DE1245158B - Mechanische Abtastvorrichtung - Google Patents

Mechanische Abtastvorrichtung

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DE1245158B
DE1245158B DE1964E0027957 DEE0027957A DE1245158B DE 1245158 B DE1245158 B DE 1245158B DE 1964E0027957 DE1964E0027957 DE 1964E0027957 DE E0027957 A DEE0027957 A DE E0027957A DE 1245158 B DE1245158 B DE 1245158B
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Germany
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DE1964E0027957
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English (en)
Inventor
Heinrich Arns
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Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/0023Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm with a probe suspended by a wire or thread

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Description

  • Mechanische Abtastvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Abtastvorrichtung mit einem frei hängenden, von einer Trommel abspulbaren und am Ende mit einem Gewicht belasteten Seil, das über eine am Ende eines schwenkbar gelagerten Hebels angeordnete Umlenkrolle geführt ist, wobei der Hebel durch eine Gegenkraft derart im Gleichgewicht gehalten ist, daß er eine Entlastung des Seilendes durch eine Schwenkbewegung anzeigt.
  • Das am unteren Ende des frei hängenden Seils angebrachte Gewicht kann eine Aufsetzplatte, ein Schwimmer, eine Sonde od. dgl. sein. Wenn dieses Gewicht beim Abspulen des Seils auf ein Hindernis trifft, beispielsweise einen Flüssigkeitsspiegel oder die Oberfläche eines Schüttguts, wird infolge der Gewichtsentlastung das Gleichgewicht des Hebels plötzlich gestört, so daß dieser eine Schwenkbewegung ausführt. Diese Schwenkbewegung kann zur Betätigung von Anzeigevorrichtungen oder für Steuer- oder Regelzwecke ausgenutzt werden. Die Höhe des Hindernisses ist dabei aus der Länge des abgespulten Seils erkennbar. Eine solche Abtastvorrichtung kann also zum Messen oder Regeln der Höhe von Füllgütern oder ähnliche Zwecke Verwendung finden.
  • Ein wesentliches Problem besteht jedoch dann, daß die auf den Hebelarm einwirkende Kraft nicht allein durch das am unteren Ende des Seils angebrachte Gewicht, sondern auch durch das Gewicht des Seils selbst bestimmt ist. Das Gewicht des Seils hängt aber von der Länge des abgespulten Seilabschnitts ab. Die auf den Hebel einwirkende Kraft ist also von dieser Länge abhängig. Der Gleichgewichtszustand kann daher im allgemeinen nur für eine bestimmte Seillänge eingestellt werden. Dies ist insbesondere für empfindliche Abtastvorrichtungen oder in Fällen. wo das Seil im Vergleich zu dem angehängten Gewicht sehr schwer ist oder eine sehr große Länge erreichen kann, als beträchtlicher Nachteil anzusehen.
  • Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung der angegebenen Art, bei der eine selbsttätige Kompensation des Seilgewichts stattfindet.
  • Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der von der Umlenkrolle zur Trommel verlaufende Seilabschnitt derart geführt ist, daß der in einer vertikalen Ebene gemessene Winkel zwischen diesem Seilabschnitt und dem frei hängenden Seil mit wachsender Länge des frei hängenden Seils selbsttätig vergrößert wird.
  • Von dem Winkel zwischen dem frei hängenden Seil und dem von der Umlenkrolle in Richtung zur Trommel verlaufenden Seilabschnitt hängt die Größe der Kraftkomponente der im Seil herrschenden Zugkraft ab, welche ein zusätzliches Drehmoment auf den Hebel ausübt. Wenn der von der Umlenkrolle ablaufende Seilabschnitt genau durch die Schwenkachse des Hebels verläuft, wird kein zusätzliches Drehmoment auf den Hebel ausgeübt. Wenn der angegebene Winkel kleiner ist, wird das auf den Hebel ausgeübte Drehmoment vergrößert, also das am Hebelarm hängende Gewicht scheinbar erhöht. Ist der Winkel dagegen größer, wird das Drehmoment verkleinert, das Gewicht also scheinbar verringert.
  • Die zuvor angegebene Maßnahme nach der Erfindung ergibt also die Wirkung, daß bei geringem Gewicht des abgespulten Seils ein größeres zusätzliches Drehmoment ausgeübt wird und daß das zusätzliche Drehm-oment in dem Maße abnimmt, wie sich die Länge des abgespulten Seils vergrößert, also der vom Seil ausgeübte Drehmomentanteil zunimmt. Dadurch ergibt sich eine selbsttätige Kompensation des zunehmenden Gewichts des abgespulten Seils.
