DE202004012505U1

DE202004012505U1 - Analogwandler für eine Stellung oder eine darauf bezogene physikalische Größe

Info

Publication number: DE202004012505U1
Application number: DE202004012505U
Authority: DE
Original assignee: Elbi International SpA
Current assignee: Elbi International SpA
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2014-08-11

Abstract

Analoger Wandler oder Geber für eine Stellung oder Bewegung oder eine darauf bezogene physikalische Größe, enthaltend
eine Tragkonstruktion (2), in der ein Strahlungssender (9) und ein Strahlungsempfänger (10) angebracht sind, die operativ miteinander gekoppelt sind, und
eine Einrichtung (5, 6), die gegenüber der Konstruktion (2) in einer vorbestimmten Richtung Relativbewegungen entgegen der Einwirkung dazugehöriger Gegendruckeinrichtungen (13) auszuführen vermag, wobei die Einrichtung (5, 6) ein Teil (6) enthält, das je nach seiner Relativstellung gegenüber der Tragkonstruktion (2) den Kopplungsgrad zwischen dem Strahlungssender (9) und dem Strahlungsempfänger (10) zu verändern vermag,
wobei die Anordnung so gewählt ist, dass der Strahlungsempfänger (10) während des Betriebs ein analoges Ausgangssignal zu liefern vermag, das in Abhängigkeit von der Stellung der Einrichtung (5, 6) gegenüber der Konstruktion (2) veränderlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Analogwandler bzw. Analoggeber und im besonderen einen Wandler, der elektrische Signale zu liefern vermag, die die Stellung oder die Bewegung eines Teils oder eine darauf bezogene Größe, beispielsweise den Druck eines Fluids, angeben.
Ziel der Erfindung ist es, einen Analogwandler vorzuschlagen, der einfach und wirtschaftlich herzustellen ist und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Dieses und weitere Ziele werden erfindungsgemäß durch einen Analogwandler erreicht, dessen Hauptmerkmale in dem beigefügten Anspruch 1 festgelegt sind.
In einer besonderen Anwendung wird ein solcher Wandler als Druckwandler bzw. Druckgeber eingesetzt, und in der vorerwähnten Tragkonstruktion ist eine Einlaufkammer ausgebildet, die mit einer Öffnung für die Einleitung eines Druckfluids versehen ist und in der eine elastische Membran aufgespannt ist, die unter der Einwirkung dieses Fluids in einem dessen Druck entsprechenden Ausmaß beweglich ist, wobei diese Membran mit dem vorerwähnten Teil verbunden ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung hervor, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert wird. Es zeigen.
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Analogwandlers,
2 eine Seitenansicht des Wandlers nach 1,
3 eine Draufsicht auf den Druckwandler nach den vorausgehenden Figuren,
4 einen längs der Linie IV–IV der 2 geführten Schnitt,
5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Wandlers,
6 eine Seitenansicht des Wandlers nach 5,
7 eine Draufsicht auf den Wandler nach den 5 und 6 und
8 einen längs der Linie VIII–VIII der 6 geführten Schnitt.
In den Zeichnungen ist mit 1 insgesamt ein erfindungsgemäßer Analogwandler bezeichnet.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Analogwandler für die Verwendung als Druckwandler konfiguriert, beispielsweise für den Einsatz in einem elektrischen Haushaltsgerät, insbesondere Waschmaschine oder Geschirrspülmaschine. Dieses Ausführungsbeispiel und die erwähnte besondere Verwendung haben im übrigen keinen einschränkenden Charakter.
Der in den 1 bis 4 dargestellte Analogwandler 1 enthält eine Tragkonstruktion 2, zu der ein starres, im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 3 gehört, das ein erstes Ende 3a mit verringertem Durchmesser aufweist, das einen Einlaufstutzen 3b für ein Druckfluid bildet. Der Innendurchlass 3c, der in dem Einlaufstutzen 3b ausgebildet ist, mündet in eine mit 4 bezeichnete Einlaufkammer, in der eine elastisch verformbare Membran 5, beispielsweise aus Elastomermaterial, eingespannt ist. Diese Membran weist einen Mittelbereich 5a mit verdicktem Querschnitt auf, der auf der dem Durchlass 3c entgegengesetzten Seite einen Fortsatz 5b trägt, der in eine entsprechende Öffnung eines Teils 6 eingepasst ist und in dieser durch Einrasten gehalten wird (siehe dazu insbesondere 4).
