DE1247698B - Differenzdruckmessgeraet - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOll

Deutsche KL: 42 k -12/01

Nummer: 1247 698

Aktenzeichen: G 31300IX b/42 k

Anmeldetag: 4. Januar 1961

Auslegetag: 17. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differenzdruckmeßgerät zur Anzeige oder Steuerung des Verhältnisses zweier Drücke mit -zwei Druckmeßwerken, die über ein Übertragungsgestänge gegeneinandergeschaltet sind, auf welches sie den Meßdrücken entsprechende Kräfte ausüben, .um bei Änderung des Druckverhältnisses das Übertragungsgestänge mittels eines Servomotors wieder in eine Gleichgewichtslage zu bringen.

Die bekannten Differenzdruckmeßgeräte weisen ganz allgemein einen sogenannten Primär- und einen Sekundärteil auf. Der Primärteil des Geräts wird mit dem DifiEerenzdruck beaufschlagt und erzeugt als Ausgangsgröße eine Kraft, die auf den Sekundärteil einwirkt. Im Sekundärteil des Geräts wird eine Kompensationskraft erzeugt, die der Ausgangskraft des Primärteils das Gleichgewicht hält und somit zur Abbildung des Differenzdrucks wird. Bei einer bekannten . Vorrichtung verschwenkt der Primärteil einen Hebel, und die die Verschwenkung des Hebels, bewirkende Kraft wird durch den Sekundärteil kompensiert. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung beaufschlagt der Primärteil ein Hebelsystem, welches im Sekundärteil unter Verwendung elektrischer Mittel eine Gegenkraft auslöst. Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung ist zur. Kompensation eine Kapazität vorgesehen, die über elektronische Einrichtungen einen .Servomotor steuert, der eine Gegenkraft, und zwar eine Feder einstellt. Bei all diesen bekannten Vorrichtungen wird im Sekundärteil eine Kraft in verschiedener Größe erzeugt, die die im Primärteil entwickelte Kraft kompensiert.

Diese bekannten Geräte leiden unter der Hysteresis und der Nichtlinearität der elastischen Glieder der Druckmeßwerke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differenzdruckmeßgerät zu schaffen, welches diese Nachteile nicht aufweist.

Erfindungsgemäß weist das Übertragungsgestänge eines Geräts der eingangs beschriebenen Gattung zusätzlich zu einem Steuerhebel einen Körper auf, der durch die Druckmeßwerke bewegbar ist und der eine gewölbte Steueroberfläche aufweist, und ist weiter gekennzeichnet dadurch, daß ein Auflager vorgesehen ist, welches tangential zur gewölbten Steueroberfläche des beweglichen Körpers verläuft, daß bei Änderung der Druckkräfte am Übertragungsgestänge das Auflager durch den Servomotor um eine Achse verschwenkbar ist, die durch den Mittelpunkt der gewölbten Steueroberfläche des beweglichen Körpers verläuft, um die tangentiale Lage des Auflagers an der gewölbten Steueroberfläche des beweglichen Differenzdruckmeßgerät

Anmelder:

General Electric Company,
New York, N. Y. (V. St A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. G. Hauser,
Patentanwälte, München 6Ö,Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt: .

Elia Achilles Gallo, Cincinnati, Ohio (V: St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 5. Januar 1960

Körpers derart einzustellen, daß das Ubertragungsgestänge sich wieder im Gleichgewicht befindet, so daß das Gestänge abgeglichen ist, wenn die Druckkraft des einen Druckmeßwerks durch den beweglichen Körper und das Auflager in eine erste Kraftkomponente und eine unwirksame Komponente derart zerlegt ist, daß sie der zweiten abgeleiteten Kraft des anderen Druckmeßwerks am Steuerhebel gleich groß entgegenwirkt, wobei die unwirksame Kraftkomponente durch den Berührungspunkt der Tan-• gente zwischen der Steueroberfläche des bewegüchen Körpers und dem Auflager verläuft.

In vorteilhafter Weise sind also die Führungsfläche des Körpers und die- Wirkungslinie der von dem einen .Druckmeßwerk herrührenden Kraft so zueinander angeordnet, daß sich an der Berührungsstelle zwischen dem Körper und der Führungsfläche eine von dieser aufgenommene Normalkomponente ausbildet, und die von dem anderen Druckmeßwerk herrührende Kraft oder eine von dieser abgeleitete Kraft wird derart auf den Körper übertragen, daß diese mit entgegengesetztem Vorzeichen in der gleichen Wkkungslinie liegt wie die andere Komponente der von dem ersten Druckmeßwerk herrührenden

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Kraft. Es werden also die auf das Kräfteübertragungsgetriebe einwirkenden Kräfte nicht durch eine vom Servomotor aufgebrachte verschieden große Kraft kompensiert, sondern durch die geometrische Verschiebung bzw. Verschwenkung einer Reaktionsfläche, die die einwirkende Kraft dadurch ändert, daß sie eine Komponente aufnimmt und unwirksam macht. Die Kompensation erfolgt also hier nicht durch die Erzeugung einer Kraft in verschiedener Größe, sondern durch eine Veränderung der Kraft durch Änderung der Geometrie der Anordnung.

