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Regeleinrichtung mit radizierend oder quadrierend wirkendem Rechentrieb
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung mit einem radizierend oder quadrierend wirkenden Rechentrieb, die aus zwei vorzugsweise gleich langen und durch ein Gelenk verbundenen Hebeln besteht, deren eines Ende ortsfest, jedoch drehbar gelagert ist und deren anderes Ende frei auf einer den ortsfesten Drehpunkt schneidenden Geraden verschiebbar ist und bei der ein Indikator vorgesehen ist, der auf Relativverschiebungen des freien Endes oder des Gelenkpunktes anspricht. Bei einer solchen Anordnung ist die Verschiebung des freien Endes von der Strecklage der Hebel aus gerechnet, proportional dem Quadrat des Weges, den der
Gelenkpunkt, wieder von der Strecklage aus, hiebei zurücklegt.
Voraussetzung ist dabei, dass der Weg des
Gelenkpunktes ein bestimmtes Mass, verglichen mit der Hebellange, nicht überschreitet. Für praktische
Fälle genügt es, den Weg des Gelenkpunktes auf etwa 100/0 der Hebellänge zu begrenzen.
Es sind Rechentriebe mit einer Anzahl von Hebeln und Übertragungsgliedern bekannt, bei denen die
Winkelstellung eines Hebels oder die Verschiebung eines Zwischengliedes dem Quadrat oder der Quadrat- wurzel einer Eingangsgrösse proportional ist. Bei den bekanntenRechentrieben ist eine grosse Zahl von Hebeln und mechanischen Übertragungsgliedern vorgesehen, so dass sie konstruktiv verhältnismässig aufwendig sind. Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung verwendet demgegenüber einen sehr einfach aufgebauten Rechentrieb, bei dem zwei Hebel durch ein Gelenk verbunden sind und ein Indikator auf Relativverschiebungen des freien Hebelendes oder des Gelenkpunktes anspricht.
Gemäss der Erfindung hält der Indikator den Abstand einer entsprechend der zu radizierenden Eingangsgrösse verschiebbaren Fläche vom freien Ende dadurch konstant, dass die von ihm gesteuerte Hilfs- kraft in Richtung senkrecht zur Geraden durch die Hebelendpunkte die Auslenkungdes Gelenkpunktes nachsteuert, oder der Indikator hält den Abstand einer entsprechend der zur quadrierenden Eingangsgrösse verschiebbaren Fläche vom Gelenkpunkt konstant, indem die von ihm gesteuerte Hilfskraft den freien Endpunkt des Hebels nachstellt. Die neue Regeleinrichtung hat gegenüber den bekannten Rechentrieben den Vorteil, dass sie einfacher aufgebaut ist und eine höhere Genauigkeit der Anzeige besonders in der Nähe des Nullpunktes der zu radizierenden Grösse besitzt.
Die Regeleinrichtung gemäss der Erfindung ist besonders zur Radizierung von Messwerten geeignet, die in Form von Drücken vorzugsweise Wirkdruckwerten vorliegen. Zweckmässig wirkt der zu radizierende Druck dabei auf einen federgefesselten Balgenkörper ein. Für die Radizierung der Wirkdruckwerte ist dabei die Anwendung des Kraftwaagenprinzips besonders vorteilhaft. Hiezu wird gemäss der Erfindung der Weg des freien Hebelendes mittels einer Feder in eine proportionale Kraft umgewandelt. Die Feder und der zu radizierende Druck wirken dann in entgegengesetzten Richtungen auf die Kraftvergleichseinrich- tung, deren Ausschlag von dem die Hilfskraftsteuernden Indikator überwacht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Beispiel für die Anwendung einer elektrischen Hilfskraft, die von einem elektrischen Abgriff über einen Verstärker gesteuert wird. Nach Fig. 2 wirkt die zu radizierende Grösse als Druck auf einen federgefesselten Balgenkörper. Fig. 3 und 4 zeigen die Anwendung des Kraftwaagenprinzips. Die Anordnung nach Fig. 3 ist dabei zur Radizierung, die nach Fig. 4 zur Quadrierung eines Druckmesswertes geeignet.
Nach Fig. l sind die Hebel 1 und 2 durch ein Gelenk 3 verbunden und an der Stelle 4 ortsfest, jedoch drehbar gelagert. Das Ende 5 ist z. B. in einer Führung auf der Geraden 6 verschiebbar. Ausserdem ist am Hebelende 5 der eine Teil eines induktiven Indikators mit dem Magnetsystem 7 befestigt. Bei einer Ver-
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schiebung des Eisenankers 8 in Richtung der Pfeile 9 wird in bekannter Weise die Flussverteilung in den
Schenkel des induktiven Indikators geändert. Der Anker 8 wird von dem zu radizierenden Messwert in Richtung der Pfeile bewegt. Über den Verstärker 10 wird bei einer Abweichung des Ankers 8 aus der Mittellage zwischen den Schenkeln des Magnetsystems der Elektromotor 11 in der einen oder der andern Drehrichtung betätigt.
