DE1548761A1 - Skalenanzeigeinstrument mit Grenzwertfuehler - Google Patents

Description

PatentamSlW MÜnCheil 21- Okt.»966

Dipl. ing. Walter Meissner

Dipl. Ing. Herbert Tischer , .

Büro München 1040/0 1

München 2, Tal 71

Parker Instrument Corporation, Stamford, Connecticut (V.St.A.)

Skalenanzeigeinstrument mit Grenzwertfühler

Die Erfindung betrifft Skalenanzeigeinstrumente und -gerate mit Grenzwertfühler, insbesondere große, der optischen Anzeige dienende Anzeigevorrichtungen mit Zeiger und Skala, wie UJaagenskalen, Bourdon Druckmesser und dergleichen, bei denen einstellbare Grenzwertfühler vorhanden sind, mittels deren zugeordnete Schalt- und Ubermachungskreise steuerbar sind, wenn der Skalenzeiger oder eine verstellbare Skala einen vorbestimmten Skalenwert erreichen.

Es wurden Grenziuertf ühler und -anzeigevorrichtungen, Uiaagenskalen und dergleichen vorgeschlagen, bei denen aus einer Lampe und einer Fotozelle bestehende Grenzwertfühler vorgesehen sind, die mittels den Lichtstrahl unterbrechenden Flügeln betätigt werden, die zusammen mit einem bewegbaren Skalenzeiger umlaufen. Bei derartigen herkömmlichen Skalenanzeigeinstrumenten mit Grenziuertf ühler wurden im allgemeinen große, plumpe Flügelanordnungen benutzt, welche die statische und dynamische Auswuchtung der bewegbaren Anzeigevorrichtung oder des Zeigers zunichte machen, eine unzureichende Empfindlichkeit aufweisen und nur einen begrenzten Einstellbereich für die mittels des Instruments erfaßten Grenzwerte ermöglichen. Infolge der Große und Breite herkömmlicher, in solchen Vorrichtungen vorgesehener lichtunterbrechender Flügel erfolgt im allgemeinen ein Ansprechen auf erheblich unterschiedliche Grenzwerte, je nach dem von welcher Richtung sich der Zeiger dem Grenzwert nähert.

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Die Skalenanzeigeinstrumente mit Granzujertf ühlar* nach der Erfindung bieten zahlreiche Vorteile, die bei Meßgeräten mit flacher Stirnfläche, zylindrischen Uiaagenskalen oder beliebigen vergleichbaren Anzeigegeräten ausnutzbar sind. Als Grenzwertfühler werden Hfliniaturfühlerblöcke mit Lampe und Fotozelle verwendet, die sich auf jeden beliebigen Punkt des vollen Umfange der Skalenscheibe einstellen lassen. Die Stellvorrichtungen der Fühlerblöcke werden durch den Deckring des Instruments verborgen, wodurch einer unbefugten oder versehentlichen Verstellung der vorgesehenen Grenzwerte entgegengewirkt wird. Für den Befugten sind diese Stellvorrichtungen jedoch bequem zugänglich, indem einfach der Deckring und die durchsichtige Deckplatte des Instruments abgenommen werden. Zwei, drei oder mehr derartiger Fühlerblöcke lassen sich an verschiedenen Stellen der Skalenscheibe anordnen, um jede gewünschte Steuerfunktion, Befehle wie Start, Beschleunigung, Verzögerung, Stop oder andere ähnliche Steuerfunktionen zu erhalten, die Einfluß auf die Arbeitsweise der zugeordneten Anlagenteile haben.

Die lichtunterbrechenden Flügel der Geräte nach der Erfindung sind klein und leicht, erstrecken sich in einer Richtung quer zur Bewegungsebene des Skalenzeigers, benachbart der Skalenscheibe, halten Schwankungen auf Grund einer Auslenkung des Zeigers kleinstmöglich und erlauben einfachste Beobachtung des Zeigers selbst, während sie mit den mit Lampe und Fotozelle ausgestatteten Fühlerblöcken völlig reibungslos zusammenwirken. Außerdem sind die Fühlerblöcke nach der Erfindung mit doppelt wirkenden Grenzwertmarkierungen versehen, die neben der Skalenscheibe beobachtbar sind und den genauen Skalenwert anzeigen, bei dem der Zeiger von niedrigeren oder höheren liierten kommend die Grenzwertfühler nach der Erfindung betätigt.

