DE2522522A1

DE2522522A1 - Einrichtung zur fernuebertragung von drucksignalen

Info

Publication number: DE2522522A1
Application number: DE2522522A
Authority: DE
Inventors: Antonio Mincuzzi
Original assignee: Societe Internationale de Mecanique Industrielle SA
Current assignee: Societe Internationale de Mecanique Industrielle SA
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1975-05-21
Publication date: 1975-12-04
Also published as: FR2272381B1; GB1507692A; ES437871A1; US4006402A; IT1012728B; BR7503217A; FR2272381A1; AR203682A1

Description

TAnVMLTE
DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 München 60 ■ Orthstraße 12 · Telefon 832024/5 Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

al. Mai Ϊ975

S17 PlO/G7 D

Societe Internationale De Mecanique Industrielle S.A., Luxemburg (Luxemburg)

Einrichtung zur Fernübertragung von Drucksignalen

Priorität: 22. Mai 1974 - Italien - Nr. 23067 A/74

Zusammenfassung

Es wird eine Einrichtung zur Fernübertragung von Drucksignalen beschrieben, die aus einer Kammer besteht, welche durch eine druckempfindliche, flexible Membran abgeschlossen ist und mit dem Druckmittel in Verbindung steht, dessen Druck zu messen ist, einem mechanisch-elektrischen Wandler in Form eines magnetfeldempfindlichen Widerstandes, der in ein Magnetfeld eingetaucht ist, dessen Fluß

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2 b 2 2 b 2 2

sich mit Bezug auf die Menibranbewegung ändert, einem ferromagnetisehen Kern, der in einer axial einstellbaren Position auf einem Tragstab montiert ist, der axial verschiebbar ist und direkt durch die Bewegungen der flexiblen Membran gesteuert wird, und wenigstens einem magnetfeldempfindlichen Widerstand, der in der Nähe des Weges des Kerns angeordnet ist und in ein permanentnagnetisches Feld eingetaucht ist, dessen Fluß durch den sich bewegenden ferromagnetisehen Kern beeinflußt wird.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fernübertragung eines Signales, das sich in Beziehung auf einen zu messenden Druck ändert.

Geräte dieser Art sind allgemein bekannt und werden in vielen Fällen angewandt, beispielsweise bei der Fernanzeige des Öldrucks im Schmierölkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors.

In diesem speziellen Feld, auf das sich die Erfindung bezieht, obwohl sie nicht eng darauf begrenzt ist, werden derzeit im allgemeinen Einrichtungen verwendet, die üblicherweise als "Rheostaten" bezeichnet werden können.

In solchen Einrichtungen wird die Deformation einer elastischen Membran durch den zu messenden Druckmitteldruck in eine Bewegung des Schiebers eines Rheostaten umgeformt, der in einen elektrischen Kontrollkreis eingeschaltet ist, so daß eine Beziehung zwischen den Druckwerten und dem Widerstand des Rheostaten bestimmt wird. Die Widerstandsvariation wird in dem elektrischen Kreis dazu verwendet, einen elektrischen Strom zu modulieren, der auf einem geeigneten Instrument angezeigt wird. (Italienische Patentschrift 927 642).

Obwohl derartige Einrichtungen insgesamt in befriedigender Weise arbeiten, haben sie doch einige Nachteile, insbesondere hinsichtlich ihrer Anzeigegenauigkeit und Lebensdauer, wenn sie sehr hohen Vibrationsbeanspruchungen

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ausgesetzt werden, wie das oft der Fall ist, wenn sie auf Kraftfahrzeugen montiert sind.

Das ergibt sich hauptsächlich aus der Tatsache, daß die Bewegung des Mittelpunktes der druckempfindlichen, elastischen Membran mit mehr oder weniger komplizierten mechanischen Systemen vergrößert werden muß, ehe sie an den Schieber des Rheostaten angelegt werden kann, um einen ausreichend großen Hub des tatsächlichen Abgriffs zu erreichen.

