DE1623684C3 - Pneumatischer Geber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Geber mit einem zwischen einer Luftaustrittsdüse und einer Luftaufnahmedüse quer zur gemeinsamen Achse beider Düsen unter dem Einfluß einer Meßgröße stehenden beweglichen Steuerflügel, mit einem die beiden Düsen tragenden beweglichen Trägerelement und einer mit ihrem freien Ende an dem Trägerelement befestigten, einseitig eingespannten Feder und mit einer durch den Druck in der Luftaufnahmedüse betätigbaren pneumatischen Vorrichtung für die Erzeugung einer Rückstellkraft für die beiden Düsen relativ zum Steuerflügel.

Bei einer bekannten, pneumatischen Fühlereinrichtung ist zwischen einer Luftaustrittsdüse und einer zu ihr koaxialen Luftaufnahmedüse ein Steuerflügel quer zur gemeinsamen Achse der beiden Luftdüsen in Abhängigkeit von einer zu messenden Temperatur hin- und herbeweglich. Die beiden Düsen werden von einer drehbaren unter der Spannung einer Haarfeder stehenden Trommel getragen, auf die eine vom Druck in der Luftaufnahmedüse gesteuerte Rückstellvorrichtung für die beiden Luftdüsen relativ zum Steuerflügel einwirkt (deutsche Auslegeschriften 11 27 604 und 11 34 521).

Eine andere bekannte Fühlereinrichtung für ein Zeigerinstument, mit dessen Hilfe Gewichte, Drehmomente oder Feuchtigkeitsgrade gemessen, aufgezeichnet oder gesteuert werden können, enthält wiederum eine Luftaustrittsdüse und eine koaxial zu ihr verlaufende Luftaufnahmedüse, zwischen denen ein Steuerflügel quer zu ihrer gemeinsamen Achse, z. B. in Abhängigkeit von einem Gewicht, verschoben wird. Durch den Druck in der an die Luftaufnahmedüse angeschlossenen Leitung wird eine pneumatische Vorrichtung gesteuert, die den Steuerflügel wieder in seine Ausgangs-Drosselstel-Ie zwischen dem Lüftungspaar zurückführt (deutsche Auslegeschrift 11 26 630).

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verhältnismäßig billigen pneumatischen Gebers mit einer wesentlich verringerten Empfindlichkeit gegen mechanischen Verschleiß sowie gegen Störungen, die bei herkömmlichen pneumatischen Gebern durch in der Umgebung auftretende mechanische Schwingungen hervorgerufen werden.

ίο Hierzu schlägt die Erfindung vor, daß bei dem eingangs beschriebenen pneumatischen Geber die mit ihrem freien Ende am Trägerelement befestigte Feder als eine die Düsen tragende Blattfeder ausgebildet ist, deren Biegsamkeit durch eine in Längsrichtung der B.lattfeder verschiebbare, sich an ihr abstützende, verhältnismäßig dünne, biegsame Scheibe einstellbar ist und daß die pneumatische Vorrichtung, die sich entsprechend einem erfaßbaren Zustand einstellt, für die Erzeugung der Rückstellkraft für beide Düsen relativ zum Steuerflügel mit der Blattfeder unmittelbar mechanisch verbunden ist.

Zur Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem freien Ende der Blattfeder und einer die Düsen tragenden Platte ein Bimetallelement zwischengeschaltet.

Dies führt zum Ausgleich einer unerwünschten relativen Bewegung der Luftdüsen bei Änderungen der Umgebungstemperatur.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 die Rückansicht eines pneumatischen Gebers, F i g. 2 die Vorderansicht eines Teils des in F i g. 1 gezeigten Gebers und

F i g. 3 die Draufsicht des Gebers gemäß F i g. 2.

Die Figuren zeigen eine Rückkopplungsanordnung 10 mit einer länglichen Blattfeder 11, die an ihrem einen Ende an einer Basis 12 befestigt ist. Eine Luftaustrittsdüse 13 und eine Luftaufnahmedüse 14 werden in axialer Ausfluchtung am freien Ende der Blattfeder 11 durch eine mit einem Schlitz versehene Platte 15 und ein verbindendes Bimetall-Element 16 getragen. Das C-förmige Bourdon-Rohr 17 ist seitlich neben der Blattfeder 11 angeordnet und ist an seinem einen Ende mit einer Halterung 18 verbunden. Am entgegengesetzten Ende des Bourdon-Rohres 17 ist ein Steuerflügel 19 angebracht, der sich in den Schlitz der Platte 15 und in den Spalt zwischen der Luftaustrittsdüse 13 und der Luftaufnahmedüse 14, deren Enden sich in Abstand voneinander befinden, erstreckt.

