DE1523563C - Wandler zur nichtlinearen Umwandlung eines mechanischen Stellungssignals in ein pneumatisches Signal - Google Patents

Description

proportional dem Drehwinkel verschließt und damit den Druck in der Zuleitung zu der Luftaustrittsöffnung proportional ändert. Zur Erzielung einer exakten Linearität der Wandlung ist noch ein zusätzlicher Schieber an dem Zeiger befestigt, der ebenfalls eine Luftaustrittsöffnung bei Drehung des Zeigers schließt. Eine nichtlineare Wandlung ist mit diesem bekannten Steuerdruckgeber weder beabsichtigt noch möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wandler zur nichtlinearen Umwandlung eines mechanischen Stellungssignals in ein pneumatisches Signal zu schaffen, bei dem bei der Abtastung der Kurvenscheibe keine die Einstellung der Kurvenscheibe belastenden Kräfte auftreten, der einfach in der Konstruktion und insbesondere auch schnellen Änderungen des Stellungssignals zu folgen in der Lage ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kurvenscheibe ein Drosselglied auf eine Düse zu und von dieser weg in Abhängigkeit von Änderungen der Stellung der Kurvenscheibe be-, ₍ wegt, so daß sich der Druck in Stromrichtung von der ν Düse in Abhängigkeit von Bewegungen des Drosselgliedes ändert, daß die Düse von einem Balg einstellbar ist, der gegen eine Feder arbeitet und mit dem in Richtung des Stromes vor der Düse herrschenden Druck beaufschlagt ist, der das pneumatische Signal darstellt.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Abtastung der Kurvenscheibe praktisch reibungsfrei unmittelbar pneumatisch durch eine Düse, die durch die Stellung der Kurvenscheibe mehr oder weniger gedrosselt wird. Diese Drosselung macht sich in einer Druckänderung vor der Düse bemerkbar, und diese Druckänderung wird mittels eines Balges zur Nachführung der Düse entsprechend der Kurvenform herangezogen. Es ist somit ein geschlossener Regelkreis mit relativ hoher Regelsteilheit gebildet. Der vor der Düse herrschende Druck stellt unmittelbar das umgewandelte pneumatische Signal dar. Die Feder, gegen die der Balg arbeitet, bestimmt den Arbeitsbereich des Wandlers, er ist durch Einstellung der Feder veränderbar. Ein besonderer Vorteil des erfindungsge- \ > mäßen Wandlers besteht auch darin, daß die das mechanische Stellungssignal angebende Kurvenscheibe durch die Abtastmittel nicht in Drehrichtung beeinflußt wird. Das mechanische Stellungssignal wird daher praktisch kräftefrei abgetastet.

Zur Erzielung ausreichend großer Druckänderungeh bei Änderung der Drosselung der Düse ist es zweckmäßig, in der Zuleitung zu der Düse eine Drosseleinrichtung vorzusehen. Der die Nachführung bewirkende Balg wird dann mit dem zwischen der Drosseleinrichtung und der Düse herrschenden Druck beaufschlagt.

Eine andere zweckmäßige Weiterbildung besteht darin, daß Verzögerungsmittel vorgesehen sind, die der Wirkung des von dem in Strömungsrichtung vor der Düse herrschenden Druck beaufschlagten Balges nach einer bestimmten Zeit entgegenwirken.

Auf diese Weise wird das zu erzeugende pneumatische Signal differenziert, wodurch sich ein günstiges Signal zur Steuerung beispielsweise der Zuflußmittel zu einem Behälter ergibt, dessen Flüssigkeitsstand auf die Drehung der Kurvenscheibe übertragen wird. Auf diese Weise wird der Zufluß zu dem Behälter um so größer, je größer die Differenz zwischen »SOLL«- und »IST«-Flüssigkeitsstand ist. ι

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Wandler gemäß der Erfindung;

S F i g. 2 zeigt perspektivisch einen Teil der F i g. 1 mit der Kurvenscheibe, wobei einige Teile geschnitten und einige zusätzlich dargestellt sind;

Fig. 3 zeigt perspektivisch einen Teil der Fig. 1 mit der Justiereinrichtung.

ίο Der in der Zeichnung (F i g. 2) dargestellte Wandler dient zur Erzeugung eines pneumatischen Signals in Abhängigkeit des Flüssigkeitspegels in einem Behälter 10 mittels eines Schwimmers 11, der den Änderungen des Flüssigkeitspegels folgt. Das Gewicht des Schwimmers 11 wird teilweise durch eine Feder 12 ausgeglichen, die mit ihrem oberen Ende an einer Befestigungsplatte 13 in dem Behälter 10 und an ihrem unteren Ende an einer mit dem Schwimmer 11 verbundenen Stange 14 befestigt ist.

