DE2243721A1

DE2243721A1 - Druck-elektrowandler

Info

Publication number: DE2243721A1
Application number: DE2243721A
Authority: DE
Inventors: William D Marscher; Harry P Wertheimer
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-09-22
Filing date: 1972-09-06
Publication date: 1973-04-12
Also published as: CA950068A; FR2153914A5; US3735323A; GB1343264A; JPS4841781A

Description

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v.l/sta - 4-799-A München-Pullach, den 31. Aug. 1972

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix'Center, Southfield, Michigan 48073, Michigan, USA

Druck-Elektrowandler

Die Erfindung "betrifft Druck-Elektrowandler, die dazu dienen, ein abgetastetes Drucksignal in ein verwertbares elektrisches Signal zu konvertieren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere solche Wandler, die in Systemen zum Vorsehen von Signalen verwendet werden, bei denen ungewöhnlich große Anforderungen hinsichtlich der Lebensdauer gestellt werden.

Gemäß dem Stand der Technik können. Druck-Elektrowandler eine Büchse oder einen Kanister aufweisen, u. zw. mit -einem bewegli- ; chen Wandabschnitt, der auf Druckänderungen anspricht, und kann ! weiter eine elektrische Einrichtung aufweisen, die betriebsmäßig dem beweglichen Wandabschnitt zugeordnet ist, um die Bewegung dieses Wandabschnittes in ein veränderliches elektrisches ■ Ausgangssignal zu konvertieren. Es sind Druck-Elektrowandler bekannt, die eine sehr lange lebensdauer haben und die sehr zuverlässig die veränderlichen elektrischen Ausgangssignale erzeugen. Die Lebensdauer wird jedoch, aufgrund der Tatsache erreicht, daß das veränderliche Ausgangssignal durch Veränderung i der größenmäßigen Beziehung zwischen einer mechanisch bewegba- ' ren, jedoch anderweitig nicht kontaktgebenden· Konstruktion ge- i ändert wird, um ein elektrisches oder elektromagnetisches PeId für eine elektrische Einrichtung zu ändern, welche ein reakti- . ves Element enthält. Derartige Vorrichtungen sind in der Herstellung kostspielig und weisen häufig Komponenten auf, die

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sich schwierig herstellen lassen, wie beispielsweise ein unterschiedlich geformter bewegbarer Kern. Derartige Vorrichtungen sprechen nur während der Perioden vorübergehender elektrischer Aktivität schnell auf Druckschwankungen an. Es ist Zeil der vorliegenden Erfindung, einen Druck-Elektrowandler zu schaffen, der eine lange Lebensdauer aufweist und der sehr einfach und billig hergestellt werden kann. Da ein schnelles Ansprechen sehr häufig bei derartigen Druck-Elektrowandlern wünschenswert ist, und die erforderlichen elektrischen Übergangszustände (transient) nicht immer sofort hergestellt werden können, ist es auch Ziel der Erfindung, einen Druck-Elektrowandler zu schaffen, der eine lange lebensdauer hat, einfach und billig hergestellt werden kann und der darüber hinaus eine plötzliche schnelle Änderung in dem elektrischen Ausgangssignal in Abhängigkeit von Schwankungen in dem abgetasteten Druck vorsehen kann, ohne die genannten vorübergehenden elektrischen Zustände (transient electrical conditions) zu benötigen.

Es sind auch Druck-Elektrowandler bekannt, die relativ einfach aufgebaut sind und billig hergestellt werden können. Darüber hinaus sind auch Druck-Elektrowandler gut bekannt, die sehr schnell auf Druckschwankungen, die abgetastet werden, ansprechen. Die elektrische Einrichtung derartiger Wandler besteht typisch aus einer Wicklung eines Widerstandsdrahtes, der fest an der Büchse oder dem Kanister angeordnet ist, wobei ein Kontaktarm oder Tastarm verschwenkbar an dem Kanister oder der Büchse montiert ist und mit dem beweglichen Wandabschnitt gekuppelt ist, so daß eine Schwenkbewegung in Abhängigkeit von der Bewegung des bewegbaren Wandabschnittes ausgeführt wird. Andere Wechselbeziehungen des Kanisters oder der Büchse, des beweglichen Wandabschnittes und der elektrischen Einrichtung sind ebenfalls gut bekannt. Derartige Vorrichtungen erreichen jedoch allgemein nicht die Betriebslebensdauer, die man bei Druck-Elektrowandlern erwarten kann, bei denen eine reaktive elektrische Einrichtung zur Anwendung gelangt. Es ist somit auch Aufgabe der Erfindung, einen Mechanismus anzugeben, durch den die Betriebslebensdauer erhöht wird, die man bei einem

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Druck-Elektrowandler, bei dem ein elektrisches Widerstandselement zur Anwendung gelangt, erwarten kann.

