PRESSURE DETECTOR WITH A MEMBRANE AND AN OVERLOAD STOPPER

Abstract: 1. Pressure detector with a membrane (2) which is acted upon on one side by the pressure to be detected, is stretched on a detector housing (1), and is provided with resistance strain gauges (6, 7) on its side remote from the pressure, with an overload stop arranged on the side of the membrane (2) remote from the pressure, the stop comprising a stop element (14) axially guided in an internal thread (13) of the detector housing (1), characterised in that the membrane (2) is a circular sheet also provided with resistance strain gauges (7) at its central portion, that the stop element (14) is a stop screw which is guided without play in the internal thread (13) by a compression spring (17) supported by the detector housing (1), and that the stop screw with its front surface (15) facing the central portion of the membrane (2) is provided with an electrically insulating layer (16).

Description: Druckaufnehmer mit einer Membran und einem überlastanschlag Die Erfindung betrifft einen Druckaufnehmer mit einer auf einer Seite von dem aufzunehmenden Druck beaufschlagbaren, an einem Aufnehmergehäuse eingespannten Membran, die auf ihrer druckabgekehrten Seite mit Dehnungsmessstreifen bestockt ist, mit einem auf der druckabgekehrten Seite der Membran angeordneten überlastanschlag. Der zulässige Überlastbereich herkömmlicher Druckaufnehmer zur Messung hydraulischer Drücke liegt im allgemeinen etwa beim doppelten Messbereichsenddruck. Wenn ein höherer Druck auftritt, kann es zu einer plastischen Verformung oder schliesslich sogar zu einem Bruch der als Messglied dienenden Membran kommen. In hydraulischen Anlagen treten häufig Druckspitzen auf, die ein Mehrfaches des zu messenden Betriebsdrucks betragen. Derartige Druckspitzen werden insbesondere bei Schaltvorgängen von Magnetventilen ausgelöst. Druckaufnehmer, deren Oberlastbereich beim doppelten Messbereichsenddruck liegt, der wiederum zur Erzielung einer möglichst hohen Messgenauigkeit nach dem zu erwartenden Betriebsdruck ausgelegt ist, werdenin vielen Fällen durch die auftretenden hohen Druckspitzen beschädigt. Um eine solche Beschädigung des Druckaufnehmers zu verhindern, muss der Nenndruck, d.h. der Mess- bereichsenddruck, ein Mehrfaches des zu messenden Betriebsdrucks betragen. Die Genauigkeit einer Messung nimmt jedoch umso stärker ab, je kleiner das Verhältnis der Messgrösse zum Messbereichsenddruck des Messgerätes ist, so dass in diesen Fällen eine geringere Messgenauigkeit in Kauf genommen werden muss. Um eine Erhöhung des Überlastbereichs zu erreichen. ist es bekannt, den mittleren Teil der Membran bei Überlast an einem ringförmigen Überlastanschlag abzustützen. Die Dehnungsmessstreifen sind jedoch nicht an der Membran, sondern an einem gesonderten Messglied angebracht. Die Bewegung der Membran wird durch einen zentrischen Stift auf das Messglied übertragen. Dies bedingt einen verhältnismässig hohen Bauaufwand (US-PS 3o 22 572). Bekannt ist auch, auf der druckabgekehrten Seite der Membran über ihre gesamte frei zugängliche Fläche ein sogenanntes Membranbett anzuordnen, an das sich die Membran bei Überlastung flächig anlegt (DE-OS 2o 52 515). Ein solcher Überlastanschlag ist jedoch nicht brauchbar, wenn die Dehnungsmessstreifen unmittelbar auf der Membran, und zwar auf deren druckabgekehrten Seite angebracht werden. Ein Über- lastanschlag in Form eines Membranbetts kann daher nur bei Dehnungsmessstreifen-Druckaufnehmern von verhältnismässig aufwendigem Aufbau verwendet werden, bei dem ein mit der Membran verbundener Stift die zu messende Kraft auf ein gesondertes Messglied überträgt. Diese Bauform eignet sich jedoch nur zur Messung von kleinen Drücken. Bei grösseren