-
Stellungsferngeber Die Erfindung betrifft einen Stellungsferngeber
für Meßwerke, die einen über einer Skala spielenden Zeiger aufweisen, mit einem
Rotor, der mit dem Zeiger des Meßwerkes verdrehbar ist, und einem gegenüber dem
Meßwerk verdrehbaren Stator, der mit einer Hilfsskala versehen ist, an der die Stellung
des Rotors ablesbar ist.
-
Die elektrische Stellungsfernübertragung wird angewendet z.B. für
die Rückmeldung bei der Ferneinstellung von irosselklappen und Ventilen mittels
Stellmotoren, die Fernanzeige der Meßwerte von Waagen, Niveaustandsmessern und besonders
von Druckwerten, die örtlich mit Manometern gemessen werden.
-
Bei der Anbringung der Stellungsferngeber ist eine "Justierung" und
ein eogenannter "Abgleich" erforderlich. Als Justierung wird hauptsächlich der Vorgang
bezeichnet, bei dem der Stellungsferngeber in die richtige Ausgangsstellung zu dem
diesen bewegenden Organ erhält. Die Justierung kann beispielsweise darin bestehen,
den mechanischen Nullpunkt des stellungegebenden Organes mit dem elektrischen Nullpunkt
des Stellungsferngebers in Ubereinstimmung zu bringen.
-
Mit Abgleich andererseits werden insbesondere die Vorrichtungen gekennzeichnet,
mit denen die Endwertanzeige des Empfangsgerätes in tibereinstimmung mit der Endstellung
des stellungsgebenden Organes gebracht wird, wobei u.a.
-
auch äußere Einflüsse, z.B. die von Leistungewiderständen zwischen
Stellungsferngeber und Stromquelle, eventuell auch solche zwischen Stellungsferngeber
und Empfänger eliminiert werden. Zusammengefaßt: Justierung und Abgleich haben zum
Ziel, das Fernanzeigeinstrument im gesamten Meßbereich zur Übereinstimmung mit dem
am Manometbranzeiger ablesbaren Skalenwert zu bringen.
-
Justierung und Abgleich sind nicht immer auseinander zu halten, besonders
weil im Rahmen der Abgleicharbeiten häufig auch eine Anderung der Justierung erforderlich
wird.
-
Der Übersichtlichkeit halber beschränkt sich die folgende Beschreibung
im wesentlichen auf die zahlenmäßig ohnehin vorherrschende Anbringung von Stellungsferngebern
an Manometern. Vergleichbare Verhältnisse bestehen jedoch ebenso bei der Anbringung
an anderen Geräten, insbesondere solchen, die vorgenannten Anwendungen entsprechen.
-
Die Wirkungsweise der Stellungsferngeber selbst ist für die Ausbildung
und Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen bedeutungslos. In jedem Fall dient
der Stellungsferngeber zur Umsetzung einer mechanischen Größe in einen elektrischen
Wert, wobei nur verschiedenartige Prinzipien Anwendung finden. Die Stellungsferngeber
können z.B. sogenannte Widerstandsferngeber sein, bei denen ein Schleifer auf einer
Widerstandsbahn bewegt wird, induktive Stellungsferngeber,
bei denen
durch Verstellung eines ferromagnetischen Teiles Induktivitäten verändert werden,
oder kapazitive Stellungsferngeber, bei denen ein veränderbarer Kondensator bewegt
wird.
-
Das Ausgangssignal des Stellungsferngebers ist bezüglich der Anwendung
erfindungsgemäßer Vorrichtungen ebenfalls beliebig. Es kann z.B. eine Spannung,
ein eingeprägt er Strom sein, oder den Meßwert in Form einer Impulsfrequenz widergeben.
-
Der Stellungsferngeber kann ferner auch eine beliebige Wirkung im
Rahmen einer Brücken- oder Rechenschaltung übernehmen, etwa um den Einfluß einer
Störgröße bei der Messung oder bei einer Regelungsaufgabe zu erfassen. Die Stellungsferngeber
sind vornehmlich mit Anzeigern oder Registriergeräten oder auch mit integrierenden
Meßgeräten (Zählern) zusammengeschaltet. Im einfachsten Fall sind es Volt- oder
Amperemeter, die im Anschluß an den Stellungsferngeber den anliegenden Stellungswert
am entfernten Ort anzeigen. Die Stellungsferngeber werden meist durch eine Drehbewegung
ihres beweglichen Teiles (Rotor) gegen ein feststehendes Teil (Stator) betätigt.
