DE2156959A1

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Publication number: DE2156959A1
Application number: DE19712156959
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-12-23
Filing date: 1971-11-17
Publication date: 1972-07-06
Also published as: DE2156959C3; DE2156959B2; CH528076A; GB1371222A; AT306402B

Description

Dr. Oskar ECSrag

Pcte..tanv/dt

7 Suttgart 1 2156959

Hüpfelsfraßs 6 - Postfach 51

Dipl.Ingo Dr.Dr.h.c.Hans LIST, Graz (Österreich)

Dehnmeßstreifen-Meßwandler, insbesondere Druckmeßwandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dehnmeßstreifen-Meßwandler, insbesondere Druckmeßwandler, mit in einem Gehäuse angeordnetem, über einen Druckstempel von der Meßkraft belasteten Dehnkörper, der an seiner Mantelfläche Dehnmeßstreifen trägt.

Bekannte Meßwandler dieser Bauart sind in ihrer Anwendung beschränkt, da Dehnmeßstreifen bei hohen Temperaturbelastungen sowohl in bezug auf ihre Nullwerteinstellung als auch bezüglich Empfindlichkeitsänderung eine relativ große Drift aufweisen.

Durch die vorliegende Erfindung soll nun ein Dehnmeßstreif en-Meßwandler geschaffen werden, welcher auch für den Betrieb bei höchsten Temperaturbelastungen, wie sie beispielsweise beim Indizieren von Motorbrennräumen, Düsentriebwerken, Raketen usw. auftreten, uneingeschränkt geeignet ist«. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse einen zur Wandlerfühlfläche hin abgedichteten Kühlflüssigkeiteraum enthält, in den eine mit der Gehäuseinnenwand einen Ringraum bildende gehäusefeste Stützhülse vorragt, in die eine zur Wandlerfühlfläche hin offene , innen vom Kühlmedium bespülte Hülse

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eingesetzt ist, die den Dehnkörper des Wandlers bildet und an deren Bodenteil sich, der Druckstempel abstützt. Da somit die hitzeempfindlichen Dehnmeßstreifen zwischen zwei von der Kühlflüssigkeit unmittelbar bespülten und somit intensiv gekühlten Hülsen liegen, wird jede unzulässige Erwärmung der Dehnmeßstreifen bei allen in Frage kommenden Betriebstemperaturen solcher Meßwandler vermiedene Ein Wärmeaustausch zwischen dem Wandlergehäuse und dem Dehnkörper könnte nur über die Stützhülse stattfinden, da diese aber mit ihrer gesamten Außenfläche direkt im Kühlwasserstrom liegt, wird diese Art

fc der Wärmeübertragung auf den Dehnkörper weitgehend unterbunden,, Andererseits findet aber auch ein Wärmeaustausch zwischen der Meßstelle und der Dehnhülse über den von der Wandlerfühlfläche bis zum Bodenteil der Dehnhülse sich erstreckenden Druckstempel statte Da der Druckstempel aber den Kühlflüssigkeitsraum durchsetzt, erfährt auch er eine intensive Kühlung, welche eine Überhitzung der Dehnmeßstreifen auch auf diesem Wege ausschließt»

Besonders günstige Kühlverhältnisse ergeben sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wenn der Druckstempel nahe seiner Anschlußstelle am Bodenteil der Dehnhülse zumindest eine querverlaufende Überströmbohrung

" aufweistο Es kommt daher innerhalb der Dehnhülse zu einer ausgeprägten Kühlwasser strömung, welche nicht nur den Wärmeaustausch zwischen der Dehnhülse und der Kühlflüssigkeit begünstigt, sondern auch zu einer verstärkten Kühlung des in Querrichtung vom Kühlwasser durchströmten Druckstempels führte

Um weiters zu gewährleisten, daß das Kühlwasser mit relativ großer Geschwindigkeit dae ganze System durchströmt, weist nach einem weiteren Erfindungsmerkmal die Dehnhülse an ihrem offenen Ende radiale Nuten auf, über die der die Stützhülse umgebende Ringr*uin

