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"Druckmeß- und -steuergerät"
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmeß- und -steuergerät mit
einem Meßglied, einer Istwertanzeigevorrichtung mit einem Istwert- zeiger, mindestens
einer Sollwertanzeigevorrichtung mit einem Sollwertzeiger und mindestens einem elektrischen
oder pneumatischen Schalter, der in Abhängigkeit von dem Druck eines Mediums Steuersignale
abgibt.
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Bei den bekannten Geräten dieser Art erfolgt die Kopplung zwischen
Meßglied und Schalter durch eine Vielzahl von Übertragung 5-elementen,
meist
Zahnradgetrieben, die aufgrund ihres Spieles, insbesondere des Zahnflankenspieles
zu Ungenauigkeiten in der Betätigung des Schalters führen. Das gleiche gilt für
die Kopplung zwischen Sollwertanzeige und Schalter, so daß sich die Fehler zwischen
Istwertmessung und Sollwerteinstellung einerseits und tatsächlichem Schaltpunkt
andererseits addieren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckmeß-
und -steuergerät der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß die durch
die Übertragungselemente verursachten oben geschilderten Fehler weitgehend ausgeschlossen
werden.
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Darüberhinaus sllen die Schaltsicherheit des Gerätes erhöht werden
und für die Istwertanzeige und die Sollwertanzeige die gleiche Skala benutzt werden
können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auslenkung
des Meßgliedes unmittelbar auf einen um eine Achse schwenkbaren Hebel wirkt, der
mit seinem einen Endstück über ein Getriebe den Istwertzeiger antreibt und an seinem
anderen Endstück einen Steuernocken trägt, und daß auf der Achse mindestens ein
weiterer Hebel schwenkbar gelagert ist, der mit seinem einen Endstück über ein weiteres
Getriebe den Sollwertzeiger antreibt und an seinem anderen Endstück den Schalter
trägt, der durch den Steuernocken betätigbar ist.
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Messung, Schalterbetätigung und Istwertanzeige bilden also ein System,
das keinerlei Übertragungselemente mit einem kritischen Bewegungsspiel aufweist,
während Sollwertanzeige und Schalter zu einem zweiten System zusammengefaßt sind,
in welchem ebenfalls jegliches kritische Bewegungsspiel vermieden ist. Die Hebel
beider Systeme sind achsgleich angeordnet, so daß stets
eine gleichbleibend
definierte Zuordnung von Steuernocken und Schalter gegeben ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Getriebe
und das weitere Getriebe das gleiche Ubersetzungsverhältnis aufweisen und achsgleich
angeordnet sind, so daß Istdruck und Soll - druck auf der gleichen Skala anzeigbar
sind.
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Die Schaltsicherheit des Gerätes wird nach einem weiteren Vorschlag
der Erfindung dadurch erhöht, daß zu beiden Seiten des Schaltarmes je ein Schalter
angeordnet ist, deren Betätigungsrichtungen gegeneinander gerichtet sind und von
denen einer ein öffner und der andere ein Schließer ist, und daß in jeder Endlage
des Schaltarmes einer der beiden Schalter betätigt ist.
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Durch die gewählte Anordnung der beiden Schalter heben sich die Schaltkräfte
gegeneinander auf, so daß nur geringe Stellkräfte für die Auslösung eines Schaltvorganges
benötigt werden und damit die Genauigkeit des Schaltvorganges weiter vergrößert
wird.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die den konstruktiven Aufbau
des Gerätes betreffen, sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben, während bevorzugte
Schaltungen der beiden an einem Schaltarm angeordneten Schalter in den Unteransprüchen
8 und 9 beschrieben sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Draufsicht auf das Meß-, Anzeige- und Schaltersystem
eines erfindungsgemäßen Druckmeß- und -steuergerätes; Fig. 2 eine perspektivische
Ansicht der wichtigsten Teile des Systemes gem. Fig. 1 in Explosionsdarstellung;
Fig. 3 einen Schnitt durch das System gem. Fig. 1 entlang der Linie III-III und
Fig. 4 die Draufsicht auf ein Teilstück des Schaltersystems eines zweiten Ausführungsbeispieles
mit zwei einem gemeinsamen Schaltarm zugeordneten Schaltern.