Drücken wird die Beanspruchung der Membran selbst zu gross, so dass der Weg für das nachgeschaltete Messglied nicht mehr ausreicht, um ein ausreichend grosses Signal zu erzeugen. Bei einem bekannten Druckaufnehmer der eingangs genannten Gattung ist die Membran kreisringförmig ausgeführt; sie ist mit einem starren Mittelteil verbunden, das bei Über- lastung am Überlastanschlag zur Anlage kommt. Da die Dehnungsmessstreifen nur auf der kreisringförmigen Membran angebracht sind, nicht jedoch auf dem starren Mittelteil, ergeben sich durch die Berührung mit dem Überlastanschlag zwar keine Schwierigkeiten, bei sehr grossen Drücken, beispielsweise über loo bar, wie sie häufig in hydraulischen Anlagen auftreten, ist jedoch ein verhältnismässig grosser Membrandurchmssser erforderlich, um die gewünschte Messgenauigkeit zu erreichen (DE-OS 26 11 494). Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Druckaufnehmer der eingangs genannten Gattung so auszubilden, dass bei hoher Überlastbarkeit gleichwohl eine hohe Messempfindlichkeit ohne Vergrösserung des Membrandurchmessers erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Membran eine auch in ihrem Mittelteil mit Dehnungsmessstreifen bestückte Kreisplatte ist, und dass der Überlastanschlag eine in einem Innengewinde des Aufnehmergehäuses spielfrei geführte Anschlagschraube ist, deren dem Mittelteil der Membran zugekehrte Stirnfläche mit einer elektrischen Isolierschicht versehen ist. Die Anschlagschraube kann so eingestellt werden, dass die Membran bei einem vorgegebenen Druck oberhalb des Messbereichenddrucks die Stirnfläche der Anschlagechraube berührt. Übersteigt der Druck diesen vorgegebenen Wert, so wird die Membran an der Stirnfläche der Anschlagschraube abgestützt. Je grösser der Druck wird, umso grösser wird die Berührungsfläche zwischen der Membran und der Sirn- fläche der Anschlagschraube, so dass sich die Überlast- Schutzwirkung mit zunehmendem Druck erhöht. Dadurch erhöht sich die Beanspruchung der Memban mit zunehmendem Druck nur noch gringfügig. Die an der Stirnfläche der Anschlagschraube angeordnete, elektrisch isolierende Schicht verhindert eine Beeinträchtigung oder Beschädigung der im Mittelteil der Membran angeordneten Dehnungsmessstreifen durch eine metallische Berührung mit der Anschlagschraube. Die verhältnismässig dünne Isolierschicht beeinträchtEt die Steifigkeit und Tragfähigkeit des Überlastanschlags nicht, sie verhindert jedoch eine Berührung zwischen den Dehnungsmessstreifen und der metallischen Oberfläche der Anschlagschraube. Zweckmässigerweise wird die Anschlagschraube durch eine sich am Aufnehmergehäuse abstützende Druckfeder im Innengewinde axial spielfrei geführt. Die Flanken des Gewindes der An schlagsohraube werden dabei gegen diejenige Flankenseite des Innengewindes gedrückt, von der auch die Betriebsbeanspruchung bei Überlast aufgenommen werden muss. Dadurch beeinträchtigt das mögliche Gewindespiel die Einstellgenauig- keit des Überlastanschlags nicht. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das die Anschlagschraube aufnehmende Innengewinde in einer Traverse des Aufnehmergehäuses angeordnet ist. Mit sehr einfachen konstruktiven Mitteln wird hierdurch eine sehr tragfähige Abstützung der Anschlagschraube im Aufnehmergehäuse erreicht. Eine Durchmesservergrösserung gegenüber Ausführungsformen mit starrem Membranmittelteil wird vermieden. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Druckaufnehmer mit einstellbarem Überlastanschlag und Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1. An der Stirnfläche eines angenähert hohlzylindrischen Aufnehmergehäuses 1 ist eine als Messglied wirkende Membran 2 angebracht, die die Form einer Kreisplatte hat. Ein von den Rändern der Membran 2 nach oben ragender, umlauf ender Rand 3 ist am Aufnehmergehäuse 1 mittels einer Löt- oder Schweissverbindung 4 angebracht. Das Aufnehmergehäuse 1 trägt an seiner Aussenseite ein Aussengewinde 5, mit dem es in einer hierzu bestimmten (nicht dargestellten) Gewindebohrung einer Hydraulikanlage od. dgl. eingeschraubt werden kann. Der zu messende Druck steht dann auf der Aussenseite der Membran 2 an. An der druckabgekehrten Innenseite der Membran 2 ist eine aus Dehnungsmessstreifen 3, 7 bestehende Dehnungsmessstreifen-Rosette angebracht, von deren Anschlusskontakten 8 elektrische Leitungen 9 zur (nicht dargestellten) Auswerteschaltung des Messgeräts führen. Das Gerät dient zur Messung hydraulischer Drücke. In einer Gehäusebohrung 1o des Aufnehmergehäuses 1 ist eine damit einstückig ausgeführte Traverse 11 angeordnet, die Bohrungen 12 für die Leitungen 9 aufweist. Zentrisch in der Traverse 11 ist eine Bohrung mit Innengewinde 13 angeordnet, das eine Anschlagschraube 14 aufnimmt. Die Stirnfläche 15 der Anschlagschraube 14 ist mit einer elektrischen Isolierschicht 16 versehen und liegt im Ruhezustand in einem vorgegebenen Abstand auf der druckabgekehrten Seite der Membran 2. Dieser Abstand ist durch Verdrehen der Anschlagschraube 14 einstellbar. Eine zwischen der Traverse 11 und dem Kopf der Anschlagschraube 14 angeordnete Druckfeder 17 führt die Anschlagschraube 14 spielfrei im Innengewinde 13. Wenn die Membran 2 an ihrer Aussenseite mit dem zu messenden Druck beaufschlagt wird, wölbt sich die Membran 2 nach innen. Die dabei auftretende Längenänderung der Dehnungsmessstreifen 6, 7 wird in ein elektrisches Messsignal umgesetzt. Überschreitet der auf der Membranaussenseite anstehende Druck einen vorgegebenen Wert, der oberhalb des Nenndrucks des DruckauRnehmers liegt, so stützt sich die Membran 2 an der Stirnfläche 15 der Anschlag schraube 14 ab. Dabei kommt es zu einer Berührung zwischen den Dehnungsmessstreifen 7 und der Isolierschicht 16, wodurch eine Beschädigung oder sonstige Beeinträchtigung der Dehnungsmessstreifen 7 verhindert wird. Der Druck, bei dem sich die Membran 2 an der Anschlagschraube 14 abstützt, kann durch Verdrehen der Anschlagschraube 14 genau eingestellt werden. Die Oberflächenrauhigkeit der Stirnseite 15 der Anschlagschraube 14 wird möglichst klein gewählt, um auch bei sehr dünner Isolierschicht 16 eine ausreichende Funkionssicher- heit des Überlastanschlags zu erreichen.

Claims: Druckaufnehmer mit einer Membran und einem Überlastan- schlag Patentansprüche: 1. Druckaufnehmer mit einer auf einer Seite von dem aufzu nehmenden Druck beaufschlagbaren, an einem Aufnehmerge häuse eingespannten Membran, die auf ihrer druckabgekehr ten Seite mit Dehnungsmessstreifen bestückt ist, mit einem auf der druckabgekehrten Seite der Membran angeordneten Überlastanschlag, dadurch gekennzeichnet, dass die Mem bran (2) eine auch in ihrem Mittelteil mit Dehnungsmess- streifen (7) bestückte Kreisplatte ist und dass der Über- lastanschlag eine in einem Innengewinde (13) des Auf nehmergehäuses (1) spielfrei geführte Anschlagschraube (14) ist, deren dem Mittelteil der Membran (2) zugskehr- te Stirnfläche (15) mit einer elektrischen Isolier schicht (16) versehen ist. 2. Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagschraube (14) durch eine sich am Auf nehmergehäuse (1) abstützende Druckfeder (17) im Innen gewinde (13) axial spielfrei geführt wird. 3. Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Anschlagschraube (14) aufnehmende Innenge winde (13) in einer Traverse (11) des Aufnehmergehäuses (1) angeordnet ist.

Inventors: PLAPP, KARLHEINZ, DIPL.-ING.
Applicants: HOTTINGER BALDWIN MESSTECHNIK GMBH
Application year: 1982
Main classification: G01L19
IPC codes: G01L19, G01L9