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mit dem Innenraum der Dehnhülse in Verbindung steht_β Durch die Dimensionierung dieser Nuten können die Strömungsverhältnisse den jeweiligen Erfordernissen optimal angepaßt werden«

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der die Stützhülse umgebende Ringraum durch zwei einander diametral gegenüberliegende, längsverlaufende, an der Stützhülse oder der Gehäuseinnenwand angebrachte Leisten in einen mit der Kühlflüssigkeitszuleitung und einen mit der Kühlflüssigkeitsrückleitung des Wandlers verbundenen Raum unterteilte Man vermeidet dadurch einen eventuellen Kurzschluß des Kühlwasserstromes im Ringraum zwiBchen Stützhülse und Gehäuse und erhält eine in ihrer Richtung definierte Kühlwasserströmung e

Bei der letztgenannten Meßwandlerausführung empfiehlt es sich, gemäß einem weiteren Erfindungsvor— schlag die den Ringraum unterteilenden Leisten gegenüber den radialen Nuten der Dehnhülse um 90 versetzt anzuordnen«. Es ergeben sich dadurch symmetrische Strömungsverhältnisse innerhalb des gesamten Kühlflüssigkeitsraumes des Wandlers ο

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Dehnhülse als dünnwandiges kreiszylindrisches Rohr ausgebildet sein, das zwei einander gegenüberliegende zylindrisch gewölbte Dehnmeßstreifen trägt, und kann der Druckstempel zumindest in dem innerhalb der Dehnhülse verlaufenden Abschnitt ein flaches Profil aufweisen, dessen parallele Seitenflächen den Dehnmeßstreifen zugekehrt sindβ Zwischen den Flachseiten des Druckstempels und der Innenwand der rohrförmigen Dehnhülse entstehen daher vom Kühlwasser in Längsrichtung durchströmte Kanäle, in deren unmittelbarem Wandbereich sich die Dehnmeßstreifen befinden.»

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung

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kann aber auch die Deimhülse als profiliertes Rohr mit ovalem Innenquerschnitt und parallel zur längeren Profilachse verlaufenden, je einen Dehnmeßstreifen tragenden ebenen Außenflächen ausgebildet sein, und kann sich die Überströmbohrung bzwo können sich die Überströmbohrungen des mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgeführten Druckstempels in Richtung der längeren Profilachse erstrecken. Der besondere Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, daß die Dehnmeßstreifen auf ebenen Flächen, welche außen an der Dehnhülse angearbeitet sind, befestigt werden können.

t Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläuterte Es zeigen Figo 1 einen teilweisen Axialschnitt eines Dehnmeßstreifen-Meßwandlers nach der Erfindung, Figo 2 einen Schnitt des Wandlers gemäss der Linie II-II in Fig<> 1, Figo 3 den teilweisen Axialschnitt einer abgewandelten Bauform eines Meßwandlers nach der Erfindung und Figo 4 einen Schnitt des letztgenannten Wandlers gemäß der Linie IV-IV in Figo 3.

Der in Figo 1 und 2 ersichtliche Dehnmeßstreifen-Druckwandler weist ein abgesetzt hohlzylindrisches Gehäuse 1 auf, das an der der Meßstelle zugekehrten Stirnseite durch eine Ringmembrane 2 mit gewölbtem flexiblem P Mittelteil abgeschlossen ist. In die mittige Öffnung der Ringmembrane 2 ist ein ins Wandlerinnere vorragender Druckstempel 3 hermetisch dicht eingesetzt.

