DE7028980U - Vorrichtung zur abgabe eines drucksignales auf das auftreten einer schwachen kraft hin. - Google Patents

Description

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umsetzung einer mit schwacher Intensität auftretenden Kraft in ein pneumatisches Signal.

Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Neuerung enthält einen Arm, Einrichtungen zur schwenkbaren Lagerung des betreffenden Armes sowie Einrichtungen, durch die eine umzusetzende Kraft derart auf den Arm ausgeübt wird, dass dieser versucht, sich in Wirkrichtung dieser Kraft zu drehen. Ferner umfasst die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Neuerung Ausgleichseinrichtungen, die auf die Drehung des Armes hin einen pneumatischen Druck zu erzeugen imstande sind, der auf ein gegen den Arm wirkendes Glied derart einwirkt, dass der betreffende Arm in eine entgegen der Wirkrichtung der umzusetzenden Kraft verlaufende Richtung geschwenkt wird, und zwar soweit, bis er eine Ausgleichslage eingenommen hat, in welcher der betreffende Druck der betreffenden Kraft proportional ist.

Bei den zur Zeit verwendeten entsprechenden Umsetz-Vorrichtungen ist das Reaktions- oder Wirkorgan bzw. -glied ein Balg bzw. ein Gebläse, und der Arm wird von einem Stützlager schwenkbar gehalten.

Die vorliegende Neuerung unterscheidet sich von derartigen bekannten Vorrichtungen dadurch, dass die den Arm haltenden Einrichtungen einen Metalldraht enthalten, der die Drehachse des betreffenden Armes bildet, und dass das Reaktionsorgan bzw. -glied ein mechanisch freies Organ bzw. Glied ist.

Zweckmäßigerweise wird als Reaktionsorgan eine bewegliche Kugel verwendet, die von einer gegenüber dem betreffenden Arm liegenden Bohrung einer Rohrleitung aufgenommen ist und die diese freizugeben imstande ist.

Die erwähnte Rohrleitung liegt normalerweise in einem Druckluftkreis bzw. pneumatischen Kreis, in welchem sich eine Düse befindet, die in entsprechender Weise gegenüber dem Arm liegt, und zwar auf der gleichen Seite, auf der auch die Kugel liegt. Diese Rohrleitung wird mit Druckluft gespeist, wozu sie mit einer Speiserohrleitung verbunden ist, welche wiederum mit einer Übertragungsrohrleitung verbunden ist.

An Hand von Zeichnungen wird die Neuerung nachstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine Ausführungsform gemäß der Neuerung. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der gleichen Anordnung. Fig. 3 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Fig. 4 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine vereinfachte Variante der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Fig. 5 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine vervollständigte Variante der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Fig. 6 bis 8 zeigen jeweils eine Variante der Vorrichtung gemäß der Neuerung, unter Veranschaulichung der Einrichtungen, durch die eine umzusetzende Kraft erzeugt wird. Fig. 9 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine Einrichtung, durch die eine Vielzahl von Kräften auf einen Arm ausgeübt wird.

Die Vorrichtung gemäß der Neuerung, wie sie schematisch in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, enthält einen Arm 1, der um eine Achse
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schwenkbar ist. Hierfür sind Einrichtungen 2 vorgesehen, welche einen Torsionsdraht 3 enthalten, der horizontal durch eine U-förmige Blattfeder 4 gehalten wird. Diese Blattfeder 4 hält die Spannung des Drahtes aufrecht. An beiden Enden des Drahtes sind durch Lötung, Schweißung oder Einfassung zwei Teile 5 und 5' befestigt, die eine konische oder sphärisch gekrümmte Abstützfläche aufweisen und die von Einschnitten 6, 6' der Schenkel 4a, 4b der Blattfeder 4 derart aufgenommen sind, dass die betreffenden Schenkel an den beiden Teilen elastisch anliegen. Dadurch wird ein Druck in entgegengesetzten Richtungen wirksam, durch den der Draht gespannt wird. Die durch die Blattfeder auf den Torsionsdraht ausgeübte Spannung ist dabei so bemessen, dass gewährleistet ist, dass die Gelenk- oder Schwenkungsachse feststeht, und zwar trotz der Wirkung des bei den jeweiligen Messungen auftretenden Kräftespiels und trotz der jeweils auftretenden Beschleunigungen.

