DE1448778C - Wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bctrillt einen Wandler zum Umwandeln einer Kraft in einen pneumatischen Druck, mit einem Schwenkarm, dessen einer Teil zwischen einem Paar ineinander gegenüberliegender Druckluftdüsen angeordnet ist, einer Einrichtung zum Verstärken des pneumatischen Druckdifferentials oberhalb dieser Düsen, einem negativen Rücksteiler stärksten Drucks und einem positiven Rückstellen einer Einrichtung zur Ausnutzung des verstärkten Drucks als lineare Anzeige der äußeren Kraft, die auf den Schwenkarm einwirkt und mit einer mit diesem Arm gekoppelten Dämpfereinrichtung.

Bei bekannten Wandlern dieser Art, bei denen die Auslenkung des Schwenkarms und die Aufbringung des Drehmoments elektromagnetisch erfolgt, ist der Schwenkarm an einem Gehäuse gelenkig gelagert und jenseits seiner Lagerung auf der dem Drehmomenterzeuger abgewandten Seite mit einem gelenkigen, in einem Kanal verschieblichen, durch ein Druckmittel beaufschlagten und mit beidseitig angeordneten Rückstellfedern versehenen Kolben verbunden. Das mit dem Kolben verbundene Teil des Schwenkarmes bildet an einer Stelle jenseits des Kolbens die Schließplatten für die Düsen und wird zwischen diesen bei der Auslenkung des Schwenkarmes bewegt.

Nachteilig bei diesen bekannten Anordnungen ist es, daß der zwischen den Düsen sich bewegende und dort gelenkig aufgehängte Schwenkarm während des Betriebes des Wandlers zum Flattern neigt, so daß die der eigentlichen Auslenkbewegung überlagerte Flatterbewegung des Schwenkarmes entsprechende große Auslenkungen des Schwenkarmes erfordert, damit nicht durch die Flatterbewegung die Ausgangsergebnisse des Wandlers zu sehr verfälscht werden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugründe, eine Anordnung der eingangs genannten Art · so auszubilden, daß ein Flattern des Schwenkarmes möglichst weitgehend verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der negative Rücksteller eine Kraft auf diesen Arm über einen größeren wirksamen Hebelarm als der positive Rücksteller ausübt·, daß die Dämpfereinrichtung zwischen dem positiven Rücksteller und dem Schwenkarm angeordnet ist, daß der positive Rücksleller und die Dämpfereinrichtung zu einer Einheit kombiniert sind, die zwei Kammern umfaßt, welche durch eine Leitung mit einer verengten Öffnung verbunden sind, daß ein Verschlußglied in jeder Kammer fliissigkeitsdicht montiert ist und diese Kammern und die Leitung eine nicht komprimierbare Flüssigkeit zwischen diesen Verschlußgliedern einschließen, daß eine Einrichtung zum Verbinden eines dieser Verschlußglieder mit dem Schwenkarm vorhanden ist und daß eine Einrichtung zum Verbinden des verstärkten pneumatischen Druckes mit der gegenüberliegenden Seite des anderen Verschlußgliedes vorhanden ist.

Mit dieser Anordnung'werden die Flatterbewegungen des Schwenkarmes praktisch völlig ausgeschaltet, so daß im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen mit sehr kleinen Auslenkungen des Schwenkarmes gearbeitet werden kann. Hieraus ergibt sich der Vorteil eines großen Verstärkungsbercichs des Wandlers von etwa 1:60 bis etwa 1:600, während der Verstärkungsbereich der bekannten Anordnungen auf etwa 1:6 begrenzt war.