Im Wandlergehäuse 1 befindet sich eine abgesetzt zylindrische Stützhülse 4» welche in nicht dargestellter Weise mit dem Gehäuse starr verbunden ist_o Die Stützhülse 4 ragt mit einem Abschnitt kMneren Außendurchmessers bis nahe an die Membrane 2 heran und bildet mit der Gehäuseinnenwand 5 einen Ringraum 6_O

In die Stützhülse 4 ist eine mit ihrem offenen Ende

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der Membrane 2 zugewendete dünnwandige, rohrförmige Hülse 7 eingesetzt, die an ihrer Mantelfläche zwei einander diametral gegenüberliegende, zylindrisch gewölbte Dehnmeßstreifen 8 trägt ο Diese Dehnmeßstreifen 8 sind über Anschlußleitungen 9 in nicht dargestellter Weise mit dem Anschlußstecker des Meßwandlers verbunden. Die den Dehnkörper des Druckwandlers bildende Hülse 7 stützt sich mit einem Endflansch 10 an der stirnseitigen Endfläche der Stützhülse 4 ab und ist mit dieser durch eine umfangsseitige Ringschweißnaht 11 hermetisch dicht verbundene Die Schweißnaht 11 kann vorteilhafter Weise durch Plasmaschweißen hergestellt werden.

Die Dehnhülse 7 ist an ihrem inneren Ende durch einen Bodenteil 12 abgeschlossen, der eine axiale Bohrung aufweist, in die das innere Ende des Druckstempels 3 eingesetzt ist. Der Druckstempel 3 stützt sich mit einem Kragen 13 am Bodenteil 12 ab und ist mit diesem durch eine, vorzugsweise gleichfalls in Plasmaschweißtechnik ausgeführte stirnseitige Ringschweißnaht 14 hermetisch dicht verbundene

Der zwischen der Gehäuseinnenwand 5 und der Stützhülse 4 gebildete Ringraum 6 und der zwischen der Dehnhülse 7 und dem Druckstempel 3 freibleibende Raum 15 stehen über an der Stirnseite des Endflansches 10 der Dehnhülse 7 angebrachte radiale Nuten 16 miteinander in Verbindung und bilden zusammen einen Kühlflüssigkeitsraum, welcher über einen Einlaßkanal 17 und einen Auslaßkanal 18 in nicht dargestellter Weise an ein Kühlwassersystem angeschlossen ist_e Die Strömungsrichtung des Kühlwassers ist durch die in Pig· 1 eingezeichneten Pfeile veranschaulicht.

Um eine definierte Kühlwasserströmung durch den Raum 15 zu gewährleisten, weist der innerhalb der Dehnhülse 7 mit flachem Profil ausgeführte Druckstempel 3 nahe seiner Anschlußstelle am Bodenteil 12 der Dehnhülse 7 zwei querverlaufende Überströmbohrungen 19 auf, über die das Kühl-

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wasser von der einen auf die andere Seite des Kühlwasserraumes 15 übertritt. Um einen Kurzschluß der Kühlwasserströmung innerhalb des Ringraumes 6 zu vermeiden, sind an der Mantelfläche der Stützhülse 4 zwei einander diametral gegenüberliegende längsverlaufende Leisten

20 angebracht, welche den Ringraum 6 in einen mit dem Einlaßkanal 17 und einen mit dem Auslaßkanal 18 verbundenen Raum unterteilen.

Da sich die Dehnmeßstreifen 8 zwischen den beiden unmittelbar vom Kühlwasser bespülten Hülsen 4 und 7 befinden, ist eine intensive Kühlung dieser wärmeempfind-

fc liehen Meßelemente gewährleistet, sodaß es auch bei hohen Wärmebelastungen des Meßwandlers weder zu einer Nullpunktdrift noch zu einer Empfindlichkeitsänderung kommt„ Ein Dehnmeßstreifen-Meßwandler dieser Bauart ist daher für alle Arten Meßaufgaben geeignet, bei denen an der Meßstelle hohe Temperaturen auftreten» Dies ist beispielsweise beim Indizieren von Brennkraftmaschinen, bei der Überwachung von Düsentriebwerken und Raketen der Fall»

Der Druckmeßwandler nach Fig. 3 und 4 unterscheidet sich vom vorgenannten Ausführungsbeispiel im wesentlichen nur durch die Formgebung von Druckstempel und Dehnhülse. Der Druckstempel 3' besitzt bei dieser Konstruktion kreiszylindrischen Querschnitt, wogegen die Dehnhülse 7¹ als