Bei dem erwähnten Draht handelt es sich z.B. um einen elastischen Metalldraht mit einem Durchmesser von 0,3 mm und einer Länge von 15 mm; die Blattfeder besteht aus Phosphorbronze.

Der Arm ist unter rechtem Winkel zu dem betreffenden Draht verlaufend in geeigneter Weise befestigt, wie z.B. dadurch, dass der Draht zwischen der Oberseite des Armes und einem Druckorgan oder -glied 7 festgehalten wird, das mittels einer Schraube 8 an dem Arm befestigt ist.

Das Reaktionsorgan ist hier durch eine Kugel 10 gebildet, die beweglich von einem Ende eines Zylinders 11 aufgenommen ist, dessen anderes Ende mit einer Drucklufteinrichtung verbunden ist. Diese Drucklufteinrichtung ist in der Zeichnung mit 9 bezeichnet und schematisch durch ein Rechteck angedeutet.

Die beschriebene Vorrichtung wirkt nun in der Weise, dass auf eine Drehung des Armes hin, und zwar unter der Wirkung einer umzusetzenden Kraft F, ein pneumatischer Druck erzeugt wird, der das konvertierte bzw. umgesetzte Signal bzw. die umgesetzte Größe der betreffenden Kraft darstellt. Dieser Druck wird über die Kugel derart auf den betreffenden Arm zur Wirkung gebracht, dass dieser in einer Richtung geschwenkt wird, die der Wirkrichtung der Kraft F entgegengesetzt ist.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen dieser Vorrichtung näher beschrieben.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 enthält die Ausgleichseinrichtung eine Düse 16, die durch eine Speiserohrleitung 12 mit Druckluft gespeist wird. Diese Speiserohrleitung 12 enthält einen pneumatischen Widerstand bzw. Druckwiderstand 15, der z.B. durch eine Verengung in der Rohrleitung gebildet ist. Es sei bemerkt, dass die Düse einen Innendurchmesser in der Größenordnung von 0,5 mm aufweist und dass die Verengung durch ein kurzes zylindrisches Loch mit einem Durchmesser von ca. 0,2 mm gebildet ist.

Eine Rohrleitung 13 verläuft unterhalb des Druckwiderstands 15 von der Speiserohrleitung 12 seitlich weg, und zwar in Richtung der Speisung, und der Zylinder 11 ist seitlich mit dieser Rohrleitung verbunden.

Dabei stellt der Druck PtiefS den Austrittsdruck der Rohrleitung 13 dar; er wirkt in gleicher Weise auf die in dem Zylinder 11 befindliche Kugel 10, und er ist gleich dem Druck PtiefB, der in der Speiserohrleitung 12 hinter dem Druckwiderstand 15 herrscht. Dieser Druck nimmt dabei zu, wenn der Arm sich der Düse nähert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Kugel beweglich zwischen dem Arm und einem Kugelsitz 17 gelagert, dessen

Durchmesser etwas höher liegt als der der Kugel. Der betreffende Kugelsitz befindet sich an dem Ende der Rohrleitung 18, die durch einen Druckwiderstand 15 hindurch mit Druckluft versorgt wird. Der Umsetzdruck PtiefS wird durch einen Anschluss an die Leitung 18 hinter dem Druckwiderstand erzielt.

Die Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 zeigen, dass eine zu lange Ansprechzeit von Nachteil ist, wenn das Volumen der Übertragungsrohrleitung nicht sehr klein ist. Eine Lösung des betreffenden Problems besteht in der Vergrößerung des Durchmessers des pneumatischen Widerstands bzw. Druckwiderstands. Dadurch nimmt jedoch der Luftverbrauch in der betreffenden Vorrichtung erheblich zu.