Die Stange 14 trägt an ihrem oberen Ende einen magnetisierbaren Anker 15, der in einem vertikalen Rohr 16 aus nichtmagnetisierbarem Material beweglich ist. Das vertikale Rohr 16 ist oben an dem Behälter 10 befestigt. Den Bewegungen des Ankers 15 folgt

.25 ein Magnet 17, dessen Schenkel das Rohr 16 umgreifen und der an dem einen Ende eines Hebels 18 befestigt ist. Der Hebel 18 ist um eine in Stehlagern 21 gelagerte Achse 19 drehbar. Der Hebel 18 ist doppelarmig und erstreckt sich mit seinem anderen Arm über die Achse 19 hinaus. Zum Ausgleich des Gewichts des Magneten 17 trägt der gegenüberliegende Arm ein Gegengewicht 22. Auf diese Weise kann der Magnet 17 völlig frei durch Drehung um seine Achse 19 den Bewegungen des Ankers 15 folgen.

Mit dem Hebel 18 dreht sich eine Anzeigeskala 23. Ein auf die Skala 23 ragender Zeiger 24 ermöglicht eine schnelle Ablesung von Änderungen des Flüssigkeitspegels. Außerdem ist mit dem Hebel 18 eine Kurvenscheibe 25 verbunden, die sich zusammen mit dem Hebel 18 dreht und deren Kurvenverlauf entsprechend der gewünschten Wandlercharakteristik gewählt ist. .

Die Kurvenscheibe 25 dient zur Einstellung einer pneumatischen Einrichtung mit einer Düse 26 und einer beweglichen Fahne 27. Die Düse 26 wird von einem Arm 28 (Fig. 1) gehalten, der mittels einer Feder'29 in einer vertikalen Ebene'drehbar gelagert ist. Die Fahne 27 ist ebenfalls an dem Arm 28 befestigt und so flexibel, daß sie sich auf die Düse 26 zu oder von ihr weg bewegen kann. Die Fahne 27 erstreckt sich über die Düse 26 hinaus und liegt mit ihrem freien Ende auf der Kurvenscheibe auf.

Die Düse 26 wird über eine Leitung 31 unter Zwischenschaltung einer Drosseleinrichtung 32 mit komprimierter Luft gespeist. Die Drosselung ist vorzugsweise kleiner als die des Düsendurchtritts, so daß sich der Druck des mit 30 bezeichneten und zwischen der Düse 26 und der Drosseleinrichtung 32 liegenden Leitungsteiles der Leitung 31 mit den Bewegungen der Fahne 27 in Richtung auf die Düse 26 zu und von ihr weg ändert. Der in dem Leitungsteil 30 ;hinter Düse 26 herrschende Druck betätigt ein Relais 33 mit einer flexiblen Membran 34, die auf ihrer oberen Seite durch den Leitungsteil 30 beaufschlagt wird.

"Die Membran 34 ist mittels einer rohrförmigen Kappe 36 mit einer zweiten kleineren Membran verhunden, die innen zwischen ihren beiden Enden mit einem Ventilsitz versehen ist. Die Kappe 36 ist ober-

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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 6 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, stcn 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 Verringe-

einen 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 Aus-

tcten Arm 50 auf, an dem sich das Drehlager des He- laßleitung 37 wirkt sich jedoch auch teilweise auf den

bcls 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. 1 ent-- vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen '

Claims (8)

1 ■ ■ 2 ■ - ' ■ · t .■ 9. Wandler nach den Ansprüchen 5 und,8,da- Patentansprüche: durch gekennzeichnet, daß der weitere doppelar- mige Hebel (45) mit seinem einen Ende den an

1. Wandler zur nichtlinearen Umwandlung seinem freien Ende die bewegliche Düse (26) traeines mechanischen Stellungssignals in ein pneu- 5 / genden Arm (28) bewegt, wobei der Angriffsmatisches Signal mit einer Kurvenscheibe, die in punkt (47) an den Arm (28) einstellbar ist.
Abhängigkeit von dem Stellungssignal einstellbar 10. Wandler nach Anspruch 9, dadurch ge- und deren jeweilige Radialwerte abtastbar und in kennzeichnet, daß der doppelarmige Hebel (42), ein entsprechendes pneumatisches Signal umwan- an dem sich die beiden Bälge (38, 41) abstützen, delbar sind, dadurch gekennzeichnet, io in seinem Drehpunkt mit einem Arm (50) versedaß die Kurvenscheibe (25) ein Drosselglied (27) hen ist, an dem der weitere zweiarmige Hebel auf eine Düse (26) zu und von dieser weg in Ab- (45) im wesentlichen senkrecht über dem Drehhängigkeit von Änderungen der Stellung der Kur- punkt des erstgenannten Hebels (42) drehbar gevenscheibe (25) bewegt, so daß sich der Druck in lagert ist und der an seinem abgewinkelten Ende Stromrichtung von der Düse in Abhängigkeit von 15 eine einstellbare Rändelschraube (54) trägt, an Bewegung des Drosselgliedes (27) ändert, daß der sich die Feder (48) zur Einstellung des Ardie Düse (26) von einem Balg (38) einstellbar ist, beitsbereiches abstützt.