Es ist vorteilhaft, den den Servomotor steuernden Hebel gegen den beweglichen Körper unmittelbar anliegen zu lassen. Der Servomotor kann auch Kolben aufweisen, dessen Kolbenstange das Auflager verschwenkt, und der Kolben kann eine Anzeigeeinrichtung und. eine Steuereinrichtung antreiben, und der Hebel kann den auf eine Seite des Servomotorkolbens einwirkenden Druck steuern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Differenzdruckmeßgeräts gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips der Wirkungsweise des Geräts, von F i g. I_i

F i g. 3 eine Schnittansicht durch eine andere Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 von F i g. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung soll das Verhältnis von zwei DriickenP₁ und P₂ feststellen. Ein dritter Druck P_ref wirkt beim 'Betrieb des Geräts gleichfalls mit, wie später noch erläutert wird. Die Drücke P₁ und P₂ werden über Leitungen 11 bzw. 13 in das Gerät eingebracht, und sie werden von zwei druckempfindhchen Elementen 15 und 17 abgefühlt, von denen jedes auf einen der beiden zugeführten Drücke anspricht'. Das druckempfindliche Element 15 ist mit einer biegsamen Wand ausgestattet, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Balg 19, der vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt zur Verringerung der Temperaturempfindhchkeit evakuiert ist. Das eine Ende des Balgs 19 ist an dem ihn umschließenden Gehäuse befestigt, während das andere Ende sich bei einer Ausdehnung oder Zusammenziehung des Balgs infolge von Änderungen des DrucksP₁ frei bewegen kann. An dem freien Ende des Balgs 19 ist eine Schubstange 21 befestigt, die die von dem Balg erzeugte druckabhängige Kraft auf ein Kräfteübertragungsgetriebe 23 überträgt.

Das andere druckempfindliche Element 17 besteht aus einem Kolben 25, auf dessen eine Seite der DruckP₂ einwirkt, während die andere Seite einem unveränderlichen, verhältnismäßig niedrigen Bezugsdruck P_ref ausgesetzt ist. Die dadurch an dem Kolben entstehende Druckdifferenz erzeugt eine nach oben gerichtete Kraft an der Kolbenstange 29, wobei sich die Größe dieser Kraft direkt in Abhängigkeit von P₂ . ändert. Diese Kraft wird über eine Druckf eder 27, deren eines Ende an der Kolbenstange anliegt, auf das Kraftübertragungsgetriebe 23 übertragen.

Das andere Ende der Druckfeder 27 liegt an einem Kräftehebel 31 an, der in seinem mittleren Abschnitt an einer feststehenden Lagereinrichtung 32 für eine begrenzte Drehbewegung gelagert ist. Das der Feder 27 abgewandte Ende des Kräftehebels ist so 'aus- * geführt, daß es ein Servosteuerventil 33 steuert, wie

später noch erläutert wird. Die nach oben gerichtete Kraft an dem linken Ende des Kräftehebels 31 wirkt gegen ein kraftbewegtes Glied 37 in Form einer Rolle, die frei drehbar auf einem Lagerbolzen 39 gelagert ist. Der Lagerbolzen 39 ist am einen Ende eines Verbindungsghedes 41 befestigt, dessen anderes Ende an der Stelle 43 gelenkig mit der Schubstange 21 des Balgs verbunden ist. Die Rolle 37 wird durch die kombinierte Wirkung der vom Balg erzeugten Kraft und der Druckfeder 27 gegen einen Widerlagerteil 45 gedrückt.

Der Widerlagerteü 45 ist mit zwei nach unten ragenden Flanschteilen 47 versehen, von denen in F i g. 1 nur einer erkennbar ist. Die Flanschteile sind bei 49 drehbar an einem feststehenden Trägerteil 51 gelagert. Die Anordnung ist vorzugsweise so getroffen, daß die Achsen des Lagerbolzens 39 der Rolle und der Lagerung 49 des Widerlagerteils in der Normalstellung koaxial zueinander liegen, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Diese koaxiale Lage wird deshalb als »Normalstellung« bezeichnet, weil sich die Rolle 37 im Betrieb geringfügig aus der dargestellten koaxialen Stellung verschiebt, obgleich dies nur kurzzeitig während der Nachstellung zur Wiederherstellung des Kräftegleichgewichts erfolgt, wie später erläutert wird.