-
Bei der üblichen Ausführung der hier vornehmlich zu betrachtenden
Manometer wird ein derartiger Stellungsferngeber verwendet und zweckmäßig mit der
Achse des Zeigers gekuppelt. Beim Überstreichen des Meßbereiches führt diese eine
Drehbewegung von etwa 2700 aus. Sowohl dieser Winkel als auch derjenige, bei dem
der Stellungsferngeber ausgesteuert ist (z.B. nach der Norm bei Endwert 20 mA)
streuen
jedoch erheblich. Besonders deswegen und auch wegen der bereits erwähnten Einflüsse
der Leitungen, müssen die erwåhntenAbstimmungen -Justierung und Abgleich- vorgenommen
werden.
-
Für die erfindungsgemäßen Konstruktionen ist es gleich, welche Mittel
hierfür angewendet werden. Oft wird in die elektrischen Stromkreise eingegriffen,
z.B. durch Widerstände, mit denen die ?1Nullt? eingerichtet wird, die die "Steilheit
des Stellungsferngebers verändern oder auf die "Empfindlichkeit" des Empfängers
Einfluß nehmen.
-
Bei der Durchführung dieser Arbeiten muß von definierten Bezugspunkten
am Manometer einerseits und dem Stellungsferngeber andererseits ausgegangen werden.
Naheliegend erscheint es, wie eingangs erwähnt, den elektrischen Nullpunkt des Stellungsferngebers
der Anzeige null z.B. des Manometers zuzuordnen. Dieses Vorgehen ist jedoch nur
anwendbar, wenn der Stellungsferngeber aufgrund seiner Schaltung seinen elektrischen
Nullpunkt erkennbar werden läßt, z.B. dadurch, daß die Spannung, der Strom oder
die Prequenz zu null wird.
-
Vielfach liegt der Stellungsferngeber jedoch in anderen, z.B. Brückenschaltungen,
bei denen ein Nullzustand nicht ohne weiteres erkennbar ist. Die Nullstellung als
Ausgangspunkt ist zudem gerade bei Manometern wenig vorteilhaft, weil deren Einstellsicherheit
am Bereichsanfang gering ist. So ist meist ein Anschlag für den Zeiger vorgesehen,
den dieser bereits schon oberhalb des Druckwertes null erreicht. Damit soll der
unschöne Eindruck der nicht stimmenden null verwischt werden.
-
Es ist somit zweckmäßiger, die elektrische Mitte des Stellungsferngebers
mit der Mitte der Skalenteilung des Manometers zur Ubereinstimmung-zu zu bringen.
Die elektrische Mitte des Stellungsferngebers ist zwar meist nicht'an mechanischen
Merkmalen erkennbar, sie ist aber leicht und genau mittels des sogenannten Umschlagverfahrens
feststellbar. Dieses sei anhand eines als Potentiometer geschalteten Widerstandsferngebers
erläutert. Der Widerstandsferngeber werde über Anfang und Ende seiner Widerstandsbahn
gespeist und die Spannungen gemessen, die einmal zwischen Anfang der Widerstandsbahn
und dem Schleifer und zum anderen zwischen Ende der Widerstandsbahn und dem Schleifer
anliegt.
-
Die elektrische Mitte ist gewonnen, wenn die beiden gemessenen Spannungen,
unabhängig von ihrer absoluten Höhe, gleich sind.
-
Die vors-tehenden Ausführungen lassen erkennen, daß es notwendig ist,
das Organ, dessen Stellung zu übertragen ist, - im Beispiel also das Manometer -
in genau definierte Stellungen, insbesondere die Mitten- und die Endstellung zu
bringen und dort festzustellen, bis die Justierarbeiten beim Anbau des Stellungsferngebers
und schließlich die Abgleicharbeiten durchgeführt sind. Bür die Durchführung dieser
Arbeiten mußte bislang recht umständlich das Manometer mit verschiedenen, innerhalb
seines Druckbereiches liegenden Druckwerten teaufschlagt werden, bzw. andere Organe,
deren Stellung fernübertragen werden sollen, denjenigen Einflüssen ausgesetzt werden,
die ihre Bewegung insbesondere nach der Mitten- und der Endstellung hervorbringen.
