DE3514959A1 - Explosionsgeschuetzter, elektromechanischer umformer - Google Patents

Description

Explosionsgeschützter, elektromechanischer Umformer

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Umformer gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Solche Umformer werden in Verbindung mit elektropneumatischen Meß- und Regelgeräten, Regelventilen, Stellungsgebern und dergleichen eingesetzt und müssen zum Einsatz in explosionsgefährdeten Räumen den jeweiligen technischen Vorschriften entsprechend explosionsgeschützt ausgebildet sein. Man hat hierzu bisher den Umsetzer in ein explosionssicheres Gehäuse eingebaut. Dies bedeutet jedoch Schwierigkeiten beim Zusammenbau und insbesondere beim Abgleich oder bei der Reparatur solcher Umsetzer. Aufgabe der Erfindung ist es folglich, einen explosionsgeschützten, elektromechanischen Umformer zu schaffen, der einfach und übersichtlich aufgebaut und darüber hinaus auch leicht zu montieren, zu justieren und ggf. auszuwechseln ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Der Umformer selbst ist explosionssicher ausgebildet, so daß ein besonderes, ihn umgebendes, explosionssicheres Gehäuse entfallen kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger, in den Zeichnungen wiedergegebener Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Schnitt durch eine erste Ausführungsform;

Fig. 2 die Draufsicht auf eine mehrarmige Scheibenfeder zur Abstützung des Ausgangssteuerglieds; Fig. 3 u. 4 in schematischer Darstellung die Anwendung des neuen Umformers in einem elektropneumatischen Stellungsgeber bzw. einem elektropneumatischen Umformer;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des Umformers;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die zugleich als Stromzuführung zur Tauchspule dienenden Blattfedern; und

Fig. 7 eine gegenüber Fig. 5 weiter vereinfachte Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 ist der Topfkern 8 mittels Schrauben 9 auf der Stirnwand eines hohlzylindrischen Gehäuses 1 befestigt/ welches beispielsweise die elektrische Anschlußvorrichtung umschließt, wie dies später anhand von Figur 7 erläutert wird. Dieses Gehäuse 1 umschließt explosionssicher die Anschlußleitungen 16A und 16B. Der Topfkern 8 ist Teil des Umformers 7 und schließt zugleich die zylindrische öffnung des Gehäuses 1 explosionssicher und luftdicht ab. Er bildet zusammen mit einem Deckel 13 ein explosionsgeschütztes Gehäuse. Der Deckel weist einen Gewindekragen 13A auf, der auf einen zylindrischen Gewindeansatz 12 des Topfkerns aufgeschraubt ist. Ein zylindrisches Joch 10 wird mit Hilfe des Permanentmagneten 14 im Zentrum des Topfkerns 8 gehalten. Der scheibenförmige Permanentmagnet ist in Achsrichtung magnetisiert, so daß wie dargestellt seine Oberseite einen Nordpol und seine Unterseite einen Südpol bildet. Auf diese Weise ergibt sich eine äußerst einfache Montage des Jochs 10 auf dem Boden des Topfkerns 8. Die Befestigung kann jedoch auch auf andere Wiese erfolgen.

Die Tauchspule 11 wird in einem ringförmigen Magnetspalt gehalten, der zwischen der Seitenwand des Topfkerns 8 und dem zentralen Joch 10 entsteht. Sie wird von zwei oder mehreren Schraubenfedern 15A, 15B abgestützt, welche zugleich als elektrische Zuleitungen zu den Glas/Metalldurchführungen 38A bzw. 38b dienen. Diese im Boden des Topfkerns 8 vorgesehenen elektrisch isolierten und explosionssicheren Durchführungen stehen über Anschlußdrähte 16A bzw. 16B mit einer im Gehäuse 1 vorgesehenen Anschlußvorrichtung in Verbindung.

ORIGINAL INSPECTED

Der Peckel 13 besteht aus einem magnetischen oder nicht magnetischen Material und ist über die Schraubverbindung 13a luftdicht mit dem Topfkern verbunden. Die Länge des im Kragen 13a vorgesehenen Gewindes entspricht der durch die Norm vorgeschriebenen Länge des Kriechweges.

