DE3342857A1

DE3342857A1 - Elektro-pneumatischer umformer

Info

Publication number: DE3342857A1
Application number: DE19833342857
Authority: DE
Inventors: Günther Ing.(grad.) 5650 Solingen Roth
Original assignee: Sunvic Regler GmbH; GEC Sunvic Regler GmbH
Current assignee: Actemium Cegelec Services GmbH
Priority date: 1983-11-26
Filing date: 1983-11-26
Publication date: 1985-06-05
Also published as: EP0147552A1; EP0147552B1; JPS60143716A; DE3463290D1; CA1226591A; ATE26746T1; US4595029A

Description

DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEiSSE" · dipl.:chem. DR." RUDOLF WOLGAST

PATENTANWÄLTE · EUROI^AN PATENT ATTORNEYS 3 3 A 2 8 5

BÖKENBUSCM41 · D 5620 VELBERT Il-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon (02052)4014 · Telex: 8516895

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Patentanmeldung

Sunvic Regler GmbH, Albertus-Magnus-Straße 11,

D-5650 Solingen 19

Elektro-pneumatischer Umformer

Die Erfindung betrifft einen elektro-pneumatisehen Umformer zum Umformen eines elektrischen Stromes in einen pneumatischen Druck enthaltend:

(a) einen durch ein Schwenklager gelagerten, zweiarmigen Waagebalken,

(b) ein an dem Waagebalken angreifendes Tauchspul system, auf welches ein umzuformender elektrischer Strom aufschaltbar ist,

(c) eine Düse, die über eine Drossel mit einer pneumatischen Druckmittelquel1e verbindbar und vor einer Fläche des Waagebalkens angeordnet ist und mit dem Waagebalken eine Düse-Prallplatte-System bildet, wobei der sich an der Düse einstellende Druck einem von dem Tauchspul system durch den elektrischen Strom auf den Waagebalken ausgeübten Drehmoment die Waage hält.

Bei bekannten elektro-pneumatisehen Umformern (DE-OS 26 54 003, "Regelungstechnische Praxis" 22 (1980), 221 bis 230, "Regelungstechnische Praxis" 23 (1981), 201 bis 206 (Bild 6))" ist ein Waagebalken an einem Kreuzfedergelenk leicht drehbar aufgehängt. An dem Waagebalken ist eine Tauchspule befestigt. Die Tauchspule taucht in den Luftspalt eines gehäusefesten Magneten ein. Wird die Tauchspule von einem Strom durchflossen, so wird sie in den Magneten hineingezogen. Dadurch übt sie auf den Waagebalken ein der Stromstärke proportionales Drehmoment aus. Vor einer Fläche des Waagebalkens ist eine Düse angeordnet, die über eine Drossel mit einer pneumatischen Druckmittelquelle verbunden ist. Diese Düse bildet mit dem Waagebalken ein Düse-Prallplatte-System. An der Düse stellt sich ein Druck ein, welcher einem von dem Tauchspulsystem durch den elektrischen Strom auf den Waagebalken ausgeübten Drehmoment die Waage hält. Dieser Druck kann an dem Waagebalken über eine Membran oder einen Balg wirksam werden. Eine Kompensation kann ,aber

2Q auch direkt durch den Druck in der Düse bewirkt werden. In beiden Fällen entsteht ein Gleichgewicht.

Die durch den umzuformenden elektrischen Strom an dem Tauchspul system hervorgerufene Kraft ist relativ klein gegen die pneumatisch über einen Balg oder direkt über die Düse auf den Waagebalken ausgeübte Kraft. Dadurch sitzt notwendigerweise eine relativ große Masse, nämlich die Tauchspule, an einem relativ großen Hebelarm, während andererseits eine masselose Kompensation über

QQ eine relativ kleine Fläche an einem relativ kleinen Hebelarm erfolgt. Um dieses Ungleichgewicht der Massen zu kompensieren, ist es daher üblich, an dem der Tauchspule gegenüberliegenden Arm des Waagebalkens ein Gegengewicht anzubringen, welches der Tauchspule das Gleichgewicht hält. Das Gegengewicht ist einstellbar, um sonstige Masse-Unsymmetrien der Waagebalkenanordnung ausbalancieren zu können. Dieses Gegengewicht trägt nichts zur Signal-

Übertragung bei. Es verschlechtert aber das dynamische Übertragungsverhalten des elektro-pneumatisehen Umformers. Übliche elektro-pneumatisehe Umformer sind daher schwingungsanfällig, d.h. sie zeigen eine Neigung, selbst zu schwingen, und empfindlich gegen Erschütterungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwingungsanfälligkeit und die Empfindlichkeit gegen Er-Schütterungen bei einem elektro-pneumatisehen Umformer der eingangs definierten Art zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei Tauchspul systeme vorgesehen sind, die beide von dem !5 umzuformenden elektrischen Strom durchflossen sind und an je einem Arm des Waagebalkens mit gleichem Drehsinn angrei fen.

