DE19745858A1 - Elektronischer Druckdifferenz-Wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Druckdifferenz-Wandler, der insbesondere (aber nicht nur) in Reinigungsmaschinen, wie Waschmaschinen oder Geschirrspülmaschinen, Heizungs-Gaskesseln und sonstigen elektrischen Haushaltsgeräten einsetzbar ist.

Der erfindungsgemäße Druckdifferenz-Wandler enthält
ein starres hohles Gehäuse, in dem eine Membran enthalten ist, die den Bereich im Inneren dieses Gehäuses in eine erste und eine zweite Kammer aufteilt, die gegeneinander abgedichtet sind, wobei in dem Gehäuse eine erste und eine zweite Öffnung für die Einleitung jeweiliger Fluids in diese Kammern ausgebildet sind, deren Drücke auf die gegenüberliegenden Oberflächen der Membran einwirken,
eine Wicklung, die fest an dem erwähnten Gehäuse angebracht ist,
eine bewegliche Einrichtung, die mit der Membran verbunden ist und sich in einer dieser Kammern erstreckt, wobei diese Einrichtung einen Kern aus ferromagnetischem Material enthält, der gegenüber der erwähnten Wicklung infolge einer Bewegung der Membran derart beweglich ist, daß sich die Induktivität dieser Wicklung in Abhängigkeit von der Differenz der Drücke der erwähnten, auf die Membran einwirkenden Fluids zu verändern vermag,
erste elastische Einrichtungen, die in dem Gehäuse angeordnet sind und bestrebt sind, der Bewegung der beweglichen Einrichtung und der Membran in einer Richtung elastisch entgegenzuwirken,
zweite elastische Einrichtungen, die ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet sind und bestrebt sind, der Bewegung der beweglichen Einrichtung und der Membran in der entgegengesetzten Richtung elastisch entgegenzuwirken und
Einstelleinrichtungen, die mit den erwähnten ersten oder den erwähnten zweiten elastischen Einrichtungen verbunden sind und das Einstellen ihrer Vorspannung ermöglichen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung hervor, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben wird, in der ein erfindungsgemäßer Wandler in einem axialen Schnitt dargestellt ist.

In der Zeichnung ist mit 1 insgesamt ein erfindungsgemäßer elektronischer Druckdifferenz- Wandler bezeichnet.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält dieser Wandler ein starres Gehäuse, das aus einem im wesentlichen tassenförmig ausgebildeten ersten Teil 2 besteht, einem zweiten Teil 3, das allgemein rohrförmig ausgebildet ist, und einem dritten Teil 4, das um das zweite Teil herum angeordnet ist.

Zwischen den Teilen 2 und 3 des Gehäuses ist abdichtend gegen die Fluids der Umfangsbereich einer elastischen Membran 5 eingespannt, die beispielsweise aus elastomerem Material besteht. Diese Membran teilt den im Inneren der Teile 2 und 3 des Gehäuses enthaltenen Bereich in eine erste und eine zweite Kammer, die mit 6 bzw. 7 bezeichnet sind.

Das Teil 3 des Gehäuses weist einen ersten Endbereich 3a auf, der dem Teil 2 zugewandt ist und einen großen Durchmesser hat. An diesen Teilbereich schließt ein Mittelbereich 3b geringen Durchmessers an, um den eine mit 8 bezeichnete Wicklung angeordnet ist.

Das Teil 3 weist schließlich einen Endbereich 3c auf, der in dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel einen mittleren, zwischen den Durchmessern der Teilbereiche 3b und 3a gelegenen Durchmesser hat. Die innere Oberfläche des axialen Endteils des Teilbereichs 3c weist ein Gewinde auf, während der restliche Axialteil dieses Teilbereichs, der der Membran zugewandt ist, eine glatte innere Oberfläche aufweist.

In dem Teilbereich 3c des Teils 3 des Gehäuses ist ein im wesentlichen zylindrisch geformtes rohrförmiges Einstellorgan 10 angebracht, das mit einem zylindrischen, einstückig ausgebildeten Außenmantel 10a versehen ist. Die äußere Oberfläche dieses Mantels ist auf der der Membran 5 zugewandten Seite im wesentlichen glatt und weist eine Rille 10b auf, in der ein Runddichtring 11 angeordnet ist. Der am weitesten von der Membran 5 entfernte Teilbereich der äußeren Oberfläche des Mantels 10a trägt dagegen ein Gewinde, das in das Innengewinde des Teilbereichs 3c des Teils 3 des Gehäuses eingreift.

