DE2328354C2 - Wandler zur Umwandlung einer translatorischen Bewegung in eine Drehbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wandler zur Umwandlung einer translatorischcn Bewegung in eine Drehbewegung, mit einem ersten um eine Achse drehbar gelagerten Bcwegungsclcment mit einer Anzahl von an seinem Umfang im gleichen Radialabsland von der Achse angeordneten pcrmanenlmagnetischen Magnetpolen alternierender Polarität und mit einem zweiten Bewcgungselemenl mit einer Anzahl von in ■-•incr quer zur Richtung der Achse verlaufenden Reiihi: dicht aneinander anschließend angeordneter pcrmanciiimagnctischer Magnetpole alternierender Polarität, deren Polflächcn in einer gemeinsamen, in Bewegungsrichtung verlaufenden Fläche liegen und miteinander in einer quer zur Richtung der Achse verlaufenden Bewegungsrichtung bewegbar sind, wobei zwischen den einander zugewandten Bereichen des ersten und des zweiten Bewegungselcments ein Abstand besteht.

Aus der DE-AS 10 21 461 sind Wandler der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesen bekannten Wandler ist ein erstes, um eine Achse drehbar gelagertes Elcwegungselement mit einer großen Anzahl von an seinem Umfang im gleichen Radialabstand von der Achse ungeordneten permanentmagnetischen Magnetpolen alternierender Polarität verschen. Ein damit in Wirkungs/.usammenhang angeordnetes /.weites ßcwegungselcment ist als Träger einer An/.-Jil von in einer quer zur Achserstreckung des ersten Bewcgungsclcmcnts verlaufenden Reihe dicht aneinander anschließend angeordneten pcrmancntmagnctischcn Magnetpolen alternierender Polarität ausgebildet, beispielsweise als an seinem Umfang mit Permanentmagneten alternierender Polarität besetztes, um eine parallel zur Achse des ersten Bcwcgungselcnients verlaufende Achse drehbares Rad ausgebildet. Hei diesem bekannten Wandler entsprechen die auf den beiden Bewegungselementen angeordneten Magnetpole hinsichtlich ihrer zum jeweils anderen KIement hingewandten Fläche und hinsichtlich ihrer Frstreckung in Bewegungsrichtung einander. Fs wirkt somit im wesentlichen immer ein Magnetpol des einen Bewegungsclements mit einem (entgegengesetzt polarisierlen) Magnetpol des anderen Bcwcgungselerncnis zusammen. Bei einer Drehung des /weiten ßev.Cj>j;igs elements wird über das Zusammenwirken der sieh gegenüberliegenden Magnetpole der beiden Bcwcgungsclementc durch die Magnetkraft ein Drehmoment auf das erste Bewegtingselemetii übertragen, so daß dieses ebenfalls um seine Achse gedreht wird. Dabei wirken die sieh jeweils gegenüberstehenden Magnetpole der leiden Bewegungselementen wie ineinandergreifende Zähne eines /ahnradpaares zusammen. Bei dem bckannten Wandler ist somit ein direkter Pol-zu-Pol-Schluli zwischen den jeweils zusammenwirkenden Polen der beiden Bcwegungsclcnicntc ähnlieh einem Krnftschluß von Zähnen von Zahnrädern gegeben, so daß bei Bewegung des zweiten Bcwcgungsclcmciiis um eine der Frstreckung eines Magnetpols in Bewegungsrichtung entsprechende Strecke auch das erste Ik-wcgungselemenl um eine entsprechend große Strecke (am Außcmimfangclcs ersten Bewegungsclemcnis) verdreht wird. Hei dem bekannten Wandler isl somit iiusscliliL'LS-lieh eine I : I-Übertragung der Bewegung von einem Bewcgungselemenl zum anderen möglich. Bei ilcin bekannten Wandler isl der Abstand der Außenflächen der /.usainmenwii'keiulcM Pole der beiden Uewcgungsclcmenlc im Wirkungsbereich sehr gering, inn einen ilirck-Ich l'ol-zii-l'ol-Schluü zu gewährleisten. Fine Anordnung von irgendwelchen Teilen /wischen den llevvc gtingselcmenlen isl weder vorgesehen noch auch nur t noch möglich