Der Erfindung liegt demgemäß insbesondere die Aufgabe zu Grund, Skalenanzeigeinstrumente mit Grenzwertfühler zu schaffen, die

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größte Empfindlichkeit und Genauigkeit der Grenzwertermittlung verbunden mit genauer optischer Anzeige bieten.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung von Anzeigegeräten, bei denen Grenzwerte selbsttätig über praktisch den gesamten Bereich der angezeigten Skalenwerte ermittelt werden können.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung von Skalenanzeigegeräten der genannten Art, bei denen die Stellvorrichtungen verborgen jedoch für die erfahrene Bedienungsperson bequem zugänglich sind.

lüeitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.

Es zeigt: Figur 1

eine Teilfrontansicht eines nach Art einer Waagenskala aufgebauten S!,,::.lenanzeigeinstruments nach der Erfindung,

Figur 2

Figur 3

Figur 4

einen Schnitt des Instruments, der Figur 1 ,

der Linie 2-2

in größerem Maßstab eine Teilansicht des Anzeigeinstruments nach Figur 1, aus der das Zusammenwirken zwischen der Zeigerspitze und Grenzwertfühlern nach der Erfindung hervorgeht,

im Schnitt eine Seitenansicht des in Figur 3 veranschaulichten Instrumententeils, im wesentlichen entsprechend dem oberen Teil nach Figur 2, und

Figur 5 eine perspektivische T^ilansicht des in den Figuren und 4 dargestellten Instrumententeils.

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BAD ORIGiNAt

Bei dem veranschaulichten Anzeigeinstrument ist ein Zeiger an einem axialen Drehpunkt 11 im wesentlichen in der Iflitte einer kreisförmigen Skalenscheibe 12 drehbar gelagert, an deren Umfang eine unterteilte Skala 13 angeordnet ist, bei der numerische Angaben, beispielsweise die lilerteangaben 0, 1500 und 3000, neben vorbestimmten Skalenhauptunterteilungen angeordnet sind (Figur 1).

Die Einstellung des Zeigers 10 erfolgt mittels eines Zeigeretelluierks 14, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet und mittels dessen der Zeiger 10 um den axialen Drehpunkt 11 entsprechend Änderungen eines Druckes, Gewichts, einer Spannung oder einer anderen variablen Größe gedreht wird, die mittels des Instruments gemessen und angezeigt uiird.

An vorbestimmten Stellen des Umfangs des Instruments sind mehrere Grenzuiertfühler 15 einstellbar angeordnet, die Teilgruppen bilden, die im einzelnen in den Figuren 3, 4 und dargestellt sind. Die Grenzuiertfühler 15 sind unmittelbar innerhalb des Randes 16 des Instrumentengehäuses 17 einstellbar montiert und mittels eines Deckrings 18 teilweise verborgen, der entsprechend den Figuren 3 und 4 den Rand 16 übergreift. Eine durchsichtige Frontplatte 19 aus Glas oder Kunststoff deckt die Iflittelöffnung des Deckrings 18 ab, durch welche hindurch die Skalenscheibe 12 mit der Skala 13 und der darüberliegende Zeiger 10 beobachtet werden können.

Der Deckring 18 weist oben einen kleinen nach innen vorstehenden Hflontagestift 21 auf, der in eine entsprechende Bohrung im Außenteil des Randes 16 eingreift, wie dieses im oberen Teil der Figuren 1 und 2 veranschaulicht ist. Der gegenüberliegende untere Rand des Deckrings 18 ist mit einer Klemmschraube versehen, die in eine Gewindebohrung im entsprechenden unteren Teil des Gehäuserandes 16 eingreift. Wird die Klemmschraube gelöst, kann der Deckring nach außen um den Stift 21 verschwenkt werden, bis er nach oben abgehoben werden kann, wobei der

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BAD ORfGiNAL

Stift 21 aus der zugehörigen Bohrung im Rand 16 herausgezogen wird. Nach Abnehmen des Deckrings 18 und der Frontplatte 19 liegen die einstellbaren Stellvorrichtungen der Grenzwertfühler 15 sämtlich frei und können bequem eingestellt werden.