Wenn dieses mechanische Vergrößerungssystem hohen Vibrationen unterworfen wird, können sich Schwierigkeiten insoweit ergeben, als daß sich der Bewegungsspielraum zwischen den verschiedenen Teilen vergrößert, eine Fehl kaiibrierung eintritt, eine Abnutzung der beweglichen Teile oder sogar deren Bruch.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Nachteile v/erden mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung vermieden, die einerseits mechanisch fest und konstruktiv einfach aufgebaut ist, so daß sie zur Verwendung auf Kraftfahrzeugen besonders geeignet ist, wo mechanische und thermische Beanspruchungen besonders bedeutsam sind, und auf der anderen Seite einen genauen Betrieb ermöglicht, mit der Möglichkeit einer perfekten Kalibrierung und Justierung.

Insbesondere wird bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Transformation der Bewegung der druckempfindlichen elastischen Membran in ein variables elektrisches Signal die betriebliche Eigenschaft von Halbleitern verwendet, die für Änderungen des Magnetfeldes empfindlich sind, kurz magnetfeldempfindliche Widerstände oder (mißverständlich) "Magnetwiderstände" genannt.

Solche "Magnetwiderstände" sind seit langem bekannt und werden von der deutschen Firma Siemens vertrieben. Ihre grundlegende Charakteristik

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besteht darin, daß sich ihr elektrischer Widerstand ändert, wenn sie einem variablen magnetischen Feld ausgesetzt sind.

Diese Magnetwiderstände werden von der Herstellerin zur Verwendung in den verschiedensten technischen Gebieten vorgeschlagen, wobei bei der Anwendung in Druck-Wandlern der Vorschlag gemacht wird, daß die Bewegung der druckempfindlichen, flexiblen Membran in eine Relativbewegung zwischen einem Permanentmagneten und einem oder mehreren Magnetwiderständen transformiert wird, wodurch sich eine entsprechende Änderung des Magnetflusses ergibt, in den die Magnetwiderstände eingetaucht sind, was zu einer Änderung des Wertes ihres elektrischen Widerstandes führt.

Durch die Erfindung soll eine Druckanzeigeeinrichtung verfügbar gemacht werden, die eine druckempfindliche elastische Membran aufweist und die in ihrem mechanisch-elektrischen Wandler wenigstens einen magnetfeldempfindlichen Widerstand (Magnetwiderstand) aufweist, der in ein Magnetfeld eingetaucht ist, dessen Fluß sich in Beziehung auf die Bewegungen der Membran ändert, wobei diese Einrichtung eine Verbesserung gegenüber bekannten Einrichtungen insoweit bildet, als sie robuster und einfacher aufgebaut ist und genau kalibriert werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie in Assoziation mit der flexiblen elastischen Membran, die für Druckänderungen empfindlich ist, einen ferromagnetisehen Körper oder Kern aufweist, der in der Weise auf einen Tragstab montiert ist, der unmittelbar durch die flexible Membran gesteuert wird, und zwar in der Weise, daß seine Position axial einstellbar ist, und wenigstens einen Magnetwiderstand, der in der Nähe des Laufweges des Kerns angeordnet ist und in ein permanentmagnetisches Feld eingetaucht ist, dessen Fluß durch den sich bewegenden ferromagnetisehen Kern beeinflußt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Druckmeßeinrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt längs derLinie ΙΙ-ΓΙ in Fig. 1;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1; und

Fig. 4 eine schematische Ansicht des Trägers für den elektrischen

Steuer- und Anzeigekreis.

Ersichtlich Weist der untere Teil der dargestellten Druckmeßeinrichtung an einem Ende ein Anschlußstück la auf, beispielsweise in Form eines mit Gewinde versehenen Zapfens, der mit einer axialen Bohrung Ib versehen ist, durch die unter Druck stehendes Druckmittel die Kammer 2 erreicht, und am anderen Ende einen Kopf Ic, der auf die Tragplatte 3 aufgeflanscht¹ ist, die die Scheibe 4 und die druckempfindliche elastische Membran 5 in der gewünschten Position hält.

