DE1523563B2 - Wandler zur nicht linearen umwandlung eines mechanischen stellungssignals in ein pneumatisches signal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wandler zur nichtlinearen Umwandlung eines mechanischen Stellungssignals in ein pneumatisches Signal mit einer Kurvenscheibe, die in Abhängigkeit von dem Stellungssignal eingestellt und deren jeweilige Radialwerte abgetastet und in ein entsprechendes pneumatisches Signal umgewandelt werden.

Bei derartigen Einrichtungen ergeben sich Schwierigkeiten, wenn eine nichtlineare Beziehung zwischen dem mechanischen Stellungssignal und den Druckänderungen eines pneumatischen Signals hergestellt werden soll. Derartige nichtlineare Beziehungen sind häufig in der Meß- und Regeltechnik erwünscht. Das Stellungssignal kann dabei auch von anderen Signalen, z. B. Drücken, abhängen.

Durch die Zeitschrift »Chemie-Ing.-Techn.«, Nr. 6, S. 427, ist ein pneumatischer Funktionswandler bekannt, dessen Eingangsseite aus einem pneumatischen Empfänger besteht, der das Signal in eine Drehstellung einer Kurvenscheibe, also in ein mechanisches Stellungssignal umformt. Diese Kurvenscheibe kann je nach der gewünschten Funktion angefertigt werden. Sie wird durch einen Weg-Transmitter abgetastet, der den Weg bzw. die Stellung der Kurvenscheibe in ein pneumatisches Stellungssignal umformt. Der Anlagedruck eines solchen Transmitters an die Kurvenscheibe ist jedoch verhältnismäßig groß, so daß der Antrieb für die Kurvenscheibe verhältnismäßig stark sein muß, wenn eine Beeinflussung der Stellung der Kurvenscheibe durch die Anlage des Transmitters auf Grund von Reibungskräften oder Aufgleit- bzw. Abgleitkräften vermieden werden soll. Dieser bekannte Wandler eignet sich daher nur bei großen zur Verfügung stehenden Antriebskräften, die bei dem bekannten Wandler durch einen pneumatischen Empfänger zur Verfügung gestellt werden. Eine kräftefreie Abtastung der Kurvenscheibe des Wandlers ist in dieser bekannten Konstruktion nicht möglich.

Durch die deutsche Patentschrift 851 751 ist ein Steuerdruckgeber für durch ein Druckmittel gesteuerte Signal- oder Regelgeräte bekannt. Er dient zur linearen Umwandlung eines Drehstellungssignals in ein Drucksignal. Ein drehbar gelagerter Zeiger eines Meßgerätes ist mit einem Schieber versehen, der bei Verdrehung des Zeigers eine Luftaustrittsöffnung

3 4

proportional dem Drehwinkel verschließt und damit An Hand der Zeichnung soll die Erfindung anAus-

den Druck in der Zuleitung zu der Luftaustrittsöfr- führungsbeispielen näher erläutert werden.

nung proportional ändert. Zur Erzielung einer exak- F i g. 1 zeigt schematisch einen Wandler gemäß der

ten Linearität der Wandlung ist noch ein zusätzlicher Erfindung;

Schieber an dem Zeiger befestigt, der ebenfalls eine 5 F i g. 2 zeigt perspektivisch einen Teil der F i g. 1

Luftaustrittsöffnung bei Drehung des Zeigers mit der Kurvenscheibe, wobei einige Teile geschnit-

schließt. Eine nichtlineare Wandlung ist mit diesem ten und einige zusätzlich dargestellt sind;

bekannten Steuerdruckgeber weder beabsichtigt noch F i g. 3 zeigt perspektivisch einen Teil der F i g. 1

möglich. mit der Justiereinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen io Der in der Zeichnung (F i g. 2) dargestellte Wand-Wandler zur nichtlinearen Umwandlung eines mecha- ler dient zur Erzeugung eines pneumatischen Signals nischen Stellungssignals in ein pneumatisches Signal in Abhängigkeit des Flüssigkeitspegels in einem Bezu schaffen, bei dem bei der Abtastung der Kurven- halter 10 mittels eines Schwimmers 11, der den Änscheibe keine die Einstellung der Kurvenscheibe be- derungen des Flüssigkeitspegels folgt. Das Gewicht lastenden Kräfte auftreten, der einfach in der Kon- 15 des Schwimmers 11 wird teilweise durch eine Feder struktion und insbesondere auch schnellen Änderun- 12 ausgeglichen, die mit ihrem oberen Ende an einer gen des Stellungssignals zu folgen in der Lage ist. Befestigungsplatte 13 in dem Behälter 10 und an ih-