Da außerdem die Arbeitskurven einer derartigen n iiiilidi ilrr Dnul 1Ι1ΙΊΙ in ΛΜιπι 'ii!

keit vom Abstand der Vcrschlußglieder zu den Düsenöfrnungen nur über einen sehr geringen Auslenkbereich des Schwenkarmes linear verlaufen, ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung der weitere Vorteil, daß ausschließlich in diesem geringen linearen Abschnitt der Arbeitskurven gearbeitet werden kann. Hierdurch ist eine erhebliche Vereinfachung der nachgeschaltcten Einrichtungen möglich; insbesondere kann der Ausgang des Wandlers direkt mit nachgeschalteten Geräten gekoppelt werden. Außerdem ist damit eine leichte Einstellbarkeit und Nullpunktjustage des Gerätes gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Blockschaltbild den erfindungsgemäßen Wandler,

Fig. 2 schematisch den Aufbau des Wandlers im einzelnen,

Fig. 3 den Aufbau des Verstärkers des Wandlers zusammen mit dem Steuerventil im Schnitt,

Fig. 4 im Schnitt den Aufbau des der Drehmomentrichtung entgegenwirkenden Rückstellen,

F i g. 5 den in Drehmomentrichtung wirkenden Rücksteller einschließlich seiner Dämpfungseinrichtung im Schnitt,

Fig. 6 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit des Druckabfalls an den Düsen gegenüber dem Abstand der Düsen zu ihren Verschlußgliedem zeigt,

Fig. 7 ein Diagramm, welches das Eingangsdrehmoment des Wandlers gegenüber dem Ausgangssignal zeigt.

In Fig. 1 ist im Blockschaltbild ein pneumatischer Brückenwandler 10 gezeigt. Dieser besteht aus einem Brückenabschnitt 11, einem Gleichgewichtsabschnitt 12 und einem Verstärkerabschnitt 13, welche in Fig. 1 jeweils durch gestrichelte Linien gegeneinander abgegrenzt sind.

Ein Eingangsdrehmoment T wird einer von einer Druckluftquelle 14 a gespeisten Düsenanordnung 14 zugeführt, welche ein in Abhängigkeit vom zugeführten Drehmoment sich änderndes Druckluftsignal erzeugt. Dieses Signal wird im Verstärkerabschnitt 13 einem Verstärker 15 und als verstärktes Ausgangssignal einem Steuerventil 16 zugeführt, mit welchem in Abhängigkeit von diesem Signal die Größe des Druckes einer Druckluftquelle 16a verhältnismäßig starken Druckes gesteuert wird. Über eine Leitung 55 speist die Druckluftquelle 16a auch den Verstärker 15.

Das so erhaltene Ausgangssignal P wird über eine Leitung 60 einerseits einer Steuervorrichtung 17 und andererseits über Zweigleitungen 61 und 62 zwei entgegengesetzte Drehmomente'erzeugenden Rüekstel-Iern 18 und 19 zugeführt. Dabei wirkt der Rücksteller 19 in Richtung des Eingangsdrehmonients, während der Rücksteller 18 dem Eingangsdrehmoment entgegenwirkt. Da das vom positiven Rücksteller 19 erzeugte Drehmoment kleiner als das vom negativen Rücksteller 18 erzeugte Drehmoment ist, erzeugen beide Rücksteller gemeinsam ein dem Eingangsdrehinoinent T entgegengerichtetes Drehmoment T', das dem Brückenabschnitt 11 an der Stelle der Eingabe , des Eingangsdrehmoments wieder zugeführt wird. Das Gegendrehnioment T hält dabei in etwa dem Eingangsdrehmoment T das Gleichgewicht.

In Fig. 2 ist schematisch der Aufbau des Wandlers im einzelnen gezeigt. Das Eingangsdrehmoment Γ ■wiikt auf eine Wi¹II- 20 mil-einem Schwenkarm 21,

3 4

dessen freies Ende mit Scliließplatlen 29 und 30 für momentstellung wirkt. Der negative Riiekstcller 18

Druckluftdüsen 27 und 28 versehen ist, zwischen weist die Gehäusekammer 63 abschließende und in

denen das Ende des .Schwenkarmes 21 eine geringe ihrer Mitte kolbenartig verstärkte Membranen 66 auf,

