DE2347887A1

DE2347887A1 - Pneumatischer drehzahlwandler

Info

Publication number: DE2347887A1
Application number: DE19732347887
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing Frisch
Original assignee: Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG
Current assignee: Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG
Priority date: 1972-09-27
Filing date: 1973-09-22
Publication date: 1974-04-11
Also published as: ZA737583B; GB1424749A; FR2200524B3; IT993438B; DE2347887C2; FR2200524A1

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. BUSCHHOFF
DtPL-ING. HENNICXE

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Köln, 20.9.1973 mz

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HOERBIGER VENTILiTERKE AIiTIENGESEI,!«SCHAFT, Kien

Pneumatischer Drehzahlwandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatischen Drehzahlwandler zur Umwandlung einer Drehzahlgröße in ein analoges pneumatisches Ausgangssignal. Wandler dieser Art werden zur Messung der Drehzahl rotierender Körper sowie zur Durchführung von Überwachungs- und Steuerungsaufgaben verwendet.

Es sind bereits mechanisch-pneumatische Wandler bekannt, die ein mechanisches Drehmoment in ein analoges pneumatisches Ausgangssignal umwandeln. Diese bestehen aus einer durch ein pneumatisches Druckmittel gespeisten Düse, deren Austrittsquerschnitt durch einen vor der Düse angeordneten, vom Drehmoment und von einer Federkraft beaufschlagten Steuerkörper gesteuert wird. Der vor der Düse in der Druckmittelzuleitung, in die zweckmäßig eine Drossel eingebaut ist, herrschende Druck wird dadurch in Abhängigkeit vom Drehmoment verändert

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und bildet das Ausgangssignal. Zur Messung oder Überwachung der Drehzahl muß diese zuerst mit Hilfe einer elektrischen Einrichtung oder über einen Wirbelstrom-Drehzahlgeber in ein der Drehzahl proportionales Drehmoment umgewandelt v/erden. Insbesondere aufgrund dieses Umweges über das Drehmoment sind die bekannten Wandler verhältnismäßig aufwendig und störanfällig.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines einfachen Drehzahlwandlers, der ohne Umweg die Drehzahlgröße unmittelbar in ein analoges pneumatisches Ausgangssignal überführt, /^rfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Drehzahlwandler eine mit der zu messenden Drehzahl umlaufende Scheibe, in der im Abstand von der Drehachse wenigstens ein Ausschnitt ausgespart ist, aufweist, und auf den beiden Seiten der Scheibe im Dereich des Ausschnittes einander gegenüberliegend eine Eingangsstrahldüse mit zugeordneter Eingangsfangdüse sowie eine Ausgangsstrahldüse mit zugeordneter Ausgangsfangdüse angeordnet sind, wobei die Eing ngsfangdüse mit der Ausgangsstrahldüse über einen vorzugsweise von einem Schlauch oder Rohr gebildeten Strömungskanal in Verbindung steht. Mit dieser einfachen Einrichtung wird innerhalb eines verhältnismäßig weiten Meßbereiches ein der Drehzahl proportionales pneumatisches Ausgangssignal erhalten, ohne daß hiezu Wirbelstromgeber oder andere elektrische Einrichtungen erforderlich sind. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Drehzahlwandler robust und gegen Störeinflüsse weitgehend unempfindlich. ·

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Wandlers beruht auf einem für die Drehzahlmessung neuen Prinzip. Der Eingangsstrahldüse wird ein pneumatisches Druckmittel mit konstantem Druck zugeführt, das als kontinuierlicher Strahl austritt. Dieser wird durch die vor der Eingangsεtrahldüse vorbeibewegte, mit Ausschnitten versehene Scheibe zerhackt, so daß die auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe angeordnete Eingangsfangdüse Impulse auffängt. Die Impulse werden durch den Strömungskanal, der eine genau definierte Länge aufweist, mit der Kanallänge entsprechender Verzögerung der Ausgangsstrahldüse zugeleitet und von dieser wieder auf die rotierende Scheibe gerichtet. Wenn sich beim Austritt eines Impulses aus der Ausgangs-

