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Yorrichtung für pne-umatische Eichung oder Haßkontrolle Die Erfindung
bezieht sich auf pneumatfsche Eichung bzw. Ma#kontrolle /pneumatic ganging/. Eine
solche Eichung oder Ma#kontrolle sieht eine Einrichtung für das Messen von Dimensionen
dadurch vor, daß von einer gewissen Eigenschaft einer Gasströmung Gebrauch gemacht
wird. Es gibt zwei allgemein bekarlrlte Formen der pneumatische Eichung oder Maßkontrolle,
nämlich die Rückdruck- bzw. Gegendruck-Ma#kontrolle und die Strömungs-Ma#kontrolle.
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Bei der Gegendruck-Ma#kontrolle verläuft eine Belieferung mit bzw.
Versorgung von Gas mit konstantem Druck durch eine entsprechende Leitung, und zwar
mittels einer Kontrollöffnung, nach einem Eichungselement /ganging element/. Ein
in die leitung eingebauter Druckmesser zeigt Änderungen im Gasdruck ("Gegendruck")
aufgrund einer Änderung in-der effektiven Gas auslaßdüsen-Querschnfttsfläche vom
Eichungselement her an.
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Diese Querschnittsfläche kann beispielsweise zur Spiel-Querschnittsfläche
zwischen dem Eichungselement und einer Bohrung, in welche das Element eingesetzt
ist, gemacht werden. Wenn das Element einen Pa#sitz /close fit/ in der Bohrung bildet,
dann ist die Spiel-Querschittsfläche klein, und der ange-. zeigte Gegendruck differiert
nicht sehr stark vom konstanten Versorgungsdruck. Wenn hingegen das Spiel groß ist,
dann wird sich der Gegendruck beträchtlich von dem konstanten Versorgungsdruck unterscheiden.-Gegendruck
und Spiel können daher so zueinander in Beziehung gesetzt werden, daß sie ein Bichsystem
auf der Grundlage der Abweichung von einem gewissen Soll- bzw.
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Bezugsspiel bilden. Es ist ein Merkmal bzw. eine Eigenart der gegendruck-Ma#kontrolle,
wie oben beschrieben, daß die Ansprechgeschwindigkeit nicht rapide ist, d.h. das
Eichsystem braucht eine gewisse Zeit, uln sich zu stabilisieren, nachdem das Eichungselement
in die zu messende Bohrung ein-gesetzt worden ist.
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Bei der Strömungs-Ma#kontrolle ist eine Gasströmung durch das Eichsystem
proportional der effektiven Gasauslaßdüsen-Querschnittsfläche. Diese @uerschnittsfläche
kön#te, wie in Verbindung mit. der Gegendruck-Ma#kontrolle vorgeschlagen, als die
Spiel-Querschnittsfläche zwischen dem Eichungselement und einer Bohrung, in welche
das Element eingesetzt ist, genommen oder gewählt werden. Wenn das Eichungselement
eines Stromungs-IIaßkontrollsystems einen Parnsitz in einer Bohrung bildet, dann
ist die Spiel-Querschnittsfläche klein und die Strömungsrate gering. Auf diese Weise
Kann ein in das System eingebauter Strömungamesser in Ausdrücken der Abweichung
der Bohrungs-Dimension von einem gewissen Bezugs- oder Sollwert kalibriert werden.
Die Ansprechgeschwindigkeit eines derartigen Systems ist rapider als die eines Gegendruck-Ma#kontrollsystems.
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Bei beiden Typen der beschriebenen Ma#kontrollsysteme wird ein mechanischer
Kontakt zwischen Eichungs- bzw. Maßkontrollelementen und den gemessenen Teilen vermieden
und folglich die mechanische Abnutzung -der Elemente vermindert.
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Es ist jedoch offensichtlich, da# diese Ma#kontrollsysteme eine Kalibrierung
für jede neue Dimension erfordern, die. sie messen sollen. Au#erdem fallt (bzw.
versagt die Diskriminierung bzw. Unterscheidung der Me#kontrollmethode, so bald
die Spiel-Querschnittsfläche grö#er wird.
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Erfindungsgemäß sitzt si-ch eine Vorrichtung für pneumatische Maßkontrolle
zusammen aus einem Körper, aus einer durch diesen Körper bestimmten Aussparung,
aus einem Drosselbauteil, der eine Verschiebung zwischen Grenzen entlang einem Weg
auszuführen vermag, der zumindest teilweise innerhalb der Aussparung liegt, aus
einem durch diesen Drosselbauteil bestimmten profilierten Teilstück, welches in
Richtung des genannten Weges ein solches Profil hat, daß die Stellung des Drosselbauteils
relativ zum Körper zu den Charakteristiken eines Spaltes zwischen dem profilierten
Teilstück und einer Bezugsetellung am Körper in Beziehung gesetzt ist, aus einer
Einrichtung, die eine Gasströmung durch den genannten Spalt hindurch aufbaut, sowie
aus einer Einrichtung zum Überwachen der Gas strömung durch den Spalt hindurch.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung für
pneumatische Maßkontrolle wie zuvor beschrieben, und zusätzlich dazu sorgt die Einrichtung,
durch welche die Gasströmung durch den Spalt hindurch aufgebaut wird, für eine konstante
Massenströmung des Gases durch den Spalt hindurch.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung
ausführlicher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 einen Aufriß eines pneumatischen
Teils, Fig. 2 ein erstes pneumatisches Kreislaufdiagramm,
Fig. 3
ein zweites pneumatisches Kreislaufdiagramm, während Fig. 4 eine grafische Darstellung
wiedergibt, die sich auf die Betriebsweise des in Fig. 3 dargestellten Kreislaufes
bezieht.
