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Fühlereinrichtung Die Erfindung betrifft -eine Fühlereinrichtung mit
einem auf Änderungen einer veränderlichen Größe ansprechenden beweglichen Fühlerglied,
das mit einer Luftdüse zusammenwirkt, die mit einem Fühlerraum verbunden ist, an
den der die Rückführung bewirkende Hilfsbalg angeschlossen ist, wobei eine Stabilisierungseinrichtung
zur Herabsetzung der Schwingungen vorgesehen ist.
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Bei solchen Fühlereinrichtungen werden Änderungen in einem Zustand,
z. B. Änderungen einer physikalischen Größe, in Änderungen des Luftdrucks in einem
Fühlerraum umgewandelt, die das Wirksamwerden von Anzeige-, Registrier- und/oder
Steuermitteln über entsprechende zwischengeschaltete Elemente bewirken. Diese Fühlereinrichtungen
werden hierbei mit sogenannten Stabilisierungseinrichtungen versehen, die das Auftreten
von Schwingungen und das sogenannte Pendeln schon wegen der hiermit verbundenen
zusätzlichen großen Belastung für den Werkstoff vermeiden helfen sollen.
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Es sind Fühlereinrichtungen der obengannten Art bekannt, die zur Stabilisierung
mit einer Flüssigkeitsdämpfung versehen sind. Bei diesen bildet sich jedoch bei
schnellem Ansteigen oder Abfallen der Eingangskraft der Ausgangsdruck nicht sofort
in voller Höhe aus. Zur Vermeidung dieses Nachteils hat man auch schon die Verwendung
einer Drossel vorgeschlagen. Hier treten jedoch bei einer Verkleinerung des Drosselquerschnitts
über ein gewisses Maß hinaus wieder Schwingungen, diesmal mit großer Amplitude und
geringer Frequenz, auf. Man hat deshalb auch schon zur Drossel einen zusätzlichen
Faltenbalg parallel geschaltet. Bei dieser bekannten Anordnung sind somit insgesamt
zwei zueinander in Reihe geschaltete und somit in der gleichen Richtung wirkende,
z. B. sich gleichzeitig zusammenzichende oder ausdehnende Faltenbälge vorhanden,
von denen der Hauptbalg zur Rückführung und Stabilisierung dient und der Hilfsbalg
parallel zur Drossel geschaltet ist. Weil hier der Hilfsbalg eine entsprechend rasche
Reaktion des Hauptbalges bewirkt, spricht die gesamte Einrichtung beschleunigt an,
so daß insofern der Stabilisierungseinrichtung wieder entgegengewirkt wird. Ziel
der Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung ist die Fühlereinrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Hilfshalg ein Hauptbalg mechanisch gekuppelt
ist, dessen Druck mittelbar über den Druck im Fühlerraum entgegengesetzt zu dem
letzteren steuerbar ist.
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Beim Erfindungsgegenstand werden die bei Systemen der hier in Frage
stehenden Art infolge der Verzögerung zwischen der Änderung des Eingangssignals
und der entsprechenden Änderung des Ausgangssignals häufig auftretenden Schwingungen
oder Pendelungen um den Gleichgewichtspunkt vermieden. Da die beiden Bälge bei der
neuen Anordnung in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirken, versucht der
eine Balg sich bei Ausdehnung des anderen Balges zu verkürzen und umgekehrt, so
daß eine mit der Gegenkopplung in elektrischen Systemen vergleichbare Koppelung
der beiden Bewegungen stattfindet, durch welche die Schwingungen schnell und wirksam
gedämpft werden, und da außerdem der Hauptbalg über den Fühlerraum beeinflußt wird,
ergibt sich keine größere zeitliche Lücke zwischen dem Wirksamwerden der beiden
Bälge.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können darüber hinaus gewisse
Merkmale der Gesamteinrichtung leicht in geeigneter Weise abgeändert werden, so
daß man ohne weiteres durch Abstimmen der Größen der beiden Bälge aufeinander das
Gesamtsystein auf die hauptsächlich auftretenden Schwingungen und Pendelungen ausrichten
kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Fühlereinrichtung gemäß der Erfindung
in schematischer und perspektivischer Darstellung, Fig. 2 den I-Elfsbalg nach Fig.