Bewegung ausführen kann. wobei das Kolbenteil 64 mittels einer Stange 65 auf

Die Düsen 27 und 28 werden mit Druckluft über 5 den Schwenkarm 21 im Abstand L zum Drehpunkt

eine an die Druckluftquelle 14a (Fig. 1) angeschlos- der Welle 20 wirkt.

sene Leitung 22 gespeist. Die Leitung 22 ist in zwei Der positive Rücksteller 19 weist eine an die Lei-Brückenleitungen 23 und 24 gegabelt. Die der Lei- tung 62 angeschlossene und durch eine Membran tung 22 zugewandten und zwischen dieser und Ab- bzw. Verschlußstück 83 abgeschlossene Geha'usekamzweigungen 31 und 32 liegenden Abschnitte sind mit io mer 73 auf, wobei jenseits der Kammer 73 eine weigleichen Drosseln 25 und 26 versehen. Im Brücken- tcre Kammer78 vorgesehen ist, die über eine Drosselschaltbild entsprechen die Drosseln 25 und 26 der stelle 80 mit einer weiteren Kammer 77 in Verbin-Drosselung durch die Düsen 27 und 28 mit ent- dung steht. Die Kamm'er>77 ist ebenfalls durch eine sprechendem Druckabfall. Bei der Bewegung des Membran bzw. ein Verschlußstück 84· geschlossen, Schwenkarmes 21 nach der einen oder anderen Seite 15 welche in ihrer Mitte ein Kolbenteil 75 zur Befestiwird der Druckabfall der einen Düse vergrößert, der- gung einer Betätigungsstange 76 trägt. Die Befestijenige der anderen jedoch verringert. gungsstange 76 greift im Abstand M zum Drehpunkt

Von den Abzweigungen 31 und 32 führen Leitun- der Welle 20 am Schwenkarm 21 an, wobei der Abgen 33 und 34 zu dem Verstärker 15, der mit dem stand M kleiner als der Abstand L ist. Die Kammern Steuerventil 16 in einem gemeinsamen Gehäuse un- 20 77 und 78 sind mit einer nicht komprimierbaren tergebracht ist. Der Verstärker 15 weist einen an Dämpfungsflüssigkeit, z. B. mit Glyzerin oder einem Membranen aufgehängten Kolben43 auf (Fig. 3), Silikongemisch, vollständig gefüllt. Hierdurch werden : der aus einem Mittelteil größeren Durchmessers 44 Flatterneigungen schon im Entstehen unterdrückt, und daran anschließenden Teilen geringeren Durch- Der über die Leitungen 61 und 62 zugeführte vermessers 45 und 46 besteht. Auf beiden .Seiten des 25 stärkte Druck, der sich in Abhängigkeit von der AusMittelteils 44 sind zwei Kammern 41 und 42 in Ge- lenkung des Schwenkarmes 21 ändert, wird also dazu häuse vorgesehen, in die jeweils die Leitungen 33 benutzt, den Schwenkarm 21 in seine Nullage zu- und 34 münden. rückzuführen.

Das dem Steuerventil 16 zugewandte Ende des In Fig. 3 ist der Aufbau des Verstärkers mit dem

Abschnitts 45 des Kolbens 43 ist als Ventilnadel 48 30 Steuerventil 16 im Schnitt im einzelnen gezeigt. Die

ausgebildet und kann einen Ventilsitz 47 schließen. den Kolben 43 an seinem Mittelteil 44 tragenden

Auf ihren dem Mittelteil 44 abgewandten Seiten sind gewellten und reibungsverhütenden Membranen sind

die Kammern 41 und 42 ebenfalls durch Membranen mit 50 und 51 bezeichnet, während die an den Ab-

verschl'ossen, so daß zwischen diesen Membranen schnitten geringeren Durchmessers den Kolben 43

und den außenliegenden .Gehäuseteilen Kammern 53 35 tragenden Membranen mit 49 und 52 bezeichnet sind,

und 54 gebildet sind, die gemeinsam an die Leitung Die Membranen 49 und 50 einerseits und 51 und 52

55 der Druckquelle 16ά (Fig. 1) stärkeren Druckes andererseits schließen jeweils Kammern4! und 42

angeschlossen sind. Die Druckquelle 16a kann mit ein. Diese Kammern sind an die Leitungen 33 und 34

der Druckquelle 14a vereinigt sein. angeschlossen. Die außenliegenden Kammern sind

Der Ventilsitz 47 ist einer Kammer nachgeschaltet, 40 mit 53 und 54 bezeichnet und gemeinsam an die Lei-

die an eine Abströmleitung 60 zum Herausführen des tung 55 angeschlossen.