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Allgemein zeigt Fig. 1 einen Körper 11 mit einer darin befindlichen
Aussparung 12 und lüftungsöffnungen 11a. In die Aussparung 12 hinein und aus dieser
he-raus kann ein Teil eines Drossel-bauteils 14 entlang einer Symmetrieachse 15
des Körpers 11 verschoben werden. Derjenige Teil des Drosselbauteils, der in die
und aus der Aussparung bewegt- werde-n kann, weist ein profiliertes Teilstück 16
auf, welches aus einem konischen Teilstück 17 und einem zylindrischen tleiIstück
18 besteht, Das zylindrische teilstück enthält Lüftungslöcher 19 für eine Gasströmung
aus dem Drosselbauteil 14 heraus. Das zylindrische teilstück ist mit einem Leitkopf
20 einstückig ausgebildet, welcher-in der-Aussparung 12 einen dichten Schiebesitz
bildet.
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Der Bauteil 14 ist mit einer Schulter 21 versehen, die eine Fläche
22 und einen mit Radius versehenen Übergang 22a nach dem konischen Teilstück 17
hin aufweist. Der Übergang 24 nach der Aussparung 12 hin ist ebenfalls mit einem
Radius versehen.
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Pfeile 25, 26 -zeigen die -Bewagungsgren-zen der Mittellinie der
Lüftungslöcher 19 des Drosselbauteils 14 einrichtung der Achse 15 an. Ein Kanal
27, der durch den Droaselbauteil 14 hindurch verläuft-, bildet eine Gasströmungsleitung.
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Bei Gebrauch wirken der Körper 11 und der Dross-elbauteil 14 so zusammen,
daß sie eine Einrichtung bilden, durch welche die Relativbewegungen der Bauteile
an einer entfernt liegenden Stelle ermittelt bzw. fernermittelt-werden können.
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Als Anwendungsbeispiel wird die Vorrichtung nach Fig. 1 nunmehr in
ihrer Anwendung bei einer Wachstums-Prüfanlage beschrieben. Der Körper 11 wird in
die Konstruktion der Anlage eingebracht, wobei die Lüftungsöffnungen 11a nach einem
Gas -Rückkehrweg (nicht dargestellt) führen. Der Drosselbauteil 14 wird an metallischen
Prüflingen befestigt, deren Wachtum geprüft werden soll und die so orientiert sind,
daß sie ein Anwachsen in Richtung der Achse 15 hervorrufen. Eine Helium-Versorgungseinrichtung
-(nicht dargestellt) ist in die-Anlage eingebaut, so daß Heliumgas entlang dem Kanal
27 und aus dem Drosselbauteil mittels der Lüftungslöcher 19 strömen kann. Der Drosselbauteil
14 wird anfänglich so eingestellt, daß die Achse der Lüftungslöcher 19 in Höhe des
Pfeiles 25 liegt. Wenn dies alles sich in der Anlage befindet, dann läßt man Heliumgas
entlang dem Kanal 27, aus den lüftungslöchern 19 heraus, in die Aussparung im Bereich
des Pfeiles 25 und somit aus dem Übergang nach denLüftungsöffnungen 11a strömen.
Auf diese Weise kann ein ausgeglichener Gaskreislauf aufgebaut werden (wobei entsprechende
Gas-Kreislaufanordnungen dafür nachfolgend mit Bezug auf die Fign. 2 und 3 beschrieben
werden). Sobald ein Anwachsen des Prüflings eintritt,
wird der Drosselbauteil
14 in Riehtung der Achs-e 15 so verlagert bzw. verschoben, daß sich die Lüftungslöcher
19 von dem Bereich des Pfeiles 25 wegbewegen. Da das profilierte Teilstück 16 des
Drosselbauteils 14 allmählich die Querschnittsfläche des Spaltes zwischen dem Drosselbauteil
14 und dem Übergang 24 der Aussparung 12 verändert, werden die Bedingungen bzw.
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Kriterien, welche den ursprünglich ausgeglichenen Gaskreislauf schiffen,
eine Änderung erfordern, um die Ausgglichenheit wieder herzustellen. Die erforderliche
Änderung kann als ein Maß für die Bewegung des Drosselbauteils 14 (d.h. für das
Anwachsen der metallischen Prüflinge) mit Bezug zum Körper 11 angesehen werden.
