SI22173A - Pnevmatsko tipalo - Google Patents

Abstract

Izum se nanasa na pnevmatsko tipalo, ki omogoca natancno merjenje vsakokratne oddaljenosti povrsinemerjena od referencne ravnine v najtezjih pogojihmerjenja, namrec kadar se merjenec nahaja v okolju, v kakrsnem je izvajanje tovrstnih meritev s pomocjo doslej znanih tovrstnih naprav naceloma neizvedljivo, npr. na obdelovalnem stroju, kjer so prisotne necistoce, mascobe, ostruzki in prah, ali celo pri povisani temperaturi. Pnevmatsko tipalo je povezljivo v vsakokrat razpolozljiv pnevmatski tokokrog z vsajenim merilnikom tlaka in sestoji iz ohisja (1) ter na slednje prikljucenega dovoda (22) komprimiranega zraka, ki vkljucuje vsaj en zaporni organ (3) s pripadajocim tesnilnim nasedom (21) za odpiranjeali pripiranje ali zapiranje prehoda (2) za komprimiran zrak. V omenjenem prehodu (2) za komprimiran zrak v notranjosti navzven sicer zaprtega ohisja(1) je na voljo nased (21) s pripadajocim zapornim organom (3), ki je po eni strani podprt z vzmetjo (5) in po drugi strani naslonjen na z omenjeno vzmetjo (5)soosen in deloma iz ohisja (1) segajoc tipalni element (4), ki je v svoji vzdolzni smeri premakljivza vnaprej doloceno razdaljo (L).

Description

Na področju fizike oz. merjenja izum spada k merilnim napravam, pri katerih je za merjenje razdalj uporabljeno pretakajoče se sredstvo.

Pri tem je izum osnovan na problemu, kako zasnovati pnevmatsko tipalo, ki bo omogočalo natančno merjenje vsakokratne oddaljenosti površine merjenca od referenčne ravnine tudi v najtežjih pogojih merjenja, namreč kadar se merjenec nahaja v okolju, v kakršnem je izvajanje tovrstnih meritev s pomočjo doslej znanih tovrstnih naprav načeloma neizvedljivo, npr. na obdelovalnem stroju, kjer so prisotne nečistoče, maščobe, ostružki in prah, ali celo pri povišani temperaturi.

Iz stanja tehnike so znana raznovrstna tipala, ki so namenjena merjenju oz. zaznavanju oddaljenosti predmeta od referenčne ravnine. Tako je v GB 2 149 513 predlagano tipalo, ki je namenjeno predvsem za zaznavanje prisotnosti oz. bližine predmeta. Pri tem senzorju gre v osnovi za ohišje, ki je opremljeno z zunanjim navojem, na končnem območju ohišja pa je na obodu na voljo tangencialno posnetje, ki obsega ravno, v vzdolžni smeri ohišja potekajočo ploskev. Na omenjeni ploskvi je vgrajen tipalni element za zaznavanje razdalje do merjenca, ki ga je možno namesti v neposredno bližino. Tovrstno tipalo je možno vgraditi v napravo, npr. v delovno orodje ali stroj, nakar signalizira prisotnost ali odsotnost vsakokrat razpoložljivega merjenca, npr. obdelovanca ali strojnega dela, ki se vsaj občasno nahaja v bližini tipala. Naprava načeloma lahko deluje brezhibno, dokler je rega med posnetjem oz. tipalom in merjencem čista, torej brez prahu, vlage ali drugih nečistoč. Vsakršna prisotnost nečistoč v območju med merjencem in tipalnim elementom pa bodisi v znatni meri popači rezultate meritev ali celo popolnoma onemogoči merjenje. Iz navedenega razloga je tovrstno tipalo nedvomno povsem neuporabno v težkih pogojih merjenja, npr. med izvajanjem delovnih operacij na obdelovalnih strojih, pri obdelavi odkovkov ali v drugih podobnih razmerah.

