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Einrichtung für die Umformung des Meßwerts in Gestalt einer mechanischen
Auslenkbewegung in den Druck eines gasförmigen Mediums Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung für die Umformung des Meßwerts in Gestalt einer mechanischen Auslenkbewegung
in den Druck eines gasförmigen Mediums, z. B. von Luft, welche ein bekanntes pneumatisches
Steuersystem mit beweglicher Düse und beweglicher Prallplatte benutzt, bestehend
aus einem festen Rahmen, auf welchem sich ein elastisches, auf den Druck des gasförmigen
Mediums empfindliches Element befindet, z. B. eine Wellblechdose sowie eine Feder
vorgesehen ist, welche beiden Elemente mit ihrer Kraft gemeinsam im entgegengesetzten
Sinn auf einen Arm eines zweiarmigen winkligen Schwenkhebels wirken, welcher auf
dem Rahmen schwenkbar gelagert ist.
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Diese zur Umformung einer durch die mechanische Bewegung ausgedrückten
Größe auf einen proportionalen Wert des gasförmigen Mediums dienende Einrichtung
kann z. B. bei Regelgeräten zur Umwandlung von zu messenden physikalischen Größen
auf einen proportionalen Wert des Luftdruckes verwendet werden.
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Die bisher bekannten Ausführungen solcher Umformer enthalten komplizierte
Hebelmechanismen, die in die Funktion des Gerätes Unempfindlichkeiten, Hysteresen
und Unlinearitäten einführen. Die Einstellung solcher Umsetzer erfolgt durch Änderung
der Hebelarme der erwähnten Hebelmechanismen. Sie ist schwierig, der Umsetzer kann
während der Einstellung seine Funktion nicht richtig erfüllen. Es sind Ausführungen
bekannt, bei denen gegen die Kraft des auf den Druck des gasförmigen Mediums empfindlichen
elastischen Elementes, z. B. einer Wellblechdose oder einer Membran, die Kraft einer
Druckfeder direkt wirkt. In solchen Fällen ist die Einstellung des Umsetzers durch
Änderung der Steifigkeit der Gegenfeder sehr unvorteilhaft, da es notwendig ist,
für diesen Zweck die Gegenfeder herauszunehmen und die Anzahl der aktiven Windungen
zu ändern.
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Bei einem bekannten Umformer ist sowohl die Prallplatte als auch die
Düse beweglich. Diese bekannte Einrichtung weist jedoch ebenfalls Nachteile in Form
von Unlinearitäten, Hysteresen und Unempfindlichkeiten auf. Unlinearitäten und Hysteresen
treten immer dann auf, wenn die Prallplatte nicht gleichen Abstand von der Düse
während der Meßbewegungen des Systems behält oder wenn die Prallplatte nicht ihre
senkrechte Stellung gegenüber der Strahlrichtung der Düse behält.
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Bekannte Umformer besitzen ein von außen eine mechanische Auslenkung
einführendes Element, welches diese Auslenkung bloß bei einer bestimmten Richtung
im Hinblick auf den Umsetzer einzuführen znläßt. Bei der Umwandlung der Auslenkung
einer anderen Richtung ist es nötig, den ganzen Umsetzer in die entsprechende Richtung
zu verdrehen. Demgegenüber läßt der erfindungsgemäße Umsetzer die Einführung mechanischer
Auslenkungen beliebiger Richtungen in der Ebene der Verschwenkungen des Abtasthebels
zu.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen,
bei der die beiden Bedingungen des gleichmäßigen Abstandes von Prallplatte und Düse,
und der senkrechten Lage der Prallplatte zur Düsenstrahlrichtung erfüllt sind, so
daß Unlinearitäten und Hysteresen sowie Unempfindlichkeiten vermieden sind.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß auf dem zweiten Arm
des zweiarmigen Schwenkhebels fest die Düse und drehbar eine zur Ebene der Ausschwenkungen
des zweiarmigen Hebels senkrechte Welle in geringer Entfernung von der Auslenkachse
des zweiarmigen Hebels gelagert ist, wobei die Prallplatte und ein Abtasthebel mit
der letztgenannten Welle fest verbunden sind. Bei der vorliegenden Erfindung ist
es gewährleistet, daß Prallplatte und Düse bei den verschiedensten Meßdrucken im
statischen Zustand gleichen Abstand haben und daß die Prallplatte beständig senkrecht
zur Strahlrichtung der Düse geführt ist.
Hierbei wird für die Umformung
einer mechanischen Auslenkung in den Druck eines gasförmigen Mediums ein bekanntes
pneumatisches Steuersystem mit Düse und Prellplatte benutzt. Die Einrichtung besteht
aus einem festen Rahmen, auf welchem sich ein elastisches auf den Druck des gasförmigen
Mediums empfindliches Element, z. B. eine Wellblechdose, sowie eine Feder befindet.