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Das Meß-, Anzeige- und Schaltersystem gem. Figur 1 bis 3 weist als
Meßglied eine Bourdonfeder 10 auf, die in einem Druckanschlußstutzen 11 gehaltert
ist. Bei Druckanstieg bewegt sich die'Bourdonfeder 10 in Richtung des Pfeiles 16
und verschiebt dabei die an ihr befestigte Verbindungsstange 17. in der gleichen
Richtung. Das freie Endstück der Verbindungsstange 17 greift gelenkig an einem schwenkbar
um eine Achse 18 gelagerten Hebel 19 an und dreht diesen entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Der Hebel 19 weist an seinem einen Endstück ein Zahnsegment 21 auf,
das über ein Ritzel 22 ein Istwertzeiger 23 antreibt (Fig. 2 und 3). Mit dem Hebel
19 ist ein Hebelstück 12 starr verbunden, an dessem freien Endstück ein Steuernocken
20 angeordnet ist.
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Der Steuernocken 20 kann jedoch auch unmittelbar an dem freien
Endstück
des Hebels 19 angeordnet werden, wenn die räumlichen Verhältnisse im Druckmeßgerät
dies erlauben. Im folgenden werden deshalb der Hebel 19 und das Hebelstück 12 als
Einheit betrachtet und der Kürze halber als Ganzes mit Hebel 19 bezeichnet. Bourdonfeder
10, Hebel 19, Steuernocken 20 und Istwertanzeiger 23 bilden das Meß-, Schalterbetätigungs-
und Istwertanzeigesystem. Zwischen der Bourdonfeder 10 als Meßsystem und dem Steuernocken
20 als dem Schalterbetätigungssystem sind keinerlei Verbindungselemente vorgesehen,
die ein Bewegungsspiel aufweisen. Der Steuernocken 20 folgt also exakt jeder Auslenkung
der Bourdonfeder 10.
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Das Sollwertanzeige- und Schaltersystem weist einen annähernd rechtwinklig
gebogenen Hebel 24 auf, der in seinem Eckpunkt ebenfalls auf der Achse 18 schwenkbar
gelagert ist. Eines seiner Endstücke trägt einen elektrischen Mikroschalter 25 und
das andere ein weiteres Zahnsegment 26, das über ein weiteres Ritzel 27 einen Sollwertzeiger
28 antreibt. Der Kontaktnippel 29 des Mikroschalters 25 wird durch einen schwenkbar
am Mikroschalter gelagerten Schaltarm 30 betätigt, dessen Schwenkbewegung durch
Gleiten des freien Schaltarmendes auf dem Steuernocken 20 bewirkt wird. Der Schaltarm
30 ist so justiert, daß seine Schaltbewegung für den Kontaktnippel 29 bereits durch
die Stirnfläche 31 des Steuernockens 20 ausgelöst wird, während die Mantelfläche
32 des Steuernockens dazu dient, den Schaltarm 30 in seiner Einschaltstellung zu
halten. Im Ausführungsbeispiel ist die Stellung des Mikroschalters 25 zum Steuernocken
20 so gewählt, daß der Mikroschalter bei allen Meßdrücken, die unterhalb des gewählten
Solldruckwertes liegen, eingeschaltet bleibt. Wird der Hebel 24 spiegelbildlich
in Bezug auf den Hebel 19 ausgebildet, so daß der Mikroschalter 25 auf der anderen
Seite des Steuernockens 20 liegt, so bleibt der Mikroschalter bei allen Meßdrücken,
die
oberhalb des gewählten Solldruckwertes liegen, eingeschaltet.
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Durch Wahl des Kontaktpaares im Mikroschalter 25 als Öffner oder als
Schließer kann also jede beliebige Steueraufgabe mit dem erfindungsgemäßen Gerät
gelöst werden.
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Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, sind die Ritzel 22 und 27, die mit
dem Istwertzeiger 23 bzw. dem Sollwertzeiger 28 kraftschlüssig verbunden sind, achsgleich
angeordnet; das Zahnsegment 21 und das Ritzel 22 einerseits und das Zahnsegment
26 und das Ritzel 27 andererseits bilden je ein Getriebe. Da beide Getriebe das
gleiche UbersetXzungs-verhältnis aufweisen, können Istdruck und Solldruck auf derselben
Skala mit derselben Skaleneinteilung abgelesen werden.