Aus der US-PS 25 64 b7b ist ein Flüssigkeilsspiegel-Anzeigegerät bekannt, bei dem die Auf- und Abbewegung eines auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmenden Schwimmers zur Anzeige des Flüssigkcilsstandes herangezogen wird. Bei einem Ausführiingsbeispicl isl 5 der Schwimmer so geführt, daß er bei einer Auf- oder Abbcwcgung eine vom Ma.ß dieser Bewegung abhängige Drehbewegung ausführt. Diese Drehbewegung des Schwimmers wird auf eine Magnetscheibe übertragen, die an diametral gegenüberliegenden Bereichen entgegcngcselzl polarisiert ist. In Wirkverbindung mit dieser Magnetscheibe ist eine zweite drehbar gelagerte Magnetscheibe vorgesehen, deren Achse mit der Achse der ersten Magnetscheibe entweder fluchtet oder senkrecht mit dieser jedoch in der gleichen Ebene verläuft oder jede beliebige Zwischenstelle in der gemeinsamen Ebene einnimmt. Wesentlich ist, daß die ebenfalls an diametral gegenüberliegenden Bereichen des Umfangs entgegengesetzt polarisierte zweite Magnetscheibe sich zur ersten Magnetscheibe so einstellt, daü im Bereich der geringsten Entfernung der Umfange der beiden Magnelschciben entgegengesetzt polarisierte Bereiche der Umfange der beiden Scheiben, bewirkt durch die magnetische Anziehungskraft, zu liegen kommen. Bei einer Verdrehung der ersten Magnetscheibe durch den Schwimmer wird dann über den Magnetfluß auch die zweite Magnetscheibe in Drehung versetzt. Mit der Achse dieser zweiten Scheibe kann ein Zeiger verbunden sein, der dann über einer Skala verdreht wird, die den Flüssigkeitsbestand oder Füllstand anzeigen kann, jo Bei diesem bekannten Gerät ist wiederum ein direkter Pol-zu-Pol-Schluß der zusammenwirkenden Magnetscheiben gegeben, so daß auch hier die Bewegungsübertragung ausschließlich in Form einer linearen Umsetzung erfolgt. Bei einem anderen aus der US-PS 25 b4 b7b hervorgehenden Ausführungsbeispiel des bekannten Geräts isl der auf dem Flüssigkeitsspiegel schwimmende Schwimmer mit einer Stange mit einem in Bewegungsrichtung der Stange ausgerichteten Stabmagneten gekoppelt, dessen beiden Enden enigegengesetzt polarisiert sind. Der Stabmagnct wird bei einer Auf- und Abbcwcgung des Schwimmers auf einem tangential /um Umfang einer drehbar gelagerten Magnetscheibe, jedoch im radialen Abstand von dieser verlaufenden Wc« geführ!. Die Magnetscheibe ist ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel mit an diametral gegenüberliegenden Bereichen des I Inifangs cntgegcngeset/i polarisiert. Durch die magnetische Anziehungskraft stellt sich die Magnetscheibe zu dem Magnetslab so ein. daß ein polarisierter Bereich der Magnetscheibe mögliehst nahe am entgegengesetzt polarisierten Ende des .Stabes .*u liegen kommt. Bei einer Längsbewegung des Stabes folgt der eine polarisierte Bereich der Scheibe dem entgcgcnge.sei/l polarisierten Ende des Stabes, so daß die Magnetscheibe in eine Drehbewegung versetzt wird. Auch hier ist wiederum ein direkter Pol-zu-Pol-Schluß /wischen den Polen des Magnetstabes und dem polarisierten Bereich der Magnetscheibe gegeben und damil auch die Gesetzmäßigkeit der Bewcgungsumsct-/UMg unbeeinfluUbar durch das synchrone Vorbeiführen wi zugeordneter Pole bestimmt.

Mu den bekannten, magnetischen BewcgungscleiiicMlc aufweisenden Wandlern isl es nicht möglich, die Umwandlung der Bewegung des einen Bewegungseleiiienls in eine Bewegung des anderen Uewegungsele- M mems so /u bewerksleliy.cn. daß sie nach einer vorlierhcsiimmbarcM Beziehung erfolgi und nicht durch einen Pul/ii-Pol-SchliiU und die dadurch gegebene liewegungssynchronität festgelegt ist. Bei den bekannten Wandlern müssen Anzeigeskalen besonders geeicht werden.

Der F.rfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wandler der eingangs erläuterten Art zu schaffen, der bei einfachem Aufbau eine Umwandlung der Bewegung des translaiorisch bewegten Bewegungselements in eine Drehbewegung des zweiten Bewegungselements nach einer vorbesiimmbarert Beziehung ermöglicht, bei der somit die Bewegung des drehbaren Bewegungselements eine wählbare Funktion der Bewegung des translatorischen Bewegungselements isl, und der insbesondere zur Übertragung von Bewegungen zwischen zwei durch eine Wand getrennten Bereichen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste Bewegungselement ausschließlich zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Magnetpole entgegengesetzter Polarität aufweist, und daß die Anzahl der Magnetpole des zweiten Bewegungselements, die individuelle Erstreckung der Mp~:<.etpole in Bewegungsrichtung, und die Poifiächcngrooe so bemessen sind, daß sich eine Beziehung der Bewegung des zweiten Bewegungselements zu der Bewegung des ersten Bewegungselements entsprechend einer gewünschten Funktion ergibt.

