PNEUMATIC MEASURING DEVICE

Abstract: 1. A pneumatic measuring device comprising a bellows subjected to a pressure, whose stroke is transferred via a thrust rod to a short arm of bell-crank lever pivoted at its junction to a long arm whose end is coupled by a forked guide, to a scale pointer movable on a straight slide bar along a straitght, flat scale, characterized in taht the short arm (10') of the bell-crank lever (6) is coupled to a control lever (17) that is linked to the end of the thrust rod (5) and guides said end on a segmental path, and the bellows (2) are so arranged that their centre axis is at least approximately perpendicular to the direction of motion of the scale pointer (13).

Description: Pneumatisches Messwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein pneumatisches Messwerk mit einem messdruckbeaufschlagten Faltenbalg, dessen Hub mittels einer Schubstange auf einen Zeigerhebel übertragen wird, dessen als gabelartige Führung ausgebildetes Ende einen auf einer geraden Gleitschiene bewegbaren Zeigerschlitten über eine ebene, gerade Skale führt. Bei derartigen Messwerken wirkt ein der Messgrösse proportionaler Luftdruck in einer Messkammer auf den Faltenbalg, dessen Hubbewegung mittels einer an seiner Bodenplatte befestigten Schubstange aus der Messkammer heraus auf einen Zeigerhebel übertragen wird. Die Winkelbewegung des Zeigerhebels muss bei der Verwendung von geraden, ebenen Skalen in eine Linearbewegung umgeformt werden. Dazu dient bekanntlich ein auf einer geraden Gleitschiene geführter Zeigerschlitten mit einem Stift, der in der gabelartig ausgebildeten Führung am Ende des Zeig'erhebels gleitet. Um die bei der Umsetzung der Winkelbewegung in eine geradlinige Bewegung auftretenden und/oder die von einer nicht linearen Druck-./Weg-Umsetzung des Faltenbalgs herrührenden Fehler, insbesondere in den Endbereichen der Skala, möglichst klein zu halten, sind grosse Hebelübersetzungs- verhältnisse notwendig; bei einer bekannten Ausführung beträgt die Hebelübersetzung an einem einarmigen Zeigerhebel, an dem die Schubstange in der Nähe seines Drehpunkts angekoppelt ist, etwa 1 : 16. Dies bedingt wiederum relativ grosse Baulänge derartiger pneumatischer Messwerke. Da die Instrumentierung grosser Anlagen immer kompaktere Geräte verlangt, besteht die Aufgabe, ein möglichst einfach aufgebautes pneumatisches Messwerk zu schaffen, das sich kürzer bauen lässt. Eine Lösung der Aufgabe wird in einem pneumatischen Messwerk der eingangs genannten Art gesehen, bei dem der Zeigerhebel ein an seinem Scheitel gelagerter Winkelhebel ist, mit einem längeren, den Zeigerschlitten führenden Hebelarm und einem kürzeren Hebelarm, dessen Ende mittels einer weiteren gabelartigen Führung und einem an der Schubstange befindlichen Stift an diese angekoppelt ist und die Schubstange vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Zeigerschlittens längsbeweglich gelagert ist. Durch die Verwendung von gabelartigen Führungen, deren Gleitbahnen parallel zu den Längsachsen des jeweiligen Hebelarms verlaufen, lässt sich der Weg der beweglichen Stirnfläche des Faltenbalges streng proportional in den geradlinigen Weg des Zeigerschlittens abbilden, ohne vom Ausschlagswinkel des Zeigerarms und damit von dessen Länge abhängig zu sein. Die Hebelübersetzung kann bis auf 1 : 5 verringert werden. Der proportionale Zusammenhang zwischen dem Messdruck und der Hubbewegung des Faltenbalgs ist nur dann gegeben, wenn die wirksame Fläche des Faltenbalgs und seine Federcharakteristik unabhängig von seinem Hub sind, Dies trifft in der Praxis aus Gründen einer wirtschaft- lichen Fertigung von derartigen Federbälgen häufig rlch. zu. Je nach Balgtyp und Bauart lässt sich ein den nichtl5:#e#ren Zusammenhang zwischen Messdruck und Anzeigeweg beschreww bender mittlerer Fehler angeben. Eine weitere Aufgabe besteht in diesem Zusammenhang darin, die Auswirkung des mittleren Balgfehlers auf den Anzeigeweg relativ zur Skala möglichst zu verringern. Eine Lösung dieser Aufgabe kann darin gesehen werden, dass die Gleitbahn der gabelartigen Führung am kürzeren Hebelarm kurvenförmig verläuft, derart, dass die vom mittleren Fehler des Balgs herrührende Nichtlinearität zwischen Messdruck und Hub aufgehoben bzw. verringert wird. Die Herstellung kurvenförmiger Gleitbahnen mit der nötigen Genauigkeit ist jedoch relativ aufwendig und für wirtschaftliche Serienfertigung von Messgeräten wenig geeignet. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform, mit der beide Aufgaben lösbar sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zeigerhebel ein an seinem Scheitelpunkt gelagerter Winkelhebel ist mit einem längeren, den Zeigerschl#itten bewegenden Hebelarm und einem kürzeren Hebelarm, der an einen, das Ende der Schubstange auf einer Kreisbahn fUh- renden Lenkerhebel angekoppelt ist. Mit einfachen mechanischen Bauelementen lässt sich so eine ausreichende Korrektur des mittleren Balgfehlers bei kurzer Baulänge des Messwerks erreichen. Neben dem bauartbedingten mittleren Balgfehler tritt bei jedem einzelnen Faltenbalg noch ein toleranzbedingter individueller Fehler auf, der sich mittels einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Winkelhebels ebenfalls beherrschen lässt. Dazu ist der Winkelhebel so auszubilden, seine Hebelarme zur Änderung des von ihnen einge schlossenen Winkels gegeneinander verstellbar sind. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich us den im folgenden beschriebenen und in den Figuren tlargestellten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein pneumatisches Zeigermesswerk mit geradgeführtem Zeiger 15 und einer Nesskammer 1, in der koaxial zu deren vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Zeigers 15 verlaufenden Längsachse ein Faltenbalg 2 mit relativ weicher Federkennung angeordnet und mittels der Feder 3 vorgespannt und geführt ist. Unter der Einwirkung des in die Nesskammer 1 eingeleiteten Messdruckes p führt der Faltenbalg 2 eine druckproportionale Hubbewegung aus, die mit Hilfe einer an der Stirnfläche des Balgs befestigten Schubstange 5 nach aussen übertragen wird, wobei die Schubstange 5 in den koaxialen Lagern 4 und 4' längsbeweglich gelagert ist. Der von der Schubstange 5 zurückgelegte Weg s ist dem Messdruck p der wirksamen Fläche des Faltenbalgs 2 und seiner Federsteife proportional, wobei die beiden letzteren Parameter in diesem Beispiel als konstant angenommen werden. Zur Anzeige; des relativ kleinen Weges s ist ein mechanisches Ubersetzungsgetriebe vorgesehen, das den Weg s vergrössert wiedergebende Anzeigemittel betätigt. Das Getriebe besteht im wesentlichen aus einem Winkelhebel 6, der an seinem Scheitelpunkt in dem Lager 7 drehbar gelagert ist und der aus einem län'geren Hebelarm 10 und einem kürzeren Hebelarm 10' besteht, die einen rechten Winkel einschliessen. Der längere Hebelarm 10 endet in einer gabelartigen Füh- rung 11 für einen Stift 12, der Teil eines Zeigerschit tens 13 ist. Dieser lässt sich auf der Gleitschiene 1 parallel zu einer geraden, ebenen Skale 16 bewegen, -cs bei ein an ihm befestigter Zeiger 15 jeweils die de Weg s und somit den Messwert abbildende Strecke x auf der Skale 16 anzeigt. Auf diese, an sich bekannte Weise wird die Winkelbewegung des längeren Hebelarms 10 über den Ausschlagwinkel# g in eine geradlinige Bewegung um gewandelt. Das Ende des kürzeren Hebelarms 10' ist ebenfalls als gabelartige Führung 9 ausgebildet, in welcher ein an der Schubstange 5 senkrecht zu ihrer Längsachse angebrachter Stift 8 gleitet. Die Gleitbahnen beider gabelartiger Führungen 9 und 11 verlaufen parallel zu den Längsachsen der jeweiligen He- belarme. Durch die Verwendung eines-Winkelhebels 6 mit gabelartigen Führungen an beiden Enden und die Anordnung der Messkammer 1 innerhalb des durch die parallelen Ebenen durch Gleitschiene 14 und Lager 7 begrenzten Raumes ist es möglich, das Ubersetzungsverhältnis a/l des Hebelgetriebes, das aus eingangs erwähnten Gründen bisher etwa 1 : 16 betrug, auf 1 : 5 zu verringern, so dass insgesamt eine kürzere Baulänge für ein ein derartiges Mess werk enthaltendes Messgerät