DE2453184A1 - Bewegungsverstaerker fuer ein messinstrument - Google Patents

Description

Meissner & Meissner 2 A 5 318

PATENTANWALTSBÜRO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den 1 g„ NUV. ]j/4

vi-71-1 cip

EaIl - 26$

DRESSER INDUSTRIES, INC. Republic National Bank Bldg. Dallas, Texas 73221, USA

Bewegungsverstärker für ein Meßinstrument

Zusatzanmeldung zur Anmeldung P 2247 202.2 (offengelegt am 12.4.1973)

Das Gebiet auf das sich, die Erfindung bezieht, enthält das Messen und Prüfen, das bei Bewegungsverstärker für Meßinstrumente angewendet werden kann.

Bewegungsverstärker für die Verwendung mit Drückmessern, Temperaturmessern oder dergl. sind allgemein bekannt und werden seit vielen Jahren kommerziell benutzt. Solche Meßinstrumente besitzen im allgemeinen ein Element, das auf einen Zustand anspricht, z.B. einen Balg, eine Bourdonröhre, einen Bimetallstreifen usw. das bei Änderungen des Zustandes, für das das Instrument empfindlich ist, eine Verschiebung bedingt. Bei einer allgemeinen Bauart besteht der Verstärker

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oder "die Bewegung" aus einer Hebe!anordnung und einem Ge^ triebe, das auf bogenförmige Bewegungen des Elementes anspricht und eine Ausgangswelle antreibt, die einen Zeiger trägt, der relativ zu einer festen Skalascheibe bewegt werden kann. Die dem Zeiger gegenüberliegende Skala zeigt den jeweiligen Zustand an, für den das Gerät bestimmt ist, z.B. Druck oder Temperatur.

Solche bekannten Verstärker enthalten verschiedene Elemente von robuster Konstruktion, die gegenüber der Bewegungsbahn des Elementes befestigt oder verankert sind. Dies gilt für die Zeigerwelle und eia oder mehrere Zwischenteile, die an einer solchen Achse betrieben werden,. Diese Meßgerätekonstr-uktionen können höh© Ablesegenauigkeit ergeben und werden im allgemeinen als ausreichend angesehen» Nichtdestotrotz werden sie auf hoher konkurrenzmäßiger Basis gehandelt, so daß ihre Herstellungskosten weitgehend den Endverbraucherpreis und die sich ergebende Gewinnspanne vorschreiben.

Hinsichtlich der Kosten bestehen mehrere Faktoren, von denen nicht zuletzt einer die Konstruktion sich für die Teile der bekannten Technik der .stationären Geräte betrifft, die feststehende Stifte, Platten oder dergl«, erfordern, an denen die verankerten Achsteile befestigt werden können«, Außerdem sind diese Geräte wegen der unterschiedlichen Einstellpunkte, die sich gegenseitig einander beeinflussen, kompliziert und schwer zu eichen. Es ist nicht unbekannt, daß viele Arbeitsstunden zum Erhalten der entgültigen Eichung notwendig sind, um die erwartete Arbeitsnorm des Instruments zu erhalten. Ein noch weiterer hoher Kostenfaktor sind die erforderlichen verhältnismäßig teuren Haarfedern und dergl_e? die verwendet werden, um eines Durchgang zwischen den Teilen so klein wie möglich zu halten oder ganz auszuschließen, der ronst die Arbeitsweise \m<* die Genauigkeit ungünstig beeiaflussen köaate. Feraer ist es bei diesen Konstruktionen unpraktisch, wenn nicht so-

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gar unmöglich, eine wirksame Temperaturkompensation oder ein Einhalten der Genauigkeit des Instruments über weite Temperaturbereiche zu erhalten, in denen das Gerät arbeiten soll. Das letztere kommt im allgemeinen zur Nutzung eines temperaturempfindlichen Gliedes als Teil des Gerätes in dem Gehäuse hinzu, das abgedeckt ist oder in anderer Weise auftretende Umgebungsänderungen nicht anspricht. Trotz der Kenntnis dieser Nachteile werden die bisherigen Geräte der bisherigen Technik als Industrienorm beim Fehlen einer entsprechenden Alternative weiter verwendet. Beispiele hierfür sind in den USA-Patentschriften 3.214-'.979, 1.658.840 und 1.584.74-2 beschrieben.

Die. Erfindung bezieht sich auf neuartige Geräte zum Verstärken der Bewegung eines auf einen Zustand ansprechenden Elements, das die Ausgangswelle antreibt, die den Anzeigemechanismus wie z.B. einen Zeiger trägt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein solches Yerstärkergerät, das vergleichbar billiger als ähnliche Geräte der bekannten Technik sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Zeigerwelle enthaltenden Betriebsteile unmittelbar an dem freien Verschiebeende des empfindlichen Elementes angebracht, um sich mit diesem schwimmend bewegen zu können. Wegen dieser Konstruktion werden der bisher erforderliche Aufwand und die Wartungskosten praktisch, wenn auch nicht vollständig aufgehoben. Gleichzeitig ist die Eichung im Vergleich mit der bekannten Technik wesentlich vereinfacht, da jeder Einstellpunkt unabhängig ohne Beeinflussung der anderen erhalten wird. Ferner mächt die Anordnung der Teile das Gerät im Gewicht leichter, was die bisher notwendigen Haarfedern für Beseitigung des Durchganges überflüssig macht. Bei der Temperaturkompensation ergibt die Konstruktion mittels eines Kompensationsorgans, das kraftschlüssig mit thermischen Kontakt sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite des Gehäuses liegt, eine höhere