Das starre Gehäuse 3 hat einen oberen Endbereich 3d mit vergrößertem Durchmesser, mit dem ein Formteil 7 gekoppelt ist. Letzteres weist ein im wesentlichen rohrförmiges unteres Endteil 7a auf, das sich im Inneren des Endbereichs 3d des Gehäuses 3 um das Teil 6 herum erstreckt. Zwischen dem unteren Ende des Bereichs 7a des Formteils 7 und einem Schulterteil im Inneren des Gehäuses 3 ist der ringförmige Umfangsbereich 5c der Membran 5 eingespannt.
Das Formteil 7 weist einen oberen Endbereich mit einem nach oben abgeschlossenen rohrförmigen Kernteil 7b geringeren Durchmessers auf. Von der äußeren Seitenwand dieses Endteils 7b des Formteils 7 erstreckt sich ein ringförmiger Flansch 7c, der in den Rand des oberen Endes des starren Gehäuses 3 eingepasst ist.
Zwischen den Endteilen 7a und 7b bildet das Formteil 7 eine Schulter 7d, die dessen Flansch 7c in einem bestimmten Abstand gegenüberliegt. Oberhalb dieser Schulter ist eine Platte mit gedruckten Schaltkreisen 8 angeordnet, an der diametral gegenüberliegend ein Strahlungssender 9 und ein Strahlungsempfänger 10, beispielsweise für Infrarotstrahlung, befestigt sind.
Der Sender 9 und der Empfänger 10 sind zwischen der Schulter 7d und dem Flansch 7c des Formteils 7 gelagert und liegen einander gegenüber über entsprechende, in dem rohrförmigen Endteil 7b des Formteils 7 angebrachte Durchgangsöffnungen 11 und 12.
Das Teil 6 hat eine längliche Form mit einem sich verjüngenden, im wesentlichen kegelförmigen oberen Endteil 6a. Dieser Endteil 6a des Teils 6 erstreckt sich zwischen dem Sender 9 und dem Empfänger 10 und besteht aus einem für die zwischen dem Sender und dem dazugehörenden Empfänger übertragene Strahlung zumindest teilweise durchlässigen Material.
Mit 13 ist eine Schraubenfeder bezeichnet, die innerhalb des Bereichs 7a des Formteils 7 angeordnet ist und ein unteres Ende aufweist, das auf einem ringförmigen äußeren Vorsprung 6b des Teils 6 aufruht, während das obere Ende an einer innenliegenden Oberfläche der Schulter 7b des Formteils 7 anliegt.
Die Feder 13 ist bestrebt, das Teil 6 in der in 4 dargestellten Lage zu halten.
Durch das Zusammendrücken des ringförmigen Umfangsbereichs 5c zwischen dem starren Gehäuse 3 und dem Bereich 7a des Formteils 7 ist die im Inneren des oberen Bereichs 3d des starren Gehäuses 3 gelegene Zone oder Kammer 3e fluiddicht von der Einlaufkammer 4 getrennt.
In der Kammer 3e sind das bewegliche Teil 6, die dazugehörige Gegendruckfeder 13 sowie der Sender 9 und der Empfänger 10 und die dazugehörige Trägerplatte 8 gelagert. Letztere kann so gestaltet werden, dass sie im Grundriss im wesentlichen C-förmig ist, mit einer mittigen Ausnehmung 8a (4), in der sich der rohrförmige Bereich 7b geringeren Durchmessers des Formteils 7 und, im Inneren dieses Bereichs, der kegelige Bereich 6a des Teils 6 erstreckt.
Während des Betriebs wird über den axialen Durchlass 3c des Einlaufstutzens 3b ein Druckfluid in die Einlaufkammer 4 der Wandlervorrichtung eingespeist. Der Druck dieses Fluids bewirkt eine entsprechende Bewegung der elastischen Membran 5 und des an dieser festgelegten Teils 6, und zwar gegen die Druckeinwirkung der Feder 13.