1 in einem Schnitt gemäß der Linie II-II der Fig. 1 und
Fig.
3 den Hilfsbalg der Einrichtung nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung,
jeweils in vergrößertem Maßstab.
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Die in Fig. 1 dargestellte Fühlereinrichtung weist einen Flügel
21 auf, der an einem Hebel 22 befestigt ist, der im vorliegenden Beispiel als Zeiger
eines elektrischen Feinanzeigeinstrumentes, z. B. eines Millivoltmeters
23, ausgebildet ist und sich an einer geeigneten Skala 30 entlangbewegt.
In der Zeichnung sind von diesem Instrument lediglich eine auf Zapfen
25 und 26 drehbar gelagerte,- zwischen den Polen eines nicht dargestellteR-
permanenten Magneten angeordnete Spule 24,- und: - der Zeiger, 22 dargestellt.
An den beiden Zapfen 25 und 26 ist je eine Spiralhaarfeder
27 bzw. 28 befestigt, und die Spule 24 wird durch diese Federn in
einer vorbestimmten Stellung oder Nullstellung so lange gehalten, als durch sie
kein elektrischer Strom fließt. Ein solcher Strom kann durch ein Fühlerelement,
ein Thermoelement 29, erzeugt werden, das als Temperaturfühler gegebenenfalls
in einem nicht dargestellten Ofen angeordnet sein kann.
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Der Nachlaufmechanismus weist eine Austrittsdüse 31 und eine
Eintrittsdüse 32 auf, die axial aufeinander ausgerichtet und so angeordnet
sind, daß sie koaxial in bezug auf die Spule 24 drehbar sind. Sie werden von einem
Verbindungsstück 33 getragen, das auf Zapfen 34 und 35 drehbar angeordnet
ist und in einer bestimmten Richtung durch Federmittel, beispielsweise eine Spiralhaarfeder
36, unter Vorspannung steht. Ein Ende der vorgenannten Feder ist dabei mit
dem Zapfen 35 und das andere Ende mit seinem stationären Teil, wie beispielsweise
38, verbunden. Ein Draht 40 ist mit seinem einen Ende um das Verbindungsstück
33 herumgewunden und daran befestigt, während sein anderes Ende mit einem
starren Arm 67 fest verbunden ist.
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Der Austrittsdüse 31 wird Druckluft von einer geeigneten Druckluftquelle
über eine einen Druckminderer 41 aufweisende Leitung 39 und eine Leitung
42 zugeführt, und von der Austrittsdüse fließt zur Eintrittsdüse 32 ein Luftstrom,
soweit sich dem nicht der Flügel 21 widersetzt. Die Eintrittsdüse
32 ist mit der durch ein Diaphragma 46 abgeschlossenen Kammer eines Luftrelais
45 über Leitungen 43 und 44 verbunden. Das Diaphragma 46 spricht auf Änderungen
des innerhalb der Leitung 44 herrschenden Luftdruckes an, der durch die in die Eintrittsdüse
32 eintretende Luftmenge bestimmt ist. Zur Leitung und Steuerung des Luftstromes
zwischen der Eintritts-und der Austrittsdüse dient der Düsenträger 33.
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Das Luftrelais kann von üblicher Konstruktion sein und weist im vorliegenden
Beispiel eine Relaisaustrittsdüse 47 auf, die bei 48 drehbar gelagert ist und mit
dem Relaisdiaphragma 46 über eine Lasche L verbunden ist. Druckluft fließt der Relaisaustrittsdüse
47 üb#er eine einen Druckminderer 51 aufweisende Leitung 49 zu. Dabei steht
die der Relaisaustrittsdüse 47 zugeführte Luft vorzugsweise unter einem Druck von
der Größenordnung von mehreren 100 g(CM2, um eine entsprechende Betätigung der Rückführeinrichtung
einzuleiten, wie dies weiter unten des näheren beschrieben wird. Andererseits ist
der der Austrittsdüse 31 zugeführte Luftdruck sehr niedrig und von der Größenordnung
von höchstens 7,62 cm (3") Wassersäule, so daß unerwünschte Reaktionen zwischen
dem Luftstrom und dem von dem nur ein niedriges Drehmoment ausübenden Fühlergerät
getragenen Flügel auf ein Minimum reduziert werden.