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= U. ■=

Empfindlichkeit₂ was die Betriebszuverlässigkeit der Kompensation verbessert ο

Gemäß der Erfindung besteht der Verstärker aus einem einstückigem Trägergestell, das niedrige Kosten verursacht und unmittelbar am freien Ende des empfindlichen Elements angebracht iferden kann, mit dem es verwendet werden soll, ζ·Β« einer bogenförmig arbeitende Bourdomröhre _o Am Gestell ist ein mit einem Getriebe versheader Sektorarm gelenkig verbunden, während ein entfernt gehaltenes, aber stationäres Betätigungsglied den Arm an einer gegebenem Stelle kreuzt, die vom Gelenk entfernt gelagert wird und so eine Schwenkachse ergibt» Das Getriebeende des Sektorarms greift in ein Ritzel an einer drehbarea Zeigerkelle ein_? die ebenfalls am Gestell und praktisch zusammenfallend mit der Achsmitte der Meßteilung gehalten wird_o Beim Ansprechen auf Zustandsänderungen ergibt die induzierte Verschiebung oder Bewegung des ansprechenden Elements eine ähnliche Bewegung des Verstärkers, der das Element um ssinsa natürlichen Drehpunkt dreht„ Dies bewirkt ein Drehen des Armsektors um die Betätigerachse gegenüber den übrigen Heilen₉ was wiederum die Zeigerwelle um einen Betrag bewegt, der der verschobenen Bewegung des Elementes entspricht ο

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Verstärker zum Übertragen einer Bewegung eines auf einen Zu= stand ansprechenden Elementes auf eine Ausgangsaatriebswel-Ie aBzugebeso Dieser Verstärker soll unmittelbar an diesem Element befestigt werden können₉ damit er sich mit ihm schwimmend bewegt₀ Außerdem soll dieser Verstärker einen geringerem Aufwand und geringer® Kosten als entsprechend® Geräte bekannter Bauart erfordern_o Di® Eichung des Gerätes soll wesentlich, weniger kompliziert seim₉ als @s bei eatsprechenden Geräten bekanntes? Bauart motwendig isto Außerdem soll die 3?emperaturkomp©nsatioa gegnüber den Umweltbedingungen empfind-

lieber sein als die bisherige Konstruktion für eise entsprechende Kompensation.

In den Zeichnungen zeigen die

Figuren 1 und 2 T_eilansichten eines Druckmessers mit einem Verstärker nach der Erfindung von vorn und von der Seite; die

Figuren 3 und 4 Vorder- und Seitenansicht des Verstärkers;

Figur 3 eim Bewegungsdiagramm der Instrumententeile nach Fig. 1; die

Figuren 6 und 7 eine Teilvorder- und Seitenansicht einer ersten Ausführung, zur Spannweiteneinstellung die

Figuren 8, 9 und 10 Vorderansichten you weiteren Ausführungen zur Spannweiteneinstellungι

Figur 11 ein Diagramm einer bevorzugten Technik zum genauen Nulleinstellen;

Figur 12 eine Teilansicht eines kombinierten Aufbaues sowohl zur Spannweiten- als auch zur Nulleinstellung;

Figur 13 einen Schnitt an die Linie 13-13 der Figur 12; die

Figuren 14 und 15 eine Teilvorder- bzw. Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels sowohl zur Temperaturkompensation als auch zur Spannweiteneinstellung;

Figur 16 eine Teilvorderansicht einer Abänderung der Merkmale der Spannweiten- und der Einstellung nach den Fig. 14- und 15» ebenfalls zur Fulleinstellung; die

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Figuren 1? und 18 Schnitte an der Linie 17-17, bzw₀ 18=18 der Figur 14; die

Figuren 19 bis 22 sind Teilvorderansichten verschiedener Ausführungen voa Meßinstrumentea mit dem Bewegungsverstärker nach der Erfindung;

Figur 23 ist eine Teilvorderansicht einer Abänder-ung eines Verstärkers für die verschiedenen dargestellten Instrumente 5 und

Figur 2Pf ist ein® Teilvorderansicht eines Instruments, das des Verstärker nach der Erfindung in seiner iavertiertea Beziehung verweadet»