Nadalje je v US 4,325,249 opisan samodejni pnevmatski senzor za merjenje oddaljenosti, ki sestoji iz npr. cilindričnega ohišja, v katerem je na voljo zaprta osrednja komora, razen tega pa na čelnih straneh obsega dve nadaljnji komori, kot tudi iz tipala, ki je v vzdolžni smeri ohišja premakljivo vstavljeno v ohišju. Tipalo sestoji iz cevastega stebla, ki je v notranjosti omenjenega ohišja uležiščeno v obeh stenah med notranjo komoro in vsakokrat pripadajočo zunanjo komoro. V ohišju je nadalje na voljo kanal za pretok zraka od dovodnega priključka do prehodov med omenjenimi komorami. Na strani merjenja je tipalo opremljeno s prisekanim konusnim tipalnim elementom, ki je razporejen v pripadajoči komori na čelni strani ohišja in je načeloma vzdolž te komore premakljivo. V nasprotni čelni komori je na steblu tipala nameščen bat, ki je spet premakljiv vzdolž te nazadnje omenjene komore. Prisekan, konusno zasnovan tipalni element na svoji osrednje razporejeni ravni čelni površini obsega šobo, skozi katero izteka zrak, ki doteka skozi ohišje od prej omenjenega priključka. Tipalni element je bodisi s pomočjo tlaka od priključka in naprej skozi ohišje dotekajočega zraka ali pri eni od izvedb kar s pomočjo ustrezne vzmeti pritisnjen proti površini vsakokratnega merjenca. S pomočjo zračnega toka, ki po drugi strani poteka skozi samo šobo na čelni površini tipalnega elementa nato merijo tlačno diferenco in na tej osnovi ugotavljajo oddaljenost merjenca od referenčne ravnine, npr. od ravnine čelne površine tipalnega elementa. Očitno je torej, da tudi v tem primeru ob prisotnosti nečistoč, npr. vlage, maščob ali prahu v območju med površino merjenca in čelno površino tipalnega elementa rezultati meritev ne morejo biti točni, če je že meritev sploh izvedljiva.

Pnevmatsko tipalo, s kakršnim se ukvarja pričujoči izum, je povezljivo v vsakokrat razpoložljiv pnevmatski tokokrog z vsaj enim merilnikom tlaka in sestoji iz ohišja in na slednje priključenega dovoda komprimiranega zraka, ki vključuje vsaj en zaporni organ s pripadajočim tesnilnim nasedom za odpiranje ali pripiranje ali zapiranje prehoda za komprimiran zrak.

Po izumu je v prehodu za komprimiran zrak v notranjosti navzven sicer zaprtega ohišja na voljo nased s pripadajočim zapornim organom, pri čemer je ta zaporni organ po eni strani podprt z vzmetjo in po drugi strani naslonjen na z omenjeno vzmetjo soosen in deloma iz ohišja segajoč tipalni element, ki je v svoji vzdolžni smeri premakljiv za vnaprej določeno razdaljo. Pri tem omenjeni prehod za komprimiran zrak prednostno tvori luknja v ohišju skupaj z vanjo vstavljenim dovodnim priključkom in slepo luknjo, ki je sočasno prirejena tudi za prejem vzmeti in obsega konusno vgreznjen nased za prejem kroglastega zapornega organa, in skupaj z izstopnim prehodom, preko katerega je notranjost ohišja povezana z zunanjostjo.

Nadalje je na izven ohišja segajočem prostem koncu v vodilnem prehodu ohišja vstavljenega in s tesnilom tesnjenega tipalnega elementa na voljo za naleganje na vsakokratnem merjencu prirejena čelna ploskev. Izstopni prehod za iztekanje komprimiranega zraka iz ohišja je prednostno usmerjen v smeri vsaj v bistvu pravokotno glede na ravnino čelne ploskve tipalnega elementa.

Pri prednostni izvedbi tipala po izumu je vzmet izvedena kot tlačna vijačna vzmet, zaporni organ pa je zasnovan kot osno simetrično geometrijsko telo, ki na tesnilnem nasedu po celotnem obodu nalega s sklenjenim oz. neprekinjenim linijskim nasedom, še zlasti kot krogla Tipalni element sestoji iz vodilnega območja, ki je v vzdolžni smeri premakljivo uležiščen v vodilnem prehodu ohišja in v slednjem tesnjen s pomočjo tesnila, kot tudi iz odebeljenega oz. razširjenega naležnega območja, ki je oprto na periferiji tlačne komore v notranjosti ohišja in s tem prirejeno za omejevanje vzdolžne premakljivosti tipalnega elementa, sočasno pa tudi za sodelovanje z zapornim organom. Pri tem je ohišje prednostno izvedeno iz dveh delov, ki sta medsebojno povezljiva s pomočjo vijakov.

Izum bo v nadaljevanju konkretiziran s primerom izvedbe pnevmatskega senzorja, ki je na sl. 1 prikazan v prerezu v vzdolžni diametralni ravnini.

Senzor po izumu sestoji iz ohišja 1, v katerem je na voljo s tesnilnim nasedom 21 zaključen prehod 2 komprimiranega zraka. V območju omenjenega naseda 21 je uležiščen vzmetno podprt zaporni organ 3, na katerem je oprto tipalo 4, ki je v vzdolžni smeri premakljivo in na ustrezen način tesnjeno vstavljen v omenjenem ohišju 1.