Diese beiden Elemente wirken mit ihrer Kraft gemeinsam auf einen Arm eines zweiarmigen
Schwenkhebels, jedoch gegenseitig im entgegengesetzten Sinne. Der zweiarmige Schwenkhebel
ist auf dem Rahmen schwenkbar gelagert, und auf seinem zweiten Arm ist eine Düse
und ein Lager für eine zur Ebene der Ausschwenkungen des zweiarmigen Schwenkhebels
senkrechte Welle fest gelagert. Mit dieser Welle ist die Prellplatte und der Abtasthebel
fest verbunden, der z. B. vermittels einer Zugstange mit dem beweglichen Teil der
Einrichtung, z. B. des Meßsystems, sich in Verbindung befindet, dessen Auslenkung
in den Druck des gasförmigen Mediums umgesetzt wird. Es ist vorteilhaft, die Entfernung
a der Wellenachse von der Drehachse des zweiarmigen Schwenkhebels im Verhältnis
zu der kleinsten senkrechten Entfernung R.1" der Zugstange von der momentanen Drehachse
des zweiarmigen Schwenkhebels sehr klein zu wählen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und im weiteren beschrieben. Der Tragteil des Umsetzers ist ein fester Rahmen
1,
welcher zur Befestigung der übrigen Elemente dient. An dem Rahmen 1 ist
ein zweiarmiger winklig gestalteter Schwenkhebel 2 mit den Armen 21 und 22, um eine
feste waagerechte Achse 3, oder in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Weise
mit Hilfe von elastischen Bändern schwenkbar gelagert. Auf den Arm 21 des zweiarmigen
Schwenkhebels 2 wirkt eine Wellblechdose 4 mit einer dem Druck p" von aus einem
pneumatischen Verstärker 5 heraustretender Luft proportionalen Kraft. Das Moment
dieser dem Druck p" proportionalen Kraft wird durch das Moment der Kraft einer Zugfeder
6 ausgeglichen. Auf dem Arm 22 des Ausschwenkhebels 2 ist eine Düse 7 mit zu diesem
Arm senkrechter Strahlrichtung befestigt. An dem Arm 22 sind in Höhe der Achse 3
Lager 8 für die Drehlagerung einer Welle 9 vorgesehen, die senkrecht zur Ebene des
winkligen Schwenkhebels 2 ist. Mit der Welle 9 ist eine Prellplatte 10, welche
bis zur Düse 7 reicht und sie schließen kann, fest verbunden. Die Welle 9 ist vermittels
eines Abtasthebels 11, mit welchem sie lösbar, z. B. vermittels -einer Schraube
17, verbunden ist, verdrehbar.- Der Abtasthebel ist derart angeordnet, daß es möglich
ist; demselben die umzuwandelnde mechanische Ausschwenkbewegung zuzuführen. Er hat
Anschlußstellen, z. B. Löcher 12, für das Anschließen einer Zugstange 13 des Meßsystems.
Die Entfernung der Zugstange 13 von der Achse 3 des zweiarmigen Schwenkhebels 2
ist mit R bezeichnet. Die mechanische Auslenkung wird durch die Verlagerung der
Zugstange 13 in ihrer Längsrichtung 31 oder 32 herbeigeführt. Es ist möglich, den
Abtasthebel 11 an der Welle 9 entweder parallellaufend mit Aren 21. des zweiarmigen
Hebels 2, wie veranschaulicht, zu befestigen, oder so, daß der Abtasthebel 11 mit
diesem Arm des zweiarmigen Schwenkhebels 2 einen beliebigen Winkel in der Ebene
der Verschwenkungen dieses zweiarmigen Hebels 2 bildet. Der Winkel zwischen dem
Abtasthebel 11 und der Zugstange 13 soll bei einer mittleren Auslenkung des
Abtasthebels 11 wenigstens annähernd 90° betragen.
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Damit die Wirkungsweise des Umformers unabhängig von der gegenseitigen
Lage des Abtasthebels 11 und des zweiarmigen Schwenkhebels 2 ist, wäre es nötig,
daß die Achse der Welle 9 mit der Drehachse 3 des zweiarmigen Schwenkhebels. 2 identisch
ist. Um die Konstruktion einfacher zu gestalten, ist es jedoch möglich, eine bestimmte
Entfernung a zwischen der Auslenkachse des zweiarmigen Schwenkhebels 2 und der Welle
9 in den Grenzen
- zuzulassen, wo R.in die kleinste senkrechte Entfernung der Zugstange 13 von der
Achse 3 des zweiarmigen Schwenkhebels 2 ist.