-
Beispielhaft werden die Vorgänge wiederum an einem Manometer dargelegt.
Wegen der Schwierigkeit der Justierung an der Verwendungsstelle wird diese schon
im Werk vorbereitet. Mit entsprechenden Vorrichtungen werden die erforderlichen
Drücke erzeugt und dem Manometer zugeführt.
-
Die Druckwerte, besonders der Mitten- und der Endwert, werden dabei
von der Skala abgelesen, die vom Manometerhersteller bereits geeicht ist. Der mit
der Zeigerachse gekuppelte Stellungsferngeber wird durch Verdrehen seines Stators
gegen seine Auflage in die zugehörige Stellung geführt. Seine elektrische Mitte
wird in Übereinstimmung mit dem Mittenwert des Druckbereiches gebracht.
-
Aufwendiger noch ist dann der Abgleich am Einsatzort, mit dem u.a.
der dem Einfluß von Leitungseinflüssen unterworfene Endausschlag des Empfangsgerätes
eingerichtet wird.
-
Hier nun stehen keine Einrichtungen zur Verfügung, mit denen dem Manometer
definierte Drücke zugeführt werden können. Besonders kann der Enddruck meistens
überhaupt nicht hergestellt werden, weil die Manometer, da sie nur mit 2/3 ihres
Endwertes dauerbelastbar sind, überdimensioniert werden müssen. So läßt sich in
der Regel meist nur durch Rechnung ermitteln, welcher Wert des Signals vom Stellungsferngeber
entsprechend dem erreichten Druckwert eingerichtet werden muß.
-
Dieser Vorgang sei an folgendem Beispiel erläutert: 2 Das Manometer
habe einen Bereich von O ... 10 kp/cm2.
-
Betriebsmäßig kann aber nur ein Druck von 6 kp/cm2 hergestellt werden.
Der Stellungsferngeber, z.B. ein Potentiometer, liefere ein Signal O ... 10 V. Der
dem Potentiometer vorgeschaltete Abgleichwiderstand wird bei den erreichten
6
kp/cm2 verstellt bis der Stellungsferngeber eine Spannung von 6 V abgibt. Ein solches
Verfahrenvermindert natürlich die Genauigkeit der Fernanzeige, zumal in der Praxis
erschwerend folgendes hinzutritt: Es ergeben sich meist keine Anzeigewerte, die
so einfach wie im Beispiel umgerechnet werden können. Der Druck bleibt während der
Abgleicharbeiten nicht konstant, oft pulsiert er auch, so daß die Ablesegenauigkeit
herabgesetzt ist. Ganz und gar wird ein genauer Abgleich infrage gestellt, wenn
zur Inbetriebsetzung etwa einer Produktionsanlage bereits die erst einzurichtende
Druckfernanzeige gebraucht wird.
-
Jedenfalls sehen sich die Monteure in der Praxis fast immer vor eine
Aufgabe gestellt, die exakt nicht lösbar ist.
-
So müssen diese sich etwa dadurch helfen, daß sie das Manometer öffnen
und gegen den Widerstand der Meßfeder (z.B. Bourdonrohr) am Zeiger drehen, um u.a.
die dem Skalenendwert entsprechende Stellung zu erreichen. Hierdurch entstehen häufig
Dejustierungen und sogar Beschädigungen des Meßwerkes. Zudem ist diese Methode umständlich
und zeitraubend, wird doch ein zweiter Manngebraucht, um den Zeiger während des
Abgleiches gegen die Rückstellkräfte der Meßfeder festzuhalten, während der andere
am Empfangsort die Anzeige kontrolliert und die Korrekturanweisungen - bei größerer
Entfernung unter weiteren Erschwerungen - übermittelt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung bei Stellungsferngebern
der eingangs erwähnten Art zu
schaffen, welche unter Vermeidung
der geschilderten Schwierigkeiten eine einfache Justage und einen einfachen Abgleich
des Stellungsferngebers gestattet.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Stator des Stellungsferngebers
mindestens über einen dem Zeigervollausschlag entsprechenden Winkel verdrehbar ist
und die Hilfsskala wenigstens einer Teilung der Meßwerkskala geometrisch ähnlich
ist.