Die Kammer 2 ist wegen der Dichtung 6, die zwischen dem Umfang der Membran 5 und dem Kopf Ic angeordnet ist, druckmitteldicht, so daß die Variationen des Druckmitteldrucks in der Kammer 2 in'Bewegungen der Membran 5 umgewandelt werden, wie es in der erwähnten italienischen Patentschrift 927 642 beschrieben ist. Eine Membranstützplatte 5a, durch die das untere Ende des Stabes 7 zur Feststellung von Membranbewegungen frei hindurchführt, ist frei zentriert zwischen der Membran 5 und der unteren, mit einer Einsparung versehenen Oberfläche der Scheibe 4 positioniert. ·

Der Stab 7 liegt auf dem Mittelteil der Membran 5 mit seiner Basis auf, die die Form eines erweiterten Flansches 7a hat, und erstreckt sich nach oben, längs der Achse der Einrichtung, als Teil 7b, der die Scheibe 4 und die Basis 3^:durchquert, zu einem sich anschließenden Endteil 7c, der dünner und mit Gewinde versehen ist.

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Der Stab 7 wird durch die Wirkung einer konischen Schraubenfeder 8 mit der Membran 5 in Kontakt gehalten, wobei die Feder 8 an einem Ende gegen eine Schulter an der Unterseite der Basis 3 anliegt und am anderen Ende gegen den Flansch 7a des Stabes 7. _:

In der Zone, in der der Teil 7b des Stabes 7 die Basis 3 durchquert, sind der Querschnitt, und ebenso der Querschnitt der Passage in der Basis 3 nicht kreisförmig, sondern beispielsweise polygonal. Auf diese Weise wird jede Möglichkeit für eine Drehung des Stabes vermieden,während eine Bewegung in der axialen Richtung erlaubt wird.

Auf den Gewindeteil 7c des Stabes 7 ist eine Mutter 9 aus unniagnetisehern Material geschraubt, deren Form dazu geeignet ist, einen ferromagnetisehen Kern 10 abzustützen, der die Form eines Hohlzylinders hat. Der Kern ist an der Mutter in irgendeiner geeigneten Weise befestigt, beispielsr weise, indem der Endteil der Mutter 10 in der dargestellten Weise umgebördelt ist.

Auf diese Weise ist der ferromagnetische Kern 10 an der Mutter 9 festgelegt und dementsprechend am Stab 7, dessen Bewegung in axialer Richtung erfolgt. Ein dünnwandiger Zylinder 11 aus unmagnetischem Material dient dazu, die Axial bewegungen des Kerns 10 zu führen.

Der Zylinder 11 ist an der Basis 3 in irgendeiner geeigneten Weise befestigt, beispielsweise mit einem klebenden Abdichtungs-Harz.

Ein Permanentmagnet 12 ist fest an der Basis 3 unmittelbar außerhalb des Zylinders 11 befestigt, und zwar in einer solchen Position, daß die N-S-Achse des Magnetfeldes senkrecht zur Verschiebeachse des ferromagnetischen Kerns 10 steht.

Zwei Halbleiterelemente 13 oder Magnetwiderstande, die für das Magnetfeld des Magneten 12 empfindlich sind, sind an den Polflächen

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des Magneten 12 an der Seite des Zylinders 11 angebracht, dort eingebettet oder in anderer, bekannter Weise befestigt.

Die Magnetwiderstä'nde 13 sind am Magneten 12 derart befestigt, daß sie symmetrisch zur Achse des Magnetfeldes liegen, das vom Magneten erzeugt wird, und sie sind ferner parallel zur Verschiebeachse des Kerns 10 ausgerichtet.

Der Magnet 12 ist gegen den Zylinder 11 positioniert, und zwar mit Hilfe einer vorbelasteten Feder 21, die anschließend mittels eines Dichtungsmaterials neutralisiert wird.

Die Magnetwiderstä'nde 13 sind mit Leitern 13a (Fig. 4) mit einer elektronischen Verstärkerschaltung 14 verbunden, die beispielsweise in Dickfilmtechnik aufgebaut ist. Die Schaltung 14 ist fest mit einer Stützplatte 15 verbunden, die an der Basis 3 in irgendeiner geeigneten Weise befestigt ist, beispielsweise mit einem klebenden Dichtungsharz.

