DE9411869U1 - Pressure cell for measuring stresses in technical and geotechnical bodies - Google Patents
Pressure cell for measuring stresses in technical and geotechnical bodiesInfo
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Description
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Beschreibung1
Description
Die vorliegende technische Neuerung umfaßt eine Druckdose zur Aufnahme und Weiterleitung von in geomechanischen und bautechnischen Körpern herrschenden Spannungen, welche zwei parallel zueinander liegende, in ihrem Abstand zueinander veränderbare und entlang ihren Rändern dicht miteinander verbundene Metallplatten aufweist, deren Zwischenraum mit einem Hydraulikmedium gefüllt und über eine mit einem Hydraulikmedium geüllte Hydraulikleitung mit einer Meßvorrichtung verbindbar ist. Derartige Druckdosen sind bereits bekannt und haben sich in der Praxis durchaus bewährt.The present technical innovation comprises a pressure cell for absorbing and transmitting stresses prevailing in geomechanical and structural bodies, which has two metal plates lying parallel to one another, whose distance from one another can be changed and which are tightly connected along their edges, the space between which is filled with a hydraulic medium and can be connected to a measuring device via a hydraulic line filled with a hydraulic medium. Such pressure cells are already known and have proven themselves in practice.
In einer verbreiteten Ausgestaltung bestehen die Druckdosen aus zwei dünnen, rechteckigen, an ihren Außenrändern dicht miteinander verbundenen Metallplatten, deren Zwischenraum mit einem Hydraulikmedium gefüllt und über eine Hydraulikleitung mit einer Meßvorrichtung verbunden ist. Je nach den außen anliegenden Spannungen verändert sich der Abstand der Metallplatten zueinander, wobei die miteinander verbundenen Ränder der Metallplatten als Gelenk wirken. Die daraus resultierende Änderung des Drucks in dem Hydraulikmedium wird in der Meßvorrichtung angezeigt.In a common design, the pressure cells consist of two thin, rectangular metal plates that are tightly connected to one another at their outer edges, the space between which is filled with a hydraulic medium and connected to a measuring device via a hydraulic line. Depending on the external voltages, the distance between the metal plates changes, with the edges of the metal plates that are connected to one another acting as a joint. The resulting change in the pressure in the hydraulic medium is displayed in the measuring device.
Als nachteilig hat sich hier herausgestellt, daß die dichte Verbindung der Metallplatten miteinander eine optimale Gelenkwirkung der Metallplattenränder erheblich beeinträchtigt. Ein bedeutender Anteil der außen anliegenden Spannung wird direkt von der einen Metallplatte über die Verbindungsnaht auf die andere Metallplatte wirkungslos abgeleitet. Auf Grund dieses Effektes werden erheblich geringere als die tatsächlich anliegenden Spannungen ermittelt, wodurch umfangreiche, kosten- und zeitintensive Korrekturrechnungen und Eichmessungen erforderlich sind.It has been found to be disadvantageous that the tight connection of the metal plates to one another significantly impairs the optimal joint effect of the metal plate edges. A significant proportion of the external stress is ineffectively transferred directly from one metal plate to the other via the connecting seam. Due to this effect, the stresses determined are considerably lower than the actual stresses, which means that extensive, costly and time-consuming correction calculations and calibration measurements are required.
In der Patentschrift DE-29 04 844C3 wird unter anderem ein rechteckiges Druckkissen beschrieben, dessen Metallplatten an ihren äußeren Rändern dicht miteinander verschweißt sind. Zusätz-The patent specification DE-29 04 844C3 describes, among other things, a rectangular pressure pad whose metal plates are tightly welded together at their outer edges.
