DE3529842C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckgekapselten Meßumformer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In der industriellen Meß- und Regelungstechnik findet man häufig Vorrichtungen, innerhalb derer mechanische Größen, wie Weg oder Kraft, durch elektrische Größen, wie Spannung, Strom, Widerstand oder umgekehrt elek­ trische Größen durch mechanische Größen, abgebildet werden. Häufig anzutreffende Anordnungen dieser Art sind z. B. elektropneumatische IP- bzw. PI-Wandler (Strom/Druck- bzw. Druck/Strom-Wandler), elektro­ pneumatische Ventilstellungsregler und dergleichen.

Als elektrische Bauelemente zum Umwandeln von Weg­ größen in elektrische Größen findet man dabei häufig DMS-Streifen, den Hallgenerator oder den Differential­ trafo, während in dem Fall, daß elektrische Größen in eine Kraft umgewandelt werden sollen, vielfach Tauch­ spule oder Elektromagnet Anwendung finden, wobei die Tauchspule den Vorzug hat, daß sie eine dem sie durchfließenden Strom genau proportionale Kraft erzeugt.

Vorrichtungen, Instrumente und Geräte der vorstehend angesprochenen Art werden häufig in Betriebsräumen eingesetzt, in denen sich unbeabsichtigt explosions­ fähige Gasgemische bilden können. Vom Betreiber der Anlage werden daher Maßnahmen verlangt, welche sicher­ stellen, daß die zur Zündung der explosionsfähigen Umgebungsatmosphäre notwendige Initialenergie sich unter keinen Umständen ausbilden kann. Lösungsmöglichkeiten für dieses Problem bestehen einmal darin, daß das be­ treffende Gerät in erhöhter Sicherheit ausgeführt wird, wobei durch geeignete Gestaltung der Strompfade und durch die Wahl der Betriebsspannung dafür gesorgt wird, daß die zur etwaigen Gemischzündung notwendige Initialenergie, etwa in Form von Funken oder hohen Oberflächentemperaturen, sich an keiner Stelle der elektrischen Bauelemente, wie etwa der Tauchspule etc., bilden kann. Ein anderer Weg, um den gewünschten Effekt zu erzielen, besteht darin, entweder eine Kapselung mit Schutzspülung oder aber eine druck­ feste Kapselung vorzusehen. Gekapselte Ausführungen haben dabei den Vorzug, daß höhere elektrische Energien angewendet werden können, wodurch sich beispielsweise der Raumbedarf für die elektrischen Bauelemente ver­ glichen mit der vorgenannten eigensicheren Ausführung mit entsprechender Gestaltung der Strompfade etc. in gewissem Umfang verringern läßt.

Die Ausführung mit Druckkapselung hat den Nachteil erheblicher Sperrigkeit bzw. beträchtlichen Gewichtes der entsprechend ausgestalteten Vorrichtung. Das vorstehend beschriebene Problem tritt in der be­ schriebenen Form speziell natürlich bei der eingangs insbesondere hervorgehobenen explosionsgeschützten gattungsgemäßen Vorrichtung auf, besteht grundsätzlich aber auch bei Vorrichtungen der allgemeineren Gattung, bei denen es darum geht, die Übertragung mechanischer Bewegungen aus explosionsgeschützten Räumen zu er­ möglichen, innerhalb derer sich z. B. auf andere Weise als auf elektrischem Wege, z. B. thermisch bzw. durch Funkenbildung, Zündenergie ausbilden kann.