V danem primeru je ohišje 1 izvedeno iz dveh delov 11 in 12, ki sta med seboj povezana s pomočjo vijakov 13.

Prvi del 11 ohišja obsega omenjen prehod 2 za komprimiran zrak in je razen tega opremljen z navojno luknjo 20, ki poteka v prečni smeri ohišja 1 in v katero je namestljiv dovodni priključek 22 za komprimiran zrak, kije proti ohišju 1 tesnjen s tesnilom 23.

Nadalje prvi del 11 ohišja 1 v danem primeru obsega pritrdilno navojno luknjo 110, ki je odprta proti zunanjosti ohišja 1 in prirejena za prijem ustreznih neprikazanih pritrdilnih sredstev, zlasti vijakov, za pritrditev ohišja 1 in s tem senzorja na vsakokrat izbrano lokacijo. V notranjosti prvega dela 11 ohišja 1 je na voljo vzdolžno potekajoča slepa luknja 111, ki v danem primeru poteka soosno s prej omenjeno luknjo 110 in ki je konusno vgreznjena, obenem pa je v prečni smeri nanjo priključen omenjen prehod 2 za komprimiran zrak. Zahvaljujoč tovrstni zasnovi je po eni strani v omenjeno slepo luknjo 111 vstavljiva tlačna vijačna vzmet 5, po drugi strani pa vgreznjeno konusno območje te vzdolžne luknje 111 tvori tesnilni nased 21, na katerem nalega v danem primeru kroglast zaporni organ 3.

Drugi del 12 ohišja 1 je opremljen z vzdolžno potekajočim vodilnim prehodom 121, ki je v notranjosti ohišja 1 razširjen v delovno komoro 123 in v katerem je vstavljen vzdolžno premakljiv tipalni element 4, ki je razen tega tesnjen s pomočjo tesnila 122, ki je na voljo v območju omenjenega prehoda 121. V prikazanem primeru je na tem drugem delu 12 ohišja 1 na voljo kot žleb oz. utor zasnovano posnetje 124, preko katerega je omenjena komora 123 povezana z zunanjostjo ohišja 1 in zatorej v funkcionalnem smislu predstavlja del prehoda 2 za komprimiran zrak.

Tipalni element 4 sestoji iz vodilnega območja 41, ki se povečini nahaja v omenjenem vodilnem prehodu 121, njegov prosti konec 410 s pripadajočo čelno ploskvijo 411 pa sega ven iz ohišja 1, obenem pa tudi iz odebeljenega oz. razširjenega naležnega območja 42, ki po eni strani nalega na steni omenjene komore 123 na periferiji prehoda 121 in je po drugi strani oprt na kroglastem zapornem organu 3. Zahvaljujoč tovrstni zasnovi je omenjen tipalni element 4 sicer premakljiv v svoji vzdolžni smeri oz. soosno z vzmetjo 5, vendar po eni strani zgolj za omejeno in vnaprej določeno razdaljo L, po drugi strani pa v odvisnosti od jakosti nanj soosno in v nasprotnih smereh delujočih sil, namreč sile vzmeti 5 in vsakokrat merjene sile, ki deluje na čelno ploskev 411 tipalnega elementa 4.

Ko je tipalo po izumu na primeren način pritrjeno v vsakokratnem merilnem območju in je nanj pričvrščen priključek 22 komprimiranega zraka, vzmet 5 odrine zaporni organ 3 vstran od naseda 21, posledično pa omenjeni organ 3 odrine tipalni element 4 v položaj, ko je čelna ploskev 41 najbolj oddaljena od ohišja 1 (L = 0). Komprimiran zrak doteka iz priključka 22 v prehod 2, namreč skozi luknjo 21 in zatem mimo naseda 21 ter po posnetju 124 praktično neovirano odteka iz ohišja 1.

Ko ob tipalo namestimo merjenec, se slednji nasloni na čelno ploskev 41 tipala 4 in temu ustrezno se tipalni element 4 premakne v vzdolžni smeri in odrine zaporni organ 3 proti sili vzmeti 5 v smeri proti nasedu 21. S tem se razpoložljivi presek prehoda 2 za komprimiran zrak zmanjša, temu ustrezno pa se spremenijo tlačne razmere. Kadar prisotnost merjenca povzroči tolikšen premik tipala 4, da je dosežen največji možen premik L tipala 4, se prehod 2 komprimiranega zraka popolnoma zapre.