Der erfindungsgemäße Wandler hat gegenüber dem Stand der Technik wesentliche Vorteile. Bei dem erfindungsgemäßen Wandler wirkt im wesentlichen nur ein Pol eines Paares von diametral an einem drehbar gelagerten Bewegungselement angeordneten Polen mit einer Reihe von Magnetpolen, die auf einem translatorisch bewegbaren Bewegungselement angeordnet sind, zusammen. Dabei ist die Anzahl von Magnetpolen auf dem translatorisch bewegbaren Bewegungselement und ihre individuelle Erstreckung in Bewegungsrichtung und ihre jeweilige Polflächengröße so bemessen, daß eine im jeweiligen Fall gewünschte spezielle Übertragungsfunktion für die Übertragung der translatorischiin Bewegung des zweiten Bewegungselements in eine Drchbewegung des ersten Bewcgungselements gegeben ist. Rii eine von der Drehbewegung des ersten Bewegungselcments abzuleitende Anzeige, beispielsweise Drehzeiger-Anzcigc. sind damit spezielle Skalenaufteilungen und/oder spezielle Hervorhebungen bestimmter MeB-bereichc und/oder eine gleichmäßige Skalenaufteilung über den gesamten Meßbereich ohne weiteres möglich. Bei dem erfindungsgemäßen Wandler kann der Abstand /wischen dem translatorischen Bewegungselement und dem drehbaren Bewegungselement so groß bemessen werden, daß. falls gewünscht oder erforderlich, eine Trennwand zwischen diesen Elementen angeordnet werden kann, die stark genug ist. um Druckkräften zu widciatthen. Der erfindungsgemäße Wandler ist daher besonders für die Übertragung einer in einem abgeschlossenen Bereich stattfindenden translatorschen Bewegung in eine rotatorische Bewegung in einem durch eine Wand getrennten Bereich geeignet, und damit beispielsweise zur Anzeige von in Druckbehältern oder Strömungskanälen aufgenommenen Meßwerten süßerhalb dieser Meßbereiche, ohne daß eine aufwendige Abdichtung erfordernde Durchbrüche durch die Trennwand vorgesehen werden müßten. Der erfindungsgemäße Wandler ist somit bei einfachem Aufbau für die Anwendung in vielen Anwendungsbereichen geeignet, und /war sowohl was den jeweiligen zu erfassenden Meßbereich von physikalischen Daten, als auch was die Erfassung von Daten in von außen schwer zugänglichen Räumen betrifft, geeignet. Der erfindungsgemiiße

Wandler ist besonders vorteilhaft bei Fluid-Druckmcßgeräten anwendbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wandlers ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden Ausführungsbcispiclc des erfindungsgemäßen Wandlers in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. I eine schematischc perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbcispiels eines crfindungsgcmä-I3en Wandlers, bei dem der Drehwinkel des drehbaren Bewegungselemcnts eine lineare Funktion der Bewegung eines geradlinig bewegten Bewcgungselements ist.

Fig. 2 ein /weites Ausführungsbeispicl des erfindungsgemäßen Wandlers, bei der der Drchwinkel des drehbaren Bewcgungselements eine Quadratwurzclfunktion oder eine ähnliche Funktion der linearen Bewegung des translatorischen Bewegungselements ist.

F i g. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wandlers, bei der die funktionell Beziehung zwischen den Bewegungen der Bewegungselementc linear sein kann, und

F i g. 4 eine schematischc Darstellung der Kinematik eines Druckmeßgeräts, das einen crfindungsgcmälien Wandler entsprechend einem der Ausführungsbeispicle gemäß den F i g. 1 bis J enthält.

Fig. 1 zeigt schematisch die magnetischen Hauptbestandteile eines Wandlers oder Bewcgungsüberlragcrs 10. der nach dem Prinzip der Erfindung aufgebaut ist und arbeitet. Der Wandler enthält zwei Teile, nämlich eine Reihe von Magneten 12 und einen zylindrischen Magneten 14. Die Reihe 12 sei als »lineares Element« (lineares Bewegungselemcni) und der +ylindrische Magnet 14 als »drehbares Element« (drehbares Bewegungselement) bezeichnet. Das lineare Element 12 ist in Richtung des Doppelpfeils 16 beweglich. Das drehbare Element 14 bildet den angetriebenen Teil des Wandlers 10. Seine Drehachse ist feststehend, der Magnet selbst ist in Richtung des Doppelpfeils 18 drehbar. Die Beziehung zwischen der linearen Bewegung des linearen Elements 12 und der Winkelbewegung des drehbaren Elements 14 folgt einem vorherbestimmten Gesetz, das beim Aufbau der Elemente vorgegeben wird. Dieses Gesetz ist je nach Wunsch des Konstrukteurs eine mathematische, nahezu mathematische oder empirische Funktion.

Bei dem Wandler 10 kann die Funktion sehr nahe an der linearen Funktion liegend gemacht werden, d. hdaß der Drehwinkel des drehbaren Elements 14 in einer bestimmten Richtung in sehr guter Annäherung direkt proportional ist der Strecke der geradlinigen Bewegung des linearen Elements 12. Diese Funktion ist bei einem praktischen Ausführungsbeispiel, das sich von dem gezeigten nicht wesentlich unterscheidet, bei einer Drehbewegung des drehbaren Elements 14 in der Größenordnung von 180' erfüllt.