  • Es sind natürlich verschiedene technische Konstruktionen zur selbsttätigen Veränderung des angegebenen Winkels möglich. Eine besonders einfache Lösung besteht nach der Erfindung darin, daß das Seil von der Umlenkrolle unmittelbar auf den Umfang der Trommel in nebeneinanderliegenden Windungen aufläuft und daß die die Auflaufpunkte enthaltende Mantellinie der Trommel im Winkel zu der Schwenkachse des Hebels angeordnet ist.
  • Bei dieser Ausführungsform ergibt sich die erforderliche Änderung des Seilwinkels ohne irgendwelche zusätzlichen Teile allein durch die Verschiebung des Auflaufpunkts des Seils auf dem Trommelumfang. Es ist dabei unerheblich, ob diese Auflaufpunkte alle unter der Schwenkachse des Hebels liegen oder alle über dieser Schwenkachse oder zum Teil darunter und zum Teil darüber, denn die davon abhängigen Grenzwerte des zusätzlichen Drehmoments können stets durch die auf den Hebel einwirkende Gegenkraft ausgeglichen werden, beispielsweise durch ein Gewicht, das am anderen Hebelarm angehängt ist. Maßgeblich ist in jedem Fall nur die Änderung dieses zusätzlichen Drehmoments in Abhängigkeit von der abgespulten Seillänge zwischen diesen Grenzwerten.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer mechanischen Abtastvorrichtung, F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips, F i g. 3 eine schematische Darstellung einer zur Durchführung dieses Prinzips geeigneten Vorrichtung und F i g. 4 eine perspektivische Darstellung einer nach dem Prinzip von Fig. 3 ausgeführten Vorrichtung.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Abtastvorrichtung enthält eine zylindrische Seiltrommel 1, die um eine Achse 2 drehbar gelagert ist. Von dieser Seiltrommel 1 ist ein Seil 3 abspulbar. Das Seil 3 trägt am Ende ein Gewicht 4. Es läuft über eine Umlenkrolle 5, die am einen Ende eines zweiarmigen Hebels 6 gelagert ist.
  • Der Hebel 6 ist um eine Achse 7 schwenkbar und trägt am anderen Ende ein Gegengewicht 8. Durch Drehen der Trommel 1 wird das Seil 3 auf- bzw. abgespult, so daß sich das Gewicht 4 hebt und senkt.
  • Das Gegengewicht 8 ist so angeordnet und bemessen, daß der Hebel 6 normalerweise gerade im Gleichgewicht ist. Wenn die vom Gewicht 8 auf den Hebelarm 6 ausgeübte Kraft mit P1 und die vom Gewicht 4 ausgeübte Kraft mit P., bezeichnet werden, und die Hebelarme, an denen diese Kräfte wirken, mit a bzw. b bezeichnet werden, gilt offensichtlich P1 . a = P2 . b.
  • Wenn nun das Gewicht 4 beim Absenken des Seils 3 auf ein Hindernis trifft, wird das Seil plötzlich entlastet, so daß der Gleichgewichtszustand gestört wird und der Hebel 6 sich gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt. Diese Schwenkbewegung kann zur Auslösung von Anzeige-, Steuer- oder Regelvorgängen ausgenutzt werden. Die Länge des abgespulten Seils 3 ist dabei ein Maß für die Höhe des Hindernisses.
  • Bei der vorstehenden Betrachtung wurde das Eigengewicht des Seils 3 vernachlässigt. Wenn nämlich das Gewicht 4 in die gestrichelt gezeichnete untere Stellung gebracht wird, wirkt auf den Hebel 6 nicht nur die von diesem Gewicht ausgeübte Kraft, sondern auch die Kraft, die vom Eigengewicht des zusätzlich abgespulten Seils stammt. Wenn das Gewicht des Seils pro Längeneinheit mit p und die Länge des zusätzlich abgespulten Seils mit L bezeichnet werden, beträgt das Gesamtgewicht P3 P3= P2 + P L .
  • Dann gilt für die auf den Hebel 6 einwirkenden Drehmomente offensichtlich die Beziehung P, a < P, b.
  • Der Hebel 6 ist also dann nicht mehr im Gleichgewicht, wobei der vom Seilgewicht hervorgerufene Drehmomentanteil von der Länge L des jeweils abgespulten Seils abhängt. Diese von der Hphe des Geivichts 4 abhängige Störung des Gleichgewichtszustands kann für empfindliche Meß- oder Regelvorgänge sehr unerwünscht sein.