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strahldüse ein Ausschnitt der rotierenden Scheibe gerade im Bereich dieser Düse befindet, geht der Impuls durch die Scheibe hindurch und wird zur Gänze, von der Ausgangsfangdüse aufgenommen. Am Ausgang der Ausgangfangdüse entsteht dabei ein maximales Drucksignal. Wenn hingegen der Ausschnitt in der rotierenden Scheibe später oder früher als der Impuls zur AusgangestraliidüsG gelangt, fängt dio Ausgan^sfangdüse nur einen _x Tciliiiipuls auf, wodurch ein entsprechend niedrigeres Ausgangssignal entsteht. I.Ie Versuche gezeigt haben, ergibt sich so über einen verhältnismäßig weiten Heßbereich ein linearer Zusammenhang zwischen der Drehzahl der rotierenden Scheibe und dem pneumatischen Ausgangssi^nal.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Scheibe als Zahnscheibe mit aufeinanderfolgenden Ausschnitten und Stegen ausgebildet. Eine solche Scheibe ist mit beliebiger Anzahl von Ausschnitten■einfach herstellbar. Wenn nach einem anderen Ilerlaaal der Erfindung die Ausschnitte und die zwischen diesen liegenden Stege wenigstens im Bereich des Teilkreises der Scheibe, auf dem die Düsen angeordnet sind, in Umfausrichtung gleich breit sind, wird eine Unabhängigkeit des Drehzahlwandlers von der Drehrichtung erreicht. Um ferner bei Stillstand der Scheibe einen eindeutigen Extremwert des Signals zu erhalten, wird der in Umfangsrichtung der Scheibe gemessene Abstand zwischen den Düsenpaaren gleich groß der halben Teilung, init welcher die Ausschnitte auf der Scheibe angeordnet sind, oder einem ungeraden Vielfachen der halben Teilung gewählt. Dadurch wird sichergestellt, daß sich im Stillstand der Scheibe jeweils vor einem Düsenpaar ein Ausschnitt und vor dem anderen Düsenpaar ein Steg der Scheibe befindet.

Der Zusammenhang zwischen der Drehzahl und dem pneumatischen Ausgangssignal wird beim erfindungsgemäßen Drehzahlwandler insbesondere von der Länge des Strömungskanals, durch den die Impulse etwa mit Schallgeschwindigkeit hindurchgehen, von der Anzahl, der geometrischen Form und dem gegenseitigen Abstand der Ausschnitte sowie von dem in Umfangsrichtung der Scheibe gemessenen Abstand zwischen den Düsenpaaren wesentlich

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beeinflußt. Es bestehen dadurch viele Möglichkeiten zur Anpassung des Drehzahlwandlers an die jeweiligen Anforderungen und zur Veränderung der Empfindlichkeit sowie des Meßbereiches. Wenn der Strömungskanal von einem Schlauch gebildet ist, kann dieser einfach gegen einen solchen mit anderer Länge ausgetauscht werden, wodurch die Durchlaufzeit der Impulse durch den Ströraungskanal und damit der Meßbereich des Drehzahlv/andlers verändert v/ird. Es kann aber auch die rotierende Scheibe gegen eine Scheibe mit einer anderen Anzahl und/oder Anordnung der Ausschnitte ausgetauscht werden. Ferner kann erfindungsgemäß wenigstens ein Düsenpaar in Umfangsrichtung der Scheibe verstellbar sein , wodurch außerdem der Nullpunkt genau eingestellt werden kann. Wenn wenigstens ein Düsenpaar in radialer Richtung der Scheibe verstellbar und in der Scheibe auf mehr als einem Teilkreis je wenigstens ein Ausschnitt vorgesehen ist, können durch stufenweise Verstellung des Düsenpaares von einem Teilkreis zum anderen verschiedene Meßbereiche eingestellt werden. Schließlich kann die Größe des Ausgangssignals durch Verändern des Eingangsdruckes des der Eingangsfangdüse zugeführten Druckmittels in weiten Grenzen gewählt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Eingangsstrahldüse ein Druckregler vorgeschaltet sein, der die Zufuhr des Druckmittels mit dem gewünschten Eingangsdruck sicherstellt. Ferner kann erfindungsgemäß der Ausgangsfangdüse ein pneumatischer Signalverstärker nachgeschaltet sein, um das Ausgangssignal auf die gewünschte Höhe zu verstärken. Sowohl der Druckregler als auch der SignalVerstärker können mit dem eigentlichen Drehzahlwandler in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengebaut sein. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht schließlich darin, die Ausgangsfangdüse über einen Drosselkanal mit einer Druckmittelzuführung, vorzugsweise mit der die Eingangsstrahldüse speisenden Eingangsleitung, zu verbinden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß auch aus der Ausgangsfangdüse dauernd Druckmittel austritt und die aus der Ausgangsstrahldüse austretenden Impulse lediglich diesen Drucken.ttelaustritt steuern, wodurch aufgrund der in die Druckmittelzuführung eingebauten