Durch die Mitte der Bodenplatte 13b des Deckels 3 ragt das Ausgangsstellglied 21 hindurch. Es ist über eine Scheibe 22 mit der Tauchspule 11 verbunden. Die öffnung 20 im Deckel 13 bildet zusammen mit dem Ausgangsstellglied 21 einen schmalen Luftspalt d, dessen Länge 1 und Querschnitt den genormten Anforderungen an explosionssichere Durchführungen entspricht. Auch die Wandstärke des Deckels 13 ist auf diese Normanforderungen abgestimmt. Das Ausgangsstellglied in Form der Stange 21 ragt beruhrungsfrei durch die öffnung 20 hindurch und stützt sich außerhalb des Deckels 13 an einer dreiarmigen Scheibenfeder 24 ab, die über Abstandsstücke 23 auf dem Deckel 13 befestigt ist. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer solchen mehrarmigen Scheibenfeder, wie sie an sich in verschiedenen Ausführungen bekannt ist.

Im Betrieb wird der Tauchspule 11 des Umformers über die Leitungen 16A und 16B ein Gleichstrom zugeführt, welcher im Zusammenwirken mit dem vom Permanentmagneten 14 erzeugten Magnetfeld im ringförmigen Luftspalt zwischen dem zentralen Joch 10 und dem Topfkern 8 bzw. Deckel 13 eine Verstellung der Tauchspule in Achsrichtung und damit eine Verschiebung des Ausgangsstellgliedes 21 bewirkt. Strom und Magnetfeld erzeugen eine auf die Tauchspule einwirkende Kraft, welche der Rückstellkraft der Scheibenfeder 24 entgegenwirkt. Das Kraftgleichgewicht bestimmt die jeweilige Lage des Ausgangsstellgliedes 21.

Als Anwendungsbeispiel zeigt Fig. 3 einen elektropneumatischen Stellungsgeber 25, in dessen Gehäuse das Ausgangsstellglied 21 des Umformers hineinragt. Im Stellungsgeber 25 befinden sich eine Düse/Prallplattenanordnung

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sowie eine mechanische Rückführung. Die Prallplatte wird durch einen einseitig, an einer Lagerstelle 26 schwenkbar gelagerten Waagebalken 28 gebildet, der über ein Kreuzfedergelenk 27 mit dem Ausgangsstellglied 21 des Umformers verbunden ist. Die Düse 29 steht der Prallplatte 28 gegenüber. Ein pneumatischer Ventilantrieb 30 ist mit Hilfe eines an seiner Antriebsstange vorgesehenen Stifts 32 und eines Langlochs im Rückführhebel 34 mit diesem Rückführhebel gekoppelt, der um eine gehäusefeste Achse 37 schwenkbar ist und an seinem freien Ende über eine Rückführfeder 31 mit dem Hebel 28 verbunden ist. Einem pneumatischen Verstärker 36 wird von einer nicht dargestellten Druckluftquelle gefilterte Druckluft P_ zugeführt? mit deren Hilfe wird das von der Düse 29 kommende pneumatische Signal verstärkt und über die Leitung 35 dem pneumatischen Antrieb 30 zuführt. Die Wirkungsweise solcher elektropneumatischer Stellungsgeber 25 ist an sich bekannt. Wird das Ausgangsstellglied 21 auf Grund eines dem Umformer zugeführten elektrischen Signals nach oben bewegt, so dreht sich der Hebel 28 im Uhrzeigersinn, hebt also von der Düse 29 ab, so daß der Staudruck in der Düse und damit das Eingangssignal für den Verstärker 36 zurückgeht, über die Leitung 35 wird der pneumatische Antrieb mit dem verstärkten Staudrucksignal beaufschlagt und verstellt das Ventil in Öffnungsrichtung. Zugleich wird über die mechanische Verbindung 32, 33 der Rückführhebel 34 im Gegenuhrzeigersinn verstellt, wodurch über die Feder 31 eine im Gegenuhrzeigersinn auf die Prallplatte 28 einwirkende Kraft übertragen wird. Sobald sich zwischen dieser Kraft und derjenigen des Ausgangsstellgliedes 21 ein Gleichgewicht ergibt, hört die Bewegung der Prallplatte 28 auf,und der dann vorhandene Staudruck in der Düse 29 bestimmt die Stellung des Ventils 30.