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Mit der schwenkbaren Relaisaustrittsdüse 47 wirkt eine stationäre
Relaiseintrittsdüse 52 zusammen, die mit einem verhältnismäßig großen Hauptbalg
53 über eine Leitung 54 in Verbindung steht. Der Hauptbalg 53 ist
vorzugsweise aus Bronze oder einem anderen geeigneten, nichtrostenden Federmaterial
hergestellt, und sein Boden ist mit dem Oberteil eines kleineren, ähnlich gebauten
Hilfsbalges 56 über eine starre Verbindungslasche 57 verbunden. Der
Innenraum des Hilfsbalges 56 ist mit der Kammer des Luftrelais 45 über eine
einen Druckminderer 59 aufweisende Leitung 58 verbunden.
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Das Unterteil des Hilfsbalges 56 ist über eine Lasche
65 mit einem Kurbelarm 61 verbunden, der an einer in Lagern
63 und 64 drehbar angeordneten Welle 62 befestigt ist. Die Welle
62 kann ferner einen Registrierarm 66 tragen, der die Drehung der
Welle auf einem mit gleichmäßiger Geschwindigkeit sich drehenden Registrierblatt
registrieren kann. Die Welle 62 trägt außerdem einen starren Arm
67, der mit dem Verbindungsstück 33 über den Draht 40 verbunden ist
und diesen gegen die Vorspannung der Feder 36 betätigen kann.
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Im folgenden soll nun die Wirkungsweise des Systems beschrieben werden:
Es wird angenommen, daß das System im Gleichgewicht ist und sich dabei die vordere
Kante des Flügels 21 im wesentlichen in der Mitte des Luftstromes befindet, wie
dies in Fig. 2 dargestellt ist. Bei einer Bewegung des Zeigers 22 auf der Skala
nach unten, d. h. bei einer Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn, bewegt sich
der Flügel weiter aus dem Luftstrom heraus, so daß sich der Luftdruck in den Leitungen
43 und 44 und in der Luftrelaiskammer erhöht. Eine solche Erhöhung des Luftdruckes
ergibt einenAusschlag des Luftrelaisdiaphragmas nach oben, wodurch die Relaisaustrittsdüse
47 weiter der festen Relaiseintrittsdüse 52 zugeschwenkt wird und so ihre
Achsen in größere Übereinstimmung gebracht werden. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung
des Luftdruckes in der den Hauptbalg 53 umgehenden Kammer, wodurch eine Aufwärtsbewegung
des Hauptbalges erfolgt. Der Hilfsbalg 56 ist nur durch den Hauptbalg, und
zwar über die Verbindungslasche 57,
gehalten, und die Leitung 58 ist
so biegsam, daß die Bewegung des Hilfsbalges nicht behindert wird. Damit ergibt
eine Aufwärtsbewegung des Hauptbalges eine entsprechende Aufwärtsbewegung des Hilfsbalges,
und da der Hilfsbalg mechanisch mit der Welle 62
über die Lasche
65 und den Kurbelarm 61 gekuppelt ist, ergibt sich eine zwangläufige,
gegen den Uhrzeiger gerichtete, entsprechende Drehung der Welle entgegen der Vorspannung
der Feder 36. Die Drehung des Armes 67 übt einen Zug auf den Draht
40 aus, wodurch sich das Verbindungsstück 33 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht,
bis der Flügel 21 im wesentlichen in seiner Ausgang- oder Drosselstellung innerhalb
des Luftstromes, d. h. in einer neuen Gleichgewichtsstellung, angekommen
ist.
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Eine Bewegung des Zeigers 22 in Aufwärtsrichtung auf der Skala ergibt
eine umgekehrte Betätigung, so daß der Arm 67 und der Draht 40 eine Drehung
im Uhrzeigersinn der miteinander ffuchtenden Düsen in Abhängigkeit vom Zeigerausschlag
hervorruft. Um eine Bewegung des Flügels 21 über den Luftstrom hinaus bei einem
Ausschlag des Zeigers in Aufwärtsrichtung
auf der Skala zu verhindern,
ist ein Anschlag 55 an der Eintrittsdüse 32 angeordnet.