  • Bei der Anordnung von F i g. 1 verläuft der von der Umlenkrolle 5 zur Trommel 1 gehende Seilabschnitt 9 bzw. dessen Verlängerung genau durch die Schwenkachse des Hebels 6. Der Winkel zwischen diesem Seilabschnitt 9 und dem frei hängenden Seilabschnitt beträgt in der Darstellung etwa 90°, doch hängt die Größe dieses Winkels offensichtlich von der Lage des Hebels 6 und der Anordnung der Umlenkrolle 5 ab. Auf jeden Fall kann die im Seil bestehende Zugkraft P3, auf den Hebel 6 keine Kraftkomponente ausüben, die ein Drehmoment hervorruft. Dabei gilt offensichtlich P3/= P3.
  • In F i g. 2 sind die Kräfteverhältnisse für den Fall dargestellt, daß der von der Umlenkrolle 5 kornmende Seilabschnitt nicht durch die Schwenkachse des Hebels 6 verläuft. Der Seilabschnitt 9' verläuft schräg nach unten unter der Schwenkachse 7 hindurch, so daß bei sonst gleicher Ausbildung der Teile der Winkel < kleiner als der Winkel o; in F i g. 1 ist. Die im Seil herrschende Zugkraft P3, läßt sich in zwei Komponenten P4 und P5 zerlegen, von denen die Komponente P4 parallel zum Hebel verläuft und somit kein Drehmoment auf diesen ausübt, während die Komponente P5 nach unten gerichtet ist und ein; zusätzliches Drehmoment erzeugt, das sich zu dem von der Kraft P3 erzeugten Drehmoment addiert.
  • Dies entspricht einer scheinbaren Vergrößerung der Kraft P3 um die Kraft P5.
  • Der Seilabschnitt 9" ist schräg nach oben gerichtet, so daß er über die Schwenkachse 7 des Hebels 6 hinweggeht. Der Winkel a" ist in diesem Fall größer als der Winkel N von F i g. 1. Die Zugspannung .s' im Seil läßt sich dann wieder in zwei Komponenten P4 und P5 zerlegen, von denen die Komponente P4 kein Drehmoment auf den Hebel 6 ausübt, während die Komponente P5 ein Drehmoment ausübt, das jedoch nun dem von der Kraft, erzeugten Drehmoment entgegengesetzt gerichtet ist. Dies entspricht einer scheinbaren Verringerung der Kraft P3.
  • Je nach der Richtung, welche dem Seilabschnitt 9 erteilt wird, ist es daher möglich, das auf den Hebel 6 wirkende scheinbare Gewicht zu verringern oder zu vergrößern. Diese Tatsache kann dazu ausgenutzt werden, den von der Länge des abgespulten Seilabschnitts hervorgerufenen Gewichtsanteil p L zu, kompensieren. Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, den Winkel a in Abhängigkeit von der Länge des abgespulten Seils zu verändern.
  • Eine einfache konstruktive Lösung hierfür ist in Fig.3 dargestellt. Sie besteht darin, daß der Auflaufpunkt des Seils auf den Umfang der Trommel 1 in Abhängigkeit von der Länge des abgespulten Seils angehoben wird. Fig.3 zeigt beispielsweise die Trommel 1 in ausgezogenen Linien in der Stellung, in welcher der Seilabschnitt 9 durch die Schwenkachse des Hebels 6 geht, so daß von der Zugkraft des Seils kein zusätzliches Drehmoment auf den Hebel ausgeübt wird. Dies entspricht beispielsweise einer mittleren Stellung des Gewichts 4, und der Hebel 6 wird für diese Stellung ins Gleichgewicht gebracht.
  • In dem Maße, wie das Gewicht 4 in eine obere Stellung 4' angehoben wird, so daß sich das Eigengewicht des frei hängenden Seils verringert, wird die Trommel in eine tiefere Stellung 1' gebracht, so daß ein zusätzliches Drehmoment erzeugt wird, welches den durch die Abnahme des Seilgewichts hervorgerufenen Drehmomentverlust kompensiert. Wird dagegen das Gewicht 4 in eine tiefere Stellung 4" gebracht, wird die Trommel in eine höhere Stellung 1" angehoben, so daß ein negatives Drehmoment entsteht. welches den vom zusätzlichen Seilgewicht hervorgerufenen zusätzlichen Drehmomentanteil kompensiert.
  • Die Höhe des Auflaufpunktes kann in diesem Fall zwischen den Stellungen 1' und 1" verändert werden. Diese Stellungen entsprechen den beiden Grenzwerten, zwischen denen das zusätzliche Drehmoment veränderlich ist. Es ist natürlich nicht erförderlich diese Grenzwerte symmetrisch zu dem der Stellung 1 entsprechenden Wert Null zu legen. Beispielsweise kann es in bestimmten Fällen günstiger sein, die Lage des Auflaufpunkts von der Stellung 1 nur nach oben oder nur nach unten zu verändern.