Je nach dem Druck des Fluids verändert sich die Lage des Teils 6. Der konische Bereich 6a dieses Teils 6 nimmt eine entsprechende axiale Stellung zwischen dem Sender 9 und dem Empfänger 10 ein, wodurch er die Strahlungsdurchlässigkeit in entsprechender Weise verändert.
Die Empfängereinrichtung 10 liefert im Ausgang ein Analogsignal, das in Abhängigkeit von der Stellung des Teils 6 und der Membran 5 gegenüber der Tragkonstruktion 2 des Wandlers und somit in Abhängigkeit von dem von dem Fluid auf die Membran 5 in der Einlaufkammer 4 ausgeübten Druck veränderlich ist.
Wie insbesondere in den 1 bis 3 zu sehen ist, kann der obere Bereich 3d des starren Gehäuses 3 vorteilhafterweise einen seitlichen Fortsatz 14 in Form eines multipolaren elektrischen Steckers tragen, der die Verbindung des Senders 9 und des dazugehörigen Empfängers 10 mit äußeren Schaltkreisen zur Stromzuführung, Steuerung und Signalverarbeitung ermöglicht.
Der in den 5 bis 8 dargestellte Analogwandler 1 enthält gleichfalls eine Tragkonstruktion 2, zu der ein im wesentlichen rohrförmiges starres Gehäuse 3 gehört mit einem ersten Ende geringeren Durchmessers 3a, das einen Einlaufstutzen 3b für ein Druckfluid bildet. Der in dem Stutzen 3b vorhandene innere Durchlasse 3c mündet in eine Einlaufkammer 4, in der eine elastisch verformbare Membran 5, beispielsweise aus Elastomermaterial, aufgespannt ist. Diese Membran weist einen Mittelbereich mit verdicktem Querschnitt 5a auf, der auf der dem Durchlass 3c entgegengesetzten Seite einen Fortsatz 5b trägt, der in eine entsprechende Öffnung eines Teils 6 eingepasst ist und in ihr durch Einrasten gehalten wird (siehe insbesondere 8).
Das starre Gehäuse 3 weist einen oberen Endbereich 3d mit größerem Durchmesser auf, mit dem ein Deckel 7 gekoppelt ist.
Eine Platte mit gedruckten Schaltkreisen 8 ist auf dem oberen Ende 20a eines Teils 20 in Form eines umgekehrten Bechers befestigt, dessen unterer Rand 20b auf dem ringförmigen Umfangsbereich 5c der Membran 5 aufruht und diesen festlegt.
Auf der Unterseite 8a der Platte 8 ist eine Einrichtung 30 befestigt, zu der ein Strahlungssender 9 und ein Strahlungsempfänger 10, beispielsweise für Infrarotstrahlung, gehören, die nebeneinander angeordnet und beide dem beweglichen Teil 6 zugewandt sind.
Der Sender 9 und der Empfänger 10 sind der oberen Oberfläche 6m des Teils 6 zugekehrt, die bei dieser Ausführungsweise gegenüber der erwähnten Strahlung wenigstens teilweise reflektierend und/oder insbesondere diffus rückstreuend ausgebildet ist.
Mit 13 ist eine Schraubenfeder bezeichnet, die im Inneren des Teils 20 angeordnet ist und ein unteres Ende aufweist, das auf einem ringförmigen äußeren Vorsprung 6b des Teils 6 aufruht, sowie ein oberes Ende, das an dem Oberteil 20a des Teils 20 anliegt.
Die Feder 13 ist bestrebt, das Teil 6 in der in 8 dargestellten Lage zu halten.
Durch das Zusammendrücken des ringförmigen Umfangsbereichs 5c zwischen dem starren Gehäuse 3 und dem unteren Rand 20b des Teils 20 ist die im Inneren des Teils 20 befindliche und nach oben von der Platte 8 begrenzte Zone oder Kammer 3e fluiddicht von der Einlaufkammer 4 getrennt.
In der Kammer 3e sind das bewegliche Teil 6, die dazugehörige Gegendruckfeder 13 sowie der Sender 9 und der Empfänger 10 angeordnet.
Während des Betriebs wird über den axialen Durchlass 3c des Einlaufstutzens 3b ein Druckfluid in die Einlaufkammer 4 der Wandlervorrichtung eingespeist. Der Druck dieses Fluids bewirkt eine entsprechende Bewegung der elastischen Membran 5 und des an ihr festgelegten Teils 6 entgegen der Druckeinwirkung der Feder 13.