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Der vorliegende Umformer arbeitet gewöhnlich in Verbindung mit einem
an sich bekannten pneumatischen Verstärker 5. Der pneumatische Verstärker wird mit
gasförmigem Medium eines geeigneten Speisedruckes p" gespeist. Mit diesem Speisedruck
wird auch über eine Blende 18 die Düse 7 gespeist. Im Raum zwischen der Blende 18
und der Düse 7 wird in Abhängigkeit von der gegenseitigen Lage der Düse 7 und der
Prellplatte 10 der Steuerdruck pz eingestellt. Der Ausgangsdruck p" des Verstärkers
5 ist bei der dargestellten Verstärkertype dem Steuerdruck p1 annähernd gleich.
Es wird bloß die Durch-. flußmenge des gasförmigen Mediums verstärkt. Es können
aber auch andere. Verstärkertypen benutzt werden, die gegebenenfalls nicht nur die
Menge, sondern auch den Druck verstärken. In einfacheren Fällen, wo es nicht nötig
ist, das pneumatische Signal auf weite Entfernungen zu führen, genügt es jedoch,
bloß die Blende 18 und den Steuerdruck p, direkt als Ausgangsdruck zu verwenden.
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Die Auslenkung, d. h. Bewegung der Zugstange. 13
in ihrer Längsrichtung,
ändert vermittels des Abtasthebels 11 und der Welle .9 die Entfernung- der Prellplatte
-10 von der Mündung der Düse 7, wodurch sie mit Hilfe des Verstärkers 5 den Ausgangsdruck
p;, des Umsetzers einstellt. Das gasförmige Medium des Ausgangsdruckes p" wird in
die Wellblechdose 4 geführt und bewirkt eine Ausschwenkung des auf ihr abgestützten
zweiarmigen Schwenkhebels 2, die dem. Ausgangsdruck p,, proportional ist.
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Weil die Änderung der Entfernung der Prellplatte 10 von-der
Mündung der Düse 7 zur Einstellung des Ausgangsdruckes p" in vollem Umfang bloß
einige tausendstel- bis hundertstel Millimeter beträgt, während die umzusetzende
mechanische Bewegung der Zugstange 13 im Beispiel 6 mm ist, ist die durch den Ausgangsdruck
p" bewirkte Ausschwenkung des Hebels 2 sowohl dem Verdrehsinn als auch praktisch
der Größe nach der Ausschwenkung der Prellplatte 10 und des mit ihr verbundenen
Abtasthebels 11 gleich. Der Ausgangsdruck p,, ist also der Auslenkung der Zugstange
13 proportional, Es ist möglich, das. Umformverhältnis zwischen der mechanischen
Eingangsauslenkung und dem Ausgangsdruck p" einesteils durch Änderung der Entfernung
R der Zugstänge 13 von der Achse des zweiarmigen Schwenkhebels 2, anderenteils durch
Änderung der Steifigkeit der Feder 6 zu ändern. Die Steifigkeit der Feder 6 -wird
durch- die Änderung der Anzahl ihrer aktiven Windungen mit Hilfe einer Spannschraube
14.eingestellt, in welcher senkrecht zu ihrer Achse Stifte-15 vorgesehen sind, die
zwischen Nachbarwindungen der Feder 6 eingreifen. Durch
Drehen der
Spannschraube 14 bewegen sich die Stifte 15 im Sinne der Schraubenlinie der Windungen
und beschränken die Anzahl der aktiven Windungen der Feder 6 auf die Windungen,
die sich zwischen der Verbindungsstelle der Feder 6 mit dem zweiarmigen Schwenkhebel
2 und der Stifte 15 befinden.
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Die Spannschraube 14 ist auch in der Richtung ihrer Achse mit Hilfe
einer drehbaren Schraubenmutter 16 verschiebbar, wodurch der Anfangswert des Ausgangsdruckes
p,, des Umsetzers eingestellt wird.
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Der winkelförmige Schwenkhebel 2 kann mit Vorteil so ausgeführt werden,
daß jeder der Arme 21, 22 einen selbständigen Konstruktionsbauteil bildet und diese
beiden Teile vermittels Schrauben 19 zu einem Ganzen verbunden sind, wie in der
Zeichnung veranschaulicht ist. Wenn der eine Arm 22 abgenommen wird, verwandelt
sich der Hebel 2 in einen einarmigen Hebel, wenn hier in die Wellblechdose 4 das
pneumatische Eingangssignal geführt wird, wird eine mechanische Ausgangsschwenkung
des Hebels 2 gewonnen, welche dem Eingangsdruck proportional ist. Die Einrichtung
arbeitet dann wie ein bekannter Umsetzer des Druckes des gasförmigen Mediums in
eine mechanische Auslenkung.