Zum Verständsis der Erfindung dienen die Figuren 1 und 2_$ in denen ein Beispiel der Verwendung des Verstärkers 10 in Verbindung mit eisern im allgemeines übliches Druckmesser 11 geseigt "aircL Das Istrument eathält ein©© Schaft oder Sockel 12, in dsm d©r zu massende Druck aises Strömungsmittels an einem Eimlaß I5 aufgenommen wird,, und das ein Gewinde 14 sum Verbinden des Meßinstruments mit einer Anlage aufweist, bei der es verwandet werden sollo Der am Einlaß 13 aufgenommene Druck, steht mit einer Bourdonröhre 18 im Verbindung_? die sich in bekanmt©r Wpise bogenförmig bewegt uad auf Drucksehwankungen am Einlaß I5 anspricht₀

Die Bewegung der Bourdonröhr© 18 wird auf den Verstärker 10 geleitet 5 der eine verstärkt© und gleichlaufende Bewegung z-um Betätigen des Zeigers 19 entsprechend den Druckwerten 20 auf der Toilungsflache 21 erzeugt₀ Außer beim Schaft 12 enthält jsdes der erwähnten Teile den Betriebsmechanismus, der im geschlossenen Gehäuse 24 enthalten ist₀ Das Gehäuse besteht aus einem becher- uad hülsenförmigea Unterteil 25„ das durch Schreiben 26 mit dem Schaft Λά verbunden -ist, und aus einem Fensterrahmen, der in das TJaterteil 25 teleskopisch einge-

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paßt ist und ein Glas zum Beobachten der Zeigerstellung hinsichtlich der Werte auf der Skala 20 hält.

Die Figuren 3» 4- und 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel, wie es beim Druckmesser nach den Figuren 1 und 2 verwendet wird. Der Verstärker ist ein in der Mitte aufrecht stehender U—Träger 32, das einen symmetrisch und ver-teilt angeordnete Seitenschenkel 33 und 34 enthält. Der Träger 32 besteht vorzugsweise aus hartem Metall, z.B. Messing und ist von verhältnismäßig dünnem Querschnitt, um die Seitenschenkel durch Biegen leicht spreizen zu können, was noch erläutert werden wird. Am Träger befindet sich ein Lappen 73 einer Halterung 35 ν d-ie wiederum am anderen Ende U-förmig ist und so das freie Ende der Bourdonröhre 18 aufnimmt. Die Halterung 35 ist mit der Bourdonröhre bei 36 z.B. durch Schweißen, Löten oder dergl. unlösbar befestigt. An dieser Anordnung sind der Träger und die Teile so befestigt, daß ihre Auflagen sich schwimmenden, zusammen mit dem Biegen der Bourdonröhre 18 bei Druckschwankungen am Einlaß 13 bewegen.

Zwischen den gespreizten Schenkeln 33 und 34 befinden sich zwei längsverschobene, drehbare Wellen 39 und 40. So ausgerichtete Öffnungen in den Schenkeln ergeben durch Einschnappen Auflager für die Querwellen, ohne daß besondere.Lager oder Lagermaterialien notwendig sind. Die Welle 39 ergibt ein Gelenk für einen Getriebesektorarm 41, der z.B. bei 44 durch Einstecken befestigt ist, während die Welle 40 die Ausgangswelle für den Zeiger 19 ist. Zum Symmetrieren fällt die Achse der Welle 40 praktisch mit der Mittelachse der Skalenscheibe 21 zusammen. Die Welle 40 für den Zeiger 19 wird durch ein Ritzel 46 gedreht, das in die Sektorzahnung 47 des Armes 41 eingreift. Alle Teile des Verstärkers sind durch die Halterung 35 am Ende der Bourdonröhre 18 befestigt und bewegen sich mit ihr schwimmend.

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Pur den Betrieb des Verstärkers ist ein Betätiger in der Form eines verhältnismäßig starren Blechstifts oder Glied 50 gegebener Länge vorgesehen_s der in Entfernung gehalten und an einer geeigneten Stelle, z«,B„ am Instrument verankert ist« Der Betätiger 50 kann an einem üblichen Gestell am Instrument befestigt oder verankert sein« Bei einem bevorzugten Aufbau des Ausführungsbeispiels befindet sich in der Wandung des Schafts 12 ein vertikal geschlitzter Einschnitt 53« ^-^er bei 5^- nach innen eingedrückt ist und das geschwungene Ende 55 des Betätigers 50 aufnimmt« Das Ende des Betätigers wird im Außenende 56 der Schraube 26 schwenkbar gehalten. Das gegenüberliegende Ende 57 ist in gleicher Weise geschwungen und nimmt die Schraube 58 auf, die den Arm 50 mit dem Sektorarm durch die Öffnung 51 verbindet, die sich zwischen den Wellen 59 und 40 befindete Auf diese Weise ergibt der Betätiger 50 eine Schwenkachse für den Sektorarm 41, der um eine Öffnung 51 herumgeht, was noch erläutert werden wird₀ Der Betätiger 50 ist somit für sich ein Teil des Verstärkers 10„ ergibt aber dafür bei schwimmender Bewegung mit dem freien Ende der Bourdonröhre 18 einen mit ihr zusammenarbeitenden Arbeitsmechanismus _o