Figur 4 zeigt einen elektropneumatischen Umsetzer unter Verwendung des eingangs beschriebenen elektromechanischen Umformers. Auf die Prallplatte 28' wirkt über den Balg 30' eine Rückstellkraft ein, welcher der vom Ausgangssteuerglied

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21' über das Kreuzfedergelenk 27' ausgeübten Kraft die Waage hält. Das pneumatische Ausgangssignal P entspricht dann der mechanischen Stellung des Ausgangssteuerglieds 21'.

Figur 5 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform des elektromechanischen Umformers und Figur 6 eine Draufsicht auf die einerseits der Abstützung der Tauchspule 11' und andererseits der Stromzuführung dienenden Blattfedern 15A¹ und 15B¹ mit ihrer Befestigung an der Stirnwand des Topfkerns 8' und am Spulenträger 22'. Der Deckel 11' und der von ihm getragene Topfkern 8¹ sind hier mit Hilfe der Schrauben 9 an der Stirnfläche des zylindrischen Anschlußgehäuses 1 befestigt und bilden zusammen ein explosionssicheres Gehäuse. Das zylindrische Joch 10' ist über den Permanentmagneten 14¹ am Boden des hier nach unten hin offenen Topfkerns 8' gehalten. Die Tauchspule 11· ist über den Spulenhalter 22' (vgl. Fig. 6) mit dem Ausgangsstellglied 21' verbunden, welches durch eine fluchtende öffnung 40 im Boden des Topfkerns 8', im Permanentmagneten 14' und im Joch 10' hindurchragt. Auch hier ergibt sich ein, den Vorschriften für explosionsgeschützte Geräte entsprechender schmaler Luftspalt d·. Die Spulenhaltescheibe 22' wird elastisch von zwei geschwungenen Blattfedern 15A¹ und 15B¹ getragen, wobei das Ausgangsstellglied 21' außerdem von der Scheibenfeder 24 (vgl. Figur 2) gehalten ist. Die beiden Blattfedern 15A¹ und 15B¹ sind zentralsymmetrisch angeordnet und ihr Abstützende ist an der unteren Stirnfläche des Topfkerns 8 angeschraubt, über elastische Drähte 16A¹ und 16B¹ sind die beiden zugleich als elektrische Zuleitungen dienenden Abstützfedern 15A¹ und 15B¹ mit den Durchführungen 18a¹ bzw. 18b¹ durch den Deckel 13' verbunden. Letzterer bildet zugleich eine Außenwand des Gehäuses 1. Seine Abstützflächen 39 liegen an der Stirnseite des Gehäuses 1 an und sind hieran mit Schrauben 9 befestigt. Der Deckel 13' bildet hier also zugleich eine Trennwand des Gehäuses 1, während bei der Ausführungsform nach Fig. der Boden des Topfkerns 8 diese Funktion hatte. Ist das Gehäuse 1 selbst explosionssicher, so kann ggf. der Deckel

13' entfallen.

Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Umformers ohne einen solchen Deckel 13 oder 13'. Der Halteflansch 39· des Topfkerns 8¹ liegt hier unmittelbar an der Stirnfläche des Gehäuses 1' an, in dessen Trennwand 44 die elektrischen Durchführungen 46A und 46B für den Anschluß der Tauchspule 11' vorgesehen sind. Innerhalb des Anschlußgehäuses 41 befindet sich die Anschlußplatte 42. Kabeleinführungsstutzen 43A und 43B nehmen die nicht dargestellten Anschlußkabel auf. Die Verbindung zwischen den Durchführungen 46 und der Anschlußplatte 42 wird durch Anschlußdrähte 45A bzw. 45B hergestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die explosionsgeschützte Unterbringung von Spule und Anschlüssen erst dann gegeben, wenn der Topfkern 8', einschließlich des Umformers, auf den Halteansatz 1¹ des Anschlußgehäuses 46 abgedichtet aufgesetzt ist. Der Umformer ist nicht nur für Stellungsgeber und elektropneumatische Umformer, sondern auf für beliebige andere Anwendungszwecke geeignet, bei denen in einer explosionsgefährdeten Umgebung ein elektrischer Strom in eine mechanische Verstellbewegung umgesetzt werden soll.

