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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988008966A1
    申请号:PCT/DE1988/000276
    申请日:1988-05-07
    公开日:1988-11-17
    发明作者:Hans W. HÄFNER
    申请人:Pfister Gmbh；
    IPC主号:G01L27-00
    专利说明:
    [0001] DRUCKNORMAL
    [0002] Beschreibung :
    [0003] Die Erfindung betrifft ein Drucknormal gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    [0004] Aus dem Buch "Messen, Steuern und Regeln in der chemischen Technik", Herausgeber J. Hengstenberg, B. Sturm, 0. Winkler, dritte Auflage, Band I, Seiten 112 bis 117, Berlin 1980, sind Druckwaagen bekannt, bei denen ein zylindrischer Kolben durch eine Öffnung in einen geschlossenen, mit öl gefüllten Zylinder eintaucht, an den über eine .weitere Öffnung der Druck p anliegt. Der vertikal ausger chtete Kolben wird mit Gewichten belastet. Problematisch hierbei ist die Abdichtung des Kolbens in der Öffnung, da einmal keine Reibung auftreten darf und zum anderen keine Flüssigkeit austreten soll. Gewöhn¬ lich wird deshalb der Kolben vor dem Anlegen des Drucks in Rotation versetzt, was die Reibung vermindert. Durch radiales Einpressen von Luft oder Flüssigkeit in den Spaltraum kann die Reibung zwischen dem Kolben und dem Zylinder weiter reduziert werden. Ein weiteres Problem ergibt sich bei der Druckmessung in Gasen beim Übergang von der Flüssigkeit zum Gas, wobei spezieLLe Vorlagen geschaffen werden müssen, wenn es sich nicht um inertes Gas handelt. Selbst dann bereitet der Übergang von der Flüssigkeit zum Gas Probleme, da die Höhenposition des Kotbens im Zylinder nicht definiert ist. Es müssen deshalb An¬ schläge für eine übermäßige Bewegung des Kolbens sowohl nach oben als auch nach unten vorgesehen werden.
    [0005] Die DE-OS 35 14 911 beschreibt eine weitere Druckmeßeinrichtung zum Messen eines über ein gasförmiges Medium auf einen Kolben ausgeübten Drucks, wobei der Kolben in einem Zylinder dadurch praktisch reibungsfrei in Lagern geführt ist, daß die Lager unter Druck mit einer Flüssigkeit versorgt werden, wobei der Kolben auf eine Kraftmeßvorric tung wirkt. Die Lage rf tüss i gkei t, die in den das Gas enthaltenden Zylinderraum austritt, wird dabei geregelt entfernt. Bei einer alternativen Ausfüh rungsform wird den Lagern ein Gas unter Druck zugeführt, wobei in den Zylinderraum austretendes Lagergas zum Druckaufbau in einer mit dem Zytinderraum verbundenen Leitung verwendbar ist. Da die Kra tmeßvorrichtung praktisch weglos arbeitet, tritt auch praktisch keine Kolbenverschiebung auf und die Position des Kotbens spielt keine Rotte.
    [0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Ei ch-/Prüfei n- richtung anzugeben, deren Aufbau unter Einhaltung einer hohen Genauigkeit gegenüber bekannten Einric tungen erheblich vereinfacht wird.
    [0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Eich-/ Prüfei nr i chtung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patent¬ anspruchs 1.
    [0008] Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
    [0009] Die hydrostatische bzw. aerostati sehe Lagerung des Kotbens im Zylinder ist praktisch reibungslos, so daß keine Rotation des Kolbens erforderlich ist. Die Verwendung einer Flüssigkeit als LagerfLuid ist auf Grund der geregelten Abführung möglich. Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, dann wenn das Lager¬ fLuid zum Druckaufbau verwendet wird. Die bei der Erfindung verwendete Ni veaurege lung sorgt für eine exakte Höhenposition des Kolbens im Zylinder, so daß dieser weder am Boden anliegt, noch aus seinen Lagern nach oben geschoben werden kann.
    [0010] Weitere Merkmale und Vorteile der erf i ndungsgemäßen Eich-/Prüf- einrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus ührungsbei spi e len anhand der Zeichnung. Es z e i g en
    [0011] Fig. 1 eine PrinzipdarstelLung eines Gasdrucknormals teil¬ weise im Schnitt,
    [0012] Fig. 2 eine praktische Ausführungsform eines Gasdrucknormals auf der Basis des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und
    [0013] Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Gas- oder Flüssig- kei tsdrucknorma Is in besonders vere nfachter Aus- füh rung .