Zum Verständnis der Arbeitsweise wird auch auf Figur 5 verwiesen, in der die bogenförmige Abbiegung der Bourdonröhre 18 um ihre natürliche Schwenkachse 60 durch den Pfeil 61 dargestellt wird. Diese Bewegung erzeugt eine gleiche Bewegung des Verstärkers 10 in bezug auf die feste Schwenkachse 5I» die die Welle 39? wie durch den Pfeil 62 angezeigt ist, und die Welle 40 beeinflußt, was durch den Pfeil 63 angezeigt wird. Der Bewegungsverlauf, der durch die Pfeile 61, 62 und 63 dargestellt ist, ist somit eine gleichlaufende Funktion der genauen geometrischen Anordnungen zwischen den entsprechenden Teilen und deren Beziehungea zur Schwenkachse 60. Gleichzeitig wird die Bahn 61 in bekannter Weise auf die strukturellen Eigenschaften des empfindlichen Elements 18

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und auf die Arbeitsbereiche bezogen, für die sie bestimmt

Welcher Verlauf auch durch die Welle 39 eingenommen wird, (Pfeil 62), so wird eine Schwenkbewegung des Sektorarms 41 erzeugt, der um die Achse 5^ schwenkt. Dies ergibt wiederum einen Eingriff zwischen der Sektorzahnung 4-7 und dem Ritzel 4-6 zum Drehen der Zeigerachse 4-0, während dieser gleichzeitig von der Scheibenachse in Richtung des Pfeils 63 verschoben wird. Zur Aufnahme der axialen Verschiebung der Welle 40 enthält die Skalenscheibe 41 eine mittlere Öffnung 64 ausreichender Größe, so· daß sie das Arbeiten nicht stört. Da Abweichungen oder Verschiebungen in der Öffnung 64 verhältnismäßig gering sind, sind diese mit dem Auge schlecht wahrnehmbar, außer bei naher Betrachtung, was wegen ihrer dichten visuellen Ähnlichkeit mit der sonst üblichen Arbeitsweise, wenn die Scheibe aus der Ferne betrachtet wird, nicht zu beanstanden ist. Beispielsweise beträgt bei einem Durchmesser von

2 50 mm für Drücke von Null bis 7 kg/cm der ganze Weg der Spitze der Bourdonröhre etwa 2,5 mm, was eine Verschiebung 62 der Welle 39 "von etwa 2,25 mm bewirkt, was wiederum eine Verschiebung 63 der Welle^;40 von etwa 0,75 m& gleich etwa 1/32" ausmacht .

Ein zweites Ausfiüirungsbeispiel des Verstärkers in der Form einer Abänderung der vorhergehenden wird mit Hilfe der Fig. 6 und 7 beschrieben, die den Aufbau zeigen, mit dem die "Spannungsweite" des Instruments eingestellt werden kann. In bekannter Weise erfolgt diese Einstellung für die Zeigerbahn, die mit der Spannungweite der Skalenscheibe zusammenfällt, die durch das Instrument erfolgt, wenn es einem ganzen Druckbereich ausgesetzt ist, in dem es betrieben werden soll. Hierfür verläuft der Betätiger 50 in dem Schaft-einschnitt 53 stärker nach unten gerade über den Schrauben 14, wo er bei fest in den Schaft eingesetzt ist. Vorzugsweise ist der Ein-

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schnitt 53 in vertikaler Richtung nur geringfügig breiter als der des Betätigers 50 und dieser ist bei 67 abgesetzt, um ein schädliches seitliches Drehen im Einschnitt zu verhindern. Ton diesem Absatz 67 biegt sich der Betätiger 50 von dem eingedrückten Einschnitt 5^ nach innen, wodurch seine Seitenkante 65 sich gegen den konischen Vorsprung 68 der Einstellschraube 69 biegt, die zum Einstellen in den Schaft eingeschraubt werden kann. Vertikal über diese Stelle hinaus verläuft der Betätiger zu einer Absetzbeigung oder Kröpfung 52 nach oben₃ die sich in dem Längsschiitζ 71 des Sektorarms 41 befindet und die Schwenkachse ergibt„ Die Kröpfung 72 des Betätigers verläuft zur Schwenkbahn, des Armes 4-1 und gibt einen Überlastanschlag, wenn an das Meßinstrument ein zu hoher Druck angelegt wirdo In ähnlicher Weise wirkt der Lappen 73 der Halterung 35 ^als Unterlastanschlag«,

Das Schwenkgestänge ist im wesentlichen eine Funktion der Verschiebung oder des Spannweitenabstandes, der durch die Dimension "X"' (S¹Ig₀ 6) zwischen der Schwenkachse bei 52 und der Achse der Welle 39 dargestellt ist« Durch den Betätiger 50, der federartig gegen den konischen Vorsprung gebogen ist, verschiebt die Schraubeneinstellung am Schaft den Betätiger mach innen oder nach außen bogenförmig, wie es durch den Pfeil 70 dargestellt ist«, Ob er nun nach links oder nach rechts verschoben (I¹Ig₀ 6) wird, verändert die Arbeitsweise der Schraube 69 die Dimension "X" zum Verschieben der Stelle der Schwenkachse„ Auf diese Weise kann die Schwenkachse zurückgestellt werden, bis die Spannweiteneinstellung für die gewünschte Genauigkeit des Instruments erreicht ist_e EiB Verringern der Dimension "X" bewirkt ein Vergrößern des Verstärkungsverhältnisses und umgekehrt» Di® Längsföm des Schlitzes 71 entspricht hierfür der Yer=>

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schiebebahn des Betätigers 50, die durch den Pfeil 70 dargestellt ist. In diesem Pail ist der Schlitz 71 bogenförmig, wobei der Radius im.allgemeinen der Länge des Betätigers entspricht .

Ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verstärkers in der Form von weiteren Abänderungen des Verstärkers zum Einstellen auf Null wird in den figuren 8 bis 11 dargestellt. Diese Einstellung dient wie üblich zum Zusammenfallen der Ausrichtung zwischen der Zeigerstellung und dem Skalenscheibenwert 20, der dem Druckwert entspricht. Danach soll ein Betrieb bei fünfzig Prozent der Sollkapazität die Schwenkachse 52 in eine gerade Linie zwischen der Rohrachse 60 und der Gelenkachse 39 bringen. Dadurch ist es nur notwendig entsprechend einer bevorzugten Technik das Instrument auf 50 Prozent seines Arbeitswertes unter Druck zu setzen, wenn der Zeiger 19 den entsprechenden Wert 20 auf der Skalenscheibe 21 anzeigen soll.

Zum Einstellen in der Art nach Figur 8 enthält der Sektorarm 41 einen Ausschnitt 7^, d.er in der Mitte einen freitragenden Inselteil 75 enthält, der mit dem Hauptteil durch einen dünnen Steg 76 verbunden ist. Mittels der Schlitze 77 und 78 kann durch Einsetzen eines Schraubenziehers in diese der mittlere Teil 75 über den Steg 76 bis zur richtigen Einstellung des Zeigers gedreht werden. Das Prinzip der Nulleinstellung nach * ig. 9 ist ähnlich, außer, dass der mittlere Teil 75 gewöhnlich an der Achse 39 getrennt befestigt ist, z.B. durch Federbelastung oder Preßsitz (nicht dargestellt). Dies ermöglicht eine relative Winkelverschiebung zwischen 75 und 41, die mit einem Schraubenzieher in ähnlicher Weise verändert werden kann. Die Betriebslänge des Betätigers ist in Figur 10 unmittelbar einstellbar. Eine kurze Länge 80, die relativ zum Hauptkörper des Betätigers 50 gleiten kann, greift an verteilt angeordneten Führungsgliedern 80 und 81 an und kann durch exzentrische Einstellung 83 oder einer an-

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deren entsprechenden Einstellung die Glieder 81 und 82 enger zusammen oder weiter auseinander bringen, wie es zur Einstellung auf Null notwendig ist«,

Der Aufbau mach den S'igurem 12 und 13 ermöglicht das Einstellen der Skalenscheibe auf EuIl mit einer Spannweiteaeinst ellung in der Fabrik«, Hierfür dient ein einstellbarer Segmentarm 84, der parallel zum Sektorarm 4-1 verläuft. An einem Ende des Segmentarmes 84· ist eis Stift 88 eingesetzt, der seitlich durch dea Betätiger 50 und den Sektorschlitz 71 hindurchgeht und so eine Schwenkachse für den Sektorarm 41 ergibt. In der Mitte und in Längsrichtung des Segmentarmes 84· befindet sich ein Langschlitz 89₉ der entsprechend der ringförmigen Nabe 90 an der Gelenkwelle 59 bemessen ist» Eine große Außennabe 91 hält den Arm 84- dicht neben dem Arm 4-1. Durch reibungsmäßiges Drücken des Armes in jeder Eichtung zur labe 9O₂, um dea Stift enger oder weiter zur Gelenkwelle 39 zn bringen, wird die Dimension "X" verändert, bis die richtige Spannweiteneinstellung erreicht worden ist«, Zum Einstellen auf Null wird der Betätiger 50 am Schaft 12 ist der Art nach Figur 1 befestigt_β Dagegen ist das tragende Schraubesende 56 zu seiner Gewindeaehse so exzentrisch, daß ein Drehen der Schraube 26 den Träger des Endes 55 entsprechend dem Pfeil 92 verschiebt. Da die Schraube 26 vom Äußeren des Gehäuses 24-aus zugänglich ist₉ können Nullfeldeinstellumgen leicht ohne Demontage des Gerätes dur©ageführt werden_β

Zur Temperaturkompensation aach einer weiteren Abänderung enthält der Betätiger 5O₅ wi@ es die Figuren 14- bis 18 zeigen, ein Bimetallelement, das für TemperaturSchwankungen empfindlich ist. Zum Bewerten der Einfachheit und der Wirksamkeit des Aufbaues sollem die thermischen faktorem beschrieben werden, die lorma- !erweise Meßinstrumente dieser Art beeinflussen_ö

Diese Faktorea stehen untereinander in Beziehung und bestehen im allgemeinen aus dem"ther-misches Ausgleich" und der "thermi-