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Drossel gleichfalls eine der Drehzahl entsprechende Modulation des hinter der Ausgangsfangdüse abgenommenen Ausgangssignals erzielt wird. Das aus.der Ausgangsfangdüse dauernd austretende Druckmittel verhindert ein Verlegen dieser Düse durch Verunreinigungen.

V»eitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Drehzahlwandlers sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Drehzahlwandlers,

Fig. 2 eine beispielsweise Ausführungsform der rotierenden Scheibe in Seitenansicht und

Fig. 3 eine für die praktische Anwendung geeignete Bauart des Drehzahlwandler3 nit Druckregler und Signalverstärker im axialen Mittelschnitt.

Gemäß Fig. 1 besitzt der Drehzahlwandler eine Scheibe 1, die auf einer mit der zu messenden Drehzahl rotierenden Welle 2 befestigt ist. Auf den beiden Seiten der rotierenden Scheibe 1 sind in Umfausrichtung verteilt zwei Düsenpaare angeordnet, u.zw. eine Eingangsstrahldüse 3 mit einer ihr zugeordneten Eingangsfangdüse 4 sowie eine Ausgangsstrahldüse 5 mit einer zugeordneten Ausgangsfangdüse 6. Die Eingangsfangdüse 4 steht über einen Schlauch 7, der einen Strömungskanal bildet, mit der Ausgangsstrahldüse 5 in Verbindung. Die beiden Düsenpaare sind auf demselben Teilkreis der Scheibe 1 angeordnet, auf dem in der Scheibe 1 ein Ausschnitt 8 ausgespart ist. Wenn sich der Ausschnitt 8 im Bereich der Düsenpaare befindet, gibt er den sonst durch die Scheibe 1 versperrten Weg zwischen der,Strahldüse 3»5 und der zugehörigen Fangdüse 4,6 frei.

Der Eingangsstrahldüse 3 wird über eine Eingangsleitung 9 ein pneumatisches Druckmittel mit konstantem Druck zugeführt, so daß aus der Strahldüse 3 ein gegen die Fangdüse 4 gerichteter kontinuierlicher Strahl austritt. Sobald der Ausschnitt 8 in der rotierenden Scheibe 1 in den Bereich dieses Strahles gelangt, fängt die Fangdüse 4 einen Impuls auf, der etwa mit

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Schallgeschwindigkeit durch den Schlauen 7 zur Ausgangsstrahldüse 5 weitergeleitet wird und aus dieser austritt. Wenn die Scheibe 1 mit solcher Drehzahl rotiert, daß sich der Ausschnitt G oder ein anderer in der Scheibe 1 vorgesehener Ausschnitt gerade dann vor der Ausgangsstrahldu.se 5 befindet, wenn aus dieser ein Impuls austritt, gelangt der volle Inpuls in die Ausgangsfangdüse 6, so daß am Ausgang derselben über eine Signalleitung 10 ein Ausgangssignal maximaler Größe im Verhältnis zum zugeführten Eingangsdruck abgenommen werden kann. Y.Qrm sich die Drehzahl der Scheibe 1 ändert, gelangt der Ausschnitt 8 entweder vor dem Impuls oder verspätet zur Ausgangsstrahldüse 5., so daß nur ein Teil des Impulses durch die Scheibe 1 hindurchgehen und von der Ausgangs fangdü se 6 aufgefangen v/erden kann. Das durch die Signalleitun*"; 10 abgehende Ausgangsr.i._t~nal weist dann eine dementsprechend kleinere Größe auf. Dadurch ist ein proportionaler Zusammenhang zwischen der über die Uelle 2 der Scheibe 1 zugeführten Drehzahl und dem an der Ausgangsfangdüse 6 abgenommenen Ausgangssignal gegeben.

