kraft- oder Beschleunigungsmessung, dessen empfindliches Meßelement in einer Federhülse angeordnet ist, die aus einem rohrförmigen Hohlkörper besteht, der mit gegeneinander versetzt angeordneten, durchgehenden Schlitzen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der lederhülse (3) ein flexibles Rohr (6) vorgesehen ist, das die Schlitze (5) abdeckt und am Mantel der lederhülse radial abgestützt ist.

   Meßwertwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) als Wellrohrfeder ausgebildet ist. Meßwertwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) mit seinen Enden (7,8) an der Pederhülse (3) luftdicht befestigt ist.

   909838/088 1