  • In F i g. 4 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem die Veränderung der Höhe des Auflaufpunktes des Seils ohne zusätzliche bewegliche Einrichtungen selbsttätig erfolgt.
  • Dies geschieht einfach dadurch, daß die Achse der zylindrischen Trommel 1 nicht parallel zu der Achse des Hebels 6 angeordnet ist, sondern mit dieser einen Winkel ß bildet. Die Trommel ist ferner so ausgebildet, daß sich das Seil in nebeneinanderliegenden Windungen aufwickelt, wobei der Seilabschnitt 9' bei vollständig aufgewickeltem Seil zu der tiefsten Stelle der Trommel läuft, während der Seilabschnitt 9" bei vollständig abgewickeltem Seil zu dem höchsten Punkt der Trommel läuft. Während des Auf- oder Abspulens des Seils wandert also der Auflaufpunkt entlang der Mantellinie, die gleichfalls im Winkel ß zu der Achse 7 des Hebels 6 steht. Bei geeigneter Bemessung des Winkels ß kann der von der Länge des abgespulten Seils abhängige Anteil des Drehmoments praktisch vollständig kompensiert werden.
  • Damit diese Bewegung des Seilabschnitts 9 ungehindert möglich ist, ist der Hebel 6 bei der Ausführungsform von Fig.4 in Form eines Rahmens mit zwei Seitenteilen 6 a und 6b ausgebildet, welche über ein Querstück 6c starr miteinander verbunden sind, das das Gegengewicht 8 trägt. Die Seitenteile 6a und 6b sind in Schwenklagern 7a und 7b gelagert, und ihr Abstand ist mindestens gleich der Breite der Trommel 1.
  • Es ist bei der Ausführungsform von Fig. 4 unerheblich, ob die Schwenkachse des Hebels 6 horizontal liegt und die Achse der Trommel 1 gegen die Horizontale geneigt ist oder ob umgekehrt die Trommelachse horizontal liegt und die Schwenkachse des Hebels 6 gegen die Horizontale geneigt ist.
  • Das Gegengewicht 8 kann natürlich durch eine andere auf den Hebel 6 wirkende Kraft ersetzt werden beispielsweise eine Feder, die gegebenenfalls auch am gleichen Hebelarm wie die Umlenkrolle 5 angreifen kann, so daß ein einarmiger Hebel Verwendung finden kann.
  • Anstatt die Achse einer zylindrischen Trommel im Winkel zur Schwenkachse des Hebels anzuordnen, wäre es auch möglich, die Trommel kegelförmig auszubilden, weil auch dadurch erreicht werden könnte, daß die die Auflaufpunkte enthaltende Mantellinie der Trommel im Winkel zur Schwenkachse des Hebels liegt, so daß sich der Seilwinkel in Abhängigkeit von der Seillänge von selbst verändert.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Mechanische Abtastvorrichtung mit einem frei hängenden, von einer Trommel abspulbaren und am Ende mit einem Gewicht belasteten Seil, das über eine am Ende eines schwenkbar gelagerten Hebels angeordnete Umlenkrolle geführt ist, wobei der Hebel durch eine Gegenkraft derart im Gleichgewicht gehalten ist, daß er eine Entlastung des Seilendes durch eine Schwenkbewegung anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Umlenkrolle (5) zur Trommel (1) verlaufende Seilabschnitt (9, 9', 9") derart geführt ist, daß der in einer vertikalen Ebene gemessene Winkel (, ") zwischen diesem Seilabschnitt (9, 9', 9") und dem frei hängenden Seil (3) mit wachsender Länge des frei hängenden Seils (3) selbsttätig vergrößert wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil (3) von der Umlenkrolle (5) unmittelbar auf den Umfang der Trommel (1) in nebeneinanderliegenden Windungen aufläuft und daß die die Auflaufpunkte enthaltende Mantellinie der Trommel (1) im Winkel (ß) zu der Schwenkachse (7, 7a, 7b) des Hebels (6) angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zylindrischen Trommel (1) die Trommelachse (2) im Winkel (ß) zu der Schwenkachse (7a, 7b) des Hebels (6) angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (6) aus zwei Teilen (6a, 6b) besteht, die in einem Abstand starr miteinander verbunden sind, der mindestens gleich der Breite der Trommel (1) ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3290876A1 (de) * 2016-09-01 2018-03-07 Honeywell International Inc. Vorrichtung und verfahren zur drahtlängenkompensierung in einem servomessgerät für eine inventarverwaltungsanwendung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3290876A1 (de) * 2016-09-01 2018-03-07 Honeywell International Inc. Vorrichtung und verfahren zur drahtlängenkompensierung in einem servomessgerät für eine inventarverwaltungsanwendung

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