Jeder Grenzwertfühler 15 meist einen Wlontagebügel 23 mit einem ebenen Teil 24 auf, der über einen lüandabschnitt 25 mit einem Radialflansch 26 verbunden ist, der an einer Kante des Randes 16 liegt. Eine hinterschnittene Nut 27 ist an der Innenkante des Randes 16 ausgebildet. In die Nut 27 ist ein abgestuftes Sperrstück 28 eingepaßt, das innerhalb der Nut gleitend verschoben werden kann. Oas Sperrstück 28 ist mit einer Gewindebohrung ausgestattet, die sich in Richtung auf den Oeckring 18 öffnet und eine Stellschraube 29 aufnimmt, die durch eine zweckentsprechende Öffnung im Radialflansch des Ifiontagebügels 23 hindurchgreift. Beim Anziehen der Stellschraube 29 wird das Sperrstück 28 in Richtung auf den Radialflansch 26 verschoben, das Sperrstück 28 fest gegen den hinterschnittenen Teil der Nut 27 im Rand 16 gedrückt und auf diese Weise der Meßfühler 15 in jeder ausgewählten Winkellage sicher festgehalten.

Wie aus Figur 4 hervorgeht, liegt die Skalenscheibe 12 etwas unterhalb der Stirnfläche des Randes 16. Eine flache, plattenartige, den Grenzwert kennzeichnende Stellmarke 31 reicht von dem Radialflansch 26 des IKIontagebügels 23 aus über den Ulandabschnitt 25 hinweg radial nach innen. Die Stellmarke 31 liegt über dem ebenen Teil 24 und steht in Richtung auf den axialen Drehpunkt 11 vor. Entsprechend Figur 3 ist die Stellmarke 31 vorzugsweise mit einer Kerbe versehen, so daß zwei spitzwinklig begrenzte Grenzpunkte 32 und 33 entstehen, die sich über der Skala 13 am Rand der Skalenscheibe 12 befinden.

Der Zeiger 10 besteht, wie veranschaulicht, im wesentlichen aus einer langgestreckten, dünnen, flachen, sich verjüngenden

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Blechplatts. Das Außenende des Zeigers 10 kann abgebogen sein, so daß eine senkrechte, plattenförmige Spitze 34 entsteht, die in radialer Richtung in einer Ebene senkrecht zur Skalenscheibe 12 und zur Bemegungsebene der Zeigerspitze liegt. Bei Betrachtung durch die Frontplatte 19 hindurch iuird, entsprechend den Figuren 1 und 3, auf die Kante des abgebogenen Zeigerteils gesehen, die als schmale, feine Zeigerspitze erscheint. Ist die Spitze 34 mit dem Grenzpunkt 33 der Stellmarke 31 ausgerichtet (beispielsweise Figur 3), weiß der Beobachter, daß das Instrument eine einem Grenzwert entsprechende Stellung genau anzeigt.

In einer derartigen, einem Grenzwert entsprechenden Stellung luerden die GrenzutertfUhler 15 auf die folgende Weise betätigt. Das äußere Ende der Spitze 34 des Zeigers 10 ist mit einem tangential ausgerichteten Flügel 35 vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Skalenscheibe 12 und zur Bewegungsebene der Spitze 34 des Zeigers 10 ausgestattet (Figuren 3, 4 und 5). Auf dem ebenen Teil 24 des Itlontagebügels 23 ist ein Fühlerblock 36 angeordnet, der mit einem IKlittelschlitz 37 versehen ist, durch den der Flügel 35 hindurchlaufen kann, wenn sich der Zeiger 10 dem Fühlerblock 36 nähert und an diesem vorbeiläuft. In radialer Richtung an den Schlitz 37 auf gegenüberliegenden Seiten der Bewegungsbahn des Flügels 35 angrenzend sind in Ausnehmungen des Fühlerblocks 36 eine Lampe 38 und eine Fotozelle 39 montiert, die über zweckentsprebhende Zuleitungen mit Anschlüssen 41 auf dem ebenen Teil 24 des Rlontagebügels 23 verbunden sind. In den meisten Stellungen des Zeigers 10, beispielsweise in der in Figur 3 ausgezogen dargestellten unteren Stellung, liegt der Flügel 35 nicht im Schlitz 37 einer der Fühlerblöcke 36 der Grenzwertfühler 15, die am Umfang des Instruments in beliebigem gegenseitigem Abstand angeordnet sein können. In diesen Normalstellungen des Zeigers 10 kann infolgedessen der Flügel 35 das von einer Lampe 38 zu der zugeordneten Fotozelle 39 gelangende Licht nicht unterbrechen. Die Grenzwertfühlschaltungen des

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Geräts, innerhalb deren diese Lampen und Fotozellen liegen, bleiben infolgedessen unbetätigt.