Aus der DE-AS 10 93 900 ist bereits ein Meßumformer der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zwischen der elektrischen Baugruppe und der mechanischen Bau­ gruppe eine Kraft- bzw. Bewegungsübertragung durch eine längsverschiebliche Übertragungsstange er­ folgt. Diese Übertragungsstange muß dabei sorgfältig innerhalb der Bohrung justiert werden, damit ein be­ rührungsfreies Auslenken der Stange möglich ist. Hier­ mit sind erhebliche Lagerungsprobleme verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Meßumformer der eingangs genannten Art dahingehend wei­ terzubilden, daß bei vereinfachtem Aufbau und einfacher Lagerung sowie Justiermöglichkeit eine einwandfreie Übertragung der mechanischen Bewegung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kenn­ zeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im Unterschied zu dem bekannten Meßumformer nach der DE-AS 10 93 900 ist bei dem erfindungsgemäßen Meß­ umformer die Übertragungsstange schwenkbar gelagert. Die Verwendung der Kippbewegung ist besonders vorteil­ haft, weil dabei auch in einfacher Form eine Übersetzung möglich ist. Lagerung und Montage sind günstig, da im ausgelenkten Zustand der Kippstange lediglich die Befe­ stigungsschrauben angezogen zu werden brauchen, um eine einwandfreie Justierung zu gewährleisten, bei der in der mittleren Stellung der Übertragungsstange keine Reibung vorhanden ist. Anders als bei der eingangs ge­ nannten bekannten Vorrichtung sind keinerlei komplizier­ te Justiereinrichtungen etc. notwendig. Besonders vor­ teilhaft ist es, wenn die Übertragungsstange, wie dies Gegenstand einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, in ihrem Mittelbereich verdickt ausge­ bildet ist, da auf diese Weise die Justiermöglichkeit bzw. Lagerung noch weiter verbessert bzw. vereinfacht werden kann.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es ge­ lingt, die Nachteile des Standes der Technik vollstän­ dig dadurch zu beseitigen, daß die Übertragung der me­ chanischen Bewegung durch die die beiden Baugruppen nach der erfindungsgemäßen Lehre trennende Trennwand durch die frei beweglich in der Bohrung schwenkbar an­ geordnete Übertragungsstange erfolgt, welche mit der Innenwand der Bohrung eine Spaltverbindung bildet, die natürlich den entsprechenden Normanforderungen genügen muß. Die Übertragungsstange ist dabei außerhalb der Bohrung in an sich bekannter Weise mittels eines Kreuz­ federgelenkes gelagert, wodurch die leichte Justier­ barkeit und hohe Präzision des Meßumformers nach der Erfindung gewährleistet ist.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Meßumformers, Deckel entfernt, in der Draufsicht;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1; und

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von Fig. 1, wie in Fig. 2 in Richtung der Pfeile gesehen.

Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Meßumformer mit einem in einer ersten Kammer 12 angeordneten Tauchspulsystem 10, welches eine elektrische Baugruppe bildet. In einer zweiten Kam­ mer 16 befindet sich ein Waagebalkensystem 18, eine me­ chanische Baugruppe bildend, wobei das Tauchspulsystem 10 und das Waagebalkensystem 18 durch eine Trennwand 20 von­ einander getrennt sind. Wie insbesondere Fig. 3 erkennen läßt, wirkt ein dort in Schnittansicht im Detail darge­ stelltes Rückführsystem 14 auf eine Prallplatte 22 des Waagebalkensystem 18 mittels Druckluft in bekannter Weise ein. Das durch das Rückführsystem 14 auf das Waagebalkensystems 18 ausgeübte Drehmoment wird über eine Übertragungsstange 24, die in einer zylindrischen Bohrung 26 in der Trennwand zwischen der ersten Kammer 12 und der zweiten Kammer 16 angeordnet ist, auf das in der zweiten Kammer 12 angeordnete Tauchspulsystem 10 übertragen.

Das Waagebalkensystem 18 ist mittels Blattfedern 29 eines Kreuzfedergelenkes weitgehend reibungsfrei gelagert, um auf diese Weise die reibungsarme Übertragung des Drehmomentes durch das Waagebalkensystem 18 zwischen dem Rückführsystem 14 und dem Tauchspulsystem 10 zu ermöglichen. Die Übertragungstange 24 liegt freibeweglich mit Spiel in der Bohrung 26, wobei im in der Längsmitte der Durchbrechung bzw. zylindrischen Bohrung 26 liegenden Mittelbereich der Übertragungstange 24, in dem diese dicker ausgebildet ist an als an ihren an den Enden der Bohrung 26 liegenden Bereichen, ein derartiger Spalt zwischen der Übertragungsstange 24 und der Innenwand der Bohrung 26 gegeben ist, daß die ent­ stehende Spaltverbindung hinsichtlich des Verhältnisses von Spaltlänge zu Spaltbreite den einschlägigen VDE- Bestimmungen für schlagwettergeschützte und explosions­ geschützte elektrische Betriebsmittel (DIN EN 50 018) oder anderen entsprechenden ausländischen Bestimmungen (CSA, FM, UL usw.) entspricht. Dies wird bei dem dar­ gestellten Ausführungsbeispiel dadurch sichergestellt, daß das Waagebalkensystem 18 die zylindrische Über­ tragungsstange 24 aufweist, die in der langen, zylin­ drischen Bohrung 26, welche die Trennwand 20 durch­ setzt, und einer sich an diese anschließenden Hülse 28 angeordnet ist, wobei die Übertragungsstange 24 im Bereich ihrer Kippachse zur Verringerung der Spalt­ breite verdickt ausgebildet ist, wie dies vorstehend bereits beschrieben wurde.