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sehen Beanspruchung". Der erstere stellt einen Zustand dar, der besteht, wenn alle einzelnen arbeitenden Teile dieselbe Temperatur aufweisen. Vorzugsweise soll das Eichen des Instruments unter thermisch ausgeglichene Zustände gebracht werden. Die thermische Beanspruchung gehört im allgemeinen zu den Schwankungen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den verschiedenen Teilen. Die verschiedenen Temperaturen, denen die einzelnen Teile ausgesetzt sind, wirken im Laufe der Temperaturschwankungen als unerwünschte Beanspruchungen und Veränderungen beim Einstellen des Instruments. Der.thermische Ausgleich wird deshalb normalerweise bei industriellen Anwendungen für diese Instrumente verdoppelt, wenn alle Teile selten auf der selben Arbeitstemperatur liegen. Beispielsweise wird der Schaft häufig in einen Rohrschacht oder dergl. bei von der Umgebungstemperatur sehr unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt, in der sich das Gehäuse- zum sichtbaren Ablesens befindet. Auch Temperaturschwankungen in der Umgebung erzeugen Temperaturunterschiede zwischen der Innen und der Außenseite des Gehäuses, die sich nur nach einer langen Verzögerungszeit ausgleichen oder aufgehoben werden. Folglich sind die arbeitenden Teile wegen dieser Temperaturunterschiede und der sich ergebenden Gradienten sich ständig verändernden thermischen Beanspruchun gen ausgesetzt, die sich durch das ganze Instrument hindurch unterscheiden. Die wichtigsten Beanspruchungen sind vom praktischen Standpunkt aus wegen ihrer Beständigkeit und Größe die Temperaturunterschiede, die bei der Bedienung am Schaft 12 im Gegensatz zu den auftreten, die durch die Umgebungsbedingungen bedingt sind, die das Gehäuse 24- umgeben. Es ist beispielsweise nicht ungewöhnlich, daß bei Dampfverwendung oder,dergl. der Schaft 12 an 95°0 liegt, und sich von der Temperatur des restlichen Teils des. Gerätes unterscheidet, an den die Schaftwärme geleitet wird. Solche Temperaturfehler können beim Meßdruck Null vernachlässigt werden, sie steigen aber dann an und erreichen beim Meßdruck von 100% ihren Maximalwert.

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' =14 =

Darnach wird der Bimetallbetätiger 50 nach den Figuren 14-bis 18 doppelt in den Schaft 12 bei 66 gesteckt, ähnlich wie es ia Verbindung mit Figur 6 beschrieben worden ist, wodurch der Betätiger eine gemeinsame parallel thermische Quelle mit der Bourdonröhre 18 ergibt_o Um den Zeiger bei lull nicht zu beeinflussen, besitzt der Querschnitt des Betätigers unter dem Einschnitt 94- einem Längsgrad 93 (Fig. 17) s der den Längsteil thermisch steiff macht _? währe-nd der obere Querschnitt etwa oberhalb des Absatzes 9^ praktisch rechteckig und flach ist, iirie Figur 18 zeigt und so eine höhere thermische Aktivität ergibt«,. Mit dieser Anordnung kann die Einstellschraube. 69 mit einem angespitzten Sitz 68 wie vorher verwendet und sum Einstellen der Spannung durch Drehen des Betätigers entsprechend dem Pfeil 70 um seirnsn gestecktem Teil 66 eingestellt werden«. Andererseits biegt sich der ober®_? thermisch aktiver© Teil ia ähnlicher Weise um die Schraube 69 entsprechend der Temperaturänderung, und äadert die Spannweit© oder das Yerstärkungsverhältnis mit der Temperatiar* Durch diese thermisch durch dea Betätiger induziertes, Änderungen wird die Schwenkachse an der Bahn wieder aufgestellt₉ die neutral ist, wenn das Meßgerät und somit der Segmentschütz 7I sich auf in seiner Nullstellung befindete, Bei einem Temperaturanstieg wird der Kurbelstift' 52 von der Gelenkwelle 39 weggeschoben und so die Dimension "X" sum VöEEingern der Verstärkung vergrößert und. umgekehrt. TJm in gleicher Weise eine Temperaturkompensationseinstellung Null zu erhalten5 kann der Aufbau nach Figur verwendet werden, der das zusätzliche Merkmal der thermischen Expansionsschleife 95 enthält. Die Expansions- und Kontraktionsschleife 95 erzeugt bei. Temperaturschwankungen eine praktisch lineare Bewegung des Betätigers und bewirkt so Änderungen in der Nulleinstellung, ähnlich der beschriebenen.

Mit diesem Aufbau die sich von der herkömmlichen unterscheidet, wird der Temperaturkompensator unmittelbar am Meßschaft

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an den Kompensator und an die Bourdonröhre unmittelbar am Meßschaft angebracht, um Temperaturänderungen gleichzeitig und parallel abzuleiten. Ferner werden durch die Bourdonröhre 18 und den Temperaturkompensator 50 mit entsprechenden Querschnitten (thermischer Widerstand) bei Temperaturänderungen der Arm 4-1 und das Gelenk 52 gleichzeitig bewegt. Der maximale Gleichlauf kann somit in der kürzesten möglichen Zeit zwischen den thermischen Effekten erhalten werden und die thermische Kompensation wird durchgeführt.