UJe η η sich der Zeiger der oberen, strichpunktiert angedeuteten Stellung 10a nach Figur 3 nähert, in der die Spitze 34 mit dem Grenzpunkt 33 der Stellmarke 31 ausgefluchtet ist, unterbricht die Vorderkante des in den Schlitz 37 eintretenden Flügels 35 das von der Lampe 38 zur Fotozelle 39 gelangende Licht, wodurch die diesem speziellen Fühlerblock 36 zugeordneten Grenzu/ertf ühlerschaltungen betätigt werden. Während der Zeiger 10 über den gekerbten Abschnitt der Stellmarke 31 in Richtung auf den gegenüberliegenden Grenzpunkt 32 uieiterläuft, unterbricht der in den Schlitz 3.7 eingreifende Flügel 35 weiter den aus der Lampe 38 stammenden Lichtstrahl, so daß dieser die Fotozelle 39 nicht erreichen kann, bevor der Zeiger 10 die gegenüberliegende Seite der Stellmarke 31 erreicht. In dieser Stellung, in der die Spitze 34 mit dem Grenzpunkt 32 auscarichtet ist, durchläuft die Hinterkante des Flügels 35 die Linie zwischen der Lampe 38 und der Fotozelle 39, so daß Licht mieder auf die Fotozelle 39 auftreffen kann und die Betätigung dieses Fühlerblocks beendet wird.

Die Grenzpunkte 32 und 33 der Stellmarke ü'; ani.sprechen damit den auf der Skala 13 angezeigten Grenzwerten,, bei denen der zugehörige Grenzuiertfühler 15 infolge des Vorbeilaufs des Zeigers 10 betätigt wird. Der in Umfangsrichtung gemessene Abstand der Grenzpunkte 32 und 33 läßt klar erkennen, daß der endliche Bereich der won dem Zeiger 10 angezeigten Skalenwerte zwischen den Grenzpunkten 32 und 33 zu einer Betätigung des Grenzwertfühlers 15 führt. Die mit der Spitze 34 des Zeigers zusammenwirkenden Grenzpunkte 32 und 33 liefern eine extrem genaue Anzeige des exakt angegebenen Skalenwerts, bei dem der Grenzwertfühler anspricht, je nach dem ob der Zeiger von niedrigeren oder höheren liierten kommt.

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Oia Ausrichtung des Flügels 35 im wesentlichen quer und vorzugsuiaiee praktisch senkrecht zu der Beuiegungsebane des Zeigers 10 benachbart dar Skala 13 bietet den Vorteil, daß Schwankungen der Grenzwertermittlung kleinstmöglich gehalten u/erden, die anderenfalls dadurch verursacht warden könnten, daß der Zeiger 10 ausgelenkt oder in Schwingungen versetzt wird. Derartige Auslenkungen der Zeigerspitze führen nämlich zu einer Bewegung des Flügels 35 nur in dessen eigener Ebene, was einen minimalen Einfluß auf die Stellungen der Uorder- und Rückkanten und den dazwischen liegenden mittleren Teil des Flügels 35 hat, die die kritischen Teile des Flügels 35 bilden, welche die Betätigung des Granzwertfühlers 15 beim Worbeilauf des Zeigers 10 einleiten, aufrechterhalten und beenden. Außerdem wird der Flügel 35 entsprechend Figur 3 durch die Frontplatte 19 hindurch von der Kante aus gesehen. In dieser Lage lenkt der Flügel 35 den Beobachter am wenigsten ab, da ein größerer Gegenstand andernfalls den Beobachter des Instruments verwirren könnte. 3eder der Grenzwertfühler 15 kann entlang dem gesamten Umfang der Skala 13 bewegt werden, indem die zugehörige Stellschraube 29 gelöst und das Sperrstück 28 in der Nut 27 entlang dem Umfang zu der gewünschten neuen Stellung verschoben wird. Die Anschlüsse 41 sind vorzugsweise mit der Außenschaltung über eine zweckentsprechende Öffnung im Instrumentengehäuse 17 mittels Zuleitungsdrähten verbunden, die zu einem flexiblen Kabel oder dergleichen zusammengefaßt sind, das eine Bewegung der fflontagebügel 23 entlang dem gesamten Rand des Instruments erlaubt.