Die pneumatische Vorrichtung 21 weist eine Außenluftdruckkammer 22 auf, die sich zwischen einer Regelkammer 23 und einer Ventilkammer 24 befindet, von welchen sie durch biegsame Membranen 25 und 26 getrennt ist, welche durch ein Membranabstandstück 27 mechanisch miteinander verbunden sind. Eine Ventil-Zufuhrkammer 28 steht über eine öffnung 31 mit der Ventilkammer 24 und über einen Kanal 32 mit einer nicht gezeigten Druckmittelquelle in Verbindung. An den entgegengesetzten Enden eines Ventilschaftes 33 befinden sich ein Kugelventil 34, das Sitz gegen das Abstandstück 27 hat, um einen in die Außenluftdruckkammer 22 mündenden Kanal 35 zu verschließen, und ein halbkugeliges Ventil 36, das durch eine Feder 37 belastet ist, in welcher es die öffnung 31 verschließt.

Ein Rohr 41 verbindet die Luftaufnahmedüse 14 mit der Regelkammer 23 und ein Rohr 42 verbindet die Ventilkammer 24 mit einem entfernt angeordneten pneumatischen Empfänger 43. Mit der Ventilkammer

24 ist ferner ein pneumatischer Betätigungsbalg 44 verbunden, dessen eines Ende an einer Basis 45 und dessen entgegengesetztes Ende am freien Ende der Blattfeder 11 befestigt ist.

Für die Blattfeder ist ein Einstellmechanismus 51 vorgesehen, der eine biegsame Scheibe 52 aufweist, die durch Kiemmuttern 54 an einer Gewindespindel 53 verstellbar befestigt ist, welch letztere an der Basis 12 befestigt ist. Die Scheibe 52 hat tangentialen Kontakt mit der Blattfeder 11 und übt auf diese eine Kraft aus, die der durch den pneumatischen Betätigungsbalg 44 ausgeübten Kraft entgegengesetzt ist.

Wie in der F i g. 1 gezeigt wird, ist eine Belastungsfeder 61 zwischen dem freien Ende des Bourdon-Rohres 17 und einer Buchse 62 angeordnet, welch letztere auf einem Träger 63 durch eine Schraubenspindel 64 verstellbar befestigt ist. Ferner ist an dem freien Ende des Bourdon-Rohres 17 das eine Ende eines Gliedes 65 befestigt, dessen anderes Ende mit dem einen Ende eines mittig gelagerten Armes 66 gelenkig verbunden ist. Das entgegengesetzte Ende des Armes 66 ist mit einer Verzahnung ausgebildet, welche mit einem Stirnzahnrad 67 in Eingriff steht, das mit einem Zeiger 68 drehfest verbunden ist. Parallel zum Bourdon-Rohr 17 ist eine Anzeigeskala 69 angeordnet, welche mit dem Zeiger 68 zur Anzeige der Stellung des freien Endes des Bourdon-Rohres 17 zusammenwirkt.