Die Vorrichtung nach Fig. 5 wird bevorzugt verwendet, da sie einen Druckverstärker zwischen der Düse 16 und der Kugel 10 enthält. Bei dieser Ausführungsform ist die Übertragungsrohrleitung 13 an einen Ausgang 19a des Druckverstärkers 19 angeschlossen, dessen einer Eingang 19b an die Speiserohrleitung 12 der Düse 16 vor dem Druckwiderstand 15 angeschlossen ist und dessen anderer Eingang 19c hinter dem Druckwiderstand 15 an der Rohrleitung 12 angeschlossen ist. Der Druckverstärker 19 enthält ein Doppelklappenventil 20, das durch den Speisedruck PtiefA vor dem Druckwiderstand 15 und durch den Druck in der Düse (also hinter dem Druckwiderstand) gesteuert wird und das an dem Ausgang 19a des Druckverstärkers einen Druck PtiefS erzeugt, der proportional der Ausgleichskraft bzw. der ausgeglichenen Kraft F des Armes ist. Der hinter dem Druckwiderstand 15 herrschende Druck ist dabei mit PtiefP bezeichnet; er ändert sich mit Annäherung des Armes an die Düse
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Der Druck PtiefS wird über ein Filter 21, das in Reihe mit der Speiserohrleitung des die Kugel 10 enthaltenden Zylinders 11 liegt, auf die Kugel 10 übertragen.

Der Austrittsdruck PtiefS entspricht der umgesetzten Kraft F gemäß der folgenden Beziehung:
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Die Empfindlichkeit b kann dabei dadurch verändert werden, dass der Abstand zwischen der Achse des Zylinders 11 und der Schwenkungsachse
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des Armes geändert wird, und der Wert der Vorrichtung kann dadurch geändert werden, dass eine Feder 22 mehr oder weniger stark gespannt wird.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kugel einen möglichst kleinen, im allgemeinen bei 2 bis 3 mm liegenden Durchmesser besitzt. Das Filter, das die ggfs. auftretenden Stöße abhält, die durch die Luft hervorgerufen werden, ermöglicht eine Verringerung des Spiels zwischen der Kugel und dem Zylinder, in welchem die betreffende Kugel schleift. Auf diese Weise ist die Luftabgabe verringert.

Die betrachteten Ausführungsformen sind im übrigen nur möglich, da die durch die Kraft F und durch die Reaktionskraft der Kugel und des Armes erzeugten Wirkungen schwach sind und eine Stärke besitzen, die Dezi-Newton beträgt anstatt Deka-Newton. Bei den klassischen Anordnungen, bei denen die betreffenden Kräfte mehrere zehn Newton betragen, müsste man zur Beibehaltung des gleichen Sicherheitsspielraumes hinsichtlich des Risikos eines Bruches die Drahtspannung proportional vergrößern und folglich auch den Drahtquerschnitt. Die Steifigkeit ändert sich nun mit dem Quadrat des Querschnitts; sie nimmt sehr schnell Werte an, die im Interesse der betreffenden Kombination bzw. Verbindung verboten sind. Im Gegensatz dazu zeigt die Vorrichtung gemäß der Neuerung nun Vorteile, die durch andere Arten bekannter Gelenkverbindungen nicht erzielbar sind: Im Unterschied zu Stützlagersystemen ist keine Kopplungsreibung vorhanden, die neben dem Messsignal auftritt; die Steifigkeit des Gelenklagers ist kleiner als jene bei Anordnungen, die quer zu dem Lager verlaufende Biegeblätter enthalten.

Die Vorrichtung gemäß der Neuerung ist auch viel einfacher als die bisher bekannten entsprechenden Anordnungen, und sie ermöglicht die Realisierung von kleinen Abmessungen. Die geringe Steifigkeit bringt auch den Vorteil der relativ hohen Genauigkeit der betreffenden Vorrichtung mit sich. Im übrigen nimmt insbesondere der Einfluss der Änderungen des Speisedrucks und der Ungenauigkeit des erwähnten Verstärkers ab, wenn die Biegsamkeit oder Nachgiebigkeit zunimmt.

Die Kraft F wird durch irgendeine bekannte Einrichtung erhalten, bei der Kraft F handelt es sich z.B. um die Kraft, die von einem Elektromagneten ausgeübt wird, wie dies die Ausführungsform gemäß Fig.