Die mit langar Lebensdauer arbeitenden Subminiaturlampan 38 werden gealtert und auf eine Soll-Lebensdauer über 60 000 Stunden oder 7 Jahre ausgewählt. Die erfindungsgemäß verwendeten Fotozellen 39 sind Subminiaturzellen, die entweder fotoleitende Zellen, beispielsweise Kadmiumsulfid- oder Kadmiumselenitzellen oder fotoleitende, lichtaktivierte optische Dioden oder Halbleiter, beispielsweise Vierschicht-Schalt-Dioden, sein können.

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Die fotoleitenden Kadmiumsulfidzellen eignen sich für niederfrequente Ifiodulator-Demodulator-Schaltungen, allgemeine Analog- und Digital-Schaltkreise oder zur Steuerung von mit niedriger Leistung arbeitenden SCR-Systemen. Die fotoleitenden Vierschicht-Schalt-Dioden eignen sich für das Schalten, die Relaissteuerung oder die Gattersteuerung in mit hoher Leistung arbeitenden SCR-Schaltungen.

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Claims (9)

XO Patentansprüche

1. Skalenanzeigeinstrument mit Grenzuiertf ühler, bei dem ein Anzeigeelement mittels eines Stellwerkes in Abhängigkeit von Änderungen einer anzuzeigenden Größe in seiner Winkellage verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement (10) an seinem äußersten Ende einen flachen Flügel (35) trägt, der in einer Ebene liegt, die eine Tangente der Beiuegungsbahn des Anzeigeelements enthält, und der damit bei Verschwenken des Anzeigeelements hochkant durch mindestens einen Fühlerblock (36) hindurchführbar ist, der entlang der Beiuegungsbahn des Anzeigeelements verstellbar ist und eine Lampe (38) sowie eine Fotozelle (39) aufmeist, die an gegenüberliegenden Seiten der Beiuegungsbahn angeordnet sind.

2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigeelement ein Zeiger (10) vorgesehen ist, der nahe dem Mittelpunkt einer ortsfesten, gebogenen Skalenfläche (12) drehbar gelagert ist, die an ihrem freiliegenden Umfang Skalenmarken trägt.

3. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigeelement eine gebogene Skalenfläche vorgesehen ist, die an ihrem freiliegenden Umfang Skalenmarken trägt.

4. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement (1O), das zugehörige Stellwerk (14) und der oder die Fühlerblöcke (36) in einem Gehäuse (17) untergebracht sind, das eine

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bogenförmige Nut (27) aufweist, in der ein an dem Fühlerblock befestigtes Sperrstück (28) gleitend verstellbar ist.

5. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (35) zwecks Verringerung von Fehlern infolge von unbeabsichtigten Auslenkungen oder Erschütterungen des Anzeigeelements (TQ) in einer Ebene angeordnet ist, die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsebene des Anzeigeelements (10) liegt.

6. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement (10) verschwenkbar vor einer ortsfesten flachen Skalenscheibe (12) angeordnet ist, der Flügel (35) nach hinten über den gekrümmten Rand der Skalenscheibe hinausragt und der Fühlerblock (36) hinter dam Rand der Skalenscheibe verstellbar gelagert ist.

7. Instrument nach Anspruch ü, gekennzeichnet durch eine von Hand einstellbare Stellvorrichtung (29), die nahe dem Rand der Skalenscheibe (12) nach vorne reicht und mittels deren der Fühlerblock (36) in gewünschter Lega festlegbar ist.

8. Instrument nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen an dem Gehäuse (17) abnehmbar montierten Deckring (18), der die Stellvorrichtung (29) überdeckt.

9. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Fühlerblock (36) eine Stellmarke (31) mit zwei Grenzpunkten (32,33) befestigt ist, die die Skalenwerte bezeichnen, bei denen der Flügel (35) bei Bewegung des Anzeigeelements (10) von niedrigeren bzw. höheren Warten kommend zwischen Lampe(38) und Fotozelle (39) einzutreten beginnt.

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