Die Rolle 37 und der Widerlagerteil 45 bilden zusammen eine Kräftezerlegungseinrichtung, die die nach links gerichtete Kraft des Balgs 19 in zwei Kraftkomponenten zerlegt. Die eine Kraftkomponente ist nach unten gerichtet und wirkt der nach oben gerichteten, vom Kolben 25 erzeugten und über die Druckfeder 27 übertragenen Kraft entgegen. Die zweite Kraftkomponente steht senkrecht zu der Oberfläche des WiderlagerteÜs 45 an dem Berührungspunkt mit der kreisförmigen Oberfläche der Rolle 37. Da der Widerlagerteü durch die Lagerung 49 gegen jede Bewegung unter dieser zweiten Kraftkomponente festgehalten wird, "wird diese Kraftkomponente neutralisiert, so daß sie das Gleichgewicht oder eine Ungleichheit, die zwischen der anderen, nach unten gerichteten Kraftkomponente und der vom Kolben 25 erzeugten, nach oben gerichteten Kraft besteht, nicht beeinflußt.

Jede Ungleichheit zwischen den auf den Kräftehebel 31 einwirkenden, nach oben bzw. unten gerichteten Kräften bewirkt, daß der Hebel um seinen feststehenden Drehpunkt 32 gedreht wird, wodurch die Größe der Steuerventilöffnung 33 verändert wird und damit die Geschwindigkeit gesteuert wird, mit der ein Druckmittel aus einem "hydraulischen Servomotor 53 ausströmen kann. Dieser Servomotor besteht aus einem Kraftkolben 55, der in einem Zylinder 57 hin- und herbeweglich gelagert ist. In das Kopfende des Zylinders wird ein Antriebsmittel über eine Leitung 59 eingeführt, die mit einer (nicht gezeigten) Quelle eines hydraulischen Druckmittels, vorzugsweise von konstantem Druck P_s, verbunden ist. Eine in der Zuleitung 59 liegende feste Drosselöffnung 61 wirkt mit der von dem Steuerventil 33 gebildeten veränderlichen Öffnung zur Steuerung der Druckhöhe im Kopfende des Zylinders 57 zusammen. Ein Druckmittel mit einem festen Zwischendruck P_c wird über eine Leitung 63 in das kolbenstangenseitige Ende des Zylinders 57 eingebracht, wodurch der Kraftkolben gegen den im Kopfende des Zylinders bestehenden veränderlichen Druck belastet wird. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß statt dessen zur Belastung

des Kolbens gegen den veränderlichen Druck auch eine Feder verwendet werden könnte.

Die Kolberistange 65 des Kraftkolbens ist über eine Stift-Schlitz-Verbindung 67 mit dem Widerlagerteil 45 so verbunden, daß bei einer geradlinigen Bewegung des Kraftkolbens der Widerlagerteil um seinen feststehenden Drehpunkt 49. verschwenkt wird. Die Kolbenstange ist ferner mit einem Verbraucher zu dessen Einstellung verbunden. Wenn die Anordnung lediglich zur Anzeige dienen soll, kann der Verbraucher aus einem geeigneten Anzeigemechanismus bestehen, beispielsweise einem Zeiger 69 und einer Skala 71, wie dargestellt ist. Wenn die Anordnung für Steuer- oder Regelzwecke verwendet werden soll, kann die Anzeigevorrichtung 69, 71 durch einen geeigneten Steuermechanismus ersetzt werden. In jedem Fall kann der Verbraucher entweder mit der Kolbenstange 65, mit dem Widerlagerteil 45 oder mit dem Kolben 25 verbunden werden, da die Stellung jedes dieser Elemente den festgestellten Wert des Druckverhältnisses genau wiedergibt.

Wenn die durch den Balg 19 und durch den Kolben 25' erzeugten druckabhängigen Kräfte genau im Gleichgewicht sind, nimmt der Kräftehebel 31 im wesentlichen die dargestellte Nullage ein, bei der der freie Querschnitt des Steuerventils 33 so groß ist, daß der Druck im kopfseitigen Ende des Zylinders im wesentlichen auf dem gleichen Wert wie der Festdruck P_c gehalten wird, der dem kolbenstangenseitigen Ende des Zylinders zugeführt wird. Zur Herstellung des Gleichgewichts ist eine kleine Druckdifferenz auf den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens notwendig, da wegen der aus dem Zylinder nach außen ragenden Kolbenstange 65 die wirksamen Kolbenquerschnitte etwas verschieden sind.

Abgesehen von diesem geringfügigen Unterschied hält das Steuerventil 33· im Gleichgewichtszustand den Druck im Kopfende des Zylinders auf einem Wert, der gleich dem Druck an dem kolbenstangenseitigen Ende ist; dies erfolgt durch eine entsprechende Änderung des Verhältnisses zwischen dem freien Querschnitt des Ventils und dem Querschnitt der festen Drosselöffnung 61. Wenn beispielsweise der DruckP_s doppelt so groß wie der DruckP,. ist, dann können die Drücke am Kolben 55 dadurch ins Gleichgewicht gebracht werden, daß das Steuerventil so eingestellt wird, daß sein freier Querschnitt gerade gleich dem freien Querschnitt der Drosselöffnung 61 ist. Die Druckabfälle an . der festen Drosselöffnung und an der veränderlichen Ventilöffnung sind dann gleich, wobei jeder Druckabfall der Hälfte des Drucks P_s entspricht, so daß der Druck im Kopfende des Zylinders gerade gleich dem Druck P_c ist.