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird rem unteren Ende an einer mit dem Schwimmer 11

dadurch gelöst, daß die Kurvenscheibe ein Drosselglied verbundenen Stange 14 befestigt ist.

auf eine Düse zu und von dieser weg in Abhängigkeit 20 Die Stange 14 trägt an ihrem oberen Ende einen

von Änderungen der Stellung der Kurvenscheibe be- magnetisierbaren Anker 15, der in einem vertikalen

wegt, so daß sich der Druck in Stromrichtung von der Rohr 16 aus nichtmagnetisierbarem Material beweg-

Düse in Abhängigkeit von Bewegungen des Drossel- lieh ist. Das vertikale Rohr 16 ist oben an dem Behäl-

gliedes ändert, daß die Düse von einem Balg einstell- ter 10 befestigt. Den Bewegungen des Ankers 15 folgt

bar ist, der gegen eine Feder arbeitet und mit dem in 25 ein Magnet 17, dessen Schenkel das Rohr 16 umgrei-

Richtung des Stromes vor der Düse herrschenden fen und der an dem einen Ende eines Hebels 18 befe-

Druck beaufschlagt ist, der das pneumatische Signal stigt ist. Der Hebel 18 ist um eine in Stehlagern 21

darstellt. gelagerte Achse 19 drehbar. Der Hebel 18 ist doppel-

Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Ab- armig und erstreckt sich mit seinem anderen Arm tastung der Kurvenscheibe praktisch reibungsfrei un- 30 über die Achse 19 hinaus. Zum Ausgleich des Gemittelbar pneumatisch durch eine Düse, die durch die wichts des Magneten 17 trägt der gegenüberliegende Stellung der Kurvenscheibe mehr oder weniger ge- Arm ein Gegengewicht 22. Auf diese Weise kann der drosselt wird. Diese Drosselung macht sich in einer Magnet 17 völlig frei durch Drehung um seine Achse Druckänderung vor der Düse bemerkbar, und diese 19 den Bewegungen des Ankers 15 folgen.
Druckänderung wird mittels eines Balges zur Nach- 35 Mit dem Hebel 18 dreht sich eine Anzeigeskala 23. führung der Düse entsprechend der Kurvenform her- Ein auf die Skala 23 ragender Zeiger 24 ermöglicht angezogen. Es ist somit ein geschlossener Regelkreis eine schnelle Ablesung von Änderungen des Flüssigmit relativ hoher Regelsteilheit gebildet. Der vor der keitspegels. Außerdem ist mit dem Hebel 18 eine Düse herrschende Druck stellt unmittelbar das umge- Kurvenscheibe 25 verbunden, die sich zusammen mit wandelte pneumatische Signal dar. Die Feder, gegen 40 dem Hebel 18 dreht und deren Kurvenverlauf entdie der Balg arbeitet, bestimmt den Arbeitsbereich sprechend der gewünschten Wandlercharakteristik des Wandlers, er ist durch Einstellung der Feder ver- gewählt ist.

änderbar. Ein besonderer Vorteil des erfindungsge- Die Kurvenscheibe 25 dient zur Einstellung einer

mäßen Wandlers besteht auch darin, daß die das me- pneumatischen Einrichtung mit einer Düse 26 und

chanische Stellungssignal angebende Kurvenscheibe 45 einer beweglichen Fahne 27. Die Düse 26 wird von

durch die Abtastmittel nicht in Drehrichtung beein- einem Arm 28 (F i g. 1) gehalten, der mittels einer

flußt wird. Das mechanische Stellungssignal wird da- Feder 29 in einer vertikalen Ebene drehbar gelagert

her praktisch kräftefrei abgetastet. ist. Die Fahne 27 ist ebenfalls an dem Arm 28 befe-

Zur Erzielung ausreichend großer Druckänderun- stigt und so flexibel, daß sie sich auf die Düse 26 zu gen bei Änderung der Drosselung der Düse ist es 50 oder von ihr weg bewegen kann. Die Fahne 27 erzweckmäßig, in der Zuleitung zu der Düse eine Dros- streckt sich über die Düse 26 hinaus und liegt mit ihseleinrichtung vorzusehen. Der die Nachführung be- rem freien Ende auf der Kurvenscheibe auf.
wirkende Balg wird dann mit dem zwischen der Dros- Die Düse 26 wird über eine Leitung 31 unter Zwiseleinrichtung und der Düse herrschenden Druck be- schenschaltung einer Drosseleinrichtung 32 mit komaufschlagt. 55 primierter Luft gespeist. Die Drosselung ist vorzugs-