Vorzugsweise sind der Magnet 12 und die Magnetwiderstände 13 und die Verbindungen 13a vormontiert und auf der Tragplatte 15 befestigt, so daß die Einheit bestehend aus Magnet 12, Magnetwiderständen 13, Schaltung 14 und Abstützplatte 15 zusammen eine vorgefertigte Untereinheit bilden, die leicht als getrennte Einheit an der Basis 3 montiert werden kann.

Neben den Magnetwiderständen 13, den Anschlußleitern 13a und den Schaltungsanschlüssen 14a, 14b und 14c zeigt die schematisch in Fig. 4 angedeutete elektronische Schaltung 14 auch eine Kammstruktur 16, die mit einer Reihe von Ohm'sehen Widerständen assoziiert ist, deren Anschlüsse schematisch bei 14 d angedeutet sind. Die Widerstände werden mit dem Kamm 16 kurzgeschlossen, der aus einem elektrisch gut leitendem Material gebildet ist, und insbesondere durch dessen Zähne, die an die Anschlüsse der Widerstände angelötet sind. Wie in Fig. 4 dargestellt ist,

steht der Kamm 16 seitlich von der Schaltungsplatte 14 ab.

Eine Platte 17 ist am höchsten Teil der Basis 3 befestigt und trägt Kontakte 18a, 18b und 18c, an die die Anschlüsse 14a, 14b und 14c mit Leitern 22a, 22b und 22c (Fig. 2) angeschlossen sind. Die Kontakte 18 sind ihrerseits mit dem Äußeren des Gehäuses 19 der Einrichtung mit bekannten Mitteln verbunden.

Die Betriebsweise der beschriebenen Einrichtung ergibt sich von selbst.

Das Druckmittel, das in die Kammer 2 durch die Bohrung Ib eintritt, sorgt für eine Verformung der Membran 5 in einem Maße proportional dem Druckmitteldruck.

Die Bewegungen der Membran 5 entsprechen diesen Druckvariationet·, ergeben entsprechende Bewegungen des Stabes 7 und damit auch des ferromagnetisehen Kerns 10 innerhalb des Zylinders 11 aus nichtmagnetischem Material, so daß sich eine Variation der Dichte der Flußlinien des magnetischen Feldes ergibt, das durch den Permanentmagneten 12 erzeugt wird.

Die beiden Magnetwiderstände 13, die brückenartig in die Schaltung 14 eingeschaltet sind, reagieren auf diese Variation der Dichteverteilung der Feldlinien, so daß sich eine Variation der elektrischen Bedingungen der Schaltung 14 ergibt, die, nach geeigneter Verstärkung, vom Anzeigeinstrument gemessen werden.

In Einrichtungen der hier beschriebenen Art, und allgemein in irgendwelchen Wandlereinrichtungen werden die Ansprecheigenschaften, die durch eine "Kennlinie", d.h. eine Kurve dargestellt werden, die den Ausgangswert in Abhängigkeit vom Eingangswert darstellt, bekanntlich durch die tatsächlichen Eigenschaften der Bauteile der Einrichtung

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beeinflußt. Das gilt insbesondere für die Massenproduktion, wo. Abmessungs- und Betriebs-Eigenschaften derBauteile eine ziemlich breite Verteilung der Werte zeigen.

Aus diesem Grunde ist es absolut notwendig, die Einrichtung zu kalibrieren. Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß diese Kalibrierung in einfacher und praktischer Weise durchgeführt werden kann, und dabei handelt es sich um eine fundamentale Eigenschaft der Erfindung.

Eine erste Kalibrierung berührt die Nullpunkteinstellung der Ansprechkurve der Einrichtung, die darin besteht, daß die Kurve in eine solche Position gebracht wird, daß ein vorgegebener Wert des Eingangssignals, d.h. ein vorgegebener Druckmitteldruck, einem bestimmten Wert des Ausgangssignals entsprechen kann. Das wird dadurch erreicht, daß die axiale Position des ferromagnetischen Kerns 10 mit Bezug auf die Achse des Magnetfeldes des Magneten 12 justiert wird, was einfach dadurch erfolgen kann, daß die Mutter 9 auf dem Gewindeteil 7c des Stabes 7 im erforderlichen Maße verschraubt wird.