Wenn die vom Balg 19 und vom Kolben 25 erzeugten druckabhängigen Kräfte bei einer Änderung des abgetasteten Druckverhältnisses sich ändern, entsteht eine Kräfteungleichheit, die eine Nachstellung des Geräts einleitet, damit das Gleichgewicht wiederhergestellt wird. Wenn beispielsweise der DruckP₁ ansteigt, zieht sich der Balg 19 zusammen, wodurch die Größe der auf die Rolle 37 ausgeübten, nach links gerichteten Kraft erhöht wird. Die nach unten gerichtete Komponente dieser Kraft wird dadurch entsprechend größer, so daß sie nun die .nach oben gerichtete, vom Kolben 25 erzeugte Kraft überschreitet. Die Rolle 37 bewegt sich daher entlang dem Widerlagerteil 45 nach links und infolge der Neigung der Widerlagerfläche auch nach unten. Diese Bewegung der Rolle 37 nach unten bewirkt eine Drehung des Kräftehebels 31 gegen den Uhrzeigersinn, so daß das Steuerventil 33 wenigstens teilweise Verschlossen wird, wodurch der Druck im kopfseitigen Ende des Servozylinders 57 erhöht wird. Der Kraftkolben 55 spricht auf diesen erhöhten Druck durch eine nach links gerichtete Bewegung an, durch die der Widerlagerteil 45 gegen den Uhrzeigexsinn um seinen Lagerpunkt 49 verschwenkt wird. Wenn dies eintritt, ίο wandert der Berührungspunkt zwischen dem Umfang der Rolle und der Widerlagerfläche auf einem Kreisbogen gegen den Uhrzeigersinn, so daß der Widerlagerteil nun der nach links gerichteten Kraft des Balgs 19 stärker entgegenwirkt und dementsprechend is eine größere Komponente dieser Kraft neutralisiert. Auf diese Weise wird die durch den Widerlagerteil neutralisierte Komponente der vom Balg erzeugten . druckabhängigen Kraft gerade so weit geändert, daß die andere Komponente dieser Kraft, d. h. die nach unten wirkende Komponente, wieder gleich der nach oben gerichteten, vom Kolben 25 erzeugten Kraft wird, so daß das System wieder den Gleichgewichtszustand annimmt.

Die zur Erzielung dieser Nachstellung erforderliche Bewegung der Rolle 37 ist sehr gering, und nach Beendigung der Nachstellung nimmt die Rolle wieder die gleiche Lage wie zuvor ein. Daß dies der Fall ist, wird aus einer Betrachtung des Kräftediagramms von F i g. 2 offensichtlich, auf das nun Bezug genommen werden soll.

In diesem Diagramm ist die vom Balg 19 erzeugte und auf die Rolle 37 einwirkende, nach links gerichtete Kraft durch den mit einer ausgezogenen Linie gezeichneten Vektor F₆ dargestellt. Diese Kraft F_b kann in zwei Komponenten zerlegt werden, nämlich eine erste Komponente, die durch den mit voller Linie gezeichneten VektorF_6n dargestellt ist und am Schnittpunkt mit der Widerlagerfläche 45 senkrecht zu dieser steht, und eine zweite Komponente, die durch den mit voller Linie gezeichneten VektorF_be dargestellt ist und gegen den Kräftehebel 31 nach unten wirkt. Die WirlcungsIinie dieser zuletzt genannten Kraft F_be lie'gt in einer Linie mit der vom Kolben 25 erzeugten druckabhängigen Kraft, die durch den mit voller Linie gezeichneten VektorF_p dargestellt ist.

Die KraftkomponenteF_0e wird durch den Widerlagerteil 45 neutralisiert, da ihre Wirkungslinie parallel zu einem Radius der Rolle 37 verläuft, der zu dem Berührungspunkt mit der Widerlagerfläche geht. Wie-zuvor erwähnt wurde, liegt die Wirkungslinie der Kraftkomponente F_be parallel zu derjenigen der Kraft F_p. Im. Gleichgewichtszustand sind die Kraftkomponente F_{b e} und die Kraft F_p gleich groß, so daß keine resultierende Kraft auf den Kräftehebel 31 ausgeübt wird. Die Rolle und der Kräftehebel bleiben somit unter dieser Bedingung im Stillstand.

Aus dem Kräfteparallelogramm von F i g. 2 ist zu entnehmen, daß

Fi«

F_b

cos Ci

und

F_be = Fbn sin ot = F_b

sm a.
cos a

= F_b tg oi,

worin α der Winkel zwischen dem Vektor F_b und dem VektorF_0n ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Im

Gleichgewichtszustand muß F_be den gleichen Wert wie F_p haben, so daß gilt:

F_v = Fbtgoc oder

F₆

= tga,

und da F_b = (I)P₁ und F_p = (f)P₂, folgt, daß

. ~ =Ctftg*.