Das lineare Element 12 des Wandlers 10 besteht aus einer Reihe von Stabmagneten 21, 22 und 23. die Seite an Seite liegend miteinander verbunden sind. Die Form der Magnete hinsichtlich ihrer Pole weicht von der normalen Ausbildung ab. Die Tatsache, daß sie aus Stabmagneten bestehen, ist nur insofern bedeutsam, als sie nicht zylindrisch sind wie im Fall des Magneten, aus dem das drehbare Element 14 besieht. Die Länge jedes Stabmagneten ist beträchtlich geringer als jede seiner seitlichen Abmessungen. Die Länge ist diejenige Abmessung, die normalerweise bei herkömmlichen Siabmagnctcn als solche bezeichnet wird, nämlich der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Polcndcn. In diesem !•'all jedoch ist die Länge als eier Abstand /wischen den oberen Polflächeii 25, 2b und 27 zu ihren jeweiligen, m l'i g. I nicht sichtbaren linieren Polflächen definiert. Da-ί bei sei angenommen, daß sämtliche Magnete 21, 22 und 23 die gleiche Länge haben, was bei praktischer. Aiisfuhrungsbeispielen normalerweise der Fall ist. Die Lange isl die in Fig. I für den Magneten 2.3 gezeigte Abmessung.

It) Die seitlichen Abmessungen der Magnete 21, 22 b/w. 23 sind als die längeren Abmessungen beispielsweise der Seilenflächcn 30 und 32 des Magneten 21 definiert. Die Polfläche 25 ist damit rechteckig. Ihre Fläche ist wesentlich größer als die Flächen einer der Seiienflä r> chen. beispielsweise 30 und 32.

Das lineare Element wird durch Verbindung meine rer Stabmagnete Seile an Seite hergestellt. Hei dem Wandler der ί· i g. I sind drei Magnete vorgesehen, hei dem Wandler 10' der F ι g. 2 vier Magnete und bei dem Wandler 10" der F i g. 3 zwei Magnete. Die Stabmagnete 21, 22 und 23 können mittels eines geeigneten Kleb Muffes aneinander geklebt werden. Sie sind im allgemeinen an einem Arm des Geräts befestigt. Wie gezeigt, sind die Magnete so angeordnet, dal! die Polaritäten 2^ri benachbarter Magnete einander entgegengesetzt sind, so daß bei einer beliebigen bestimmten Reihe die Polflächen abwechselnde Polarität aufweisen. In Fig. I hai das Element 12 auf der Oberseite von links nach rechts die Polaritäten Süd. Nord und Süd. Auf der Unterseite H) des Elements 12. ti. h. auf der zum drehbaren Element 14 weisenden Seite haben die Polflächen von links nach rechts die Polaritäten Nord. Süd und Nord. Da in praktisch sämtlichen Fällen die Länge sämtlicher Siabiuagnelen. die eine Reihe oder ein lineares Element bilden, j'i die gleiche ist. kann angenommen werden, daß die unteren roinächcn der Mug η eic- 2i, 22 und 23 des !i;;c;;re;; Elements 12 eine Ebene bilden, die normalerweise parallel zudem Arm liegt, der das Element trägt. Die gebildete Ebene liegt in einem Abstand von und parallel zu •ίο der gleichen Ebene, die durch die unlere Fläche des Arms gebildet wird, an den das Element angeklebt ist. Die Polflächen 25, 26 und 27 sind normalerweise an der unteren Fläche des Arms angeklebt.

Das drehbare Element 14 isl ein zylindrischer Magnct, der jedoch nicht wie die meisten herkömmlichen zylindrischen Magnete, sondern quer über seinen Durchmesser polarisier! ist. Dies ist in F i g. 1 durch die an der sichtbaren Endfläche angeordneten Buchstaben Λ/und 5dargestellt. Bei der gezeigten Anordnung bef·-- w dct sich das drehbare Element 14 in der Nähe der Mitte des Elements 12. Seine Achse liegt in einer Ebene, die von der unteren, durch die unteren Polflächen der Magnete 21, 22 und 23 gebildeten Ebene in einem Abstand und zur Bewegungsrichtung des linearen Elements 12 '.5 unter einem rechten Winkel liegt. Die Achse des drehbaren Elements 14 ist ferner die Achse einer Welle 34. an der das Element 14 normalerweise befestigt ist. Die Welle 34 und der Doppelpfeil 16 liegen unter einem rechten Winke! zueinander.

ho Der Spalt 36 zwischen dem drehbaren Element 14 und den unteren Polflächen der Magnete 21 und 22 isl so bemessen, daß darin die oben erwähnte Trenneinrichtung untergebracht werden kann. Der Spalt 36 ist wesentlich größer ais bei bekannten Anordnungen, so b5 daß in den Spalt Trenneinrichtungen eingebracht werden können, die aufgrund ihrer beträchtlichen Stärke extrem hohen Drücken standhalten.

Der Wandler 10 wandell mechanisch eine im wesent-

lichen geradlinige Bewegung (Pfeil 16) in eine Drehbewegung (Pfeil 18) um. wobei der Drehwinkel des Klemenls 14 stark angenähert proportional ist der Länge der geradlinigen Bewegung des Elements 12 Dieser Aufbau ist für viele verschiedene Arten von Messungen. ^r, beispielsweise für Ilüssigkeiis-Pegelinessungen und dcrgkv.'ten, ideal.