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Auf der Achse 18 können selbstverständlich weitere dem Hebel 24 entsprechende
Hebel gelagert werden, die weitere Mikroschalter mit eigener Sollwerteinstellung
tragen. In vielen Fällen ist es beispielsweise zweckmäßig, zwei unterschiedliche
Solldruckwerte unabhängig voneinander einstellen zu können, einen Minimal- und einen
Maximaldruckwert, die einen bestimmten Steuerbereich definieren. Bei einem derartigen
Gerät wird zweckmäßigerweise ein Hebel 24 oberhalb des Hebels 19 und ein zweiter
Hebel 24 unterhalb des Hebels 19 angeordnet werden.
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Zur Erhöh-ung der Schaltsicherheit des erfindungsgemäßen Druckmeß-
und -steuergerätes sind in einem zweiten Ausführungsbeispiel gem. Fig. 4 in einem
Sollwert- und Schaltersystem zwei Mikroschalter 40 und 41 vorgesehen, die zu beiden
Seiten eines Schaltarmes 42 angeordnet sind, der in Ausgestaltung und Funktion vollständig
dem Schaltarm 30 nach den ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Die Betätigungsrichtungen
der beiden Schalter 40 und 41, von denen einer als Öffner und der andere als Schließer
benut
2t wird, sind gegeneinander gerichtet, so daß sich die Schaltkräfte
gegenseitig aufheben. Die Anordnung ist so gewählt, daß sich in jeder Endlage des
Schaltarmes 42 einer der beiden Schalter 40 oder 41 in seiner Einschaltstellung
und der andere in seiner Ausschaltstellung befindet. In der Darstellung in Fig.
4 ist der Mikroschalter 41 eingeschaltet und der Mikroschalter 40 ausgeschaltet.
Der Schaltarm 42 befindet sich in seiner Ruhestellung, in der er den Steuernocken
nicht berührt und durch eine schwache Teder 43 gehalten wird.
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Soll der Steuersignalstromkreis durch den Schaltvorgang, d. h.
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durch die Bewegung des Schaltarmes 42 in seine andere Endlage geschlossen
werden, so werden die beiden Mikroschalter 40 und 41 elektrisch parallel geschaltet,
wobei der Mikroschalter 40 selbstverständlich ein Schließer und der Mikroschalter
41 ein öffner sein muß. Der Steuersiynalstromkreis wird dann auf alle Fälle geschlossen,
wenn mindestens einer der beiden Schalter 40 und 41 in Funktion tritt, d. h. der
Kontaktnippel des Schalters 41 entlastet und derjenige des Schalters 40 belastet
wird. Dadurch wird eine größtmögliche Schaltsicherheit erreicht, denn der erforderliche
Schaltvorgang - und zwar beim Einschalten wie auch beim Ausschalten - wird auch
dann ausgeführt, wenn einer der beiden Kontaktnippel infolge eines Verschmorens
der Schaltkontakte in seiner Einschaltstellung verharren sollte, obwohl der Schaltarm
42 nicht mehr auf ihm lastet.
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Wenn der Steuersignalstromkreis durch den Schaltvorgang unterbrechen
werden soll, so müssen die beiden Schalter elektrisch in Reihe geschaltet werden.
Mier gelten die oben dargelegten Uberlequngenwegen der Schaltsicherheit entsprechend.
Selbstverständlich muß in diesem Fall der Mikroschalter 40 ein Öffner und der Mikroschalter,éin
Schließer sein.
In den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen
sind als Schalter elektrische Mikroschalter, sogenannte Endschalter, verwandt. Selbstverständlich
können statt der Mikroschalter pneumatische Kontaktschalter, Schlitzinitiatoren,
induktive Schalter, kapazitive Näherungsschalter od. dgl. eingesetzt werden. Ob
in diesen Fällen ein Schaltarm zur Bedienung des Schalters notwendig ist, hängt
von der Wahl und der Ausgestaltung des jeweiligen Schalters ab. Die Betätigung des
Schalters kann beispielsweise auch direkt durch den Steuernocken erfolgen.
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Die Einsteflung der Solldruckwerte erfolgt in einfacher Weise durch
Verstellen des Sollwertzeigers 28 von Hand oder durch ein entsprechendes Werkzeug.
Mit der Drehung des Sollwertzeigers 28 schwe!lkt der Hebel 24 um die Achsc 18 und
führt dabei den Mikroschalter 25 bzw. im zweiten Ausführungsbeispiel die Mikroschalter
40 und 41 in diejenige Stellung mit, in der sie dem eingestellten Solldruckwert
entsprechend von dem Steuernocken 20 betätigt werden.