Das Druckverhältnis P₂: P₁ ^^st somit durch die Winkelstellung des Widerlagerteils 45 oder anderer damit beweglicher Teile meßbar. Dieses Verhältnis könnte auch durch die Stellung des Kolbens 25 gemessen werden, obgleich in diesem Fall die Meßgenauigkeit durch die Temperaturabhängigkeit oder eine Nichtlinearität der Federkonstante der Druckfeder 27 beeinträchtigt werden kann. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beeinflussen, diese Faktoren die Meßgenauigkeit nicht.

Im Gleichgewichtszustand ist dann die Krafti⁷ _p gleich der Kraftkomponente F _6e-Und mit dieser im Gleichgewicht; es besteht keine resultierende Kraft am Kräftehebel 31. Wenn nun auf den Balg 19 beispielsweise ein Anstieg des Drucks P₁ einwirkt, wächst die vom Balg erzeugte Krafti⁷ ₆, wie durch den strichtpunktiert dargestellten Vektor F_b' angezeigt ist. Die KraftkomporientenF_6n und F_be ändern sich gleichfalls, wie sich aus den strichpunktiert gezeichneten Vektoren F_bn und F_be ergibt; wie aus Fig. 2 erkennbar ist, wird die nach unten wirkende. KraftkomponenteFft_e nun größer als die nach oben wirkende KraftF_p. Die Rolle 37 bewegt sich daher nach links und unten, woraus sich eine Abwärtsbewegung des Kräftehebels 31 ergibt. Dies leitet den Betrieb des zuvor erläuterten Servomechanismus ein, und durch die Wirkung dieses Servomechanismus wird die Winkelstellung des Widerlagerteils 45 so verändert, daß dieses die gestrichelt dargestellte Lage einnimmt.

Die Bewegung des Widerlagerteils 45 in die gestrichelt dargestellte Stellung bewirkt, eine Änderung des Kräfteparallelogramms, das nun die gestrichelt dargestellte Form annimmt. Wie sich aus der. gestrichelten Darstellung der nun vorhandenen Kraftkomponenten ergibt, ist die Kraftkomponente F_bn größer geworden, aber ihre Wirkungslinie liegt immer no"ch parallel zu einem durch den Schwenkpunkt des Widerlagerteils und dem Berührungspunkt mit der Rolle verlaufenden Radius. Diese Kraftkomponente wird daher durch den Widerlagerteil vollständig neutralisiert.

Die nach unten wirkende Kraftkomponente F¹ _be hat nun die gleiche Größe wie der ursprüngliche VektorF_{6 e}, so daß dieser wieder gleich der nach oben wirkenden KraftF_p wird und damit im Gleichgewicht ist. Die Anordnung hat somit den Gleichgewichtszustand wieder angenommen, und der neue Wert des Druckverhältnisses ist wieder durch die Winkelstellung des Widerlagerteils 45 meßbar, wobei diese Stellung nun eine? Funktion des Winkels a (F i g. 2) ist. Wenn sich das Druckverhältnis infolge einer Abnahme des Drucks P₁ oder einer Änderung des Drucks P₂ in der einen oder anderen Richtung ändert, stellt sich das Gerät automatisch so ein, daß das Kräftegleichgewicht wiederhergestellt wird, wobei der neue Wert des Druckverhältnisses in der gleichen Weise angezeigt wird.

Zur Erzielung der Nachstellung auf den Wert Null in· der zuvor erläuterten Weise ist zwar eine geringfügige Bewegung der Rolle urid des Kräftehebels erforderlich; es ist aber zu erkennen, daß nach Beendigung der Nachstellung die Rolle und der Kräftehebel stets genau die gleiche Lage wie zuvor einnehmen. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, weil es eine Messung des Druckverhältnisses erlaubt, ohne daß eine resultierende Bewegung der Schubstange des

ίο Balgs oder des Balgs selbst erforderlich ist. Daher ist im stationären Betrieb die Länge 'des Balgs stets genau gleich, und sie ändert sich nicht in Abhängigkeit von Änderungen des zu messenden Drucks. Dies hat zur Folge, daß die Anordnung durch die Federkonstante des Balgs nicht beeinflußt wird, die üblicherweise bei Druckverhältnismeßgeräten ein sehr störender Faktor ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Bewegung des Druckmeßkolbens 25 erforderlich, damit das Gleichgewicht bei verschiedenen Druckverhältnissen erzielt wird; wie zuvor erläutert wurde, hat die Federkonstante der Kolbendruckfeder 27 normalerweise keine Bedeutung für die Meßgenauigkeit. Gegebenenfalls könnte natürlich ein Balg oder eine Membran an Stelle der dargestellten Kolbenmeßeinrichtung vorgesehen werden, wobei dann die Feder 27 vollständig weggelassen werden kann; in diesem Fall erfolgt bei keinem der druckempfindlichen Elemente eine resultierende Bewegung, und jedes würde stets die gleiche Lage in der Nullstellung einnehmen.