Ausgangsdruckes P angeschlossen ist und mit einer In Fig. 3 ist weiterhin eine besondere getrennte

Drosselstelle 58 versehen ist, aus welcher über- Anordnung der Ventilnadel 48 gezeigt, die zur Ver-

schüssige Druckluft ins Freie strömen kann. meidung einer Hysterese so angeordnet ist, daß im

Durch Auslenkung des Schwenkarmes 21 aus sei- 45 normalen Betrieb eine Berührung mit dem Ventilsitz ner Mittellage ergeben sich also unterschiedliche 47 vermieden wird. Hierzu ist die Ventilnadel 48 ko-Drücke in den Leitungen 33 und 34. Dies führt zu axial zum Kolben 43 und gegen ihn verschiebbar-aneiner Verschiebung des Kolbens 43 nach der einen geordnet, wcbei eine Druckfeder 57 in einer Ausneh- oder anderen Seite und damit zu einem mehr oder mung des Kolbens die Ventilnadel in Richtung zum weniger großen öffnen oder Schließen des Steuer- 50 Ventilsitz 47 drückt. Die Auswärtsbewegung der Venventils 16. Die durch das Ventil,47 gebildete Drossel- tilnadel ist dabei durch eine Stützplatte getrennt, stelle wird in ihrem Querschnitt verändert, so daß Die Ventilnadel 48 kommt mit dem Ventilsitz 47 sich der über die Leitung 55 zugeführte Hilfsdruck in nur dann in Berührung, wenn sich die-Einrichtung der Leitung 60 entsprechend ändert. außer Betrieb befindet. Dabei wird die Nadel durch

Durch Aufhängung des Kolbens 43 lediglich an 55 die Feder 57 und deren Zusammendrücken gegen Membranen wird gleitende Reibung oder Oberflä- Beschädigung geschützt. Im Betrieb wird die Nadel chenkontakt vermieden. Dadurch ergibt sjch ein 48 außerdem durch, die Feder 57 mittig zum Ventilgenaues Arbeiten des Verstärkers 15 mit sehr gerin- sitz 47 gehalten.

ger Hysterese. Durch die beiderseitige Zufuhr des Die Drossel 58 ist getrennt in das Gehäuse cin-Hilfsdruckes aus der Quelle 16a wird außerdem die 60 gesetzt und koaxial zum Ventilsitz 47 angeordnet. Bewegung des Kolbens 43 stabilisiert und ein Flattern Somit können Verunreinigungen der durch den Vender Ventilnadel 48 upier Vermeidung mechanischer tilsitz47 strömenden Luft aus der¹!Drossel 58 aus-Fedem verhindert. geblasen werden.

Die Leitung 60 ist in die beiden Leitungen 61 und Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die in einem Gehäuse

62 geteilt, weiche jeweils in den Rückstellen! 18 und 65 gebildete Kammer63 auf ihrer Vorderseite durch eine

19 münden. Der negative Rücksteller 18 wirkt dem gewellte Membran 66 verschlossen, welche durch ein durch einen Pfeil angedeuteten Drehmoment T ent- Kolbenteil 64 in ihrer Mitte verstärkt ist. Das KoI-

gegen, während der positive Rücksteller 19 in Dreh- benteil 64 dient als Träger" für eine Betätigungsstange

65 zur Beaufschlagung des Schwenkarmes 21. Das Linde der Leitung 61 ist in das die Kammer 63 enthaltende Gehäuse auf der der Membran 66 gegenüberliegenden Seite eingeschraubt.