möglich ist. Da, wie bereits erwähnt, in der Praxis je nach Bauart weder die wirksame Balgfläche A, auf welche der Druck p wirkt, noch die Federkennung des Systems Federbalg 2 - Feder 3 konstant ist, tritt eine sich über den Weg s und damit über die Skalenlänge ändernde Unproportionalität zwischen der Anzeige x und dem Messdruck p auf die als mittlerer Balgfehler bezeichnet wird. Zur Verringerung dieses mittleren Balgfehlers wird anstelle der Geradführung der Schubstange 5 nach Figur 1 vine Kurvenführung verwendet. Dazu ist, wie in Figur 2 zu erkennen ist, das Ende der Schubstange 5 an einen Lenkerhebel 17 angelenkt, der in dem Lager 18 drehbar gelagert ist und das Ende der Schubstange 5 auf einer Kreisbahn führt, deren Radius sich aus den Strecken a und b zusammensetzt, wobei a der Abstand des Lagers 7 des Winkelhebels 6 von der Achse der Schubstange 5 und b der Abstand zwischen den Lagern 7 und 18 von Winkelhebel 6 und Lenkerhebel 17 ist, wobei b > a gewählt wird. In dem von Schubstange 5 und Lenkerhebel 17 verbindenden Gelenk ist über eine stiftartige Verlängerung 8 der Gelenkachse auch die gabelartige Geradführung 9 des kür- zeren Hebelarms 10' des Winkelhebels 6 angekoppelt. Der übrige Aufbau entspricht dem in Figur 1 dargestellten. Da hier neben dem Winkelfehler auch noch der Balgfehler korrigiert ist, kann das Ubersetzungsverhältnis und damit die Länge des längeren Hebelarms 10 noch weiter verringert werden, so dass mit Hebelübersetzungen von 1 : 4 gearbeitet werden kann. In Figur 3 ist in einem Diagramm die mittlere Fehlerkurve des Balgs 2 und die durch entsprechende Wahl der Abstände b und e und damit der Lage des Drehpunkts 18 des Lenkerhebels 17 einstellbare Korrekturkurve des Getriebes dargestellt, wobei x der druckproportionale Weg des Zeigerschlittens 13 und damit die Anzeige auf der Skala 16 und ax die Abweichung ist. Die mittlere Feh lerkurve des Balgs lässt sich bis auf einen kleinen Restfehler korrigieren. Neben dem mittleren Balgfehler tritt häufig noch ein individueller Balgfehler auf, der von Balg zu Balg verschieden ist und der eine streckenweise Verformung der mittleren Fehlerkurve des Balgs zur Folge hat (siehe gestrichelte Linie in Figur 3). Um den nach der Korrektur mittels Kreisbahnführung des Schubstangenendes noch verbleibenden Restfehler und den individuellen Balgfehler weiter verringern zu können, ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, den Scheitelwinkel X , den die Hebelarme 10 und 10' des Winkelhebels 6 einschliessen, veränderlich zu machen. Dazu sind die Hebelarme 10 und 10' als selbständige Hebel um den gemeinsamen Drehpunkt im Lager 7 drehbar und können mit Hilfe einer form- oder kraftschlüssigen Verbindung gegeneinander festgelegt werden. Wie in dem Diagramm in Figur 5 dargestellt ist, lassen sich die bei einem Scheitelwinkel von oC = 900 auftretenden Abweichungen durch eine Vergrösserung oder Verkleinerung des Scheitelwinkels des Winkelhebels 6 in die eine oder andere Richtung verschieben, so dass damit ein weiterer Beitrag zur Korrektur der Balgfehler geleistet werden kann. Werden in einem Messgerät für Mehrfachanzeige mehrere Messwerke, z. B. zwei, benötigt, so lässt sich zur Raumersparnis neben einem Messwerk nach Figur 2 ein nach den gleichen Prinzipien aufgebautes Messwerk nach Figur 4 verwenden. Die Kopplung des Winkelhebels 6 mit dem Lenkerhebel 17 mittels Stift 8 und gabelartiger Führung 9 geschieht der anderen Lage der Messkammer 1 entsprechend in einem durch das gewünschte Ubertragungsverhältnis und die Fehlerkorrektur sich ergebenden Punkt auf dem Lenkerhebel 17. Zur Verringerung von Reibungsfehlern kann anstelle der gabelartigen Führung 9 ein Koppelglied 19 vorgesehen werden, wie in Figur 6 dargestellt ist. Das Koppelglied 19 ist einerseits am Ende des Hebelarms 10' des Winkelhebels 6, andererseits an einem Anlenkpunkt auf dem Lenker 17 angelenkt, so dass der Drehpunkt¯ des Winkelhebels 6 im Lager 7, der Drehpunkt des Lenkerhebels 17 im Lager 18 und die beiden Anlenkpunkte des Koppelgliedes 19 ein Koppelviereck bilden.