Bei einer solchen Anordnung sind zwei Tauchspulen vorge-2Q sehen, so daß ohne zusätzliches Gegengewicht die Massen an dem Waagebalken ausgeglichen sind. Da das Drehmoment von zwei Tauchspul systemen aufgebracht wird, kann jedes einzelne dieser Tauchspul systeme entsprechend kleiner ausgebildet sein. Es werden dadurch sowohl die schwin-2g genden Massen als auch die Abmessungen des elektropneumatisehen Umformers verringert. Es ergibt sich dadurch eine starke Reduzierung des Trägheitsmoments und ddiiiil. eint* höhere Ligenirequenz und eine yefiinjere bchwirigungsnei gung.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezu

erläutert:

unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen nähfr

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Fig. 1 zeigt im wesentlichen in natürlicher Größe

eine Seitenansicht eines elektro-pneumatischen Umformers mit zwei Tauchspul systemen.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines elektro-pneumatischen Umformers in vergrößertem Maßstab

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den elektro-pneumatischen Umformer.

Fig. 4 zeigt eine abgebrochene Draufsicht der Kreuzfederaufhängung bei dem Umformer von Fig.2 und 3.

X5 Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-B

von Fig. 4.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs der Linie C-D von Fig.4.

Fig. 7 zeigt die Grundplatte und Seitenwange der

Basis des Umformers nach Herausnehmen des Waagebalkens mit der Kreuzfederaufhängung.

Fig. 8 zeigt eine einzelne Blattfeder der Kreuzfederaufhängung.

Fig. 9 zeigt eine Blattfeder oder Platte mit Zungen

zum Festklemmen der Lagerteile für die QQ Kreuzfederaufhängung.

Der elektro-pneumatisehe Umformer enthält einen durch ein Schwenklager 1 O gelagerten, zweiarmigen Waagebalken 12. Es sind zwei Tauchspul systeme 14 und 16 vorgesehen, die beide von einem umzuformenden elektrischen Strom durch-

flössen sind und an je einem Arm 18 bzw. 20 des Waagebalkens 12 mit gleichem Drehsinn angreifen. Eine Düse ist über eine Drossel 24 mit einer pneumatischen Druckmittelquelle (Zuluft) verbindbar und vor einer Fläche des Waagebalkens angeordnet. Die Düse 22 bildet mit dem Waagebalken 12 ein Düse-Prallplatte-System. Der sich an der Düse 22 einstellende Druck wirkt über den düsenquerschnitt auf den Waagebalken 12 und hält einem von den Tauchspul systemen 14 und 16 durch den elektrischen Strom auf den Waagebalken 12 ausgeübten Drehmoment die Waage. Dieser Druck ist proportional dem durch die Tauchspulsysteme fließenden Strom und wird an einem Ausgang 28 abgenommen.

2g Bei der dargestellten Anordnung sind die beiden Tauchspulsysteme 14 und 16 auf gegenüberliegenden Seiten des Waagebalkens 12 angeordnet. Der Waagebalken 12 ist Z-förmig mit einem Mittelteil 30 und zwei zueinander parallelen, gegeneinander versetzten Armen 18 und 20

2Q ausgebildet. Die Tauchspul systeme 14 und 16 sind in den Winkeln angeordnet, die von dem Mittelteil 30 und je einem der Arme 18 bzw. 20 gebildet werden. Das Schwenklager 10 ist eine Kreuzfederaufhängung. Die Kreuzfederaufhängung ist für die NuI1punktjustage in noch zu beschreibender Weise gegenüber einer Basis und der Düse 22 verdrehbar.

Fig. 2 und 3 zeigen den elektro-pneumatisehen Umformer in Einzelheiten in vergrößertem Maßstab. Mit 32 und 34 ₃Q sind Anschlußklemmen bezeichnet, über welche der umzuformende elektrische Strom zugeführt wird. Die Anschluß klemmen 32,34 sind über (nicht dargestellte) flexible Leitungen mit Tauchspulen 36 bzw. 38 der Tauchspulsysteme 14 bzw. 16 verbunden. Die Tauchspul systeme 14 und 16 enthalten je einen Dauermagneten 40 bzw. 42.