Derartige Druck-Elektrowandler werden zum gegenwärtigen Zeitpunkt dazu verwendet, um elektrische Signale zu erzeugen, die kennzeichnend für den Druck im Ansaugrohr einer Brennkraftma- ^: schine sind» Die in diesem elektrischen Signal enthaltene Information wird von einem elektronischen Brennstoffsteuersystem verwertet, um sehr genau die Brennstoffabgabe an die Brennkraftmaschine zu steuern. Die bei der Automobilindustrie geforderte Lebensdauer bzw. die Lebensdauer hinsichtlich der Komponenten der Brennkraftmaschinen machen die Verwendung eines kostspieligeren, komplizierteren und langsamer ansprechenden Druck-Elektrowandlers erforderlich, bei dem also die elektri- ■ sehe reaktive Einrichtung zurAnwendung gelangt. Es ist somit , auch Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Druck-Elektrowand- ■ ler zu schaffen, bei dem eine elektrische Widerstandseinrichtung zur Anwendung gelangt, so daß der Druck-Elektrowandler eine Lebenserwartung erhält, die sich mit der Lebenserwartung vergleichen läßt, die bei der Automobilindustrie gefordert wird. '

Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Umgebung in der Nähe einer Brennkraftmaschine zyklischen Veränderungen unterworfen' ist, die direkt mit dem Betrieb der Maschine in Beziehung stehen, wird erfindungsgemäß eine Einrichtung zur Anwendung gebracht, um die zyklischen Veränderungen abzutasten und um diese Veränderungen zu dem Widerstandsabschnitt der elektrischen Einrichtung in dem Druck-Elektrowandler zu übertragen,, der elektrische Widerstandsmittel verwendet, um periodisch die Beziehung zwischen den beweglichen und stationären Komponenten innerhalb den elektrischen Widexstandsmitteln zu verändern, um dadurch die Beanspruchung und den Verschleiß der Widerstandsmittel, die durch die relative Schleif- oder Wischbewegung bewirkt werden, gleichmäßiger zu verteilen. Erfindungsgemäß wird auch der Druck-Elektrowandler derart weiter verbessert, daß die elektrische Widerstandswicklung drehbar angeordnet wird und .

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diese Wicklung mit einem gezahnten Klinkrad ausgestattet wird, und schließlich eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf zyklisch© Veränderungen anspricht, um das gezahnte Kllnkrad ssu drehen, und die Spule relativ zu einem Abgreifer oder Taatarm gedreht wird. Insbesondere läßt sich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in einer Umgebung verwenden, die eine zyklische Veränderung erfährt, wie beispielsweise ein© lemperaturänderung, wobei ein auf die Temperatur ansprechend®« Bimetallelement vorgesehen sein kann, um sich periodisch entgegen den Zähnen des gezahnten Klinkrades zu bewegen, so daß also bewirkt wird, dai sich das Klinkrad relativ zu dem Bimetall-Betätigungsmechanismus dreht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich au» der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung. Etf^! zeigt t

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Druck-Elektrowandlers nach der vorliegenden Erfindung?

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Druck-Elektrowandler von Fig. 1}

Fig. 3 eine Seltenansicht eines Abschnittes des Inneren des Druck-Elektrowandlers gemäß Fig. 1 und 2 In vergrößertem Maßstab; und

Fig. 4- eine Draufsicht auf den Mechanismus, der in Fig. 3 gezeigt 1st.

In Flg. 1 ist ein Druck-Elektrowandler 10 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Wandler 10 besteht allgemein aus einem Hauptkanisterabschnitt oder Büchsenabschnitt 12, einem beweglichen Wandabschnitt 14 und einer elektrischen Einrichtung 16.

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Di© elektrische Einrichtung 16 besteht aus einer Widerstandswicklung 18, einem Spulenabgreiferarm oder Tastarm 20 und einer

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elektrischen Stromversorgungseinrichtung 22. Die elektrische
Stromversorgungseinrichtung 22 wird über die Eingangsleiter 24 ; mit elektrischer Energie gespeist. Diese elektrische Energie
wird der Spule 18 über ein Bürstenpaar. 26 zugeführt, das elektrisch die Wicklung 18 mit der elektrischen Stromversorgungseinrichtung 22 verbindet. Der Spulentastarm 20 weist einen Spu- ' lentastendabschnitt 28 und einen Armabschnitt 30 auf und er ist ^; verschwenkbar an dem Kanister oder der Büchse 12 über eine Be- i festigungseinrichtung 32 angebracht, die hier in Form einer
Vielzahl von Schrauben gezeigt ist, die durch den Montageendabschnitt 34 reichen. Zwischen dem Montageendabschnitt 34 und dem
Tastendabschnitt 28 ist ein Betätigungsglied 36 gelegen, welches fest zwischen dem Armabschnitt 30 und 'dem beweglichen.
Wandabschn'itt 14 befestigt ist, derart, daß eine Bewegung des
beweglichen Wandabschnittes" 14 direkt auf den Abgreifer oder "
Tastarm 20 übertragen wird. In Abhängigkeit von dem tatsächlichen Befestigungspunkt kann die abgetastete Bewegung verstärkt
oder vermindert werden. . ■ <