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lieh weisen die Metallplatten auf ihren Außenflächen eine parallel zu den Metallplattenrändern verlaufende Nut auf, mittels derer die Gelenkwirkung der Metallplattenränder von dem Bereich der Schweißnaht in den Nutbereich der Metallplatten verlegt wird. Auf diese Weise soll das wirkungslose Ableiten von Spannungsanteilen verringert werden. Nachteilig ist hierbei, daß trotz einer Verbesserung der Meßgenauigkeit eine deutliche Ableitung von Spannungsanteilen wirksam bleibt, welche weiterhin umfangreiche Eichungen und Korrekturen erforderlich werden läßt. Insbesondere im Bereich der Ecken des Druckkissens wird diese durch die dort rechtwinklig abknickende Schweißnaht und die daraus resultierende Ecksteifigkeit verstärkt.The metal plates have a groove on their outer surfaces that runs parallel to the metal plate edges, by means of which the joint effect of the metal plate edges is moved from the area of the weld seam to the groove area of the metal plates. In this way, the ineffective diversion of stress components is to be reduced. The disadvantage here is that, despite an improvement in the measurement accuracy, a significant diversion of stress components remains effective, which still requires extensive calibration and corrections. In the area of the corners of the pressure pad in particular, this is reinforced by the weld seam bending at a right angle there and the resulting corner stiffness.
Im eingebauten Zustand ist der Kraftschluß zwischen der Druckkissenoberfläche und dem umgebenden Medium nicht weiter zu beeinflussen, woraus weitere Meßungenauigkeiten resultieren.When installed, the frictional connection between the pressure pad surface and the surrounding medium cannot be further influenced, which results in further measurement inaccuracies.
Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es, eine Druckdose zu schaffen, mittels derer ohne größeren Aufwand bei Einbau und Auswertung der Meßergebnisse exakte Meßwerte gewonnen werden.The aim of this innovation is to create a pressure cell that can be used to obtain precise measurement values without any major effort during installation and evaluation of the measurement results.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mittels einer Druckdose, welche eine Grundplatte größerer Stärke sowie eine Deckplatte geringerer Stärke aufweist, deren Rand umgestülpt ist.The task is solved by means of a pressure vessel, which has a base plate of greater thickness and a cover plate of lesser thickness, the edge of which is turned over.
In vorteilhafter Weise gewährleistet die stärkere Grundplatte eine hohe Formstabilität auch bei höherer Beanspruchung. Der umgestülpte Rand der Deckplatte ermöglicht eine dichte Verbindung von Grundplatte und Deckplatte, ohne die Gelenkwirkung im Bereich des umgestülpten Randes der Deckplatte zu mindern. Die außen anliegende Spannung wird ohne Ableitungsverluste auf den Druckdoseninnenraum übertragen.The stronger base plate advantageously ensures high dimensional stability even under higher loads. The turned-over edge of the cover plate enables a tight connection between the base plate and cover plate without reducing the joint effect in the area of the turned-over edge of the cover plate. The external tension is transferred to the interior of the pressure vessel without any dissipation losses.
Die vorteilhafte Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht die Übertragung der äußeren Spannung auf den Druckdoseninnenraum lediglich über die flexible Deckplatte, so daß keine Ableitungsverluste auftreten.The advantageous embodiment according to claim 2 enables the external voltage to be transmitted to the pressure vessel interior only via the flexible cover plate, so that no dissipation losses occur.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Entlüftungsstutzen als Nachspannvorrichtung ausgebildet, so daß auch nach dem festen Einbau der Druckdose in das zu vermessendeIn a further advantageous embodiment, the venting nozzle is designed as a tensioning device, so that even after the pressure cell has been firmly installed in the
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Medium der Kraftschluß zwischen Druckdose und zu vermessendem Medium nachträglich veränderbar ist und somit die Meßgenauigkeit erhöht wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ecken der Druckdose abgerundet, so daß sie eine ovale Form aufweist. Dadurch werden durch Ecksteifigkeit auftretende Ableitungsverluste und Meßverfälschungen vermieden.Medium the force connection between the pressure cell and the medium to be measured can be subsequently changed and thus the measurement accuracy is increased. In a further advantageous embodiment, the corners of the pressure cell are rounded so that it has an oval shape. This avoids conduction losses and measurement distortions caused by corner stiffness.