Das topfförmige Joch, genannt Topfkern, zusammen mit dem Deckel oder einem als Deckel wirksamen Teil eines Anschlußgehäuses bildet eine explosionssichere Kammer zur Unterbringung der elektrischen Bauelemente des Umformers. Die beruhrungsfreie Durchführung des Ausgangssteuergliedes durch einen schmalen explosionshemmenden Luftspalt führt zu einer mangels Reibung an Abdichtungsstellen hysteresefreien und geringe Kräfte benötigenden übertragung der mechanische Stellbewegung. Durch Wegfall eines besonderen explosionshemmenden Gehäuses und durch Ausbildung des Umformers selbst als explosionssicheres Gehäuse werden Aufwand und Kosten für die Herstellung des Umformers verringert und zugleich damit das Volumen der im inneren des Umformers vorhandene Kammer auf ein Minimum verringert. Damit wird die Explosionsgefahr weiter herabgesetzt. Die

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Konstruktion des neuen elektromechanischen Umformers kann sowohl bei der Umformung eines elektrischen Stroms in
eine mechanische Stellbewegung als auch bei der Umformung in eine Kraft (ohne merkbare Stellbewegung) mit Vorteil
angewandt werden.

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Claims (10)

35U959 CO. LTD. 24. April 1985 12-12 Shibuya, 2-Chome 98005921 DE Shibuya-ku HR/ep Tokio, Japan Explosionsgeschützter, elektromechanischer Umformer Patentansprüche:

1. Explosionsgeschützter, elektromechanischer Umformer mit einem Topfkern sowie einer Tauchspule, welche mit dem mechanischen Ausgangsstellglied des Umformers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Topfkerns (8, 8')» von einem axial magnetisierten Dauermagneten (14, 14*) gehalten, ein zylindrisches Joch (10, 10') vorgesehen ist;

die Tauchspule (11, 11') elastisch abgestützt in dem durch das Joch und den Topfkern (8, 8¹) gebildeten Ringspalt des Magnetkreises angeordnet ist; und

das Ausgangsstellglied (21) unter Bildung eines explosionssicheren Luftspalts (d) durch eine öffnung im Gehäuse des Umformers hindurchragt.

2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic hnet, daß die öffnung des Topfkerns (8) durch einen Deckel (13) verschlossen ist;

. _sdas Ausgangsstellglied (21) durch eine öffnung (20) im Deckel (13) hindurchragt; und

das zylindrische Joch (10) samt Permanentmagnet (14) am Boden des Topfkerns (8) gehalten ist (Fig. 1).

3. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Topfkern (8¹) an seinem Boden den Permanentmagneten (14¹) samt zylindrischem Joch (10¹) trägt und das Ausgangsstellglied (21') durch eine fluchtende öffnung (40) im zylindrischen Joch (10¹), im Permanentmagneten (14¹) und im Boden des Topfkerns (8¹) hindurchragt (Fig. 5 und 7).

ORIGINAL üioPuO

4. Umformer nach einem, der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der elastischen Abstützung der Tauchspule (11, 11') dienende Federn (15A, 15B; 15A¹, 15B¹) zugleich als Stromzuführungen zur Tauchspule ausgebildet sind.

5. Umformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstützfedern (15) mit im Boden des Topfkerns (8) (Fig. 1) oder in einer anderen Gehäusewand (13¹, 44) (Fig. 1 und 7) vorgesehenen elektrisch isolierten Durchführungen (38, 46), vorzugsweise Glas/-Metalldurchführungen oder Keramik/Metalldurchführungen verbunden sind.

6. Umformer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützfedern (15A, 15B) als Schraubenfedern ausgebildet sind (Fig. 1).

7. Umformer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützfedern (15A¹, 15B¹) als Blattfedern ausgebildet sind (Fig. 5, 6, 7).

8. Umformer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsstellglied (21) außerhalb des Gehäuses durch eine Scheibenfeder (24) gehalten ist.

9. Umformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (3) mit einem Gewindekragen (13¹) auf den Topfkern (8) aufgeschraubt ist.

10. Umformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfkern (8¹) mit seiner öffnung abgedichtet auf eine Wand (13', 44) eines die elektrischen Anschlüsse (42) aufnehmenden Gehäuses (1, 41) aufgesetzt ist,