Wie sich aus Fig. 2 erkennen läßt^, so besteht .der Tastarm 20 in
diesem "Pail aus einem Teil mit einem Armabschnitt 30, einem
Tastendabschnitt 28· mit einem Paar von Tastgliedern 'und einem ; Befestigungs- oder Montageendabschnitt 34. S

In 7ig. 3 ist nun der Wicklungs-Drehmechanismus nach der vor- ; liegenden Erfindung in vergrößertem Maßstab veranschaulicht, u. .; zw. als Schnitt dar st ellun'g nach der linie III - III von Fig. 2, ■ Ein gezahntes Klinkrad 50 mit einem Wellenstumpfabschnitt 52 _: ist fest an der Widerstandswicklung 18 befestigt. Eine Feder- t einrichtung 54 ist dazu vorgesehen, um die Widerstandswicklung 18, das Klinkrad 50 und den Wellenstumpfabschnitt 52 in
eine den Wellenstumpf aufnehmende Bohrung 56 innerhalb dem Ka- i nister 12 vorzuspannen. Eine das Klinkrad drehende Einrichtung 58 befindet sich in Berührung mit einem der Zähne des ge- . · zahnten Klinkrades 50. Irgendeine geeignete Lagervorrichtung j kann zwischen dem Klinkrad 50 und dem-Kanister oder der Buch- ' se 12 vorgesehen sein, um irgendeinen gewünschten'Reibungswert j

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zu. erhalten.

In Fig. 4 ist der Mechanismus von Fig. 3 in Draufsicht gezeigt. Das gezahnte Klinkrad 50 weist eine Vielzahl von Klinkzähnen 60 auf, die am Umfang des Rades in üblicher Weise angeordnet sind.

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Die das Klinkrad drehende Einrichtung 58 ist so gezeigt, daß sie gegen einen der Zähne 60a stößt bzw. drückt, und diese Einrichtung besteht in dem vorliegenden Fall aus einer Spule 62, die mit Hilfe irgendeines herkömmlichen Mechanismus bei ihrem festen Ende an dem Kanisterabschnitt 12 befestigt'ist. Bei einer Umgebung mit sich zyklisch ändernder Temperatur, wie beispielsweise in der Nähe einer Brennkraftmaschine» kann die. Wicklung 62 aus einem auf die Temperatur ansprechenden Bimetallelement oder einer auf die Temperatur ansprechenden Bimetallkonstruktion bestehen. Zusätzlich ist ein Sperrmechanismus gezeigt, welcher die Form einer nachgiebigen Feder 64 aufweist, die so arbeitet, daß sie ein schrittweises Drehen des gezahnten Klinkrades 50 in vorgewählten Drehschritten bewirkt und darüber hinaus eine Rückwärtsdrehung der Widerstandswicklung 18 verhindert.

Wenn der Druck-Elektrowandler nach der vorliegenden Erfindung in einer Umgebung eingesetzt wird, bei der eine zyklische Änderung auftritt, die beispielsweise eine Temperaturechwankung sein kann, so kann der Drehmechanismus 58 so geeicht werden, daß bei einem ausgewählten Extrem der zyklischen Änderung das Stoßende 66 der Dreheinrichtung 58 in der Stellung 70 aich befindet, wie bei den strichlierten linien (Fig. 4) angezeigt ist, während bei der anderen gewählten extremen zyklischen Änderung die Dreheinrichtung die Stellung 72 einnehmen kann, die ebenso mit strichlierten Linien angezeigt ist. Auf diese Weise kann für jede zyklische Änderung die elektrische Wicklung oder Spule 18 um einen bestimmten Betrag gedreht werden, ao daß die Wirkung des Tastendes 28 des Abgreifers 20 einheitlich uia den Umfang der Widerstandswicklung 18 verteilt wird. Indem man den Verschleiß um den Umfang der Widerstandswicklung 18 gleiohmäfiig verteilt, läßt sich die Betriebslebensdauer der Wiäerstands-