Der Hauptteil 10c des Einstellorgans 10 weist in seinem der Membran 5 zugewandten axialen Teil ein Gewinde auf, ist jedoch in seinem am weitesten von dieser Membran entfernten axialen Teil glatt ausgebildet.

Ein zweites, insgesamt mit 9 bezeichnetes Einstellorgan, das im wesentlichen becherförmig ausgebildet ist, ist im Inneren des Hauptteils 10c des Einstellorgans 10 angebracht. Das Einstellorgan 9 weist eine Stirnwand 9a auf, die an ihrem Umfang mit einem Runddichtring 12 versehen ist, und einen rohrförmigen Teilbereich 9b, dessen der Membran zugewandtes Ende ein Außengewinde aufweist, das in das Innengewinde des Einstellorgans 10 eingreift.

Das Teil 4 des Gehäuses umgibt die Teilbereiche 3b und 3c des Teils 3 und weist auf der der Membran 5 entgegengesetzten Seite eine Öffnung 4a auf, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Mantels 10a des Einstellorgans 10.

Durch die Öffnung 4a hindurch ist es möglich, auf das Einstellorgan 10 einzuwirken, um dessen axiale Lage gegenüber dem Teil 3 des Gehäuses durch Einschrauben oder Ausschrauben zu verändern.

Auch die axiale Lage des Einstellorgans 9 ist verstellbar, indem dieses Einstellorgan bezogen auf das Einstellorgan 10 eingeschraubt oder ausgeschraubt wird.

Das Teil 2 des Gehäuses des Wandlers weist eine Durchtrittsöffnung 13 für die Einleitung eines ersten Fluids in die Kammer 6 auf. Bei der gezeigten Ausführungsform besteht diese Öffnung aus dem Durchtritt, der im Inneren eines am Umfang angeordneten, radial ausgerichteten Anschlußstücks 14 ausgebildet ist, in das beim Gebrauch das genannte Fluid eingeleitet wird, beispielsweise über eine Schlauchleitung 15, die auf dieses Anschlußstück aufgezogen ist.

Als Alternative zu dieser Lösung kann das Anschlußstück für die Einleitung des Fluids in die Kammer 6 mittig im Teil 2 des Gehäuses vorgesehen sein, beispielsweise in der in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Weise, wo dieses mittig angeordnete Anschlußstück mit 14' bezeichnet ist.

Nach einer weiteren Alternative könnte das Anschlußstück für die Einleitung in der Hauptstirnwand des Teils 2 des Gehäuses vorgesehen sein, diesmal jedoch in einer außermittigen Lage, wie in der Zeichnung ebenfalls gestrichelt dargestellt, wo dieses Anschlußstück mit 14'' bezeichnet ist.

In dem Teilbereich 3a des Teils 3 des Gehäuses ist ebenfalls eine Durchtrittsöffnung 16 für die Einleitung eines zweiten Fluids in die Kammer 7 des Wandlers ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht sie aus dem Durchtritt im Inneren eines am Umfang radial angeordneten Anschlußstücks 17, mit dem das Ende eines Einleitungsrohrs 18 verbunden ist. Infolge der vorbeschriebenen Anordnung wirken im Betrieb die Drücke der Fluids in den Kammern 6 und 7 des Wandlers auf einander gegenüberliegende Oberflächen der Membran 5 ein, die sich somit bei einer Änderung der Druckdifferenz zwischen diesen Fluids zu bewegen vermag. Der Wandler ist also ein Differenz-Wandler und kann verwendet werden, um den Druckunterschied zwischen zwei Fluids, etwa zwei Flüssigkeiten, zwei Gasen oder einer Flüssigkeit und einem Gas zu erfassen.

Im Inneren des Teils 3 des Gehäuses ist eine bewegliche, insgesamt mit 20 bezeichnete Einrichtung angebracht. Diese Einrichtung enthält ein Teil 21 mit einem scheibenförmigen Endbereich 21a, der an einem Teil der der Kammer 7 zugewandten Oberfläche der Membran 5 anliegt, und einen Schaft 21b, der sich koaxial im Inneren des Teilbereichs 3b des Teils 3 erstreckt und an seiner Außenseite einen Ring 22 aus ferromagnetischem Material trägt.

Eine Schraubenfeder 23 ist in der Kammer 6 zwischen der Wand des Teils 2 des Gehäuses und der Membran 5 angeordnet.