Mittels eines Zahnrades 12 und einer Zahnstange 13 bewegt sich dabei der Gelenkpunkt 3 senkrecht zur Geraden 6, bis das am Ende 5 befestigte Magnetsystem 7 mit seinen Schenkeln wieder symmetrisch zum Eisenanker 8 steht. Wenn das System in die Ruhelage zurückgekehrt ist, ist der Weg s, den der vom Messwert verstellte Anker 8 zurückgelegt hat, proportional dem Quadrat des Weges s, um den sich der Gelenkpunkt 3 aus der Strecklage der Hebel 1 und 2 entfernt hat.
An Stelle des induktiven Indikators können beliebige andere bekannte elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch wirkende Indikatoren verwendet werden.
Nach Fig. 2 wird ein zu radizierender Druckwert über die Leitung 15 einem Balg 14 zugeführt, dessen Ausdehnung infolge der Ringfeder 16 dem zugeführten Druck proportional ist. Am freien Ende 5 des Hebelsystems ist eine Ausströmdüse 17 befestigt, die dem als Prallplatte wirkenden Boden 18 des Balgenkörpers 14 gegenübersteht. Die Düse ist über eine flexible Leitung 19 an einen pneumatischen Verstärker 20 bekannter Bauart angeschlossen. Über den Ausgang 21 des Verstärkers wird der Balg 22 mit Druckluft beaufschlag, der wieder durch eine Ringfeder 23 gefesselt ist. Bei dieser Ausführung ist der sich im Balgenkörper 22 einstellende Druck dem Quadrat des Druckes im Balgenkörper 14 proportional.
Nähert sich beispielsweise der Boden 18 des Balgenkörpers 14 der Düse 17, so steigt der Druck in der Düse an, und über den Verstärker wird auch der Druck im Balgenkörper 22 entsprechend erhöht. Wegen der sehr steilen Charakteristik der Düse bleibt somit der Abstand zwischen dem Boden 18 und der Düse 17 innerhalb des Aussteuerungsbereiches konstant.
Für d : Radizierung von Drücken hat sich das Prinzip des Kraftvergleiches mit Hilfe einer Kraftwaage besonders bewährt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 greift der zu radizierende Druck über einen Balgenkörper 25 an einem im Punkt 26 drehbar gelagerten Hebel 27 der Kraftwaage an. Am Ende 28 wirkt auf den gleichen Hebel im entgegengesetzten Sinne eine Schraubenfeder 29, die am frei verschiebbaren Ende 5 des Hebelsystems 1, 2 befestigt ist. Dieses Ende 5 wird von einem bei 31 gelagerten Hebel 30 von verhältnismässig grosser Länge auf der Geraden 6 geführt. Der Hebelarm 27 der Kraftwaage, wirkt ausserdem als Prallplatte für die Düse 32, die von einem pneumatischen Verstärker 33 mit Pressluft beschickt wird.
An den Ausgang des Verstärkers 33 ist der Balg 34 angeschlossen, der sich infolge der ihn umgebenden Ringfeder 35 proportional dem Druck in seinem Inneren ausdehnt.
Die Anordnung nach Fig. 3 ist besonders geeignet, um Wirkdrücke zu radizieren und somit den dem Wirkdruck entsprechenden Durchflusswert unmittelbar anzuzeigen oder diesen mit Hilfe eines Reglers zu regeln. Der Wirkdruck wird hiebei dem Balg 25 zugeführt, und dem Balg 34 kann ein dem Durchfluss proportionaler Druckwert entnommen und durch einDruckmessgerät mit linearer Skala angezeigt werden. Bei einerWirkdruckänderung imBalg 25 ändert sich der Druck in der Düse 32, und über den Verstärker 33 wird der Druck im Balgenkörper 34 verändert. Der Gelenkpunkt 3 verschiebt sich, und die Feder 29 wird gespannt oder entspannt, bis sie auf den Hebelarm 27 das gleiche Drehmoment jedoch in entgegengesetztem Sinne ausübt, wie der Balg 25. In dieser Lage bleibt der Hebel 27 in Ruhe.
Wegen der steilen Charakteristik der Düse 32 ändert sich der Abstand des Hebelarmes von der Düse innerhalb des Aussteuerungsbereiches nur sehr wenig. Damit der beschriebene Transmitter ausreichend genau arbeitet, muss die Rückwirkung der Feder 29 auf den Balg 34 genügend klein gehalten, d. h. der Balg 34 z. B. über seine Feder 35 verhältnismässig stark gefesselt sein.
Fig. 4 zeigt praktisch die gleiche Anordnung für den Fall, dass ein Druckmesswert quadriert werden soll. Der entsprechende Eingangsmesswert wirkt dabei auf einen Balgenkörper 26', der den Gelenkpunkt 3 des Hebelsystems verschiebt. Die Ausströmdüse 32 steht wieder dem als Prallplatte wirkenden Hebel 27 gegenüber, jedoch wirkt nunmehr der vom Verstärker 33 abgegebene Ausgangsdruck auf denBalg 25. Dieser Druck ist dem Quadrat des Druckes im Balg 26'proportional, wenn das Drehmoment, das von der Feder 29 auf den Hebel 27 ausgeübt wird, den gleichen Wert wie das vom Balg 25 ausgeübte Drehmoment erreicht.
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