-
Bei bekannten Stellungsferngebern hat die Hilfsskala die einzige Funktion,
die Stellung des Rotors erkennbar zu machen, wenn dieser nicht ohne weiteres sichtbar
ist.Die Verdrehung des Stators gegen das Meßwerk ist bei einigen bekannten Stellungsferngebern
möglich, jedoch nur um geringe Winkel. Die Verdrehung des Stators gegenüber dem
Meßwerk erfolgt dabei als Justierung.
-
Demgegenüber wird nach der Erfindung nicht der Meßwerkzeiger gegenüber
der Meßwerkskala verdreht, sondern bei feststehendem Zeiger die Hilfsskala am Stellungsferngeber
relativ zu dem Rotor und dem damit verbundenen Meßwerkzeiger. Die Hilfsskala ist
der Meßwerkskala geometrisch ähnlich und mit dem Stator des Stellungsferngebers
beliebig verdrehbar, so daß durch die Verdrehung des Stators des Stellungsferngebers
eine beliebige Verdrehung des Zeigers relativ zu der Meßwerkskala simuliert werden
kann. Es kann an der Hilfe skala dann abgelesen werden, welcher Zeigerstellung über
der Meßwerkskala diese Verdrehung entspricht, und die so erhaltenen Signale des
Stellungsferngebers können dementsprechend justiert und abgeglichen werden.
-
Die Befestigung des Stellungsferngebergehäuses an dem Meßwerkgehäuse
kann mittels Rampen an dem letzteren erfolgen, die in Umfangsnuten des Stellungsferngebergehäuses
eingreifen, so daß dieses in einer ein unbegrenztes Durchdrehen ermöglichenden Weise
gehaltert ist.
-
Es kann auch das Stellungsferngebergehäuse an dem Meßwerkgehäuse mittels
eines Zapfenansatzes unbegrenzt verdrehbar gelagert und mittels einer auf dem Zapfenansatz
sitzenden Federscheibe und Wellensicherung gesichert sein.
-
In beiden Fällen ist dann vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Zuleitungen
zu dem Stellungsferngeber in einer die Drehung des Stellungsferngebergehäuses über
wenigstens 3600 nicht behindernden Weise von der Befestigungsfläche an dem Meßwerkgehäuse
weggeführt sind. Außerdem können die Zuleitungen von gewendelten Leitungen gebildet
werden Durch diese konstruktiven Maßnahmen wird eine im Gegensatz zu vorbekannten
Stellungsferngebern weitgehende Verdrehbarkeit des Stellungsferngebergehäuses und
des darin sitzenden Stators ermöglicht.
-
Die Erfindung ist nachstehend an einigen Aus führungsbei spielen unter
Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Figur 1 ist eine Vorderansicht
einer Manometerskala mit einem Zeiger, dessen Stellung relativ zu der Skala durch
einen Stellungeferngeber übertragen werden soll.
-
Figur 2 ist eine zugehörige Seitenansicht des Manometers mit dem
Stellungsferngeber.
-
Figur 3 zeigt die Hilfsskala in der Ausgangsstellung.
-
Figur 4 zeigt die Hilfsskala bei verdrehtem Stator des Stellungsferngebers.
-
Figur 5 zeigt eine Manometerskala, die mit einer zusätzlichen Winkelskala
versehen ist.
-
Figur 6 zeigt die zugehörige Hilfsskala.
-
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform der Halterung des Stellungsferngebers
an dem Meßwerk.
-
Figur 8 zeigt eine andere Ausführungsform der Halterung des Stellungsferngebers.
-
Mit 10 ist eine Manometerskala bezeichnet, über welcher ein Zeiger
12 spielt. Das Manometer enthält in einem Gehäuse 14 ein übliches Meßwerk mit einem
Bourdonrohr, welchea einen Druckanschluß 16 aufweist. Die Manometerskala 10 weist
eine Teilung 18 in Druckeinheiten auf. An dem Manometergehäuse sitzt ein Stellungsferngeber
20, dessen Rotor mit der Zeigerwelle 22 verbunden ist. Mit dem Rotor des Stellungsferngebers
ist ein Zeiger 22 verbunden. Der Stator des Stellungsferngebers
trägt
eine Hilfsskala 24. Der Stator des Stellungsferngebers 20 mit der Hilfsskala 24
ist relativ zu dem Gehäuse 14 des Manometers verdrehbar, und zwar über einen Winkelbereich,
der wenigstens dem Ausschlagbereich des Manometerzeigers 12 entspricht, also etwa
2700 beträgt. Die Hilfsskala 24ist einer Teilung 26 versehen, welche der Teilung
18 der Manometerskala 10 geometrisch ähnlich ist.