Jeder Dauermagnet 40,42 enthält einen zylindrischen Innenteil 44 und einen diesen mit Abstand umgebenden

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Außenteil 46. Innen- und Außenteil 44 bzw. 46 sind durch einen Boden 48 miteinander verbunden und bilden einen ringförmigen Luftspalt 50, in welchem die Tauchspule 36 bzw. 38 axial beweglich ist. Die Magnete 40 und 42 sind auf einer Basis 52 mit einer Grundplatte 54 montiert und durch je vier Schrauben 56 bzw. 58 an der Basis 52 befestigt. Die Kreuzfederaufhängung enthält zwei Paare von gekreuzten Blattfedern 60,62 bzw. 64,66 auf je einer

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Seite des Waagebalkens 12. Jede der Blattfedern ist jeweils mit einem Ende an einem Lagerteil 68 bzw. 70 und mit dem anderen Ende an dem Waagebalken befestigt. Die Lagerteile 68 und 70 sind verdrehbar an der Basis gelagert. Das ist am besten aus den Figuren 4 bis 6 ersichtli ch.

Die Basis 52 besteht aus der Grundplatte 54 und Seitenwangen 72 und 74 mit halbkreisförmigen Lagerausschnitten 76 bzw. 78 zu beiden Seiten des Waagebalkens 12. Die Lagerteile 68 und 70 sitzen mit zylindrischen Lagerflächen 80 bzw. 82 in den Lagerausschnitten 76 und 78. Auf der Außenseite weisen die Lagerteile 68 und 70 einen vorstehenden Rand 84 bzw. 86 auf, der an der Außenseite der Seitenwangen. 72 bzw. 74 anliegt. An den Lagerteilen 68 und 70 sind auf der dem Waagebalken 12 zugewandten Seite Winkelstücke 88 bzw. 90 gebildet. Die Winkelstücke 88 und 90 haben zueinander senkrechte Seitenflächen 92,94 bzw. 96,98. An diesen zueinander senkrechten Seitenflächen 92,94 und 96,98 ist je eine Blattfeder 60,62 bzw. 64,66 mit einem Ende befestigt. An dem Waagebalken 12 sind auf beiden Seiten Winkelstücke 100, 102 gebildet. Die Winkelstücke 100 und 102 haben ebenfalls zueinander senkrechte Seitenflächen 104,106 bzw. 108,110. An den zueinander senkrechten Seitenflächen 106 bzw. 108,110 ist je eine Blattfeder 60,62 bzw. 64,66 mit einem anderen Ende befestigt. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, weisen die Blattfedern verbreiterte Enden 112, 114 zur Befestigung und schmalere Mittelteile 116 auf, so daß die Blattfedern, z.B. 60 und 62 im montierten Zu-

stand umeinandergreifen und die Mittelteile 116 aneinander vorbeigehen. Die Blattfedern bilden auf diese Weise Kreuzfedergelenke, mittels derer der Waagebalken verschwenkbar gelagert ist. Die Lagerteile 68,70 sind mit dem Waagebalken 12 aus der Basis 52 herausnehmbar gehaltert. Durch Verdrehen der Lagerteile kann der Waagebalken 12 in der einen oder der anderen Richtung vorgespannt werden, wodurch eine NuI1punktjustage möglich ist. In der einjustierten Stellung sind die Lagerteile festklemmbar. Das geschieht durch ein Teil 118, das in Fig. 9 dargestellt ist. Das Teil 118 ist ein Federblechzuschnitt mit einem zentralen Durchbruch 120 für den Durchtritt der Tauchspule 38 und des Waagebalkens 12 und mit zwei Federzungen 122,124. Der Federblechzuschnitt 118 liegt auf dem Magneten 42 auf und ist durch die Schrauben 56 zusammen mit diesem befestigt. Die Federzungen 122 und 124 liegen auf der den Lagerausschnitten 76,78 abgewandten Seite an den Lagerflächen 80 bzw. 82 der Lagerteile 68 bzw. 70 an und halten die Lagerteile in der justierten Stellung.

Ein Zuluftanschluß 126 ist auf der Unterseite der Grundplatte 54 vorgesehen. Der Zuluftanschluß 126 steht über die Drossel 24 mit einer Kammer 128 in Verbindung, die von einem O-Ring 130 und einer Platte 132 gebildet ist. In der Platte sitzt die Düse 22, die von einem geraden Rohrstück gebildet ist und mit der Kammer 128 in Verbindung steht. Die Düse 22 endet vor der Fläche 26, die hier von einem Träger für die Tauchspule 36 gebildet ist. Die Platte 132 ist auf dem O-Ring 130 taumelnd bewegbar und kann mittels Schrauben 134 und über die Platte 132 greifender Druckstücke 136 justiert werden.