Eine zweite Kalibrierung besteht darin, daß die Neigung der Kennlinie der Einrichtung justiert wird, d.h. die Kennlinie wird um den Nullpunkt rotiert, so daß eine vorgegebene Eingangssignalamplitude, d.h. eine vorgegebene Druckmittel druckänderung einer bestimmten Ausgangssignalamplitude entsprechen kann. Das wird dadurch erreicht, daß ein Widerstand mit größerem oder kleinerem Wert über den Ausgang der elektronischen Schaltung 14 geschaltet wird, was dadurch erfolgen kann, daß einige Zähne des Kammes 16 entfernt werden. Auf diese Weise werden die Widerstände, die mit diesen Zähnen kurzgeschlossen waren, nunmehr in Reihe geschaltet, so daß sie gemeinsam den notwendigen Gesamtwiderstand bilden, der in die Schaltung eingebracht werden muß, und damit ergibt sich die erforderliche Neigung.

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Claims

Patentansprüche

1.)Einrichtung zur Fernübertragung von Drucksignalen, bestehend aus einer Kammer, die durch eine druckempfindliche, flexible Membran begrenzt ist und in Verbindung mit dem Druckmittel steht, dessen Druck zu messen ist, und einemmechanisch-elektrischen Wandler in Form eines Magnetwiderstandes, der in ein Magnetfeld eingetaucht ist, dessen Fluß sich in Beziehung zur Membranbewegung ändert, dadurch gekennzeichnet, daß ein ferromagnetischer Kern in einer axial justierbaren Position auf einen Tragstab montiert ist, der axial verschiebbar ist und direkt durch die Bewegungen der flexiblen Membran kontrolliert wird, und daß wenigstens ein Magnetwiderstand in der Nähe des Laufweges des Kerns angeordnet und in ein Permanentmagnetfeld eingetaucht ist, dessen Fluß durch den sich bewegenden ferromagneti sehen Kern beeinflußt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern in Form eines Ringes fest an einer Mutter aus unmagnetischem Material angeordnet ist, die auf das mit Gewinde versehene Ende des Tragstabes geschraubt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern und der zugehörige Tragstab axial in einer rohrförmigen Führung aus unmagnetischem Material verschiebbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnetwiderstände vorgesehen sind, die parallel zur Achse ausgefluchtet sind, längs derer der ferromagnetische Kern verschiebbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Magnetwiderstände an einer Polfläche eines Permanentmagneten befestigt sind, der in der Nähe des Weges angeordnet ist, längs dessen der ferromagnetische Kern verschiebbar ist.

6. Einrichtung nach Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polfläche des Permanentmagneten, die die Magnetwiderstände trägt, an der Außenfläche der rohrförmigen Führung für den ferromagnetischen Kern anliegt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Permanentmagnetfeld senkrecht zur Achse des ferromagnetischen Kerns liegt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetwiderstand oder die Magnetwiderstände an eine elektronische Verstärkungsschaltung angeschlossen sind, die eine Einrichtung zur Justierung der Amplitude des Ausgangssignals aufweist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetwiderstände brückenartig in eine elektronische Verstärkungsschaltung eingebaut sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung in Dickfilmtechnik aufgebaut ist und auf eine feste Stützplatte montiert ist, auf die auch der Permanentmagnet und die zugehörigen Magnetwiderstände montiert sind, so daß sich eine vorfabrizierte Einheit ergibt.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung der Ausgangsamplitude der elektronischen Schaltung aus einer Anzahl von Widerständen besteht, die wenigstens teilweise kurzgeschlossen sind.

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12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände mit einem Metallkamm kurzgeschlossen sind, dessen Zähne mit den Widerstandsanschlüssen verlötet sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkamm den ganzen Satz Widerstände überdeckt, wobei einer oder mehrere der Zähne abgebrochen werden, um den Kurzschluß der betreffenden Widerstände zu unterbrechen.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragstab für den ferromagnetisehen Kern frei auf der

Mitte der druckempfindlichen flexiblen Membran aufliegt.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragstab durch die Wirkung einer konischen Spiralfeder gegen die flexible Membran gehalten wird.

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