Wie aus F i g. 5 hervorgeht, ist in einem Gehäuse eine von der Membran 83 verschlossene Luftkammer 73 gebildet, in welche die Leitung 62 mündet. Die Membran 83 ist ebenfalls in ihrer Mitte durch ein kolbenartiges Teil 74 verstärkt. Im Gehäuse ist jenseits der Membran 83 eine weitere Kammer 77 vor-, gesehen, die über eine Leitung 79 einen Anschlußkanal 81 und die Drossel 80 mit der von ihr durch einen Steg getrennten Kammer 78 verbindet. Die Kammern 77 und 78 sind über den Kanal 81. der durch einen Stopfen 82 verschließbar ist, mit einer Dämpfungsflüssigkeit, z. B. mit Glyzerin oder einem Silikongemisch, vollständig gefüllt. Die Bewegung des Kolbentcils 74 und etwaige.Flatterneigungen werden durch die zwischcngeschaltete Dämpfereinrichtung 67 entsprechend abgeschwächt und auf ein Kolbenteil 75 übertragen, das an einer Membran 84 angeordnet ist. Das Kolbenteil 75 dient wiederum zur Halterung einer Betätigungsstange 76, welche den Schwenkarm in üiehrichtung beaufschlagt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung wird im folgenden an Hand der Fig. 6 und 7 näher erläutert.

In dem Diagramm nach Fig. 6 ist der Druckabfall an den Düsen über dem Abstand zu ihren Schließplatlcn 29 und 30 (Fig. 2) aufgetragen. Bekannte Düsenanordnungen dieser Art erfordern im allgemeinen Bewegungen der Schließplatten in der Größenordnung von 0,055 mm. Der Druckabfall in Abhängigkeit vom jeweiligen Schließplattenspiel folgt dabei der in Fig. 6 dargestellten, nichtlinearen Kurve. Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die sichere Flattcrvermeidung mit sehr kleinen Auslenkungen des Endes des Schwenkarmes 21 in der Größenordnung von 0,0025 mm gearbeitet werden kann, bewegt man sich in dem in F i g. 6 angedeuteten linearen Bereich der Kurve. Hierdurch sind Einstcll- und Justierschwierigkeiten behoben.

Im Diagramm nach Fig. 7 ist das Eingangsdrehmoment über das Ausgleichssignal der erfindungsgemäßen Anordnung aufgetragen, wobei die in ausgezogener Linie dargestellte Meßkurve gegenüber der strichpunktierten Geraden die geringe Abweichung von der Linearität bei der erfindungsgemäßen Anordnung verdeutlicht.

Da sich außerdem der Schwenkarm 21 stets in großem Maße in der Nähe seiner Nullstellung befindet, kann die Anzeigevorrichtung 17 ungeachtet der der Brücke zugeführten Leistung sehr empfindlich ausgebildet werden. Die Verstärkung im Verstärkungsabschnitt 13 kann daher sehr groß sein.

Durch die Verbindung des Kolbens 43 mit der Venlilnadel 48 und die federnde Aufhängung des Kolbens wird jede als Folge von Druckschwankungen auftretende Änderung im Ausgang des Steuerventils den Rückstellen! ebenso wie die als Folgt von Verunreinigungen auftretenden Änderungen zugeführt. Da die hieraus resultierenden Gleichgewichtsstörungen wieder der Brücke 11 zugeführt werden, wird dadurch eine Neucinstellung der Ventilnadel 48 und der Gleichgewichtszustand herbeigeführt.

Die Stärke des Ausgangssignales /' in bezug auf den Druck in der Eingangsleitung 53 hängt direkt von dem Druckunterschied in den Kammern 41 und 42 ab, der von der Brücke 11 des Wandlers übertragen wird. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform der Verstärker 15 einen Ausgangsbereich mit Drükken von 210 bis 1030 g/cm² bereits bei einer Druckänderung von 14 g/cm² umfassen. Eine Druckänderung von 1,5 % kann somit eine den ganzen Bereich umfassende Änderung des Signalausganges bewirken, das einem Verstärkungsgrad von 1 zu 75 entspricht.