-
In Figuren 3 und 4 ist die Hilfsskala so dargestellt, als würde sie
von der Seite B in Figur 2 her betrachtet. Wenn die Hilfsskala in üblicher Weise
von der Seite A in Figur 2 her betrachtet wird, müßte die Darstellung spiegelbildlich
umgekehrt sein.
-
Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist bei feststehendem Manometerzeiger
12 und Rotor des Stellungsferngebers 20 mit Zeiger 22 die Skala 24 mit dem Stator
des Stellungsferngebers 20 beliebig verdrehbar, so daß durch die Relativdrehung
jede gewünschte Zeigerstellung des Zeigers 12 simuliert werden kann, ohne daß das
Meßwerk des Manometers 14 selbst mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt zu
werden braucht. Es kann also beispielsweise der Stator des Stellungsferngebers 20
mit der Skala 24 in die in Figur 4 dargestellte Lage gebracht werden, wobei der
Stellungsferngeber ein Signal abgibt, welches genau gleich dem Signal ist, das sich
bei feststehendem Stator durch einen Zeigerausschlag des Manometerzeigers 12 auf
den Skalenendwert "6" ergeben würde.
-
Anhand dieses Signals kann ein Abgleich des Stellungsferngebers erfolgen.
-
Figuren 5 und 6 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.
Hier weist die Manometerskala 10 außer der Teilung 18 in Druckeinheiten eine Hilfsteilung
28, beispielsweise in Winkelgraden auf. Die Kilfsskala 24, die in Figur 6 in vergrößertem
Maßstab dargestellt ist, weist hier keine der Teilung 18 (in Druckeinheiten) entsprechende
Skalenteilung auf, sondern ebenfalls eine Winkelteilung 30. Auch bei dieser Anordnung
kann ein Ausschlag des Zeigers 12 um einen bestimmten Winkelwert durch eine Verdrehung
der Hilfsskala um eben diesen Winkelwert simuliert werden. Die vollständigen Skalen
28, 30 können auch durch vereinfachte Skalen ersetzt werden, die lediglich Anfang
(A), Ende (E) und Mitte (M) der Skala markieren. Bei dem Ausführungsbeispiel von
Figuren 5 und 6 liegt der Skalenanfang bei 840, der Skalenendwert bei 3600 und die
Skalenmitte bei 2230. Das ist durch entsprechende Marken 32, 34, 36 bzw. 32', 34',
36' angegeben.
-
Figuren 7 und 8 zeigen Möglichkeiten für die Befestigung des Stellungsferngebers
20 am Gehäuse des Manometers 14. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse des Stellungsferngebers
eine Ringnut 38 auf, in welche Krampen 40 eingreifen, die an dem Gehäuse des Manometers
14 angebracht sind. Die Zuleitungen 42 zu dem Stellungsferngeber sind nach oben
in Figur 7, also von dem Gehäuse des Manometers 14 weggeführt, wodurch eine Verdrehung
des Stellungsferngebers 20 um einen praktisch unbegrenzten Drehwinkel ermöglicht
wird.
-
Wenn die Zuleitungen 42, wie in Figur 8 dargestellt ist, sehr nahe
an dem manometerseitigen Ende des Stellungsferngebers 20 herausgeführt sind, kann
die Befestigung durch einen Zapfenansatz 44 erfolgen, der in eine entsprechende
Bohrung
des Gehäuses des Manometers 14 hineingesteckt und durch eine Wellsicherung und Federscheibe
46 gesichert ist.
-
Auch hier sind die Zuleitungen nach oben in Figur 8 weggeführt, wodurch
eine praktisch unbegrenzte Verdrehung ermöglicht wird.
-
Um die Verdrehung zu erleichtern, können für die Zuleitungen 42 gewendelte
Leitungen verwendet werden, wie sie beispielsweise für die Zuleitung zu Telefonhörern
gebräuchlich sind.