Claims: Patentansprüche 1. Pneumatisches Messwerk mit einem messdruckbeaufschlagten Faltenbalg, dessen Hub mittels einer Schubstange auf einen Zeigerhebel übertragen wird, dessen als gabelartige Führung ausgebildetes Ende einen auf einer geraden Gleitschiene bewegbaren Zeigerschlitten über eine ebene, gerade Skale führt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Zeigerhebel ein an seinem Scheitel in einem Drehpunkt (7) gelagerter Winkelhebel (6) ist, mit einem längeren, den Zeigerschlitten (12) führenden Hebelarm (10) und einem kürzeren Hebelarm (10'), dessen Ende mittels einer weiteren gabelartigen Führung (9) und einem an der Schubstange (5) befindlichen Stift (8) an diese angekoppelt ist und dass die Schubstange (5) vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Zeigerschlittens (12) längsbeweglich gelagert ist. 2. Pneumatisches Messwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleitbahn der gabelartigen Führung (9) am kürzeren Hebelarm (10') parallel zu dessen Längsachse verläuft. 3. Pneumatisches Messwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleitbahn der gabelartigen Führung (9) am kürzeren Hebelarm (10') kurvenförmig verläuft. 4. Pneumatisches Messwerk mit einem messdruckbeaufschlagten Faltenbalg, dessen Hub mittels einer Schubstange auf einen Zeigerhebel übertragen wird, dessen als gabelartige Führung ausgebildetes Ende einen auf einer geraden Gleitschiene bewegbaren Zeigerschlitten über eine ebene, gerade Skale führt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Zeigerhebel ein an seinem Scheitelpunkt gelagerter Winkelhebel (6) ist mit einem längeren, den Zeigerschlitten (12) bewegenden Hebelarm (10) und einem kürzeren Hebelarm (10'), der an einen, das Ende der Schubstange (5) auf einer Kreisbahn führenden Lenkerhebel (17) angekoppelt ist, wobei der Faltenbalg (2) so angeordnet ist, dass seine Mittelachse vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Zeigerschlittens (12) verläuft. 5. Pneumatisches Messwerk nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der kürzere Hebelarm (10') des Winkelhebels (6) mit einer gabelartigen Führung (9) mit zur Hebellängsachse paralleler Gleitbahn versehen ist, die mit einem an dem Lenkerhebel (17) senkrecht zu dessen Schwenkebene angeordneten Stift (8) zusammenwirkt. 6. Pneumatisches Messwerk nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der kürzere Hebelarm (10') des Winkelhebels (6) über ein Koppelglied (19) an den Lenkerhebel (17) angekoppelt ist. 7. Pneumatisches Messwerk nach Anspruch 1 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hebelarme (10, 10') des Winkelhebels (6) zur Änderung des von ihnen eingeschlossenen Winkels ( f ) gegeneinander verstellbar sind.

Inventors: BAUERSACHS, OTTO, DIPL.-ING., SCHUKAT, HORST
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1979
Main classification: G01L7
IPC codes: G01L7, G01D5