Das lineare, ähnliche oder andersartige Ansprechverhalten wird durch Formung der magnetischen l'elder der beiden Elemente 12 und 14 und ihre Beziehung er- n> zeugt. Dies geschieht durch richtige Wahl der Abmessungen, der Feldstärke, des Spalts usw. Während die richtigen Erfordernisse für jeden einzelnen Full gefunden weiden müssen, zeigt die Erfindung den grundsätzlichen Weg, so daß nur geringfügige Versuche im Ein- ι·> /.elfall erforderlich sind. Die Verwendung kurzer, Seite an Seile angeordneter Slabniagnete mit im Vergleich zu ihrrn Kj-iifnfliichen verhältnisinäUii! großen Polflächen, der zylindrische Magnet mit seinen Polen auf der Mantelfläche und die geometrischen Verhältnisse dieser EIe- iu meine bilden die Basis für praktisch jede Anordnung. Ferner ist die Erzielung der Drehbewegung in der Größenordnung von 180' und mehr bei Wandelfunkiionen erster und zweiter Ordnung einfach. Die magnetischen l'elder der Stabmagnete 21, 22 und 23 stehen mileinan- 2^r> der in Beziehung, was zur Formung des Gesamtfcldes beiträgt.

Beispielsweise enthält ein linearer Wandler bei Verwendung herkömmlicher magnetischer Materialien drei Magr .'te. z. B. die Magnete 21, 22 und 23. die Seile an jo Seite angeordnet sind und deren Gesanitabmessung in Richtung des Pfeils 16 elwa 12 mm (1'Λ inch) beträgt. Die eine Sciienabmessung im rechten Winkel zum Pfeil Ib betrügt, beispielsweise etwa 13mm ('/..inch). Die Länge eines Magneten zwischen den beiden Polen be- J5 irägt elwa 3.2 mm ('/_M inch). Die Seitenabinessiingen der jeweiligen Magnete in Richtung des Pfeih 16 brauchen nicht notwendig gleich zu sein sondern können je nach Wunsch eingestellt werden. Durchmesser und l.äingc des drehbaren magnetischen Elements 14 betragen je -to elwa S.6 mm ('/„ inch). Die Breite des Spalls 36 beträgt elwa 5 mm (0.2 inch). Die magnetischen Elemente sind in der geeigneten Weise polarisiert. Die neutrale Stellung für das Element 14 liegt in der Nähe der Mille des Elements 12.

Die Abmessungen und Proportionen bestimmen die Interferenz bzw. gegenseitige Beeinflussung zwischen den magnetischen Feldern und die Form des magnetischen Gesamtfcldes. Diese Form bestimmt das gewünschte Ansprcchverhallen. Auf diese Weise kann die w Bewegung mit einem Faktor multipliziert oder dividiert werden, ebenso der Spalt, der so breit bemessen wird, daß das sich ergebende Gerät praktisch und brauchbar ist. Nach modernen Magnei-Ilersicllungs- und Magnetisierungsverfahren können Elemente wie das Element y> 12 aus einem einzigen Teil mil der gezeigten Polarität hcrgestelli werden.

F i g. 2 zeigt einen Wandler 10' aus Elementen 12' und 14'. deren Funktion jeweils im wesentlichen die gleiche ist wie die der Elemente 12 und 14 des Wandlers 10 der w> F i g. L Beim Wandler 10' unierscheiden sich jedoch die Größen der Magnete 2Γ, 22' und 23' etwas von den einsprechenden Teilen der Fig. I. Die Endmagnete 21' und 23' sind kleiner als der mittlere Magnet 22' und haben damit kleinere Polflächen. Sie erzeugen damit bi eine geringere Interferenz als größere Magnete. Zusätzlich ist ein seitlich schmalerer End-Magnet 24' am rechten Ende (Fig. 2) vorgesehen. Die Magnete des Eicments 12' haben von oben nach unten die gleiche Länge und sie sind miteinander zusammengebaut. Wird dieses Element 12' geradlinig in Richtung des Pfeils lh' bewegt, so dreht sich das drehbare Kleinem 14' in Richtung des Pfeils 18' um einen Winkel, der proportional der Quadratwurzel der geradlinigen Bewegung des Elements 12' ist. Diese An des Geräts eignet sich ideal für Strömungsmessungen, da die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal eines Strömungswandlers und das Strönuingsvoliimen oder die Strömungsgeschwindigkeit im Fall eines typischen Kopf-Strömungsmessers der Quadratwurzel folgt. Die Welle 34' dreht sich gemäß der Quadratwurzel der Bewegung in Richtung des Pfeils 16'. Das Element 12' kann aus drei oder fünf Magneten aufgebaut werden. Kriterium ist das Muster oder die Form des magnetischen Keldes, das von der Geometrie und der Magnetstärke abhängig ist. Bei der Reihe aus vier Magneten werden für ein praktisches Ausführungsbeispiel die Proportionen aus dem gleichen Maßstab wie für den Wandler 10 der Fig. 1 abgeleitet. Das zu beschreibende praktisch ausgeführte Meßgerät hat einen magnetischen Aufbau, der genau dem der Fig. 1 gleicht. Es wird jedoch angenommen, daß gegenüber der Bewegung des drehbaren Elements eine der Quadratwurzel entsprechende Abhängigkeit besteht. Wie diese Abhängigkeit erzielt wird, wird im folgenden noch erläutert.