Eine andere zweckmäßige Weiterbildung besteht weise kleiner als die des Düsendurchtritts, so daß sich

darin, daß Verzögerungsmittel vorgesehen sind, die der Druck des mit 30 bezeichneten und zwischen der

der Wirkung des von dem in Strömungsrichtung vor Düse 26 und der Drosseleinrichtung 32 liegenden

der Düse herrschenden Druck beaufschlagten Balges Leitungsteiles der Leitung 31 mit den Bewegungen

nach einer bestimmten Zeit entgegenwirken. 60 der Fahne 27 in Richtung auf die Düse 26 zu und von

Auf diese Weise wird das zu erzeugende pneumati- ihr weg ändert. Der in dem Leitungsteil 30 hinter sehe Signal differenziert, wodurch sich ein günstiges Düse 26 herrschende Druck betätigt ein Relais 33 mit Signal zur Steuerung beispielsweise der Zuflußmittel einer flexiblen Membran 34, die auf ihrer oberen zu einem Behälter ergibt, dessen Flüssigkeitsstand auf Seite durch den Leitungsteil 30 beaufschlagt wird, die Drehung der Kurvenscheibe übertragen wird. Auf 65 Die Membran 34 ist mittels einer rohrförmigen diese Weise wird der Zufluß zu dem Behälter um so Kappe 36 mit einer zweiten kleineren Membran vergrößer, je größer die Differenz zwischen »SOLL«- bunden, die innen zwischen ihren beiden Enden mit und »IST«-Flüssigkeitsstand ist. einem Ventilsitz versehen ist. Die Kappe 36 ist ober-

5 6

halb des Ventilsitzes mit einer Bohrung versehen, die spricht. Unter diesen Bedingungen ist der Druck in

in den Raum unterhalb der Membran 34 führt, der mit den Bälgen 38 und 41 gleich, so daß sie gleiche

dem atmosphärischen Druck in Verbindung steht. Druckkräfte auf den Hebel 45 und die Schraube 47

Die Verbindung zwischen der Leitung 31 und einer ausüben und die an dem Ende des Hebels 45 anlie-

Auslaßleitung 37 wird durch ein Ventil 40 gesteuert, 5 gende Schraube 47 die Düse 26 in ihrer Ruhelage

das durch eine Feder 40 α nach oben in geschlossenen hält. Tritt eine Änderung des Flüssigkeitspegels auf,

Zustand gedrückt wird. Eine Feder 40 b drückt die beispielsweise ein Anstieg, so bewegt der Schwimmer

Membran 34 nach oben. Das Ventil 40 ist mit einem 11 den Anker 15 nach oben. Der Magnet 17 folgt da-

Stift versehen, der mit Spiel durch die Membran 35 bei den Bewegungen des Ankers 15 und dreht den

geführt ist und mit seinem als Ventil ausgebildeten io Hebel 18 im Uhrzeigersinn (Fig. 2). Dieser dreht

Ende auf dem Ventilsitz in der Kappe 36 aufliegt. Bei wiederum die Kurvenscheibe 25, wodurch sich eine

einer derartigen Ausbildung ist der Druck in der Aus- Bewegung der Fahne 27 auf die Düse 26 zu oder von

laßleitung 37 genau proportional dem Druck in der ihr weg entsprechend der gewünschten Wandlercha-

Leitung 30, jedoch größer. rakteristik ergibt.

Die Leitung 37 ist mit einem Balg 38 und außer- 15 Nimmt man an, daß die Fahne 27 von der Kurvendem über eine einstellbare Drosselstelle 39 mit einem scheibe 25 nach oben bewegt wird, so wird die Düse weiteren Balg 41 verbunden. Die beiden Bälge 38 26 weiter geschlossen, was zu einem Anstieg des und 41 sind an einem doppelarmigen Hebel 42 befe- Druckes vor der Düse 26 und entsprechend zu einem stigt, der zwischen den Bälgen 38 und 41 in einem fe- Anstieg des Druckes in der Auslaßleitung 37 führt, sten Stützlager 43 gelagert ist. Bewegungen des He- 20 Dieser Druckanstieg überträgt sich sofort auf den bels 42 um seine Achse in Richtung des Uhrzeigers Balg 38, der den Hebel 45 entgegen dem Uhrzeigerwerden durch einen einstellbaren Anschlag 44 be- sinn dreht, so daß der Arm 28 angehoben und die grenzt, mit dem sich der Fixpunkt des Systems ein- Düse 26 von der Fahne 27 wegbewegt wird. Eine stellen läßt. Vergrößerung des Abstandes zwischen der Düse 26