Figur 19 zeigt eine andere Art Meßinstrument, die den Verstärker 10 verwendet. Das Instrument enthält zwei Bourdonröhren 98 und 99j die als Druckmesser arbeiten, bei denen ein gemeinsamer Druck über den Schaft 12 aufgenommen wird, um eine entgegengesetzte Bewegung an jeder Röhre zu erhalten.Dieser Aufbau kann beispielsweise verwendet werden, wena hohe Schüttel- und Stoßfestigkeit verlangt wird. Daa Gerät kann aber auch als Differentialdruckmesser verwendet werden, bei dem Jede Bourdonröhre über getrennte Schäfte 12 an einer anderen Druckquelle liegt. In jedem Fall ist der Verstärker an dem frei beweglichen Ende der Bourdonröhre 98 befestigt, mit dem er sich zusammen einer schwimmend bewegt, ähnlich wie zuvor. Der Betätiger 50 ist am freien Ende der Bourdonröhre 99 befestigt und benutzt so die gemeinsame schwimmende Bewegung mit dieser, wodurch die relative Bewegung zwischen ihnen ,eine Schwenkbewegung des Zahnsektors 47 um die

Schwenkachse 59 bewirkt. Ähnlich wie zuvor bewirkt die c

Schwenkbewegung ein Schwenken des Zahnsektorarmes 41 um das

Gelenk 52 zum Antrieb des Ritzels 46 und der Zeigerwelle

Die Figuren 20 bis 22 zeigen weitere Arten von Meßinstrumenten, die den Verstärker 10 verwenden. Diese Ausführungsbeispiele bewegen sich anders wie bei den beschriebenen, deren zustandsempfindlichen Elemente eher lineare !als bogenförmige

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Zustandsänderungen ihrer Empfindlichkeit aussetzen. In Figur 20 wird der Verstärker 10 auf einer Bourdonröhre 101 mit dreifachem Radius gehalten, die sich entsprechend dem Pfeil 102 linear bewegt« Die Röhre 101 kann beispielsweise iron der in der USA-Patentschrift 2-74-1 «129 beschriebenen Art sein» Die Konstruktionen nach den Figuren 20 und 22 erzeugen in. ähnlicher Weise lineare Bewegungen mittels eines Balgs 1O5₉ der an einem Teil 104 bzw. an einem Kolben 10? befestigt ist₉ der sich in einem Zylinder 108 bewegt.

Figur 23 zeigt eine andere Form eines Verstärkers 10, bei der die Stelle der Schwenkwelle und der Schwenkachse des Betätigers 50 in bezug auf die Welle 40 vertauscht sind und hier mit 39' bzw«, 52° bezeichnet werden«, Die Achse 52' kann zum Einstellen der Spannung im Schlitz 71' mittels einer Einstellschraube 69 wie vorher verschoben werden, Es hat sich herausgestellt, daß diese Anordnung im Gegensatz zur früheren Anordnung leichter verwendet werden kann, um einen Sinuswellenfehler zu eliminieren, der sonst im Laufe der Messung auftreten könnte«

Figur 23 zeigt ein aach weiteres Ai^ührungsbeispiel, bei dem der Träger des Verstärkers 10 und der Betätiger 50 umgekehrt und untereinander in bezug auf die Basis 12 und das Vorderteil der Bourdonröhre vertauscht sind. Bei dieser Anordnung ist das Gestell 32 des Verstärkers 10 an der Biegung 109 eines Stifts oder Gliedes 110 befestigt, der bzw. das bei 66 und seitlich verschiebbar durGh einstellbare Schrauben 69 eingesteckt ist. Dadurch wird der Verstärker in Sichtung des Pfeils 111 und nicht das Betätigungsglied verschoben, um die Spannweite des Instruments einzustellen. Die Art und die Einfachheit dieser Eichung werden andererseits an den beschriebenen Linien aufrecht erhalten. Durch entsprechendes Einstellen der Höhe des Verstärkers 10 über dem Schaft 12 zum Anpassen an die Arbeitscharakteristiken der Röhre kann leicht die Linearität des Instrumentes vorher einge-

stellt werden. Dies kann durch vertikales Einstellen des Gliedes 110 wie durch entsprechendes Einstellen der Höhe des Gliedes vor dem Einstecken bei 66 erreicht werden„