Da bei einer kontinuierlichen Gasströmung eine kontinuierliche Reihe von Verschiebungswerten
erzielt werden kann, konnten Funktionen, -wie beispielsweise Wachstumstumsraten
oder Dimensionsänderungen der Prüflinge nach kontrollierten Änderungen in der Umgebung,
studiert werden. Der mit Radius versehene'bzw. radiierte Übergang 22a und die Fläche
-22- der Schulter 21 stellen eine ausgeprägte Änderung im- Gasströmungsverhalten
sicher,sobald sich der Drosselbauteil 14 dem Ende seines Nutzweges nähert.
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11rig. 2 zeigt schematisch ein pneumatisches Gegendrucksystem, bei
welchem die in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Vorrichtung verwendet wird. Ein
Teil dieser Vorrichtung ist in Fig. 2 als ein Meßkopf dargestellt, der aus einem
Körper 31a und einem Drosselbauteil 31b besteht, die eine variable Spiel-Querschnittsfläche
31c ergeben. Der Drosselbauteil 31b ist mittels einer Gasleitung 32 mit einer Kammer
33 verbunden,
in der sich eine Strömungskontrollöffnung 34 befindet.
Die Kammer 33 steht mit einem Heliumgaszylinder 35 mittels eines Strömungsmessers
36, Strömungsregler 37, 38 und Druckmesser 39, 40 in Verbindung. sinne Heliumgasversorgung
mit konstantem Druck wird auf der Stromaufwärtsseite der Kontrollöffnung 34 mittels
einer Säule 41 von konstantem Druck aufrechterhalten, in welcher ein konstanter
Wasserdruck über einen Rohrauslaß 42 aufrechterhalten wird, durch welchen Gas-2berdruckscilwankungen
abgelassen werden können. Der Gasdruck auf der Stromabwärtsseite der Öffnung 34
in der Leitung wird durch einen Druck messer 43 gemessen.
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Bei Gebrauch wird sich die Spiel-! uerschnittsfläche 31c ändern,
wie zuvor in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, wo der Drosselbauteil 14 und der
Körper 11 erläutert sind.
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Die Abmessung des Spaltes 31c wird din durch den DrucitmesKer 43 angezeigten
Gegendruck beherrschen, da der einzige variable Strömungswiderstand durch die Relativbewegung
des Drosselbauteils 31b innerhalb des Körpers 31a beherrscht wird. Auf diese Weise
kann der Druckmesser 43 direkt in Ausdrücken dieser Relativbewegung kalibriert werden.
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Fig. 3 zeigt ein pneumatisches Konstantstrbmungs-Maßkontrollsystem.
Die dargestellten Teile sind denen in Fig. 2 ähnlich, wobei sie den gleichen Zwecken
dienen und mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Kammer 33, die Öffnung
34 und die Konstantdrucksäule 41 der Fig. 2- fallen jedoch weg.
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Bei diesem System wird der Druckregler so eingestellt, daß er eine
konstante Strömung von Heliumgas durch das System hindurch am Strömungsmess-er 36
anzeigt. Auf diese Weise wird die Folge einer Änderung des Spaltes 31c eine Fluktuation
bzw. Schwankung im Druck sein, wie er durch den Druckmesser 43 angezeigt wird. Ist
das Spiel beträchtlich, so wird der durch den Druckmesser 43 angezeigte Druck gering
sein, und umgekehrt.
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Fig. 4 zeigt Kalibrierungskurven für einen Gaskreislauf auf der Grundlage
von Fig 3. Jede der drei dargestellten Kurven stellt einen besonderen Gasströmungswert
dar, der durch die Kurve angezeigt wird. Die-Kurven zeigen mehr oder weniger, daß
die Druckmesser-Ablesung am empfindlichsten bzw. am feinsten ist, wenn sich das
Eichmaß im Bereich nahe der Bezugssteilung bewegt. Auf diese Weise erscheint auf
der Kurve, -welche eine Gasströmung von 15,5 l/mi darstellt, eine Ände-rung von
6 Zoll (152 mm) (Wassersäule) für eine Eichma#yerschiebung von 0,003 x 103 (0,000076
mm) am oberen Ende der Kurve, während die gleiche Änderung am unteren Ende der Kurven
einer Eichma#verschiebung von 0,016 x 103 Zoll (0, 0004 mm) entspricht.
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Der in Verbindung mit den Fign. 1, 2 und 3 beschriebene Drosselbauteil
14 ist mit einem Kanal 27 versehen dargestellt, durch welchen Gas in die Aussparung
12-eingeführt wird. Ein Alternativverfahren fürdas Einbringen von Gas in die Aussparung
erfolgt jedoch mittels eines Kanals durch den Körper hindurch, -wobei der Drosselbauteil
von fester bzw. voller Konstruktion ist. Die Stellung des Drosselbauteils wird in
der gleichen Weise wie zuvor ermittelt, wobei der Betrieb der Vorrichtung durch
den Weg, über welchen das Gas den Spalt erreicht, nicht beeinträchtigt wird.
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Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der Im beiliegenden Patentanspruch
1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale,
die im einzelnen---oder in Kombination -- in der gesamim Beschreibung und Zeichnung
offenbart sind.
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Patentansprüche