Im Folgenden wird die Neuerung an Hand einer Zeichnung beschrieben. Figur 1 der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung die Druckdose im Längsschnitt, Figur 2 zeigt die neuerungsgemäße Druckdose in schematischer Darstellung in der Aufsicht.The innovation is described below using a drawing. Figure 1 of the drawing shows a schematic representation of the pressure capsule in longitudinal section, Figure 2 shows the pressure capsule according to the innovation in a schematic representation in top view.
Wie Figur 1 zeigt, besteht die Druckdose im wesentlichen aus einer stärkeren Grundplatte 1 und einer Deckplatte 2 geringerer Stärke. Der äußere Rand 3 der Deckplatte 2 ist umgestülpt. Die Grundplatte 1 ist in dem umgestülpten Rand 3 der Deckplatte 2 eingepaßt und entlang ihrem äußeren Rand 5 mittels einer Laserschweißnaht 4 dicht mit der Innenkante des umgestülpten Randes 3 der Deckplatte 2 verbunden. Fluchtend mit einer Bohrung 8 in der Grundplatte 1 ist eine Hydraulikleitung 6 fest mit der Grundplatte 1 verbindbar, welche zu einer nicht dargestellten Meßvorrichtung führt. Fluchtend mit einer Bohrung 9 in der Grundplatte 1 ist ein Entlüftungsstutzen 10 fest mit der Grundplatte 1 verbindbar, welcher nach vollständiger Befüllung der Hydraulikleitung 6, des Druckdoseninnenraumes 12 und des Entlüftungsstutzens 10 mit einem Hydraulikmedium 7 dicht verschließbar ist. Wird nach dem Einbau der mit dem Hydraulikmedium befüllten Druckdose ein Nachspannen notwendig, um den Kraftschluß zwischen dem zu messenden Medium und der Druckdosenoberfläche zu optimieren, so wird das Ende des dicht verschlossenen Entlüftungsstutzens 10 so weit als erforderlich zusammengequetscht. Infolgedessen wird die Deckplatte 2 gedehnt und der Druckdoseninnenraum 12 erweitert. Dadurch wird die Druckdosenoberfläche schlüssiger gegen das zu messende Medium gepreßt und der Kraftschluß verbessert.As Figure 1 shows, the pressure capsule essentially consists of a stronger base plate 1 and a cover plate 2 of lesser thickness. The outer edge 3 of the cover plate 2 is turned over. The base plate 1 is fitted into the turned over edge 3 of the cover plate 2 and is tightly connected along its outer edge 5 to the inner edge of the turned over edge 3 of the cover plate 2 by means of a laser weld seam 4. A hydraulic line 6 can be firmly connected to the base plate 1 in alignment with a hole 8 in the base plate 1, which leads to a measuring device (not shown). A venting nozzle 10 can be firmly connected to the base plate 1 in alignment with a hole 9 in the base plate 1, which can be tightly closed after the hydraulic line 6, the pressure capsule interior 12 and the venting nozzle 10 have been completely filled with a hydraulic medium 7. If, after installing the pressure cell filled with the hydraulic medium, re-tightening is necessary in order to optimize the frictional connection between the medium to be measured and the pressure cell surface, the end of the tightly closed venting nozzle 10 is squeezed as far as necessary. As a result, the cover plate 2 is stretched and the pressure cell interior 12 is expanded. This presses the pressure cell surface more firmly against the medium to be measured and improves the frictional connection.
Figur 2 zeigt die zu einer ovalen Form der Druckdose abgerun-Figure 2 shows the pressure vessel rounded off to an oval shape.
INiHK =INiHK =
4
deten Ecken 11 der neuerungsgemäßen Druckdose,4
corners 11 of the pressure box according to the innovation,
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