Strokovnjaku bo nedvomno razumljivo, da je spremembe tlaka komprimiranega zraka v odvisnosti od spremembe položaja tipalnega elementa 4 oz. vsakokratne razdalje L možno spremljati na osnovi vključitve tipala v primeren pnevmatski tokokrog, ki vključuje tudi vsaj en na skici neprikazan merilnik tlaka. Obenem je očitno, da tovrstno tipalo omogočalo natančno merjenje vsakokratne oddaljenosti površine merjenca od referenčne ravnine tudi v najtežjih pogojih merjenja, npr. na obdelovalnem stroju, kjer so prisotne nečistoče, maščobe, ostružki, prah ali celo pri povišani temperaturi. Tem pogojem je namreč izpostavljen zgolj izven ohišja segajoč del tipalnega elementa 4 vključno s čelno ploskvijo, medtem ko je sam prehod 2 za komprimiran zrak na zanesljiv način zaščiten pred tovrstnimi vplivi.

Claims (9)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Pnevmatsko tipalo ki je povezljivo v vsakokrat razpoložljiv pnevmatski tokokrog z vsaj enim merilnikom tlaka in ki sestoji iz ohišja (1) in na slednje priključenega dovoda (22) komprimiranega zraka, ki vključuje vsaj en zaporni organ (3) s pripadajočim tesnilnim nasedom (21) za odpiranje ali pripiranje ali zapiranje prehoda (2) za komprimiran zrak, označen s tem, da je v prehodu (2) za komprimiran zrak v notranjosti navzven sicer zaprtega ohišja (1) na voljo nased (21) s pripadajočim zapornim organom (3), pri čemer je ta zaporni organ (3) po eni strani podprt z vzmetjo (5) in po drugi strani naslonjen na z omenjeno vzmetjo (3) soosen in deloma iz ohišja (1) segajoč tipalni element (4), ki je v svoji vzdolžni smeri premakljiv za vnaprej določeno razdaljo (L).
2. 2. Pnevmatsko tipalo po zahtevku 1, označeno s tem, da prehod (2) za komprimiran zrak tvori luknja (20) v ohišju (1) skupaj z vanjo vstavljenim dovodnim priključkom (22) in slepo luknjo (111), ki je prirejena za prejem vzmeti (3) in obsega konusno vgreznjen nased (21) za prejem kroglastega zapornega organa (3), in skupaj z izstopnim posnetjem (124), preko katerega je notranjost ohišja (1) povezana z zunanjostjo.
3. 3. Pnevmatsko tipalo po zahtevku 1, označeno s tem, da je na izven ohišja (1) segajočem prostem koncu (410) v vodilnem prehodu (121) ohišja (1) vstavljenega in s tesnilom (122) tesnjenega tipalnega elementa (4) na voljo za naleganje na vsakokratnem merjencu prirejena čelna ploskev (411).
4. 4. Pnevmatsko tipalo po zahtevkih 2 in 3, označeno s tem, da je izstopni prehod (124) za iztekanje komprimiranega zraka iz ohišja (1) usmerjen v smeri vsaj v bistvu pravokotno glede na ravnino čelne ploskve (411) tipalnega elementa (4).
5. 5. Pnevmatsko tipalo po enem od zahtevkov 1 do 4, označeno s tem, da je vzmet (5) tlačna vijačna vzmet.
6. 6. Pnevmatsko tipalo po enem od zahtevkov 1 do 4, označeno s tem, da je zaporni organ (3) zasnovan kot osno simetrično geometrijsko telo, ki na tesnilnem nasedu (21) po celotnem obodu nalega s sklenjenim oz. neprekinjenim linijskim nasedom.
7. 7. Pnevmatsko tipalo po zahtevku 5, označeno s tem, da je zaporni organ (3) izveden kot krogla.
8. 8. Pnevmatsko tipalo po enem od zahtevkov 1 do 4, označeno s tem, da tipalni element (4) sestoji iz vodilnega območja (41) inje v vzdolžni smeri premakljivo uležiščen v vodilnem prehodu (121) ohišja (1) in v slednjem tesnjen s pomočjo tesnila (122), kot tudi iz odebeljenega oz. razširjenega naležnega območja (42), ki je oprto na periferiji tlačne komore (123) v notranjosti ohišja (1) in s tem prirejeno za omejevanje vzdolžne premakljivosti tipalnega elementa (4) in sočasno tudi za sodelovanje z zapornim organom (3).
9. 9. Pnevmatsko tipalo po enem od zahtevkov 1 do 4, označeno s tem, da je ohišje (1) izvedeno iz dveh delov (11, 12), ki sta medsebojno povezljiva s pomočjo vijakov (13).