Es ist offensichtlich, daß das druckempfindliche Element 17 nicht in einer Linie mit dem Berührungspunkt zwischen der Rolle 37 und dem Hebelarm 31, wie bei dem dargestellten Beispiel, liegen muß. Gege-.

benenfalls kann das druckempfindliche Element 17 auf der einen oder anderen Seite der Rolle in jedem Abstand angeordnet werden, der zur Erzielung einer gewünschten Kräftemultiplikation erforderlich ist. Es sind verschiedene andere Anordnungen der druckempfindlichen Elemente und des Kräfteübertragungsgetriebes möglich, wie für den Fachmann erkennbar ist. Eine derartige abgeänderte Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 3 und 4 dargestellt, auf die nun Bezug genommen werden soll.

In F i g. 3 werden die beiden Drücke P₁ und P₂, deren Verhältnis gemessen werden soll, über Anschlüsse 77 bzw. 79 in das Meßgerätgehäuse 75 eingebracht. Der DruckF₁ gelangt in eine Kammer 81, die einen Balg 83 enthält, der nach Zweck und Arbeitsweise dem Balg 19 von F i g. 1 entspricht. Der Druck P₂ tritt in das Kopfende eines Zylinders 85 ein, der im Gehäuse 75 gebildet ist, und er wirkt dort auf die eine Seite eines Druckmeßkolbens 87 ein, der nach Zweck und Wirkungsweise dem Kolben 25 von F i g. 1 entspricht. Auf die andere Seite des Kolbens 87 wirkt durch das offene Ende des Zylinders 85 ein Bezugsdruck ein, der dem Druck P_ref in Fig. 1 entspricht. Bei dem hier dargestellten Ausffihrungsbei-' spiel ist dieser Bezugsdruck ein fester Druck, der in einem (nicht gezeigten) geschlossenen Gehäuse besteht, das mit einem Strömungsmittel von konstantem Druck gefüllt ist. Diese Anordnung ist jedoch für den Betrieb des Geräts nicht wesentlich; es können auch andere Bezugsdrücke, einschließlich der Drucks der umgebenden Atmosphäre statt dessen verwendet werden.

Der Kolben 87 übt über eine Druckfeder 89 auf einen Kräftehebel 91 eine Kraft aus, die von dem

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Druck P₁ abgeleitet und diesem proportional ist. Der dessen Außenring 139 als Rolle wirkt, die durch die Kräftehebel 91 ist im Gehäuse 75 mittels einer Lager- kombinierte Wirkung der Druckfeder 89 und des einrichtung 93 so gelagert, daß er eine begrenzte Balgs 83 gegen die Widerlagerfläche 141 des WiderDrehbewegung um seine Schwenkachse ausführen lagerteils 105 gedrückt wird. Der Widerlagerteil 105 kann. Eine Schubstange 95 hegt an dem Kräftehebel 5 ist im Inneren des Gehäuses 75 aüf Wälzlagern 143 in Gegenwirkung zu der durch die Feder 89 darauf (F i g. 4) drehbar gelagert; er ist mit einer Welle 145 ausgeübten Kraft an. Diese Schubstange ist Vorzugs- ausgestattet, die nach außen aus dem Gehäuse herweise an der Stelle, an der sie durch das Gehäuse 75 ausragt.

geht, mit einer Strömungsmitteldichtung 97 von ge- Die Welle 145 ist über einen Zahnstangentrieb 147 eigneter Konstruktion ausgestattet. io mit der Kolbenstange 149 eines Servomotors 151 ver-

Im Inneren des Gehäuses wirkt auf die Schub- bunden. Der Servomotor 151 entspricht nach Aufbau

stange 95 eine druckabhängige Kraft ein, die von und Wirkungsweise dem Servomotor53 von Fig. 1.

dem Balg 83 erzeugt wird. Diese Kraft wird auf die Wie in F i g. 1 steht er unter der Steuerung eines

Schubstange durch ein verstellbares Kraftübertra- Steuerventils 153, dessen freie Querschnittsfläche gungsgetriebe 101 übertragen, das ein Joch 103, ein 15 durch das untere Ende des Kräftehebels 91 gesteuert

Widerlagerteil 105 und einen 'Winkelhebel 107 ent- wird. Änderungen der freien Quersclmittsflache die-

hält. Diese Elemente wirken in einer später noch ge- ser Austrittsöffnung im Vergleich zu der freien Quer-

nauer zu erläuternden Weise so zusammen, daß sie schnittsfläche einer festen Drosselöffnung 155 beein-

die vom Balg erzeugte druckabhängige Kraft in zwei flüssen den Druck, der in dem kopfseitigen Ende des Kraftkomponenten zerlegen, von denen die eine neu- 20 Servozylinders 157 besteht, während das kolbeostan-

tralisiert ist, da sie gegen den Widerlagerteil 105 ge- genseitige Ende des Zylinders auf einem konstanten

richtet ist, während die andere Kraft über den Win- Druck P_c gehalten wird, wie zuvor in Verbindung mit

kelhebel 107 die Schubstange 95 belastet. F i g. 1 erläutert wurde. Der durch das Steuerventil