Fig. 3 zeigt eine einfache Ausführungsform eines Wandlers 10". der ein Element 12" enthält, das seinerseits aus nur zwei Magneten 21" und 22" besteht. Arbeitsweise und Aufbau sind die gleichen wie zuvor beschrieben, mit der Ausnahme, daß das Element 12" aus einem einzigen magnetischen Teil besteht und die einzelnen Magnete 21" und 22" lediglich durch Magnetisierung gebildet sind. Somit stellt die gestrichelte Linie 28" eine imaginäre Linie dar. Durch richtige Formung des magnetischen Gesamt leides kann eine Beziehung zwischen der geradlinigen Bewegung des Elements 12" und der Drehbewegung des drehbaren Elements 14" erzielt werden, die stark angenähert einer vorherbestimmten Funktion oder einem empirischen Schema folgt.

Im folgenden wird die Anwendung der Erfindung auf ein Druckmeßgcrät anhand eines Beispiels erläutert. Diese Ausführungsform der Erfindung stellt wegen der umfassenden Erfordernisse, die bei einem solchen Gerät erfüllt werden müssen, ein ausgezeichnetes Beispiel dar. Wie erwähnt, wurden die Abmessungen des in Fig. 1 gezeigten Aufbaus so geändert, daß sein Ansprechverhallen der Quadratwurzel folgt, so daß das Meßgerät einen Differcntialdruck mißt.

hei dem Meßgerät wird das Differential des Fluiddrucks auf den beiden einander gegenüberliegenden Seiten einer Membran in die Bewegung eines Zeigers umgesetzt, der eine Skala oder Scheibe überstreicht. Die Einrichtung zur Umwandlung der geradlinigen Bewegung der Membran in die Drehbewegung des Zeigers enthält einen magnetischen Aufbau aus einem linearen magnetischen Element mit einer Reihe von Stabmagneten, die Seite an Seite angeordnet und mechanisch so verbunden sind, daß sie durch Bewegungen der Membran verschoben werden und magnetisch mit einem drehbaren magnetischen Element gekoppelt sind. Bei Verschiebung des linearen Elements ergibt sich eine Drehung des drehbaren Elements entsprechend einer Quadratwurzclfunktion. Der auf der Welle des drehbaren Elements befestigte Zeiger bewegt sich über eine Skala mit einer gleichmäßigen Einteilung, die auf einem Rahmen befestigt ist. der einen Teil des Instrumenten-

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gehäuses bildet oder in diesem eingeschlossen ist.

Bei richtiger Konstruktion der Reihe von Siabmagneten und Einstellung oder Formung ihres kombinierten Feldes gegenüber dem des drehbaren Magneten, folgt die Winkeldrehung des drehbaren Magneten und damit die Schwenkbewegung des Zeigers proportional der Quadratwurzel cljr Verschiebung des linearen KIements. Ebenso können die Bewegungen anderen Funktionen folgen. So kann beispielsweise eine Drehung erreicht werden, die proportional ist der linearen Verschiebung der Magnetscheibe, im letzteren Fall kann das Meßgerät beispielsweise zur Messung eines Flüssigkeitspegel verwendet werden, und im ersieren Fall beispielsweise für Strömungsmcssungen.

Das Prinzip der Arbeitsweise des Meßgeräts wird anhand Fig.4 erläutert, die ein kinematisches Diagramm des Meßgeräts zeigt.

gezeigt, die starr an einem Chassis oder Rahmen befestigt ist. Dies ist durch die starren Verbindungen 42 und 44 mit einem symbolischen festen Rahmen 46 dargestellt. Die rechte und linke Seite der Membran 40 liegen zu Fluiden hin frei, deren relativer Druck den mittleren Bereich der Membran 40 zu dem Fluid hin verbiegt, dessen Druck niedriger ist. Das Meßgerät ist so aufgebaut, daß sich normalerweise das Fluid mit dem niedrigeren Druck in Fig. 1 links befindet, so daß sich die Membran 40. wie durch die Pfeile angedeutet, nach links ausbiegt, wenn sie einem Fluid mit einem höheren Druck ausgesetzt wird, daß auf die rechte Seite der Membran einwirkt.

Auf der rechten Seite der Membran 40 ist ein federndes Glied in Form einer L-förmigen Blattfeder 48 mit einem länglichen Schenkel 50 und einem Arm 52 gezeigt. Der Schenkel 50 liegt praktisch parallel zur Membran 40. Sein oberes Ende ist an einer Verbindungsstelle 54 starr am Rahmen 56 befestigt. Eine Verbindungsstange 56 ist mit der Mitte der Membran 40 und der Mitte des Schenkels 50 verbunden. Diese Verbindungen sind praktisch fest. Die Verbindung 58 mit der Membran 40 wird nicht in seitlicher Richtung bewegt, da sich die Membran nur an ihrer Mitte ausbiegt. Lediglich an der Verbindung 60 erfolgl eine geringfügige Bewegung, da das obere Ende des Schenkels 50 festblcibt. während sich das untere zusammen mit dem Arm 52 bewegt. Die Verbindung 56 weist daher an ihrem rechten Ende zur Aufnahme dieser Bewegung einen flexiblen Teil 57 auf.