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Bezüglich des Haupt- und Hilfsbalges sei darauf hingewiesen, daß die
Verbindungslasche 57 mit dem unteren Ende des Hauptbalges 53 und mit
dem oberen Ende des Hilfsbalges 56 verbunden ist; mit anderen Worten, der
Hilfsbalg ist in Wirklichkeit am Hauptbalg aufgehängt. Infolgedessen ergibt ein
Zusammenfallen des Hauptbalges 53 (Aufwärtsbewegung) eine anfängliche leichte
Ausdehnung des Hilfsbalges 56,
während eine Ausdehnung des Hauptbalges
53 (Ab-
wärtsbewegung) zu einem anfänglichen Zusammenziehen des Hilfsbalges
56 führt. Eine derartige anfängliche Bewegung des Hilfsbalges ändert den
Luftdruck in der Luftrelaiskanuner, und dieser Druck ist umgekehrt gerichtet zu
dem Druck, der durch die Änderung des Luftdruckes in der Leitung 44 hervorgerufen
wird, wobei die Größe der Luftdruckänderung von der Bewegungsgeschwindigkeit des
Hauptbalges abhängt. Wenn also angenommen wird, daß der Flügel 21 sich weiter aus
dem Luftstrom herausbewegt, so erhöht sich der Luftdruck in der Relaiskammer, wodurch
eine Aufwärtsbewegung des Hauptbalges 53 entsteht. Eine solche Aufwärtsbewegung
erzeugt eine anfängliche leichte Ausdehnung des schwimmend aufgehängten Hilfsbalges
56, und die Erhöhung des Innenraumes des Hilfsbalges ergibt eine entsprechende
Abnahme des Druckes in der Relaiskammer. Es ergibt sich hieraus also, daß der Hilfsbalg
eine Rückkopplungswirkung ausübt, wenn die erste Gleichgewichtsstörung des Systems
auftritt. Eine solche Rückkopplung verhütet ein Pendeln des Systems um den Gleichgewichtspunkt.
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In Fig. 3 ist die Konstruktion des Hilfsbalges 56
und
der zugehörigen Teile schaubildlich dargestellt. Die Verbindungslasche
57, die in Fig. 1 lediglich schematisch gezeigt ist, weist hier ein
Glied von U-förnüger Gestalt mit zwei im Abstand von der Seite des Balges angeordneten
Armen 68 und 69 und ein im Abstand vom Boden des Balges angeordnetes
Mittelstück 70 auf. Die oberen Enden der Arme 68
und 69 sind
nach innen umgebogen und beispielsweise durch Löten mit der Oberfläche des Balges
verbunden. Eine mit einer Spitze versehene Welle 57' ist mit dem Mittelstück
70 starr verbunden. Ein ähnliches U-föriniges Glied ist umgekehrt zu dem
vorgenannten Glied angeordnet und besitzt zwei im Abstand von der Seite des Balges
angeordnete Arme 71 und 72
und ein im Abstand vom Oberteil des Balges
vorgesehenes Mittelstück 73. Auch dieses zweite Glied ist mit seinen Schenkelenden
nach innen gebogen, doch sind diese nunmehr am Boden des Balges angelötet. Die mit
einer Spitze versehene Welle 65 ist mit dem Mittelstück 73 fest verbunden
und fluchtet mit der entgegengesetzt angeordneten Welle 57.
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In dem vorbesehriebenen System ruht die untere Welle 57' des
Hilfsbalges in einem geeigneten, nicht dargestellten Lager, das am Boden des Hauptbalges
angeordnet ist, und die obere Welle ist in ähnlicher Weise in einem geeigneten Lager
gelagert, das von der Nachlaufeinrichtung des Systems, beispielsweise dem mit der
Welle 62 verbundenen Arm 61 (Fig. 1),
getragen ist. Der Hilfsbalg
kann deshalb als mechanische, schwimmende Kupplung zum Kuppeln des Hauptbalges und
der Nachlaufeinrichtung betrachtet werden. Im Hinblick auf die Gegenwirkung, die
auf die Lasche 65 durch die Nachlaufeinrichtung ausgeübt wird, führt eine
plötzliche Aufwärtsbewegung der unteren Welle 57' zu einer anfänglichen leichten
Ausdehnung des Hilfsbalges, wodurch der Luftdruck im Hilfsbalg, in der Leitung
58 und in der Luftrelaiskammer sinkt, wie dies bereits beschrieben ist.