Der Winkelhebel 107 ist mittels eines Lagers 109 gesteuerte Servodruck wird in den Zylinder 157 über an einem Lagerbolzen III gelagert, der im Gehäuse 25 eine Leitung 159 (F i g. 3 und 4) eingeführt,
75 befestigt ist. Der Winkelhebel besitzt zwei Hebel- Beim Betrieb des in Fig. 3 und 4 dargestellten Gearme 113 und 115; vorzugsweise, aber nicht notwen- räts wird die durch den Balg 83 erzeugte druckabhändigerweise ist ein dritter Hebelarm 117 vorgesehen, gige Kraft durch das Kräfteübertragungsgetriebe 101 der an einer Blindschubstange 119 anliegt, die in in zwei Kraftkomponenten zerlegt. Die eine Krafteiner Dichtung 21 in der Wand des Gehäuses 75 30 komponente wird an der Widerlagerfläche 141 des gleitbar gelagert ist. Eine Anschlagvorrichtung 123 . Widerlagerteils 103 neutralisiert, wobei die so neutrabegrenzt die Auswärtsbewegung der Blindschub- lisierte Kraftkomponente so groß ist, daß die andere, stange, um zu verhindern, daß sie entweder bei der nach unten gerichtete Kraftkomponente im Gleichge-Handhabung des Geräts oder infolge von Druck- wicht mit der nach oben gerichteten Kraft ist, die auf unterschieden zwischen dem Inneren des Gehäuses 35 den Winkelhebelarm 115 durch den Kolben 87 aus- und der Umgebung aus dem Gehäuse herausfällt. geübt wird; dieses Gleichgewicht bleibt erhalten, bis

Diese Blindschubstange hat den Zweck, ■ die Ein- eine Änderung in einem der gemessenen Drücke einflüsse von Druckunterschieden zwischen dem Inneren tritt.

des Gehäuses und der Umgebung zu kompensieren, Wenn beispielsweise. angenommen wird, daß der die auf die arbeitende Schubstange 95 einwirken. Bei 4° Druck P₁ konstant bleibt und der Druck P₉ wächst, der beschriebenen besonderen Anwendung unter- bewegt sich der Kolben 87 nach links, wodurch die scheidet sich der Druck der Umgebung beträchtlich Zusammendrückung der Feder 89 vergrößert und davon dem DruckP₁, der im Inneren des Gehäuses mit die auf den Kräftehebel 91 einwirkende Federherrscht; obgleich die Querschnittsfläche der Schub- kraft verstärkt werden. Der über die Schubstange 95 stange 85 klein ist, kann der Einfluß dieses Druck- 45 wirkende Kräftehebel versucht den Winkelhebel 107 Unterschieds an der Schubstange die Meßgenauigkeit gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Diese Bewegung geringfügig beeinträchtigen, wenn er nicht durch eine ist nur bei einer Aufwärtsbewegung des Jochteils 103 Blindschubstange oder auf ähnliche Weise kompen- möglich, wobei sich das Jochteil um die Achse des siert wird. Winkelhebelbolzens 125 dreht. Dieser Bewegung

Der Arm 115 des Winkelhebels 107 trägt einen La- 50 wirkt die wirksame, d. h. nicht neutralisierte Kompogerbolzen 125, dessen beide Enden in Wälzlagern nente der vom Balg 83 erzeugten druckabhängigen 127 im mittleren Abschnitt der einander gegenüber- Kraft entgegen. Da diese Kraftkomponente nun kleiliegenden Wände des Jochs 103 dehbar gelagert sind. ner als die vom Kolben 87 erzeugte entgegenwirkende Nahe dem unteren Ende des Jochteils 103 ist die Kraft ist, besteht jedoch eine Kräfteungleichheit, die Schubstange 129 des Balgs mit einem Lagerbolzen 55 eine Drehung des Jochs 103 zuläßt.
130 versehen, der über Wälzlager 131 in den Wänden Diese Drehung und die sich daraus ergebende Aufdes Jochs gelagert ist. Vorzugsweise ist der Balg 83 wärtsbewegung des Jochteils 103 erlaubt eine Drebei 133 schwenkbar an einem im Gehäuse 75 be- hung des Winkelhebels 107 und des Kräftehebels 91, festigten Halteglied gelagert. Diese Schwenkverbin- was eine Öffnungsbewegung des Steuerventils 153 zur dung erlaubt eine freizügige Bewegung, sie ist jedoch 60 Folge hat. Dies führt zu einem Abfall des Drucks im nicht erforderlich, da wie zuvor in Verbindung mit kopfseitigen Ende des Servozylinders 157, und der F i g. 1 erläutert wurde, im normalen Betrieb nur Servokolben bewegt sich so, daß der zugehörige vorübergehende geringfügige Änderungen in der Lage Steuer- oder Anzeigemechanismus verstellt wird, wodes Balgs eintreten; diese Änderungen können durch durch ein Maß für das neue Druckverhältnis angedie innere Biegsamkeit des Balgs aufgenommen 65 geben wird. Die die Anzeige dieses Druckverhältwerden, nisses hervorrufende Bewegung des Servokolbens

Nahe seinem oberen Ende trägt das Joch 103 ein verstellt gleichzeitig den Widerlagerteil 105 über das

kraftbewegtes Glied in Form eines Wälzlagers 137, Zahnstangengetriebe 147, wodurch wieder das Gleich-

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Claims (1)

1. gewicht zwischen den drackabhängigen Kräften dadurch hergestellt wird, daß der Berührungspunkt zwischen der Widerlagerfläche 141 und der Rolle 137 verschoben wird.