    [0014] Fig. 1 zeigt ein Gasdrucknormal 10 gemäß einer ersten Aus¬ führungsform der Erfindung mit einem auf einer Grundfläche abgestützten Zylinder 12, in dem ein Kotben 40 praktisch reibungslos geführt ist, der mit einer Eichmasse 46 belastbar ist. Im Inneren des Zylinders 12 bildet s-ich ein Druckraum 30, der mit Gas, insbesondere Luft gefüllt ist und über eine Lei¬ tung 48 einen Druck p an eine zu eichende bzw. zu prüfende Vorrichtung, etwa e ne DruckmeßzeLle (vgl. Fig. 2 und 3) anlegt. Der Druck wird im wesentlichen besti mt durch die Eichmasse 46 und die Fläche der unteren Stirnseite 16 des Kolbens 14.
    [0015] Die praktisch reibungslose Lagerung des Kolbens 14 in d'em Zylinder 12 erfolgt über hydrostatische Lager 20, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 31 43 919 oder 35 14 911 bekannt sind. Hierzu wird aus einem geschlossenen Tank 22 über eine Pumpe 24 und eine Zuführungs Lei tung 26 unter Druck eine Lager¬ flüssigkeit, etwa ein l, zugeführt. Ein Teil der Lagerflüssig¬ keit sammelt sich in Taschen 44. Es dringt jedoch auch Lager- ftüssigkeit in den unter der KoLbenfläche 16 liegenden Druckraum 30, der mit der Zeit von der Lagerflüss gkeit ausgefüllt würde, was zu einer Beeinträcht gung des Meßergebnisses führen würde. Es ist deshalb eine kontrollierte Rückleitung dieser Lager¬ flüssigkeit aus dem Druckraum 30 vorgesehen. Hierzu führt eine Leitung 32 vom Druckraum 30 in ein geschlossenes Auffanggefäß 34, das somit unter den gleichen Druck steht, wie der Druck¬ raum 30. Die Menge der Lagerflüssigkeit in dem Gefäß 34 wi rd nun ständig auf einem vorbestimmten Pegel gehalten. Hierzu ist eine Pege Ifes t ste L l vorr i chtung 36 vorgesehen, die bei¬ spielsweise die Form eines Schwimmers haben kann, dessen Position vorzugsweise optisch oder elektrisch festgestellt wi rd. Bei überschreiten eines bestimmten Pegels wi rd eine Regeleinrichtung 38 aktiviert, die ein Ent lee rungsvent i l 42 vorzugsweise über einen Motor 40 so Lange öffnet, bis der Lage rf l üs s i g ke i t s stand wieder unter den SoLlpegel abgesunken ist. Die Lagerflüssigkeit fließt zurück in den Tank 22, so daß sich ein geschlossenes System ergibt, bei dem kein Nach¬ fül len von Lage rf l üs s i gke i t erforderlich ist.
    [0016] Auf Grund der geregelten Abführung der Lage rf Lüs s i gkei t aus dem Druckraum 30 wi rd das unter Druck stehende Volumen nicht verändert, so daß sich eine hohe Genauigkeit ergibt. Es sei bemerkt, daß die Leitung 48 über den Boden des Zylinders 12 etwas übersteht, so daß keine Lage r l üss i gke i t in die Leitung 48 dringen kann.
    [0017] Durch Auflegen unterschiedlicher Eichmassen 46 werden exakt definierte Drucke erzeugt und an den Prüfling, etwa eine Druckmeßzelle gelegt, deren Anzeigewerte dann zur Erstellung der üblichen Eich- bzw. Prüfkurve dienen.
    [0018] Nachdem anhand von Fig. 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben wurde, sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die ein praxisnahes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen E i ch- /Prüfe i n r i chtung 50 in s c hemat i s c he r Ansicht zeigt. Die bereits anhand der Fig. 1 beschriebenen Elemente sind mit den gleichen Bezugs ze i c hen versehen und werden in diesem Zusammen¬ hang nicht näher erläutert.
    [0019] Zusätzlich zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist die Ei ch¬ bzw. Prüfe i n r i c h tung nach Fig. 2 einmal eine Ge ichtsausgleic s- Vorrichtung 54 und zum anderen eine Pos tionsregelung 70 auf.
    [0020] Die Ausg Lei chsei nri chtung 54 dient insbesondere dazu, das Gewicht des Kolbens 14 zu kompens eren. Obwohl hierfür verschiedene Vorri htungen in Frage kommen, ist als ein Bei¬ spiel ein ortsfest gelagerter zweiarmiger Hebel 56 gewählt, der an seinem einen Ende über einen Bügel 52 gelenkig mit dem Kotben 14 verbunden ist, während an seinem anderen Ende eine Ausgtei chmasse 58 angebracht ist, die bei fehlender Eichmasse 46 exakt e n Gleichgewicht herstellt.