Die Arbeitsweise des pneumatischen Gebers ist wie folgt. Die Halterung 18 ist mit einer abzutastenden Druckmittelquelle verbunden. Veränderungen dieses Druckes haben eine Biegebewegung des Bourdon-Rohres 17 zur Folge. Infolge der Bewegung des Bourdon-Rohres wird der an diesem befestigte Steuerflügel 19 zwischen der Luftaustrittsdüse 13 und der Luftaufnahmedüse 14 in einer Richtung quer zu deren gemeinsamer Achse bewegt, so daß der Luftstrom zwischen beiden Luftdüsen mehr oder weniger unterbrochen wird. Die hierdurch verursachte Druckveränderung innerhalb der Luftaufnahmedüse 14 wird verstärkt und durch die pneumatische Vorrichtung 21 auf den pneumatischen Empfänger 43 übertragen, der entweder eine Anzeige von der Veränderung des durch das Bourdon-Rohr 17 abgetasteten Luftdruckes liefert oder auf Grund der Druckänderung eine Steuerungsfunktion bewirkt. Der modifizierte Druck in der Luftaufnahmedüse wird ferner auf den pneumatischen Balg 44 übertragen, der sich sodann ausdehnt oder zusammenzieht, wodurch die Blattfeder 11 und die an dieser befestigten Luftdüsen 13 und 14 bewegt werden, bis zwischen dem Steuerflügel 19 und den Luftdüsen eine Gleichgewichtslage erzielt wird. Wenn beispielsweise eine Druckänderung angenommen wird, die eine Aufwärtsbewegung des Bourdon-Rohres 17 und des an diesem befestigten Steuerflügels 19 verursacht, wird weniger Luft, welche durch die Luftaustrittsdüse 13 zur Luftaufnahmedüse 14 strömt, unterbrochen, so daß der Druck in der Luftaufnahmedüse ansteigt. Durch den entsprechenden Druckanstieg in der Regelkammmer 23 wird eine erhöhte Kraft gegen die Membran 25 und das an dieser befestigte Abstandsstück 27 ausgeübt, so daß das Ventil 36 in die Offenstellung bewegt wird und daher Druckluft in die Ventilkammer 24 eintreten kann, welche das erhöhte Drucksignal auf den pneumatischen Empfänger 43 überträgt. Gleichzeitig wird durch den erhöhten Betätigungsdruck der pneumatische Balg 44 ausgedehnt, so daß er eine größere Kraft gegen die Blattfeder It ausübt. Durch diese größere Kraft werden die Blattfeder und die an dieser befestigten Luftdüsen nach oben zu der neuen Stellung des Steuerflügels ausgelenkt, bis wieder ein Druckgleichgewicht erhalten wird. Umgekehrt wird durch eine durch das Bourdon-Rohr 17 abgetastete Druckveränderung, welche eine Abwärtsbewegung des Steuerflügels 19 zur Folge hat, die Strömungsunterbrechung zwischen den Luftdüsen verstärkt, wodurch der Druck in der Luftaufnahmedüse herabgesetzt wird. Infolge der entsprechenden Druckverrringerung in der Regelkammer 23 wird eine relativ größere Kraft gegen die Membran 25 durch den Druck in der Ventilkammer 24 ausgeübt. Dies verursacht eine Bewegung der Membranen 25 und 26 und des Abstandsstückes 27 zwischen diesen nach links, wodurch der Kanal 35 freigegeben wird, so daß ein Druckaustritt aus der Ventilkammer 24 erfolgen kann. Die resultierende Druckverrringerung wird auf den pneumatischen Empfänger 43 und auf den pneumatischen Balg 44 übertragen, so daß sich der letztere zusammenzieht. Dies hat eine Bewegung der Blattfeder 11 nach unten und eine Bewegung der Luftdüsen 13 und 14 nach unten in eine neue Stellung zur Folge, in welcher die relative Gleichgewichtsstellung zwischen den Luftdüsen und dem Steuerflügel 19 wieder erreicht ist.

Für das Einstellen eines gewünschten Druckan-Sprechbereichs für den pneumatischen Geber kann die biegsame Scheibe 52 in der Längsrichtung der Blattfeder zur Veränderung der Biegsamkeit derselben verstellt werden. Da jedoch die Blattfeder unter Belastung eine gekrümmte Form annimmt, während der vertikale Abstand zwischen der biegsamen Scheibe 52 und der Basis 12 konstant bleibt, würde normalerweise zwischen der Scheibe und der Blattfeder eine Kerbwirkung stattfinden, die eine Verschlechterung der Wiederholbarkeit der Arbeitsweise zur Folge haben würde. Wesentlich ist daher die Verwendung einer verhältnismäßig dünnen biegsamen Scheibe 52, die sich während der Bewegung der Blattfeder biegt, um eine gegebene Berührungslinie mit dieser aufrechtzuerhalten. Beispielsweise hat sich eine Scheibe, die aus Beryllium-Kupfer hergestellt ist und eine Dicke von 0,635 mm (0,025") hat, als für diesen Zweck geeignet erwiesen.