   Die Zerlegung der Kräfte und das Kräftediagramm für die Ausführungsform von Fig. 3 entsprechen im wesentüchen dem Fall von F i g. 1, wie unter Bezugnahme auf F i g. 2 erläutert worden ist. Es ist offensichtlich, daß in den beiden dargestellten Ausführungsformen der Erfindung die Wahl der vom Balg erzeugten druckabhängigen Kraft für die durch das -Kraftübertragungsgetriebe zu zerlegende Kraft rein willkürlich ist; die gleichen Betrachtungen gelten auch dann, wenn die vom Kolben erzeugte druckabhängige Kraft in eine wirksame und eine neutral!- sierte Komponente zerlegt wird. Die Ergebnisse sind natürlich genau die gleichen, unabhängig davon, welche dieser beiden Möglichkeiten zur Analyse der auftretenden Kräfte herangezogen wird.

   Es ist ferner offensichtlich, daß die Widerlagerfläche nicht eben zu sein braucht, wie in F i g. 1 und 3 dargestellt ist; gegebenenfalls kann sie mit einer positiven oder einer negativen Krümmung ausgestattet werden, wodurch sich eine Änderung in der Empfindlichkeit des Geräts ergibt. Durch eine Justierung des Getriebes zwischen der Servoeinrichtung und dem Widerlagerteil ist es ferner möglich, jede unerwünschfe~Nichtlinearität des Systems zu korrigieren oder gegebenenfalls eine Nichtlinearität in die Messung einzuführen.

   Patentansprüche:

   1. Differenzdruckmeßgerät zur Anzeige oder Steuerung des Verhältnisses zweier Drücke mit zwei Druckmeßwerken, die über ein Übertragungsgestänge gegeneinandergeschaltet sind, auf welches sie den Meßdrücken entsprechende Kräfte ausüben, um bei Änderung des Druckverhältnisses das Übertragungsgestänge mittels eines Servomotors wieder in eine Gleichgewichtslage zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsgestänge zusätzlich zu einem Steuerhebel (31; 91) einen Körper (37; 137) aufweist, der durch die Druckmeßwerke (19, 25; 83,

   87) bewegbar ist und der eine gewölbte Steueroberfläche aufweist, daß ein Auflager (45; 105) vorgesehen ist, welches tangential zur gewölbten Steueroberfläche des beweglichen Körpers (37; 137) verläuft, daß bei Änderung der Druckkräfte am Übertragungsgestänge das Auflager (45; 105) durch den Servomotor (53; 151) um eine Achse verschwenkbar ist, die durch den Mittelpunkt der gewölbten Steueroberfläche des beweglichen Körpers (37; 137) verläuft, um die tangentiale Lage des Auflagers (45; 105) an der gewölbten Steueroberfläche des bewegüchen Körpers (37; 137) derart einzustellen, daß das Übertragungsgestänge sich wieder im Gleichgewicht befindet, so daß das Gestänge abgeglichen ist, wenn die Druckkraft (F_b) des einen Druckmeßwerks (19; 83) durch den bewegüchen Körper (37; 137) und das Auflager (45; 105) in eine erste Kraftkomponente (F_be) und eine unwirksame Komponente (F_bn) derart zerlegt ist, daß sie der zweiten abgeleiteten Kraft (F_b) des anderen Druckmeßwerks (25; 87) am Steuerhebel (31; 91) gleich groß entgegenwirkt, wobei die unwirksame Kraftkomponente (F_bn) durch den Berührungspunkt der Tangente zwischen der Steueroberfläche des beweglichen Körpers (37; 137) und dem Auflager (45; 105) verläuft.

   2. Differenzdruckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Servomotor (53; 151) steuernde Hebel (31; 91) gegen den bewegüchen Körper (37; 137) unmittelbar anliegt.

   3. Differenzdruckmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (53; 157) einen Kolben aufweist, dessen Kolbenstange das Auflager (45; 105) verschwenkt, daß der Kolben eine Anzeigeeinrichtung (69; 71) und eine Steuereinrichtung antreibt und daß der Hebel (31; 91) den auf eine Seite des Servomotorkolbens einwirkenden Druck steuert.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschrift Nr. 1003 459;
   deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1799471;
   französische Patentschrift Nf. 730 600;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 484 541.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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