Die Kammer 128 ist über einen Ringkanal 138 mit einer Bohrung 140 in der Grundplatte 54 verbunden, die den Auslaßanschluß 28 (Fig. 1) darstellt.

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1 Zu beachten ist, daß der Waagebalken 12 zentral symmetrisch zu dem Schwenkpunkt ausgebildet ist.

Claims

Patentansprüche

1. Elektro-pneumatischer Umformer zum Umformen eines elektrischen Stromes in einen pneumatischen Druck enthaltend:

(a) einen durch ein Schwenklager (10) gelagerten, zweiarmigen Waagebalken (12),

(b) ein an dem Waagebalken (12) angreifendes Tauchspulsystem (14), auf welches ein umzuformender elektrischer Strom aufschaltbar ist,

. (c) eine Düse (22), die über eine Drossel (24) mit einer pneumatischen Druckmittelquel1e verbindbar und vor einer Fläche (26) des Waagebalkens (12) angeordnet ist und mit dem Waagebalken (12) ein Düse-Pral1platte-System bi1det, wobei der sich an der Düse (22) einstellende Druck einem von dem Tauchspul system (14) durch den elektrischen Strom auf den Waagebalken (12) ausgeübten Drehmoment die Waage hält,

dadurch gekennzeichnet, daß

(d) zwei Tauchspul systeme (14,16) vorgesehen sind, die beide von dem umzuformenden elektrischen Strom durchflossen sind und an je einem Arm (18,20) des Waagebalkens (12) mit gleichem Drehsinn angreifen.

2. Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchspul systeme (14,16) auf gegenüberliegenden Seiten des Waagebalkens (12) angeordnet sind.

3. Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Waagebalken (12) Z-förmig mit einem Mittelteil (30) und zwei zueinander parallelen, gegeneinander versetzten Armen (18,20) ausgebildet ist und

(b) die Tauchspul systeme (14,16) in den Winkeln angeordnet sind, die von dem Mittelteil (30) und je einem der Arme (18,20) gebildet sind.

4. Elektro-pneumatischer Umformer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenklager (10) eine gegenüber einer Basis (52) und der Düse (22) verdrehbare Kreuzfederaufhängung mit gekreuzten Blattfedern (60,62; 64,66) ist.

5. Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Kreuzfederaufhängung zwei Paare von gekreuzten Blattfedern (60,62; 64,66) auf je einer Seite des Waagebalkens (12) aufweist, die jeweils mit einem

_on Ende an einem Lagerteil (68,70) und mit dem anderen Ende an dem Waagebalken (12) befestigt sind, und

(b) die Lagerteile (68,70) verdrehbar an einer Basis (52) gelagert sind.

6. Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerteile (68,70)
mit dem Waagebalken (12) aus der Basis (52) herausnehmbar gehaltert sind.

7. Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerteile (6b,70)
in einer ei ηjustierten Stellung festklemmbar sind.

8. Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Basis (52) eine Grundplatte (54) und Seitenwangen (72,74) mit halbkreisförmigen Lageraus-

schnitten (76,78) zu beiden Seiten des Waagebalkens (12) aufweist,

(b) die Lagerteile (68,70) mit zylindrischen Lagerflächen (80,82) in den Lagerausschnitten (76,

78) sitzen und

(c) lösbare Klemmglieder (122,124) auf der den Lagerausschnitten (76,78) abgewandten Seite an den
Lagerflächen (80,82) der Lagerteile (68,70) anliegen.

9. Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

gO (a) an den Lagerteilen (68,70) auf der dem Waagebalken (12) zugewandten Seite Winkelstücke (88,90) gebildet sind, an deren zueinander senkrechten
Seitenflächen (92,94; 96,98) je eine Blattfeder (60,62; 64,66) mit einem Ende befestigt ist, und

(b) an dem Waagebalken (12) auf beiden Seiten Winkelstücke (100,102) gebildet sind, an deren zueinander senkrechten Seitenflächen (104,106; 108,110)

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1 je eine Blattfeder (60,62; 64,66) mit einem anderen Ende befestigt ist.

10. Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 9, da-5 durch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (60,62;

64,66) verbreiterte Enden (112,114) zur Befestigung und schmalere Mittelteile (116) aufweisen, so daß die Blattfedern (60,62; 64,66) im montierten Zustand umeinandergreifen und die Mittelteile (116) aneinander IO vorbeigehen.