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wicklung uni einen Faktor er koke, η, der nahezu der Zahl der Drehsohritte entspricht, die durck das Klinkrad 50 und durch den Betrieb des Sperrmechanismus 64 zur "Verfugung stehen. Es läßt' sich demnach bei einem Druck-Elektrowandler, der "beispielsweise in Verbindung mit einem elektronischen Brennstoffsteuersystem von Kraftfahrzeugen verwendet werden soll, der Verschleiß des ' Druckabtasters ausreichend gering gestalten, so daß sich die Ιίβ be ns er wartung sehr gut mit derjenigen von Druckabtastern ohne Kontaktgabe und elektrische reaktive Einrichtungen vergleichen läßt, die bis jetzt im Handel erhältlich sind, und der Druck-Elektrowandler nach der vorliegenden Erfindung hat eine merkliche Kostenverminderung des Druck-ElektrowandlereZementes solcher Systeme als wesentlichen Vorteil zur Folge, Indem man weiterhin, ein direkt ablesbares AusgangsSpannungssignal vorsieht, welches immer, vorhanden ist und welches den momentanen Druck kennzeichnet, läßt sich der Druck-Elektrowändler nach der vorliegenden Erfindung auch auf sehr weiten Gebieten einsetzen, beispielsweise in Verbindung mit Systemen unterschiedlicher Auslegungen und/oder Betriebskonstanten, wobei nur eine geringe oder überhaupt keine Beschränkung der Betriebsweise erforderlich ist.

Wie sich erkennen läßt, so ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung für die- Verwendung in einer Umgebung geeignet, die . eine vorhersagbare zyklische Änderung entsprechend einem Parameter der Umgebung erfährt, der nicht auf den Betrieb des Wandlers bezogen ist (d. h, die Umgebungstemperatur). Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß auch andere zyklische Schwankungen oder Veränderungen dazu verwendet werden können, um die gewünschte Bewegung über geeignet ansprechende Betätigungsmechanismen zu bewirken, die trägheitsbetrieben sein können und auf eine gesamtzyklische Bewegung ansprechen oder membranbetrieben sind und auf eine unterschiedliche Druckveränderung oder -Schwankung ansprechen, wie beispielsweise auf den· Druck im Auspuffsystem eines Fahrzeugs.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnun- !

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gen veranschaulichten technischen Einzelheiten βind für die Er- ί findung.von Bedeutung. i

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Claims

Pat e-ntansprü ehe

1. Druck-Elektrowandler mit langer Lebensdauer für die Verwendung in einer Umgebung, welche eine zyklische Veränderung, die den abgetasteten Druck nicht umfaßt, erfährt, bestehend aus einem geschlossenen Kanister oder einer geschlossenen Büchse mit einem beweglichen Wandabschnitt j der auf den Druck außerhalb dem Kanister oder der Büchse relativ zum Druck im Inneren des Kanisters anspricht, einer elektrischen Einrichtung mit einer elektrischen Widerstandsvorrichtang., mit einer Einrichtung zum Zuführen elektrischer Energie zur Widerstandsvorrichtung, einem Tastarm oder Abgreifer, der sich mit der Widerstandsvorrichtung in abtastendem oder schleifendem Kontakt befindet und auf Bewegungen des beweglichen Wandabschnittes anspricht, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches den Druck im Inneren des Kanisters oder der Büchse wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß an die elektrische Einrichtung (18) diese-drehende Mittel (50, 52, 58, 64) gekuppelt sind, die auf die zyklische Veränderung oder Schwankung ansprechen, um eine periodische Drehung der Widerstandsvorrichtung (18) relativ zu dem Tastarm oder Abgreifer (28, 30) zu bewirken.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehenden Mittel folgende Merkmale und Einrichtungen aufweisen: ein Klinkrad (50) mit Klinkzähnen (60); eine auf die zyklische Schwankung oder Veränderung ansprechende Vorrichtung (58), die aufeinanderfolgend gegen unterschiedliche ' Zähne (60) des Klinkrades (50) vorspannbar ist; daß das Klinkrad (50) fest mit der Widerstandsvorrichtung (18)" verbunden ist und drehbar an dem. Kanister oder der Büchse (12) montiert ist, und daß die Vorrichtung (58) fest an dem Kanister oder der, Büchse (12) angebracht ist.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die zyklische Schwankung oder Veränderung ansprechende Vorrichtung (58) aus einer Bimetallvorrichtung besteht, die

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auf eine bestimmte zyklische TemperaturSchwankung der Umgebung anspricht und das Klinkrad (50) dreht,

4. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fang- oder Sperrvorrichtung (64) dem Klinkrad (50) zugeordnet ist und eine schrittweise Drehung des Klinkrades (50) in einer einzigen Drehrichtung bewirkt.

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