Es ist vorstehend ein neuartiges Yerstärkergerät für Meßinstrumente beschrieben worden, das ein seit langem anstehendes Problem löst und mit dem die Industrie sich viele Jahre geplagt hat. Durch den neuartigen Aufbau ermöglicht der Verstärker nicht nur eine Verringerung der Kosten im Vergleich mit gleichen Geräten der bisherigen Technik, sondern überwindet .auch die komplizierte und schwierige Eichung und die ungenaue Temperaturkompensation, die solchen Geräten der bisherigen Technik anhaftete. Demnach erfüllt der Verstärker eine seit langem bestehende Notwendigkeit, in dem er einen Aufbau aufzeigt, der vorher nicht als möglich angesehen wurde, um eine sonst andauernde Konstruktion zu verein fachen, die für viele Jahre von der Industrie zur Norm erhoben worden ist. Während die Erfindung grundsätzlich in Verbindung mit· einer Bourdonröhre als Druckmesser beschrieben worden ist, kann sie doch auch für andere Zwecke genutzt wer den und ist nicht als Beschränkung anzusehen. Im Gegensatz hierzu ist erkannt worden, daß der Verstärker mit einem auf einen Zustand ansprechendem Element verwendet werden kann, das bei Zustandsänderungen, auf die es empfindlich ist, eine Bewegung erzeugt.

Da viele Änderungen der beschriebenen Konstruktion und sehr unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung ohne Abweichen von ihrem Umfang möglich sind, soll die Materie in den Zeichnungen und in der Beschreibung als Erläuterung und nicht als Beschränkung angesehen werden.

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   1 HuV 1374

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   YI-71-1 GXP gall - 263

   Patentansprüche:

   Auf einen Zustand ansprechendes Meßgerät mit einem Ansprechelement, das entsprechend den Zustandsänderungen, auf das es empfindlich ist, eine Bewegung bewirkt, und auf einer Achse und einem Bewegungsverstärker, an dem ein Element zur schwimmenden Bewegung befestigt ist und der mit der Achse zusammenarbeitet und so eine verstärkte Ausgangsbewegung erzeugt, die mit der Zustandsanderungsbewegung durch das auf den Zustand ansprechende Element in Beziehung steht, nach Patent 2 24-7 202 (Patentanmeldung 22 4? 202.2) dadurch gekennzeichnet,daß ein Träger (32) mit uförmigem Querschnitt parallele Seitenschenkel (33,34-) aufweist, die seitlich zusammen an ihren gemeinsamen Enden überbrückt sind, daß zwei verteilt angeordnet drehbare Wellen (39,V) je quer zwischen den Schenkeln (33,34-) verlaufen und unmittelbar in diesen gelagert sind, und daß eine der Wellen einen drehbaren Träger für den Eingang und die andere einen drehbaren Träger für den Ausgang ergibt .

   S0 9820/0828

   BORO MÖNCHEN: TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: 8 MÖNCHEN 22 1-856 44 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AQ. W. MEISSNER, BLN-W ST. ANNASTR. 11 INVEN d BERLIN 030/885 60 37 BERLIN 31 122 82-109 TEL.: 089/223544 030/886 23 82 3695716000
2. 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (39?4O) in ihrer Lagerbeziehung durch die seitlichen Nachgebeeigenschaften der Gestellschenkel (33.,34) gehalten werden»
3. 3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkergestell (32) im Meßgerät an einem feststehenden Teil oder einem die Verschiebung bewirkenden Ansprechelemente (18) gehalten wird,,
4. 4. Verstärker nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Betätigers (50) enthält, der aus dem anderen feststehenden Teil oder dem Ansprechelement (18) des Instruments geführt wird und eine Schwenkachse ergibt, die aus dem Eingangswellenträger verschoben ist»
5. 5. Verstärker nach Anspruch 4_S dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkergestell (32) am Aasprechelement (18) gehalten werden kann und mit diesem schwimmend bewegt wird.
6. 6# Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkergestell (32) an einem feststehenden Teil des Meßinstruments gehalten wird und dort ein einstellbarer Träger den Verstärker (50) gegenüber der Schwenkachse verschiebt, um eine Spannweiteneinstellung des Verstärkers zu bewirken.
7. 7. Verstärker nach den vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergestell (32) und die Lager als Einheit an einem feststehenden Teil des Meßinstruments angebracht sind und daß eine einstellbare Eicinrorrichtung diese Einheit aa der Halterung gegenüber dem Betätiger verschiebt, um eine voreinstellbare Arbeitsgenauigkeit des Verstärkers zu erhaltenο
8. 8. Verstärker nach. Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung für den Betätiger (50) einen Längsschlitz aufweist, der in der Lagerung zur Aufnahme des Betätigers dient und daß die Eichvorrichtung die Einheit verschiebt, um das Arbeitsgestänge zwischen dem Betätiger und der Schwenkvorrichtung zu verändern.
9. 9ο Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eichvorrichtung eine Spannweiteneinstellung des Verstärkers betätigt.
10. 10. Verstärker nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung für den Betätiger (50) einen Längsschlitz enthält, der sich in der Schwenkeinrichtung befindet und die Eichvorrichtung diese Einheit verschiebt, um das Gestänge zwischen dem Betätiger und der Schwenkeinrichtung zu verändern.
11. 11. Verstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eichvorrichtung die Spannweiteneinstellung des Verstärkers betätigt.
12. 12. Verstärker, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Befestiguip^einrichtung gegenüber dem feststehenden Teil einzeln einstellbar ist, um die Liniearität der Einstellung des Verstärkers sicher zu stellen.

    50 98 20/0828

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