Je nach dem Druck des Fluids ändert sich die Lage des Teils 6. Die obere Oberfläche 6m dieses Teils 6 nimmt gegenüber dem Sender 9 und dem Empfänger 10 eine entsprechende axiale Stellung ein, wodurch die zu dem Empfänger 10 hin zurückgeworfene (reflektierte und/oder gestreute) Strahlungsmenge entsprechend verändert wird.
Die Empfangseinrichtung 10 liefert in entsprechender Weise ein analoges Ausgangssignal, das in Abhängigkeit von der Lage des Teils 6 und der Membran 5 in Bezug auf die Tragkonstruktion 2 des Wandlers und somit in Abhängigkeit von dem von dem Fluid auf die Membran 5 in der Einlaufkammer 4 ausgeübten Druck veränderlich ist.
Die Oberfläche 6m wirft nämlich wirft nämlich einen Teil der auf sie einfallenden Strahlung des Senders 9 divergent ggf. diffus zurück in Richtung zum Empfänger 10, so dass z.B. mit wachsendem Abstand des Zwischenteils 6 vom Empfänger 10 die vom Empfänger aufgenommene Intensität der Strahlung dementsprechend rasch abfällt. Wenn ein divergent abstrahlender Sender 9, z.B. eine Leuchtdiode, eingesetzt wird, kann unter Umständen auch eine zumindest teilweise reflektierende Oberfläche 6m eingesetzt werden. Wenn man sowohl eine divergent zurückstrahlende Oberfläche 6m als auch einen divergent abstrahlenden Sender 9 einsetzt, ist die Wegabhängigkeit der vom Empfänger 10 empfangenen Strahlungsintensität dementsprechend noch größer.
Wie insbesondere in den 5 bis 7 zu sehen ist, kann das Oberteil 3d des starren Gehäuses 3 zweckmäßigerweise einen seitlichen Fortsatz 14 in Form eines multipolaren elektrischen Steckers tragen, der die Verbindung des Senders 9 und des dazugehörigen Empfängers 10 mit äußeren Einspeisungs-, Steuerungs- und Signalverarbeitungsschaltkreisen herzustellen vermag.
Selbstverständlich können bei gleichem Erfindungsgedanken die Ausführungsformen und die Einzelheiten der Verwirklichung weitgehend von dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen, ohne dass deshalb der in den beigefügten Ansprüchen festgelegte Erfindungsumfang verlassen wird.
Der Wandler enthält eine Tragkonstruktion, in der ein Strahlungssender und ein Strahlungsempfänger gegenüberliegend und in einem bestimmten Abstand angeordnet sind, und eine Einrichtung, die gegenüber der Konstruktion Relativbewegungen in einer vorbestimmten Richtung vollführen kann, und zwar entgegen der Einwirkung einer Gegendruckfeder. Die Einrichtung enthält ein Teil, das sich zwischen dem Sender und dem Empfänger erstreckt und dessen Stellung gegenüber den letzteren mit der Stellungsveränderung der Einrichtung in Bezug auf die Konstruktion veränderlich ist. Das Teil vermag je nach seiner Stellung den Kopplungsgrad zwischen dem Sender und dem Empfänger zu verändern.
Die Anordnung ist so gewählt, dass der Empfänger während des Betriebs ein Analogsignal liefert, das in Abhängigkeit von der Stellung der Einrichtung gegenüber der Konstruktion veränderlich ist.

Claims

Analoger Wandler oder Geber für eine Stellung oder Bewegung oder eine darauf bezogene physikalische Größe, enthaltend eine Tragkonstruktion (2), in der ein Strahlungssender (9) und ein Strahlungsempfänger (10) angebracht sind, die operativ miteinander gekoppelt sind, und eine Einrichtung (5, 6), die gegenüber der Konstruktion (2) in einer vorbestimmten Richtung Relativbewegungen entgegen der Einwirkung dazugehöriger Gegendruckeinrichtungen (13) auszuführen vermag, wobei die Einrichtung (5, 6) ein Teil (6) enthält, das je nach seiner Relativstellung gegenüber der Tragkonstruktion (2) den Kopplungsgrad zwischen dem Strahlungssender (9) und dem Strahlungsempfänger (10) zu verändern vermag, wobei die Anordnung so gewählt ist, dass der Strahlungsempfänger (10) während des Betriebs ein analoges Ausgangssignal zu liefern vermag, das in Abhängigkeit von der Stellung der Einrichtung (5, 6) gegenüber der Konstruktion (2) veränderlich ist.
Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssender (9) und der Strahlungsempfänger (10) einander gegenüberliegend in einem gewissen Abstand in der Tragkonstruktion (2) angebracht sind und die erwähnte Einrichtung (5, 6) ein bewegliches Teil (6) enthält, das sich zwischen dem Sender (9) und dem Empfänger (10) erstreckt und dessen Lage gegenüber den letzteren sich mit der Lageänderung der Einrichtung (5, 6) gegenüber der Konstruktion (2) verändert, wobei das Teil (6) für die erwähnte Strahlung eine Durchlässigkeit aufweist, die sich gemäß einer vorgegebenen Abhängigkeit von seiner Stellung gegenüber dem Sender (9) und dem Empfänger (10) ändert (4).
Analogwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (6) aus einem Material besteht, das wenigstens teilweise für die erwähnte Strahlung durchlässig ist, und sein Bereich (6a), der sich zwischen dem Sender (9) und dem Empfänger (10) zu erstrecken vermag, sich in der Bewegungsrichtung dieses Teils verjüngt.
Analogwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verjüngende Bereich (6a) des wenigstens teilweise durchlässigen Teils (6) im wesentlichen kegelig ist.
Analogwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssender (9) und der Strahlungsempfänger (10) im wesentlichen der gleichen Seite zugekehrt und vorzugsweise nebeneinanderliegend angeordnet sind und die Einrichtung (5, 6) ein Teil (6) enthält, das eine eine eingestrahlte Strahlung wenigstens teilweise zurückwerfende Oberfläche (6m) aufweist, die dem Sender (9) und dem Empfänger (10) gegenüberliegend angeordnet ist und deren Lage gegenüber den letzteren mit der Lageveränderung der Einrichtung (5, 6) gegenüber der Konstruktion (2) veränderlich ist, wobei das Teil (6) einen Teil der von dem Sender (9) ausgehenden Strahlung zu dem Empfänger (10) hin zurückzuwerfen vermag, und zwar in einem Ausmaß, das gemäß einer vorgegebenen Abhängigkeit von seiner Lage gegenüber dem Sender (9) und dem Empfänger (10) veränderlich ist (8).
Analogwandler nach irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, insbesondere Druckwandler, dadurch gekennzeichnet, dass in der Konstruktion (2) eine Einlaufkammer (4) ausgebildet ist, die mit einer Öffnung (3c) für die Einleitung eines Druckfluids versehen ist und in der eine elastische Membran (5) aufgespannt ist, die unter der Einwirkung des erwähnten Fluids in einem seinem Druck entsprechenden Maß beweglich ist, wobei die Membran (5) mit dem Teil (6) verbunden ist.
Analogwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragkonstruktion (2) ein starres Gehäuse (3) mit einem ersten, einen Einlaufstutzen (3b) für das Druckfluid bildenden Ende (3a) und dem anderen Ende (3d) enthält, in dem eine zweite Kammer (3e) ausgebildet ist, die von der Einlaufkammer (4) durch die Membran (5) fluiddicht abgetrennt ist, wobei in dieser zweiten Kammer (3e) das bewegliche Teil (6) mit den dazugehörigen elastischen Gegendruckeinrichtungen (13) sowie der Strahlungssender (9) und der Strahlungsempfänger (10) angeordnet sind.
Analogwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (9) und der Empfänger (10) an einer Leiterplatte (8) befestigt sind, die eine Öffnung oder Ausnehmung (8a) aufweist, die den Durchtritt und die operative Bewegung des Teils (6) ermöglicht.
Analogwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (9) und der Empfänger (10) an einer Leiterplatte (8) befestigt sind, die dem Teil (6) gegenüberliegend angebracht ist.
Analogwandler nach irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den elastischen Gegendruckeinrichtungen eine Schraubenfeder (13) gehört.