    [0021] Fig. 2 zeigt ferner die zu eichende bzw. zu prüfende Druckme߬ zelle 60, die mit dem Druck auf Leitung 48 beaufschlagt ird. Für eine Grunde nstelLung kann von einer etwa mittels eines Motors M betriebenen Pumpe 64 Gas, insbesondere Luft bis zu einem Druck zugeführt werden, der mittels des Stellgliedes 62 einstellbar ist. Bei Erhöhung der Größe der Eichmassen 46 würde der Kolben 14 in den Zylinder 12 hineingedrückt werden, bis er schließlich am Stutzen der Leitung 48 anstößt. Um dies zu verhindern und eine exakte Position des Kolbens 14 im Zylinder 12 beizubehalten, ist an einer oberen Kante des Kolbens 14 eine passive Markierung oder ein optischer, magnetischer oder elektrischer Sender 80 vorgesehen, der mittels eines Sensors 78 abgetastet wird, der dem Sender 80 gegenüberstehend an einem Ansatz an der Oberkante des Zylinders 12 angebracht ist. Der Sensor 78 st mit einer Regelvorrichtung ausgestattet, die über eine elektrische Leitung 76 einen Motor 74 in der einen oder anderen Drehrichtung beaufschlagen kann, je nach_dem, ob der Kolben 14 zu hoch oder zu niedrig steht. Der Motor 74 bewegt ein Stellglied 72, das über eine Druckleitung 68 der Leitung 48 Gas, insbesondere Luft solange zuführt, bis der Kolben 14 seine exakte Position, also eine Nullposition erreicht hat. Auf diese We se wird der Kolben 14 bei Änderung der Eich¬ masse 46 wieder automatisch in d e richtige Position einge¬ stellt . Es sei daraufhinge iesen, daß beim Aus füh rungsbe i spi e l eine automatische Regelung 50 gezeigt ist. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Justierung des Kolbens 14 durch manuelle Betätigung des Stellgliedes 72 zu positionieren.
    [0022] Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem besonders einfachen Aufbau. Bei diesem Ausführungs¬ beispiel wi rd von dem Grundgedanken Gebrauch gemacht, daß das LagerfLuid für die hydrostatische oder aerostat i sehe Lagerung des Kolbens 14 in dem Zylinder 12 gleichzeitig als Druckmedium Verwendung findet. Das LagerfLuid kann in diesem Falle ein Gas oder eine Flüssigkeit sein, wobei das Gas den Vorzug hat, daß es die D ruc kmeßze l l e 60 nicht chemisch beeinträchtigt.
    [0023] Da bei diesem Ausführungsbeispiel keine Lage rf L üs s i gkei t geregelt abzuführen ist, fallen die in den Fig. 1 und 2 für diesen Zweck verwendeten Elemente weg, was den Aufbau erheblich vereinfacht.
    [0024] Bei diesem Ausführungsbeispiel einer Eich- bzw. Prüfeinrichtung 90 wi rd ein bestimmter Basisdruck über die motorbetriebene Pumpe 24 an die Lagerstellen gelegt. Auf Grund des Hi ndu rc h l ec kens des Lagerfluids durch die hydrostatischen bzw. ae rostat i s chen Lager füllt sich der Druckraum 30 mit LagerfLuid, so daß schließlich ein entsprechender Druck über Leitung 48 an den Prüfling, insbesondere die Druckmeßzelle 60 angelegt wi rd.
    [0025] über die Regelung 70 wi rd wiederum die exakte Positionierung des Kolbens 14 erreicht.
    [0026] Es sei darau hinge iesen, daß auch bei diesem Ausfüh ungsbeispiel eine Ge ichtsausgleichsvorrichtung 54 gemäß Fig. 2 verwendet werden kann .
    [0027] Abschließend sei daraufhingewiesen, daß es nicht genügt, in ein glattes öllager Luft unter Druck einzublasen, um eine Berührung des Kotbens mit der Zylinderwand bzw. m t deren Öffnung zu Bereits eine geringfügige Unsymmetπ'e einer aufgelegten Eich¬ masse 46 kann zum Anstoßen des Kolbens an der Zylinderwand füh ren .