" profiliertes Rohr mit ovalem Innenquerschnitt und parallel zur längeren Profilachse verlaufenden, ebenen Außenflächen

21 ausgebildet ist, die je einen flachen Dehnmeßstreifen

9¹ tragen. Der Vorteil dieser Bauart liegt in der einfacheren Befestigungs- und Anschlußweise der Dehnmeßstreifen 8'an den ebenen Außenflächen 21 der Dehnhülse 7'° Anstelle von Lötstützpunkten ist eine Befestigung bzw₀ Zugentlastung der Anschlußdrähte 9' durch eine Abbindung und Verklebung in der Eindrehung 22 am inneren Ende der Dehnhülse 7¹ möglich. Alle übrigen Einzelheiten des Druckwandlers stimmen mit der Ausführung nach Fig» 1 und 2 übereinβ

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Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, als Kühlmedium für Meßwandler der erfindungsgemäßen Bauart anstatt Wasser auch gasförmige Medien, insbesondere Luft zu verwenden.

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Claims

Patentansprüche

/ 1₀) Dehnmeßstreifen-Meßwandler, insbesondere Druckmeß-— wandler, mit in einem Gehäuse angeordnetem, über einen Druckstempel von der Meßkraft belasteten Dehnkörper, der an seiner Mantelfläche Dehnmeßstreifen trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen zur Wandlerfühlfläche hin abgedichteten Kühlflüssigkeitsraum (6,15) enthält, in den eine mit der Gehäuseinnenwand (5) einen Ringraum (6) bildende gehäusefeste Stützhülse (4) vorragt, in die eine zur Wandlerfühlfläche hin offene, innen.vom Kühlmedium bespülte Hülse'(7j 7¹) eingesetzt ist, die

| den Dehnkörper des Wandlers bildet und an deren Bodenteil (12) sich der Druckstempel (3;3') abstützte 2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstempel (3;3^!) nahe seiner Anschlußstelle am Bodenteil (12) der Dehnhülse C7;7') zumindest eine querverlaufende Überströmbohrung (19) aufweist«, ο Meßwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnhülse (7;7^!) an ihrem offenen Ende (10) radiale Nuten (16) aufweist, über die der die Stützhülse (4) umgebende Ringraum (6) mit dem Innenraum (15) der Dehnhülse (7;7^f) in Verbindung steht. 4ο Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stützhülse (4) umgebende Ringraum (6) durch zwei einander diametral gegenüberliegende, längsverlaufende, an der Stützhülse (4) oder der Gehäuseinnenwand (5) angebrachte Leisten (20) in einen mit der Kühlflüssigkeitszuleitung (17) und einen mit der Kühlflüssigkeitsrückleitung (18) des Wandlers verbundenen Raum unterteilt ist_e

5. Meßwandler nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ringraum (6) unterteilenden Leisten (20) gegenüber den radialen Nuten (16) der

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Dehnhülse (7j7') um 90° versetzt angeordnet sind. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnhülse (7) als dünnwandiges kreiszylindrisches Rohr ausgebildet ist, das zwei einander gegenüberliegende zylindrisch gewölbte Dehnmeßstreifen (8) trägt, und daß der Druckstempel (3) zumindest in dem innerhalb der Dehnhülse (7) verlaufenden Abschnitt ein flaches Profil aufweist, dessen parallele Seitenflächen den Dehnmeßstreifen (8) zugekehrt sind (Fig.. 1,2)«,

Meßwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnhülse (7¹) als profiliertes Rohr mit ovalem Innenquerschnitt und parallel zur längeren Profilachse verlaufenden, je einen Dehnmeßstreifen (8¹) tragenden ebenen Außenflächen (21) ausgebildet ist, und daß sich die Überströmbohrung bzw₀ -bohrungen (19) des mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgeführten Druckstempels(3') in Richtung der längeren Profilachse erstreckt bzw. erstrecken (Pig. 3»4)o

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