der gegen eine Feder (48) arbeitet und mit dem in
Richtung des Stromes vor der Düse (26) herrschenden Druck beaufschlagt ist, der das pneu- 20 :

matische Signal darstellt.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verzögerungsglieder (39, 41) vorge- Die Erfindung betrifft einen Wandler zur nichtlisehen sind, die der Wirkung des von dem in Strö- nearen Umwandlung eines mechanischen Stellungsmungsrichtung vor der Düse (26) herrschenden 35 signals in ein pneumatisches Signal mit einer Kur-Druck beaufschlagten Balges (38) nach einer be- venscheibe, die in Abhängigkeit von dem Stellungsstimmten Zeit entgegenwirken. signal eingestellt und deren jeweilige Radialwerte ab-

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- getastet und in ein entsprechendes pneumatisches Sizeichnet, daß der Düse (26) eine Drosseleinrich- gnal umgewandelt werden.

tung (32) vorgeschaltet ist und daß der Balg (38) 30 Bei derartigen Einrichtungen ergeben sich Schwierig-

mit dem in Strömungsrichtung hinter der Drossel- keiten, wenn eine nichtlineare Beziehung zwischen

einrichtung herrschenden "Druck beaufschlagt dem mechanischen Stellungssignal und den Druckän-

ist. derungen eines pneumatischen Signals hergestellt

4. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekenn- werden soll. Derartige nichtlineare Beziehungen sind zeichnet, daß die Verzögerungsglieder (39, 41) 35 häufig in der Meß- und Regeltechnik erwünscht. Das einen Balg (41) aufweisen, der dem zuerst ge- Stellungssignal kann dabei auch von anderen Signanannten Balg (38) entgegenwirkt und der über len, z. B. Drücken, abhängen.

eine Drosselstelle (39) mit dem zuerst genannten Durch die Zeitschrift »Chemie-Ing.-Techn.«, Nr. 6,

Balg (38) verbunden ist. S. 427, ist ein pneumatischer Funktionswandler be-

5. Wandler nach einem der vorhergehenden 40 kannt, dessen Eingangsseite aus einem pneumati-Ansprüche, gekennzeichnet durch eine horizon- sehen Empfänger besteht, der das Signal in eine tale Anordnung einer die Kurvenscheibe (25) Drehstellung einer Kurvenscheibe, also in ein mechadrehbar lagernden Achse (19), durch einen Arm nisches Stellungssignal umformt. Diese Kurven-(28), dessen eines Ende drehbar (29) gelagert ist scheibe kann je nach der gewünschten Funktion an- und dessen anderes freies Ende die Düse (26) 45 gefertigt werden. Sie wird durch einen Weg-Transmitträgt, durch eine das Drosselglied (27) bildende ter abgetastet, der den Weg bzw. die Stellung der Fahne, die sich auf die Düse (26) zu und von die-. Kurvenscheibe in ein pneumatisches Stellungssignal ser weg bewegen kann und auf der Kurvenscheibe umformt. Der Anlagedruck eines solchen Transmit-(25) aufruht und davon bewegt wird, wobei der ters an die Kurvenscheibe ist jedoch verhältnismäßig die Düse (26) einstellende Balg (38) den Arm 50 groß, so daß der Antrieb für die Kurvenscheibe ver-(28) in eine solche Richtung bewegt, daß dieser hältnismäßig stark sein muß, wenn eine Beeinflusder Fahne (27) folgt. sung der Stellung der Kurvenscheibe durch die An-

6. Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekenn- lage des Transmitters auf Grund von Reibungskräfzeichnet, daß an dem Arm (28) ein Zeiger befe- ten oder Aufgleit- bzw. Abgleitkräften vermieden stigt ist, der sich auf einer Skala bewegt. 55 werden soll. Dieser bekannte Wandler eignet sich da-

7. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- her nur bei großen zur Verfügung stehenden Anzeichnet, daß die Feder (48) zum Zwecke der An- triebskräften, die bei dem bekannten Wandler durch derung des Arbeitsbereiches einstellbar ist. einen pneumatischen Empfänger zur Verfügung ge-

8. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekenn- stellt werden. Eine kräftefreie Abtastung der Kurvenzeichnet, daß sich die beiden Bälge (38, 41) an 60 scheibe des Wandlers ist in dieser bekannten Kon- den beiden Armen eines zweiarmigen Hebels (42) struktion nicht möglich.

abstützen, der zur Einstellung des Fixpunktes mit Durch die .deutsche Patentschrift 851751 ist ein

einem einstellbaren Anschlag (44) versehen ist> Steuerdruckgeber für durch ein Druckmittel gesteu-

und jeweils mit ihren andere Enden in sich ent- erte Signal- oder Regelgeräte bekannt. Er dient zur Ii-

gegenwirkender Richtung an den beiden Armen 65 nearen Umwandlung eines Drehstellungssignals in ein

eines weiteren doppelarmigen Hebels :(45) angrei- Drucksignal. Ein drehbar gelagerter Zeiger eines

fen, an dem auch die Feder (48) zur Veränderung Meßgerätes ist mit einem Schieber versehen, der bei

des Arbeitsbereiches angreift. Verdrehung des Zeigers eine üLuftaustrittsöffnung