    [0028] Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, besteht die erfindungsgemäße hydrostatische oder aerostatische Lagerung aus zwei vonein¬ ander in Abstand angeordneten Lagerringen 20a und 20b, zwischen denen sich eine ringförmige Tasche 44 befindet, die druckfrei ist, beispielswe se auf Grund einer Bohrung 45 (Fig. 3).
    [0029] Wie in Fig. 1 angedeutet, sind die Ausgänge der Leitung 26 an den Lagerringen 20a bzw. 20b mit Drosseln 21 versehen, die einen Vor- und Rückfluß von LagerfLuid bremsen. Dies bedeutet, daß bei einem eventuellen Neigen des Kotbens 14 der Spalt zwischen dem Kolben und der Lagerrinne unsymmetrisch wird, wobei dann an der engeren Stelle ein höherer Druck und an der weiteren Stelle ein niedrigerer Druck auftritt, der den Kolben wieder in senkrechte Position bringt.
    [0030] Zur weiteren Verbesserung der hydrostatischen Lagerung kann jede Lagerrinne 20a bzw. 20b nochmals in drei zueinander parallele Einzelrinnen aufgeteilt sein, die jeweils über Drosseln gespeist werden.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche:
    1. DrucknormaL mit einem Zylinder, durch dessen obere Öffnung ein Kolben möglichst reibungsfrei geführt ist, wobei zwischen der inneren Sti rnfläche des Kolbens und dem Boden des Zylinders ein Druckraum gebi ldet ist, aus dem über eine Leitung ein exakter Druck abgeleitet wird, welcher durch Belasten des Kolbens mit exakt definierten Kräften, insbesondere Auflegen von Eichmassen bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine exakt gleichbleibende Höhenposition des Kolbens (14) mittels einer Regelein¬ richtung (70) auch bei variierender Belastung des Kolbens (14) unter Zu- bzw. Abführen von Fluid zur Leitung (48) einge¬ halten wird.
    2. DrucknormaL nach Ans ruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ge i cht sausg L e i chsvo r r i cht ung (54) zur Kompensation des Gewichtes des Kolbens etc. vorgesehen ist.
    3. Drucknormal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) in dem Zylinder (12) hydrostatisch gelagert ist und die in den Druckraum (30) eintretende Lagerflüssigkeit geregelt entfernt wird.
    4. DrucknormaL nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (30) über eine Leitung (32) mit einem Sammel¬ gefäß (34) in Verbindung steht, in das in den Druckraum (30) austretende Flüssigkeit abläuft und daß der F Lüs s i gkei tspege l in dem Sammelgefäß (34) durch geregeltes Ableiten von FLüssigkeit konstant gehalten wi rd.
    5. Drucknormal nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Pege l st andsanzei ge (36) ein Ent Lee rungsvent i L (42) in seiner Durchlässigkeit geregelt wird.
    6. Drucknormal nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschlossener Vorratstank (22) für die Lagerflüssigkeit vorgesehen ist, aus der diese in die Lager C20) gepumpt wird und in die aus dem Druckraum (30) entfernte Lagerflüssigkeit geregelt abgelassen wird.
    7. Druckno mal nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (48) über den Boden des Zylinders (12) übersteht.
    8. DrucknormaL nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Druckraum (30) aus den hydrostatischen bzw. aerostati sehen Lagern (20) austretende LagerfLu d zum Druckaufbau in der Leitung (48) verwendet wird.
    9. DrucknormaL nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das LagerfLuid ein Gas st.
    10. Drucknormal nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß LagerfLuid eine Flüssigkeit ist.
    11. Drucknormal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze chnet, daß die Regeleinrichtung (70) einen Höhen¬ positionssensor (78, 80) mit nachgeschalteter Regelvor¬ richtung aufweist, die ein Stellglied (72, 74) zum Zu- und Abführen von Fluid zu bzw. von der Leitung (48) erregt.
    12. Drucknormal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine geregelte Druckzuführvorrichtung (62, 64) zum Aufbau eines Basisdruckes an die Leitung (48) angeschlossen ist.
    13. Drucknormal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatische bzw. aerostati sehe Lagerung aus zwei in Abstand zueinander angeordneten kreis¬ förmigen Lagerreihen besteht, die voneinander durch eine ringförmige Tasche (44) getrennt sind, welche annähernd druckfrei ist.
    14. DrucknormaL nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lagerreihe nochmals in mehrere zueinander parallel ve _ laufende, kreisförmige Lagerrinnen aufgetei lt ist.
    15. Drucknormal nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich¬ net, daß das LagerfLuid den Lagerreihen (20a, 20b) bzw. den Lagerrinnen über Drosseln (21 ) zugeführt wi rd.
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    优先权:
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