Dadurch, daß bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die druckgekapselte erste Kammer 12 zur Aufnahme des Tauchspulsystems 10, also der elektrischen Bau­ gruppe, die nicht druckgekapselte zweite Kammer 16 zur Aufnahme des Rückführsystems 14, also der me­ chanischen Baugruppe, sowie die von der Übertragungs­ stange 24, reibungsarm und frei beweglich in der Bohrung 26 angeordnet, durchsetzte Trennwand 20 vor­ gesehen sind, ist bei entsprechender Ausbildung des zwischen der Übertragungsstange 24 und der Innen­ wand der Bohrung 26 vorhandenen Spaltes gewähr­ leistet, daß bei entsprechend großer Spaltlänge und geringer Spaltbreite ein Durchschlagen einer Zündung zuverlässig vermieden wird. Dementsprechend braucht also bei uneingeschränktem Explosionsschutz lediglich ein Teil eines Regelgerätes oder der­ gleichen druckgekapselt ausgebildet zu werden.

Die vorstehend beschriebene Übertragung einer mechanischen Größe mittels einer durch eine zylindrische Bohrung oder dergleichen geführten Übertragungsstange kann auch in anderen Fällen eingesetzt werden, in denen eine mechanische Größe aus einer druckgekapselten Kammer, welche beispielsweise elektrische Bauelemente enthält, in eine nicht-druckgekapselte Kammer, oder umgekehrt, zu übertragen ist.

Claims (5)

1. Druckgekapselter Meßumformer zum Übertragen Meßgrößen darstellender mechanischer Bewegungen aus einem explosions­ geschützt gegenüber einer explosionsgefährdeten Umgebungs­ atmosphäre abgeschlossenen Raum, und/oder umgekehrt, insbe­ sondere explosionsgeschützte Vorrichtung zum Umwandeln mechanischer Größen, wie Weg oder Kraft, in elektrische Größen, wie Strom oder Spannung, oder umgekehrt, insbe­ sondere für Meß- und Regelungszwecke, mit elektri­ scher Energie (Strom und/oder Spannung) beaufschlagba­ ren elektrischen Bauelementen einerseits und mit mecha­ nischer, wie pneumatischer oder hydraulischer Energie beaufschlagbaren mechanischen Bauelementen andererseits sowie einer Druckkapselung zum Verhindern eines Zündens einer die Vorrichtung umgebenden explosionsfähigen Umgebungsatmosphäre mittels der elektrischen Energie, wobei der abgeschlossene Raum von der explosionsgefähr­ deten Umgebung durch eine Trennwand getrennt ist, die von einer als Bohrung mit kreisförmigem Querschnitt aus­ gebildeten Durchbrechung durchsetzt ist, in der durch­ schlagsicher eine mittels einer außerhalb der Bohrung angeordneten Federeinrichtung gelagerte Übertragungs­ stange mit kreisförmigem Querschnitt reibungsarm frei beweglich angeordnet ist, die zu einer elektrischen Baugruppe zusammengefaßten elektrischen Bauelemente in einer explosionsgeschützt druckgekapselt ausgebildeten ersten Kammer aufgenommen sind, deren Wandung zumindest teilweise durch die Trennwand gebildet ist, die zu einer mechanischen Baugruppe zusammengefaßten mechani­ schen Bauelemente in einem mit der Umgebungsatmosphäre in explosionsungeschützter Verbindung stehenden Raum angeordnet sind und der mit der Umgebungsatmosphäre explosionsungeschützt in Verbindung stehende Raum als eine zweite Kammer ausgebildet ist, die von der ersten Kammer durch die Trennwand getrennt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Übertragungsstange (24) in der Bohrung (26) um eine Kippachse schwenkbar angeordnet ist, und daß die Federeinrichtung ein Kreuzfedergelenk (29) ist.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltverbindung als Labyrinth ausgebildet ist.

3. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Übertragungsstange (24) in ihrem nahe den Enden der Bohung (26) gelegenen Bereichen dünner ausgebildet ist als in ihrem der Längsmitte der Bohrung (26) benachbart liegenden, die Zünddurchschlagsicherheit gewährleistenden und die Kippachse der Übertragungsstan­ ge (24) virtuell enthaltenden Mittelbereich.

4. Meßumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünneren Bereiche der Übertragungsstange (24) in den dickeren Mittelbereich über zur Längsmittelachse der Übertragungsstange (24) rotationssymmetrische ko­ nische Verbindungsbereiche übergehen.

5. Meßumformer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kippachse der Übertragungsstange (24) in der Längsmitte der Bohrung (26) liegt.