Die Biegebewegung der Mitte der Membran 40 wird über die Verbindung 57 auf den mittleren Teil des Schenkels 50 übertragen und übt auf diesen eine Biegekraft aus. Die Biegungsachse befindet sich im wesentlichen an der Stelle eines einstellbaren Schwenkpunktes 62, der entsprechend den Pfeilen angehoben oder abgesenkt werden kann. )c höher sich der Schwenkpunkt 62 befindet, um so leichter kann der Schenkel 50 verbogen werden. Die Bewegung des Arms 52 kann damit für jede beliebige gegebene Verbiegung der Membran 40 eingestellt werden, so daß eine Eichung für verschiedene Druckbereiche möglich ist.

Durch die Verbiegung der Mitte der Membran 40 nach links (Pfeile) bewegt sich auch das untere Kndc des Schenkels 50 entsprechend dem unter der Verbindung 60 gezeigten Pfeil nach links.

Auf dem Arm 52 ist eine Reihe 12 aus Stabmagneten angeordnet, die das lineare F.lement des Wandk-rs 10 bilden. Wie in I·" i g. I im das lineare Kleinen! 12 aus drei Magneten 21, 22 und 23 aufgebaut, die Seite an Seite angeordnet sind. Die Magnete sind so angeordnet, daß sich die in F ig. 4 gezeigten l'olarilälcii ergeben, wobei die genaue Form und Anordnung genauer anhand Fig. I erläulerl wurden. Hei dem praktischen Aufbau sind diese drei Magnete 21, 22 und 23 am Arm %\ hefe ^r) sligi. Im Betrieb des Meßgeräts wird das linealc Kiemen! 12 im wesentlichen geradlinig mil dem Arm 52 verschoben. Damil bewegt sich unierden oben erläuterten I Imsländen das lineare Kleinem 12 mil tier Mille der Membran 40 nach links.

ίο Kin in der gezeigten Weise polarisiertes, drehbares Klemcnl 14 ist auf einer Welle W bcfesiigl, die gegenüber dem linearen Klemenl 12 fcsi gelagert ist. D.is magnetische Feld des drehbaren Klcments 14 ist mit dem magnetischen Überhigeningsfeld der Reihe von M.ipic

ΙΊ ten des linearen Klements 12 gekoppelt. Duivh die miteinander gekoppelten leider der Magnete werden auf diese magnetische Kriifle ausgeübt, die die Anordnung in ein ninitfpolirhpm't; ( ii'*.:iml Γι'|( I /W IttllUM'M Mli'hi'M I Il ... e-c - - ■ <-■

solch einem ausgeglichenen leid werden auf die Ma-

2i) gnele praktisch keine Kräfte ausgeübt, die dieselben bewegen könnten. Besieht bei einem Diffcren/druck Null auf den beiden einander gegenüberliegenden Seilen der Membran 40 zunächst ein Gleichgewicht, so werden die Bauteile des Meßgeräts so eingestellt, daß der an der Welle 34 befestigte Zeiger auf die Nullstellung einer geeigneten Scheibe /ur Ablesung des Drucks oder einer anderen Größe gerichtet ist. Wird ;uif die Membran 40 in Richtung der Pfeile der F i g. 4 ein Druck ausgeübt, so bewegt sich das lineare Kleinem 12 nach

ίο links und. um den Zustand des Gleichgewichts ties magnetischen Feldes auficcht/uerhallen. das drehbare Klemenl 14 entsprechend dem gebogenen Pfeil in F ι g. 4 im Gegenuhrzeigersinn. Die Drehung dauert fort, bis ;inf das drehbare Element 14 keine magnetischen Kräfte

r> mehr einwirken und die gekoppelten magnetischen I "older der magnetischen Reihe des l.inearelenienls 12 und des zylindrischen Magneten des drehbaren Klemenls 14 miteinander im Gleichgewicht liegen. Der Zeiger W> schwenkt in der gleichen Richtung und um den gleichen Winkel wie das drehbare Kleinem 14.

Die Achse des drehbaren Elements 14 und die Welle 34. auf der dasselbe befestigt ist. befinden sich in einem Absland von der durch die unleren Polflächen der Ficihe von Magneten 21,22 und 23 gebildeten däche (in F ι g. 4

4¹; ebenso wie in Fig. I). Diese Kbene ist die Oborllache jedes Magneten, die gemäß F"ig. I und 4 nach unten gerichtet ist. Die oberen Polflächcn 25, 26 und 27 (F i g. I) sind an die unlere Fläche des Arms 52 geklebt. Zwischen dem linearen Kleinen! 12 und dem drehbaren

w Kleinen! 14 befindet sich ein Spalt .36.