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veranschaulicht. Dabei wird die Kraft durch einen Strom erzeugt, der eine Spule 23 durchfließt, die in einem Luftspalt eines Magneten 24 untergebracht ist. Die Kraft F kann auch durch eine Membran erzeugt werden, und zwar durch einen sehr schwachen Druck. Die Membran hat dabei einen größeren Durchmesser, und ferner ist sie biegsam. In Fig. 7 ist eine derartige Ausführungsform gezeigt. Die Membran ist dabei mit 25 bezeichnet.

Bei einer Variante der Vorrichtung gemäß der Neuerung wird die Kraft F durch die Zusammenziehung einer Feder 26 erzielt (Fig. 8), deren eines Ende an dem Arm 1 befestigt ist und deren anderes Ende mit einem Bourdon-Rohr verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform wird mit Umsetzung des jeweils vorhandenen Druckes von dem betreffenden Bourdon-Rohr ein normiertes Drucksignal erzeugt.

In Fig. 9 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Kraft F durch eine Kugel erzeugt wird. Der Druck ist dabei gegen den schwenkbaren Arm gerichtet. Auf dem betreffenden Arm werden durch drei Kugeln insgesamt drei Kräfte ausgeübt. Zwei der betreffenden Kugeln wirken dabei in derselben Richtung, und die dritte Kugel wirkt in dazu entgegengesetzter Richtung. Die Kräftewirkung ist von der Art, dass der Austrittsdruck PtiefS folgender Beziehung genügt: PtiefS = a Ptief1 + b Ptief2 - c Ptief3.

Claims (9)

1. siehe Seite 12

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldraht (3) elastisch festgehalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldraht (3) von einer Blattfeder (4) gehalten ist, die U-förmig ausgebildet ist und deren Schenkel (4a, 4b) die beiden Enden des Drahtes (3) an gegenüberliegenden Seiten auseinanderziehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Metalldrahtes (3) an Kegeln oder Kugeln (5, 5') befestigt sind, welche von Einschnitten (6, 6') in den Schenkeln (4a, 4b) aufgenommen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsorgan (10) eine bewegliche Kugel (10) ist, die von einer Bohrung eines Zylinders (11) aufgenommen ist, dessen Bohrung gegenüber dem Arm (1) liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsorgan (10) eine bewegliche Kugel (10) ist, die zwischen einem Kugelsitz (17) und dem Arm (1) gehalten ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtungen eine Düse (16) enthalten, die mit ihrem Ende vor dem Arm (1) mündet und die mit Druckluft von einer Speiserohrleitung (12) her gespeist ist, dass die Speiserohrleitung (12) mit einer Übertragungsrohrleitung (13) verbunden ist und dass das Reaktionsorgan (10) beweglich an einem Ende einer Rohrleitung vorgesehen ist, deren anderes Ende mit der Übertragungsrohrleitung (13) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsrohrleitung (13) mit der Speiserohrleitung (12) über einen Druckverstärker (19) verbunden ist.

9. siehe Seite 12

1. Vorrichtung zur Abgabe eines Drucksignals auf das Auftreten wenigstens einer schwachen Kraft hin, unter Verwendung eines Armes, der auf Lagereinrichtungen schwenkbar gelagert ist, und unter Verwendung von Einrichtungen, die die betreffende Kraft derart auf den Arm einwirken lassen, dass dieser versucht, eine entsprechende Schwenkung auszuführen, wobei Ausgleichseinrichtungen auf die Schwenkung des Armes hin einen zur Abgabe eines entsprechenden Drucksignales heranziehbaren Luftdruck erzeugen, der über ein Reaktionsorgan auf den Arm derart einwirkt, dass dieser sich entgegen der Wirkrichtung der betreffenden Kraft soweit schwenkt, bis er eine Ausgleichsposition eingenommen hat, in welcher der betreffende Druck der wirksamen Kraft proportional ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtungen einen Metalldraht (3) enthalten, der die Schwenkungsachse des Armes (1) bildet, und dass das Reaktionsorgan durch ein bewegliches Organ (10) gebildet ist, das frei von jeglicher mechanischer Verbindung und pneumatisch verschiebbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die eine Kraft (F) auf den Arm (1) einwirken lassen, jeweils eine den Arm (1) berührende Kugel (28; 29) enthalten.