Die in Fi_c:. 2 dargestellte Scheibe 1 ist auf drei Teilkreisen mit Ausschnitten versehen. Auf den grüßten Teilkreis sind drei, jeweils über einen Winkel von 60 durchgehende Ausschnitte 8 am Scheibenumfang angeordnet, zwischen denen sich Stege 11 gleicher Umfangsbreite befinden. Die Flanken zwischen den Ausschnitten O und den Stegen 11 verlaufen in radialer Richtung. Auf dem mittleren Teilkreis befinden sich vier schlitzförmige Ausschnitte 8* mit dazwischenliegenden, gleich breiten Stegen 11', wogegen die Ausschnitte 8" auf dem innersten Teilkreis aus kreisförmigen Löchern bestehen, zwischen denen Stege 11" vorgesehen sind. Die Anzahl der Ausschnitte und deren Formgebung kann beliebig gewählt werden, in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen, insbesondere vom gewünschten Drehzahlbereich. Beispielsv/eise kann der Umfang der Scheibe 1 zahnkranzartig mit einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Ausschnitte S und Stege 11 versehen sein. Durch Verwendung verschiedener Scheiben, die eine unterschiedliche Anzahl von Ausschnitten aufweisen, kann der Drehzahlwandler an einen gewünschten Drehzahlbereich.

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angepaßt werden. Wenn hingegen eine Scheibe 1 gemäß Fig. 2 mit auf mehreren Teilkreisen angeordneten Ausschnitten verwendet v/ird, kann die Anpassung an den gewünschten Drehzahlbereich durch radiale Verschiebung der DUsenpaare 3,4 und 5,6 in den Bereich eines anderen Teilkreises der Scheibe 1 erfolgen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht aus einem Gehäuse 12, in dem die Welle 2 mit der rotierenden Scheibe 1 gelagert ist und das einen durch einen Deckel 13 abgeschlossenen Ringraum 14 aufweist, in we Ich ein der Schlauch 7 in der erforderlichen Anzahl von Windungen untergebracht ist. An seiner anderen Stirnseite weist das Gehäuse 12 einen Hohlraum 15 auf, in dem die rotierende Scheibe 1 liegt und der durch einen Deckel 16 abgeschlossen ist. In Deckel 16 befinden sich die Eingangsstrahldüse 3 und die Ausgangsfangdüse 6. Auf der anderen Seite der Scheibe 1 sind im Gehäuse 12 die Eingangsfangdüse 4 und die Ausgangsstrahldüse 5 angeordnet. An der Außenseite des Deckels 16 sind mit diesem ein Druckregler 17 und ein Signalverstärker 18 zusammengebaut. Der Druckregler 17 besteht aus einer durch Federn 19 belasteten Membrane 20, die ein in die Eingangsleitung 9 eingeschaltetes Kugelventil 21 steuert. Der Signalverstärker 18 besitzt eine Membrane 22, die ein den Eingang zur Signalleitung 10 steuerndes Kugelventil 23 betätigt. Ferner ist die Eingangsleitung 9 über einen gestrichelt eingezeichneten Eetial 24, in den eine Drossel eingebaut ist, mit der Signalleitung verbunden. Ein weiterer Kanal 25 führt von der Ausgangsfangdüse 6 durch den Druckregler 17 hindurch in den Druckraum auf einer Seite der Membrane 22, von deren anderer Seite eine Entlüftungsbohrung 26 ins Freie mündet. Schließlich ist zwischen dem Druckregler 17 und dem Signalverstärker 13 ein Drosselkanal 27 vorgesehen, der über den Kanal 25 eine Verbindung zwischen der Ausgangsfangdüse 6 und der Eingangsstrahldüse 3 herstellt.

Die Wirkungsweise des Drehzahlwandlers nach Fig. 3 stimmt prinzipiell mit jener der Ausführung nach Fig. 1 überein. Das durch die Eingangsleitung 9 zugeführte Druckmittel wird mit einem durch den Druckregler 17 konstant gehaltenen Druck der ^x