Eine zweite, mit 24 bezeichnete Schraubenfeder befindet sich zwischen dem Ende des Schafts 21b des Teils 21 und dem Einstellorgan 9.

Mit 25 ist eine ringförmige Blattfeder bezeichnet, die zwischen einer Schulter des freien Endes des Schafts 21b des Teils 21 und dem Randbereich des Einstellorgans 10, der der Membran 5 zugewandt ist, eingespannt ist.

Die Feder 23 wirkt auf die bewegliche Einrichtung 20 in einer Richtung ein, die der auf diese Einrichtung von den Federn 24 und 25 ausgeübten Einwirkung entgegengesetzt ist.

Durch das Verstellen der axialen Lage der Einstellorgane 9 und 10 ist es möglich, die Charakteristiken oder den Arbeitsbereich der Federn 24 und 25 zu verändern und damit auch die Wandler-Charakteristik der gesamten Vorrichtung.

Im Einsatz ändert sich je nach dem Unterschied der Drücke der Fluids in den Kammern 6 und 7 des Wandlers die Lage der Membran 5 und der dazugehörigen beweglichen Einrichtung 20. Es ändert sich folglich die Lage des ferromagnetischen Teils 22 gegenüber der festen Wicklung 8.

Die Induktivität der Wicklung 8 ändert sich also in Abhängigkeit vom Unterschied der Drücke der auf die Membran einwirkenden Fluids.

Die Wicklung 8 ist mit Stromkreisen bzw. Schaltkreisen 26 verbunden, die sich auf einer Platte 27 befinden, welche in dem Bereich zwischen den Teilen 3 und 4 des Gehäuses angeordnet ist. Diese Stromkreise sind in an sich bekannter Weise dafür ausgelegt, während des Betriebs ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenz mit der Änderung der Induktivität der Wicklung 8 veränderlich ist.

Das Verhalten des Druckwandlers insgesamt ist also durch eine Charakteristik Frequenz/ Druckunterschied bzw. Frequenz/Hubbewegung der beweglichen Einrichtung 20 definierbar.

Zweckmäßigerweise hat die Blattfeder 25 eine nicht lineare Belastungs- I Verformungs- Charakteristik, während die Schraubenfedern 23 und 24 eine im wesentlichen lineare Charakteristik aufweisen.

Durch Betätigung der Einstellorgane 9 und 10 ist es möglich, am Ende der Fertigungsstraße die Einstellung bzw. Eichung des Wandlers leicht und schnell so vorzunehmen, daß er die gewünschte Frequenz/Druckunterschied-Charakteristik aufweist.

Der vorbeschriebene Differenz-Wandler gestattet die Umwandlung in einen absoluten Druckwandler einfach dadurch, daß einer der Eingänge, insbesondere der Eingang 16, verschlossen wird. In diesem Fall zeigt die Frequenzänderung des erzeugten Signals den Druck des in den nicht verschlossenen Eingang des Wandlers eingespeisten Fluids an.

Bei gleichbleibendem Erlindungsgedanken können selbstverständlich die Ausführungs­ formen und die Einzelheiten der Realisierung weitgehend von dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen, ohne daß dadurch der Umfang der in den beigefügten Ansprüchen erfaßten Erfindung verlassen wird.

Der Wandler besteht aus einem starren hohlen Gehäuse, in dem eine Membran enthalten ist, die dessen Innenraum in zwei gegeneinander abgedichtete Kammern aufteilt, die jeweils mit Öffnungen für die Einleitung von Fluids versehen sind, deren Drücke auf die gegenüberliegenden Oberflächen der Membran einwirken. In dem Gehäuse ist eine Wicklung befestigt. Eine bewegliche Einrichtung ist mit der Membran verbunden und erstreckt sich in einer der Kammern. Zu dieser Einrichtung gehört ein Kern aus ferromagnetischem Material, der als Folge einer Bewegung der Membran gegenüber der Wicklung in der Weise beweglich ist, daß sich die Induktivität dieser Wicklung in Abhängigkeit vom Unterschied der auf die Membran einwirkenden Drücke der Fluids ändert.