Die Bälge 38 und 41 wirken wechselseitig auf 25 und der Fahne 27 bewirkt wiederum eine Verringeeinen doppelarmigen Hebel 45, dessen Drehlager rung des Druckes gegen die Düse 26, was wiederum zwischen den beiden Bälgen 38 und 41 liegt. Der dazu führt, daß die Einrichtung in eine stabile Lage doppelarmige Hebel 42 weist einen nach oben gerich- zurückgeführt wird. Die Druckänderung in der Austeten Arm 50 auf, an dem sich das Drehlager des He- laßleitung 37 wirkt sich jedoch auch teilweise auf den bels 45 befindet und der sich im Abstand zu dem He- 30 Balg 41 über die Drosselstelle 39 aus, so daß nach bei 45 horizontal zur Seite bis über den Balg 38 hin- einer bestimmten Zeit die von dem Balg 38 ausgeübte aus erstreckt und an eine von dem Arm 28 gehaltene Kraft verschwindet. Die Teile kehren damit in ihre Schraube 47 zur Einstellung der Drehlage des Armes normale Gleichgewichtslage zurück. In der Zwischen-28 und damit zur Einstellung des Nullpunktes an- zeit kann der Druck in der Auslaßleitung 37 an schlägt. 35 Steuerungseinrichtungen übertragen worden sein, die

Wie am besten in F i g. 3 erkennbar, ist die eine Korrektur des Flüssigkeitspegels bewirken, der

Schraube 47 durch eine von einer Feder 52 gehalte- damit wieder auf seinen gewünschten Wert gebracht

nen Mutter 51 geschraubt. Die Feder 52 ist in einem wird. Während dies erfolgt, wird der Druck in den

Schlitz 53 des Armes 28 verschiebbar. Durch mehr Bälgen 38 und 41 wiederum ausgeglichen, die Teile

oder weniger tiefes Einschrauben der Schraube 47 in 40 bleiben in ihrer bestimmten stabilen Lage. Besteht

die Mutter 51 kann der Fixpunkt des Wandlers bzw. noch eine Abweichung, so erfolgt noch eine Korrek-

die Nulleinstellung geändert werden, d. h., daß der tür, bis der Flüssigkeitspegel wieder auf seinen ge-

Ausgangsdruck für eine bestimmte Stellung der Kur- wünschten Wert gebracht ist. Die dafür benötigte Zeit

venscheibe 25 geändert wird. Durch Verschieben der kann durch die Drosselstelle 39 eingestellt werden.

Feder 52 in dem Schlitz 53 kann der Angriffspunkt 45 Der Fixpunkt des Wandlers kann in einfacher

der Schraube 47 an dem Hebel 45 eingestellt und da- Weise mittels des Anschlags 44 eingestellt werden,

mit die Skalenbreite und der Kurvenanstieg angepaßt mit dem sich die normale Gleichgewichtslage des He-

werden. Diese Einstellung kann außerdem zur Korn- bels 45 verändern läßt. Wird die den Anschlag 44 bil-

pensation von kleineren Fehlern dienen, die beispiels- dende Schraube nach unten gedreht, so dreht sich der

weise von Toleranzen in den Verbindungen herrühren. 50 Hebel 42 entgegen dem Uhrzeigersinn, und die untere

Der Hebel 45 wird in Richtung des Uhrzeigersin- maximale und stabile Lage der Düse 26 wird angeho-

nes gegen den Balg 38 durch eine einstellbare Feder ben, so daß die Teile des Wandlers je nach der Cha-

48 gedrückt, die mit ihrem oberen Ende an einer rakteristik eine stabile Gleichgewichtslage erreichen,

Rändelschraube 54 angreift. Die Rändelschraube 54 wenn die Kurvenscheibe 25 aus der ursprünglichen

ist durch das abgewinkelte Ende des Armes 50 ge- 55 Position in die eine oder andere Richtung gedreht

schraubt. Von dem unteren Ende der Rändel- wird. Diese Einstellung kann leicht, einfach und mit

schraube 54 wird ein Schraubstück 55 gehalten, das einem hohen Grad von Genauigkeit durchgeführt

in das obere Ende der Feder 48 eingeschraubt ist. werden.

