DE1223571B - Einrichtung fuer die Umformung des Messwerts in Gestalt einer mechanischen Auslenkbewegung in den Druck eines gasfoermigen Mediums - Google Patents

Einrichtung fuer die Umformung des Messwerts in Gestalt einer mechanischen Auslenkbewegung in den Druck eines gasfoermigen Mediums

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DE1223571B
DE1223571B DEZ10445A DEZ0010445A DE1223571B DE 1223571 B DE1223571 B DE 1223571B DE Z10445 A DEZ10445 A DE Z10445A DE Z0010445 A DEZ0010445 A DE Z0010445A DE 1223571 B DE1223571 B DE 1223571B
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Vaclav Brozovsky
Miloslav Vandrovec
Zdenek Zidlicky
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ZD Y PRUMYSLOVE AUTOMATISACE O
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ZD Y PRUMYSLOVE AUTOMATISACE O
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B5/00Transducers converting variations of physical quantities, e.g. expressed by variations in positions of members, into fluid-pressure variations or vice versa; Varying fluid pressure as a function of variations of a plurality of fluid pressures or variations of other quantities
    • F15B5/003Transducers converting variations of physical quantities, e.g. expressed by variations in positions of members, into fluid-pressure variations or vice versa; Varying fluid pressure as a function of variations of a plurality of fluid pressures or variations of other quantities characterised by variation of the pressure in a nozzle or the like, e.g. nozzle-flapper system

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung für die Umformung des Meßwerts in Gestalt einer mechanischen Auslenkbewegung in den Druck eines gasförmigen Mediums, z. B. von Luft, welche ein 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 Organ, z. B. eine Wellblechdose befindet und eine Feder angeordnet ist, wobei das Organ und die Feder mit ihrer Kraft gemeinsam im entgegengesetzten Sinn auf einen Arm eines zweiarmigen winkligen Schwenkhebels wirken, welcher auf dem Rahmen schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zweiten Arm (22) des zweiarmigen Schwenkhebels (2) fest die Düse (7) und drehbar eine zur Ebene der Ausschwenkungen des zweiarmigen Hebels (2) senkrechte Welle (9) in geringer Entfernung von der Auslenkachse (3) des zweiarmigen Hebels gelagert ist, mit welcher Welle (9) die Prallplatte (10) und ein Abtasthebel (11) fest verbunden ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtasthebel (11) mit Welle (9) lösbar, z. B. vermittels einer Schraube (17), verbunden ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (6) mit einem Ende an dem zweiarmigen Schwenkhebel (2) und mit dem anderen Ende in einer Spannschraube (14) gehalten wird, in welcher senkrecht zu deren Achse Stifte (15), die zwischen die Nachbarwindungen der Feder (6) eingreifen in an sich bekannter Weise vorgesehen sind und daß die Spannschraube (14) mit ihrem Gewinde in einer drehbar im Rahmen (1) vorgesehenen Mutter (16) gelagert ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (22) des zweiarmigen Schwenkhebels (2) mit dem Arm (21) des zweiarmigen Schwenkhebels (2) mittels Schrauben (19) lösbar verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 207140; »Archiv für Technisches Messen«, B1. V 1124-11, Dezember 1962, S. 265 bis 268; Feingerätetechnik, H.12, 1960, S.547 bis 550; Regelungstechnik, H. 5, 1957, S.163; Instruments and Automation, Vol. 30, April 1957, S. 678 und 679.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT207140B (de) * 1958-07-28 1960-01-11 Siemens Ag Einrichtung zur Justierung der Zugkraftkennlinie von Schraubenfedern in Druckmeßgeräten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT207140B (de) * 1958-07-28 1960-01-11 Siemens Ag Einrichtung zur Justierung der Zugkraftkennlinie von Schraubenfedern in Druckmeßgeräten

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