Auch aus diesem Grund kann in einem sehr kleinen Abschnitt der Kurven nach Fig. 6 gearbeitet werden. Durch die Einschaltung des negativen Rückstellen 18 zwischen dem Ausgangssignal P und dem Eingangsdrehmoment 7' wird der Strömungskreis gesondert geschlossen, da der negative Rücksteller 18 ein Gleichgewicht zwischen den genannten Größen herstellt. Da auch im Rücksteller 18 durch die Membranaufhängung des Kolbenteils64 Reibungen und Federsteifigkeiten vermieden sind, ist die Hysterese sehr klein. Außerdem beseitigt die Membran 66 Temperalurfehlcr, da jede Ausdehnung der Stange 63 zu einer Neueinstcllung der Membran gegen das Luftkissen im Zylinder führt, ohne daß bei den in Betracht kommenden Kräften eine Änderung erfolgt.

Entsprechendes gilt für den Aufbau des positiven Rückstellen 19 mit der Dämpfereinrichtung 67, wobei Gleichgewichtseinstellungen durch Änderung der Dämpfung und Änderung des HebelarmesM (Fig.2) möglich sind. Wie beim negativen Rücksteller 18 bewirkt eine Ausdehnung der Stoßstange 76 >und der Dämpfungsflüssigkeit nur eine Neueinstellung der Membran gegen das Luftkissen in der Kammer 73 'ohne Änderung der Kräfte. Durch die Anordnung des Verschlußstopfens 82 am höchsten Punkt der Dämpfereinrichtung können die Kammern 77 und 78 stets voll mit Dämpfungsflüssigkeit gehalten werden, so daß die Drossel 80 ständig innerhalb der Flüssigkeit liegt. Außerdem bewegen sich aus der Flüssigkeit austretende Luftblasen nach oben zum Kanal 81, wo sie die Dämpfung nicht beeinflussen.

Durch Änderung des Hebelarmes L (Fig. 2) kann die Empfindlichkeit des Wandlers eingestellt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wandler zum Umwandeln einer Kraft in einen pneumatischen Druck, mit einem Schwenkarm, dessen einer Teil zwischen einem Paar ineinander gegenüberliegender Druckluftdüsen angeordnet ist, einer Einrichtung zum Verstärken des pneumatischen Druckdifferentials oberhalb dieser Düsen, einem negativen Rücksteller stärksten Druckes und einem positiven Rücksteller, einer Einrichtung zur Ausnutzung des verstärkten' Druckes als lineare Anzeige der ätfßeren Kraft, die auf den Schwenkarm einwirkt, und mit einer mit diesem Arm gekoppelten Dämpfereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Rücksteller (18) eine Kraft auf diesen Arm (21) über einen größeren wirksamen Hebelarm (L) als der positive Rücksteller (19) ausübt, daß die Dämpfereinrichtung (67) zwischen dem positiven Rücksteller (19) und dem Schwenkarm (21) angeordnet ist, daß der positive Rücksteller (19) und die Dämpfereinrichtung (67) zu einer Einheit kombiniert sind, die zwei Kammern (77, 78) umfaßt, welche durch eine Leitung (79) mit einer verengten Öffnung (80) verbunden sind, daß ein Verschlußglied (83 bzw. 84) in jeder Kammer (77

   iw. 78) flüssigkeitsdicht montiert ist und diese ammern und die Leitung eine nicht kompriierbare Flüssigkeit zwischen diesen Verschlußiedern einschließen, daß eine Einrichtung (75, i) zum Verbinden eines dieser Verschlußglieder

   mit dem Schwenkarm vorhanden ist und daß eine Einrichtung (62) zum Verbinden des verstärkten pneumatischen Druckes mit der gegenüberliegenden Seite des anderen Verschlußgliedes (83) vorhanden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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