Durch die Rändelschraube 54 kann die effektive Der Arbeitsbereich des Wandlers kann durch VerLänge der Feder 48 und somit die Federcharakteri- 60 stellen der Rändelschraube 54 und damit durch verstik eingestellt werden. Auf diese Weise läßt sich der schieden große Vorspannung der Feder 48 eingestellt Arbeitsbereich des Wandlers in einfacher Weise ein- werden. Wird diese Feder kürzer und steifer gemacht, stellen. so hat der Balg 38 eine geringere Wirkung, wodurch

Ist der Flüssigkeitspegel stabil und sind die Teile die Charakteristik des Wandlers geändert wird. Auch

des Wandlers zur Ruhe gekommen, so nehmen sie 65 diese Einstellung kann sehr einfach sein und schnell

eine Lage ein, die ungefähr der gemäß Fig.! ent- vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Wandler zur nichtlinearen Umwandlung eines mechanischen Stellungssignals in ein pneumatisches Signal mit einer Kurvenscheibe, die in Abhängigkeit von dem Stellungssignal einstellbar und deren jeweilige Radialwerte abtastbar und in ein entsprechendes pneumatisches Signal umwandelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (25) ein Drosselglied (27) auf eine Düse (26) zu und von dieser weg in Abhängigkeit von Änderungen der Stellung der Kurvenscheibe (25) bewegt, so daß sich der Druck in Stromrichtung von der Düse in Abhängigkeit von Bewegung des Drosselgliedes (27) ändert, daß die Düse (26) von einem Balg (38) einstellbar ist, der gegen eine Feder (48) arbeitet und mit dem in Richtung des Stromes vor der Düse (26) herrschenden Druck beaufschlagt ist, der das pneumatische Signal darstellt.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verzögerungsglieder (39, 41) vorgesehen sind, die der Wirkung des von dem in Strömungsrichtung vor der Düse (26) herrschenden Druck beaufschlagten Balges (38) nach einer bestimmten Zeit entgegenwirken.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (26) eine Drosseleinrichtung (32) vorgeschaltet ist und daß der Balg (38) mit dem in Strömungsrichtung hinter der Drosseleinrichtung herrschenden Druck beaufschlagt ist.

4. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsglieder (39, 41) einen Balg (41) aufweisen, der dem zuerst genannten Balg (38) entgegenwirkt und der über eine Drosselstelle (39) mit dem zuerst genannten Balg (38) verbunden ist.

5. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine horizontale Anordnung einer die Kurvenscheibe (25) drehbar lagernden Achse (19), durch einen Arm (28), dessen eines Ende drehbar (29) gelagert ist und dessen anderes freies Ende die Düse (26) trägt, durch eine das Drosselglied (27) bildende Fahne, die sich auf die Düse (26) zu und von dieser weg bewegen kann und auf der Kurvenscheibe (25) aufruht und davon bewegt wird, wobei der die Düse (26) einstellende Balg (38) den Arm (28) in eine solche Richtung bewegt, daß dieser der Fahne (27) folgt.

6. Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Arm (28) ein Zeiger befestigt ist, der sich auf einer Skala bewegt.

7. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (48) zum Zwecke der Änderung des Arbeitsbereiches einstellbar ist.

8. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Bälge (38, 41) an den beiden Armen eines zweiarmigen Hebels (42) abstützen, der zur Einstellung des Fixpunktes mit einem einstellbaren Anschlag (44) versehen ist, und jeweils mit ihren andere Enden in sich entgegenwirkender Richtung an den beiden Armen eines weiteren doppelarmigen Hebels (45) angreifen, an dem auch die Feder (48) zur Veränderung des Arbeitsbereiches angreift.

9. Wandler nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere doppelarmige Hebel (45) mit seinem einen Ende den an seinem freien Ende die bewegliche Düse (26) tragenden Arm (28) bewegt, wobei der Angriffspunkt (47) an den Arm (28) einstellbar ist.

10. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelarmige Hebel (42), an dem sich die beiden Bälge (38, 41) abstützen, in seinem Drehpunkt mit einem Arm (50) versehen ist, an dem der weitere zweiarmige Hebel (45) im wesentlichen senkrecht über dem Drehpunkt des erstgenannten Hebels (42) drehbar gelagert ist und der an seinem abgewinkelten Ende eine einstellbare Rändelschraube (54) trägt, an der sich die Feder (48) zur Einstellung des Arbeitsbereiches abstützt.