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Eingangsstrahldüse 3 zugeführt. Der aus dieser kontinuierlich austretende Strahl wird durch die rotierende Scheibe 1 mit den Ausschnitten 8 zerhackt. Die dabei entstehenden Impulse strömen durch den Schlauch 7 zur Ausgangsstrahldüse 5 und werden in Abhängigkeit von der Drehzahl der Scheibe 1 ganz oder teilweise an die Ausgangsfangdüse 6 weitergegeben. Aufgrund der durch den Drosselkanal 27 hergestellten Verbindung mit der die Eingangsstrahldüse 3 speisenden Eingangsleitung 9 strömt aus der Ausgangsfangdüse 6 dauernd Druckmittel aus. Diese Druckmittelausströmung wird durch die aus der Ausgangsstrahldüse 5 austretenden und durch die Scheibe 1 hindurchgehenden Impulse gesteuert. Dadurch wird der im Druckraum des Signalverstärkers 18 herrschende Druck in Abhängigkeit von den aufgefangenen Impulsen und damit von der Drehzahl der Scheibe 1 verändert, wodurch die Membrane 22 betätigt wird, die ihrerseits das Kugelventil 23 steuert. In der Signalleitung 10 entsteht dadurch ein der Drehzahl der rotierenden Welle proportionales, verstärktes pneumatisches Ausgangssignal.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann das Ausgangssignal auch unmittelbar an der Ausgangsfangdüse 6 abgenommen werden. Auch die Druckmittelzuführung kann unmittelbar zur Eingangsstrahldüse 3 erfolgen, wenn ein konstanter Eingangsdruck zur Verfügung steht. Es können dann sowohl der Druckregler 17 als auch der Signalverstärker 18 wegfallen. Der Drosselkanal 27 ist gleichfalls nicht unbedingt erforderlich und bewirkt lediglich, daß aus der Ausgangsfangdüse 6 dauernd ein kleiner Luftstrom austritt, so daß eine Verstopfung derselben durch Fremdkörper vermieden wird.

Patentansprüche: 409815/0812

Claims

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Patentansprüche ;
Pneumatischer Drehzahlwandler zum Umwandeln einer Drehzahlgröße in ein analoges pneumatisches Ausgangssignäl, dadurch gekennzeichnet, daß er eine mit der zu messenden Drehzahl umlaufende Scheibe (1), in der im Abstand von der Drehachse wenigstens ein Ausschnitt (8) ausgespart ist, aufweist und auf den beiden Seiten der Scheibe (1) im Bereich des Ausschnittes (8) einander gegenüberliegend eine Eingangsstrahldüse (3) mit zugeordneter Eingangsfangdüse (4) sowie eine Ausgangssträhldüse (5) mit zugeordneter Ausgangsfangdüse (6) angeordnet sind, wobei die Eingangsfangdüse (4) mit der Ausgangsstrahldüse (5) über einen vorzugsweise von einem Schlauch (7) oder Rohr gebildeten Strömungskanal in Verbindung steht.
Drehzahlwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) als Zahnscheibe mit aufeinanderfolgenden Ausschnitten (8) und Stegön (11) ausgebildet ist. . Drehzahlwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (8) und die zwischen diesen liegenden Stege (11) wenigstens im Bereich des Teilkreises der Scheibe (1), auf dem die Düsen (3»4;5,6) angeordnet sind, in Unifangsrichtung gleich breit sind. Drehzahlwandler nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in Umfangsrichtung der Scheibe (1) gemessene Abstand zwischen den Düsenpaaren (3,4;5,6) der halben Teilung, mit welcher die Ausschnitte (8) auf der Scheibe (1) angeordnet sind, oder einem ungeraden Vielfachen der halben Teilung entspricht.
Drehzahlwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Düsenpaar (3»4;5»6) in Umfangsrichtung der Scheibe (1) verstellbar ist. Drehzahlwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Düsenpaar (3,4;5,6) in radialer Richtung der Scheibe (1) verstellbar und in der Scheibe (1) auf melir als einem Teilkreis je wenigstens ein Ausschnitt (8,8',G") vorgesehen ist.
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7. Drehzahlwandler nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,.daß der Eingangsstrahldüse (3) ein Druckregler (17) vorgeschaltet ist.
8. Drehzahlwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsfangdüse (6) ein pneumatischer Signalverstärker (18) nachgeschaltet ist.
9. Drehzahlwandler nach einem der Ansprüche"1 bis 0, dadurch gekennzeichnet, daß die'Ausgangs!angdüse (6) über.einen
Drosselkanal (27) mit einer Druclaaittelzufährung, vorzugsweise mit der die Eingangsstrahldüse (3) speisenden Eingangsleitung (3)» in Verbindung steht.

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