Das Meßgerät dient zur Messung von I lüssigkcilspegcln. Durchflußgcschwindigkeiten oder -mengen und ähnlichen Eigenschaften von Fluiden. Abgesehen davon, daß Fluide viskos sein und suspendierte Materialien

v> nachteiliger Art enthalten können, ist es nicht zweckmäßig, die beweglichen Mcßlcile. so die Welle .36 und ihre Aufhängung, Flüssigkeiten auszusetzen. Auch der drehbare Magnet 14 und der Zeiger 66 werden zweekinäßigerwcise nicht in Flüssigkeiten eingetaucht. Um die be-

M) weglichen Teile des Meßgeräts trocken zu hallen, isl eine nichimagnciischc Trennwand 68 im Spalt 36 /.wischen dem drehbaren Klemenl 14 und dem linearen KIement 12 vorgesehen. Die Trennwand 58 verhindert, -.laß f'U:id von den beiden Seilen der Membran 40 in den Teil

hl des Meßgeräts eindringt, der das drehbare Klemenl 14, den Zeiger 6h. die Welle 34. die Aufhängung der Welle usw. enlhäll. Damit wird auch der von den ! luidüii aus geüble Druck zurückgehalten. Die Trennwand 6« kann

Ζ,Ο JJt

.hihcr als Drucksehranke bezeichnet werden. Ihre Stärke und daniii ihre Druekbcständigkeil wird (.lurch die Bieilc des Sp.ills36 besliniml.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sieh, dall MItIIeK des erfindungsgeiiiaUcn mechanischen Wandlers s line in einem l'hiid entstehende mechanische Bewegung aiiUersi wirksam auf ein außerhalb des hluiils liegendes Kleinem übertragen wird. Dies gesehiehl mittels der eriiiidungsgemiiLlen Vorrichtung, weil die magnetischen Kraftlinien frei durch die niehtmagnelisehe Druck-Treiinwiiiul 68 hindurehlrelen. so dall eine mechanische Verbindung /.wischen den nassen und trockenen Teilen lies Meßgeräts überflüssig wird. Die erfindungsgemaße Vorrichtung ist daher besonders vorlcilhafl bei einem Meßgeriil zur Messung des Differentialdrucks in einem ii l'hiid auf einander gegenüberliegenden Seiten eines beweglichen, druckempfindlichen Teils wie einer Membran, ledoch ist die Krfindiing niehl auf diesen Anwendungsfaü besenrüiiki.

Viele verschiedene Bewegungsarten, die durch physi- jii kaiische l'rscncinungen erzeugt werden, können erfinduiigsgemaß in die Drehung eines Zeigers iimgeselzi werden, l'.in solches (ieiäl muß nicht unbedingt eine Trennwand oder dergleichen wie beispielsweise die Dnickliennwund 68 enthalten. Mit erfindiingsgemäß >-, aiifgebaulen Meßgeriilcn können Tcniperaluriinderiingen. (jeschwindigkeil. Ueschleunigungen. Uelichiungsstiirken usw. gemessen werden. Bei Bedingungen, bei denen die Vorteile der Krfintlun^ bei Verwendung von in.rmalcrweise für den jeweiligen Zweck benutzten Meßgeräten niehl eintreten, ergibt sieh der anwendbare Aufbau aus den vorstehenden Ausführungen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Wandler zur Umwandlung einer translatorischen Bewegung in eine Drehbewegung, mit einem ι ersten um eine Achse drehbar gelagerten Bewegungselement mit einer Anzahl von an seinem Umfang im gleichen Radialabstand von der Achse angeordneten, permanentmagnetischen Magnetpolen alternierender Polarität und mit einem zweiten Bewegungselement mit einer Anzahl von in einer quer zur Richtung der Achse verlaufenden Reihe dicht aneinander anschließend angeordneten permanentma· gnetischen Magnetpolen alternierender Polarität, deren Polflächen in einer gemeinsamen, in Bewe- is gungsrichtung verlaufenden Fläche liegen und miteinander in einer quer zur Richtung der Achse verlaufenden Bewegungsrichtung bewegbar sind, wobei zwischen din einander zugewandten Bereichen des ersten und des zweiten Bewegungselements ein Abstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bewegungselement ausschließlich zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Magnetpole entgegengesetzter Polarität aufweist, und daß die Anzahl der Magnetpole <Jcs zweiten Bewe- r> gungselements, die individuelle Erstreckung der Magnetpole in Bewegungsrichtung, und die Polflächengröße so bemessen sind, daß sich eine Beziehung der Bewegung des zweiten Bewegungsclements zu der Bewegung des ersten Elements entsprechend einer gewünschten Funktion ergibt.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischc . dem ersten und dem zweiten Bewegungselement für eine berührungsfreie Zwischenordnung einer druckbclastbaren Trennwand ausreichend groß bemessen ist.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole (21, 22, 23) des zweiten Bewegungselements so bemessen sind, daß die vorherbestimmte Funktion linear ist. 4:·

4. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole (2Γ, 22', Z3') des zweiten Bewegungselements so bemessen sind, daß die vorherbestimmte Funktion im wesentlichen eine Quadratwurzel ist.

5. Wandler nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bewcgungselement in an sich bekannter Weise aus einer Anzahl von in Magnetisierungsrichtung dünnen Magneten zusammengesetzt ist. w

6. Wandler nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das zweite Bcwegungsclemcni (12) einteilig isl und die Magnetpole aus polarisierten Bereichen des einteiligen Bewegungsclements bestehen. v>

7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwischen den Bewegungselementen (12 bzw. 14) eine Trennwand (68) vorgesehen ist.

8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da- mi durch gekennzeichnet, daß das zweite Bewcgungselement eine ausgerichtete Reihe von wenigstens drei Magnetpolen abwechselnder Polarität enthält.