Claims (10)

1. Druckdifferenz-Wandler enthaltend
ein starres hohles Gehäuse (2, 3, 4), in dem eine Membran (5) angeordnet ist, die den Innenbereich dieses Gehäuses in eine erste und eine zweite Kammer (6, 7) aufteilt, die gegeneinander abgedichtet sind, wobei in dem Gehäuse eine erste und eine zweite Öffnung (13, 16) ausgebildet sind für die Einleitung in die Kammern (6, 7) von jeweiligen Fluids, deren Drücke auf einander gegenüberliegende Oberflächen der Membran (5) einwirken,
eine Wicklung (8), die in dem Gehäuse (2, 4) befestigt ist,
eine bewegliche Einrichtung (20), die mit der Membran (5) verbunden ist und sich in einer der Kammern (7) erstreckt, wobei die Einrichtung (20) einen Kern aus ferromagnetischem Material (22) enthält, der gegenüber der Wicklung (8) dank einer Bewegung der Membran (5) derart beweglich ist, daß sich die Induktivität der Wicklung (8) in Abhängigkeit vom Unterschied der Drücke der auf die Membran (5) einwirkenden Fluids zu verändern vermag,
erste elastische Einrichtungen (23), die in dem Gehäuse angeordnet und bestrebt sind, der Bewegung der beweglichen Einrichtungen (20) und der Membran (5) in einer Richtung elastisch entgegenzuwirken,
zweite elastische Einrichtungen (24, 25), die ebenfalls in dem Gehäuse enthalten und bestrebt sind, der Bewegung der beweglichen Einrichtung (20) und der Membran (5) in die entgegengesetzte Richtung elastisch entgegenzuwirken, und
Einstelleinrichtungen (9, 10), die mit den ersten oder zweiten elastischen Einrichtungen (24, 25) verbunden sind und die Einstellung ihrer Vorspannung ermöglichen.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Gehäuse ein erstes, im wesentlichen tassenförmiges Teil (2) gehört, in dessen Wand die erste Öffnung (13) ausgebildet ist, sowie ein zweites, im wesentlichen rohrförmiges Teil (3), das mit dem ersten Teil (2) über den dazwischen eingefügten Umfangsbereich der Membran (5) verbunden ist, wobei das zweite Teil (3) einen ersten, dem ersten Teil (2) zugewandten Endbereich (3a) aufweist, in dem die zweite Öffnung (16) vorgesehen ist, einen mittleren axialen Teil (3b), in dem die Wicklung (8) angeordnet ist, und einen zweiten Endbereich (3c), in dem die Einstelleinrichtungen (9, 10) beweglich und gegen das Fluid abdichtend gehalten werden.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Einstelleinrichtungen ein erstes Einstellorgan (9) gehört, das im wesentlichen becherförmig ausgebildet ist und in axialer Richtung gegen das Fluid abdichtend und einstellbar gegenüber dem zweiten Endbereich (3c) des zweiten Teils (3) des Gehäuses beweglich ist, wobei zu den zweiten elastischen Einrichtungen eine Schraubenfeder (24) gehört, die zwischen dem ersten Einstellorgan (9) und der beweglichen Einrichtung (20) eingeschaltet ist.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Einstelleinrichtungen ein zweites Einstellorgan (10) gehört, das im wesentlichen rohrförmig ist, zwischen dem ersten Einstellorgan (9) und dem zweiten Endbereich (3c) des zweiten Teils (3) des Gehäuses eingefügt und axial gegen das Fluid abdichtend einstellbar gegenüber diesen beweglich ist, wobei zu den zweiten elastischen Einrichtungen überdies eine Blattfeder (25) gehört, die zwischen dem zweiten Einstellorgan (10) und der beweglichen Einrichtung (20) eingefügt ist.

5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Einstellorgan (9) über eine Schraubverbindung und einen dazwischen eingefügten Dichtring (12) in das zweite Einstellorgan (10) eingefügt ist, das seinerseits über eine Schraubverbindung und einen dazwischen eingefügten zweiten Dichtring (11) in den zweiten Endbereich (3c) des zweiten Teils (3) des Gehäuses eingefügt ist.

6. Wandler nach irgend einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (13) des ersten Teils (2) des Gehäuses in dessen Mitte angebracht ist.

7. Wandler nach irgend einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (13) des ersten Teils (2) des Gehäuses aus einem Anschlußstück besteht, das in diesem Teil (2) in außermittiger Stellung angebracht ist.

8. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des ersten Teils (2) des Gehäuses aus einem radialen, am Umfang angebrachten Anschlußstück (14) besteht.

9. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des ersten Teils (2) des Gehäuses aus einem stirnseitigen, außermittig angeordneten Anschlußstück (14'') besteht.

10. Wandler nach irgend einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (16) des zweiten Teils (3) des Gehäuses aus einem radialen, am Umfang desselben angebrachten Anschlußstück (17) besteht.