Die Belastungsfeder 61 wird in denjenigen Anwendungsfällen verwendet, bei welchen eine Erweiterung des oberen Druckansprechbereichs des pneumatischen Gebers gewünscht wird. Wenn die Schraube 64 gedreht wird, können die Buchse 62 und das an ihr befestigte untere Ende der Feder 61 z. B. nach unten bewegt werden, wodurch die Belastung am freien Ende des Bourdon-Rohres 17 erhöht wird. Auf diese Weise kann eine gewünschte Nullstellung von beispielsweise 0,21 kg/cm² (3 psi) Ausgangsdruck bei einem wesentlich höheren Basiseingangsdruck erzielt werden, wodurch der obere Ansprechbereich des pneumatischen Gebers erweitert wird. Jedoch können nach einer solchen Verstellung sich die relativ hohen Aufhebungskräfte, die in der Belastungsfeder 61 und im Bourdon-Rohr 17 bestehen, beträchtlich bei verschiedenen Umgebungstemperaturen infolge von Veränderungen im Elastizitätsmodul des Bourdon-Rohres und der Belastungsfeder verändern. Dieser Faktor kann zusammen mit den verhältnismäßig kleinen Bewegungen, die zur Betätigung des Gebers verwendet werden, zu beträchtlichen Fehlern bei relativ kleinen Veränderungen in der Umgebungstemperatur führen. Es ist daher in diesem Fall vorzusehen, daß die Stellung des freien Endes des belasteten Bourdon-Rohres in der Nullstellung identisch seiner Stellung ohne Eingangsdruck und ohne Federbelastung

ib 25 ÖÖ4

gemacht wird. Auf diese Weise wird der größte Teil der Belastung auf die Belastungsfeder 61 wirksam, so daß Umgebungstemperaturveränderungen nur die Belastungsfeder selbst beeinflussen, und wenn ein Federmaterial gewählt wird, dessen Elastizitätsmodul sich mit der Temperatur nicht wesentlich verändert, werden Modulfehler ausgeschaltet.

Das die Blattfeder 11 und die Düsen 13 und 14 verbindende Bimetallelement 16 hat die Aufgabe, die normalerweise auftretenden Teileausdehnungen und -zu-

sammenziehungen auszugleichen, welche die relative Stellung zwischen dem Steuerflügel 19 und den Luftdüsen 13, 14 verändern wurden. Fehler, die hieraus resultieren würden, werden daher ausgeschaltet. Weiterhin kann eine erhöhte Genauigkeit durch die Wahl eines Betätigungsbalges 44 erzielt werden, der eine geringere Federhärte als die der Blattfeder 11 hat. Auf diese Weise sind die unerwünschten Wirkungen der Nichtlinearität und der mechanischen Hysterese im Betätigungsbalg auf ein Mindestmaß herabsetzbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   f. Pneumatischer Geber mit einem zwischen einer Luftaustrittsdüse und einer Luftaufnahmedüse quer zur gemeinsamen Achse beider Düsen unter dem Einfluß einer Meßgröße stehenden beweglichen Steuerflügel, mit einem die beiden Düsen tragenden beweglichen Trägerelement und einer mit ihrem freien Ende an dem Trägerelement befestigten, einseitig eingespannten Feder und mit einer durch den Druck in der Luftaufnahmedüse betätigbaren pneumatischen Vorrichtung für die Erzeugung einer Rückstellkraft für die beiden Düsen relativ zum Steuerflügel, dadurch gekennzeichnet, daß die mit ihrem freien Ende am Trägerelement (11,15, 16) befestigte Feder als eine die Düsen (13, 14) tragende Blattfeder (11) ausgebildet ist, deren Biegsamkeit durch eine in Längsrichtung der Blattfeder verschiebbare, sich an ihr abstützende, verhältnismäßig dünne, biegsame Scheibe (52) einstellbar ist und daß die pneumatische Vorrichtung (21), die sich entsprechend einem erfaßbaren Zustand einstellt, für die Erzeugung der Rückstellkraft für beide Düsen (13, 14) relativ zum Steuerflügel (19) mit der Blattfeder (11) unmittelbar mechanisch verbunden ist.
2. 2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem freien Ende der Blattfeder (11) und einer die Düsen (13, 14) tragenden Platte (15) ein Bimetallelement. (16) geschaltet ist.