DE4444167B4

DE4444167B4 - Elektrischer Druckwandler

Info

Publication number: DE4444167B4
Application number: DE4444167A
Authority: DE
Inventors: Pietro Collegno Gindri
Original assignee: Elbi International SpA
Current assignee: Elbi International SpA
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: IT1261147B; FR2714728A1; DE4444167A1; FR2714728B1; ITTO931018A0; ITTO931018A1

Abstract

Elektrischer Druckwandler, insbesondere für Waschmaschinen, enthaltend
ein starres Gehäuse (1–3), das eine Öffnung (2b) für den Eintritt eines Fluids aufweist, dessen Druck ermittelt werden soll,
eine Wicklung (8), die fest in dem Gehäuse (1–3) angebracht ist,
eine bewegliche Baugruppe mit einer Membran (6), die in dem Gehäuse (1-3) angebracht ist und dazu bestimmt ist, von dem Fluid beaufschlagt zu werden und in dem Gehäuse (1–3) eine Bewegung auszuführen, deren Ausmaß von dem Druck des Fluids abhängig ist, und einem Kern (10) aus ferromagnetischem Material, der mit der Membran (6) so zusammenwirkt, daß der Scheinwiderstand und insbesondere die Induktivität dieser Wicklung (8) sich in Abhängigkeit vom Druck des die Membran (6) beaufschlagenden Fluids ändert,
eine erste elastische Einrichtung (15), die in dem Gehäuse (1–3) angeordnet und bestrebt ist, der auf den auf die Membran (6) ausgeübten Druck des Fluids zurückzuführenden Bewegung der beweglichen Baugruppe (6, 9,...

Description

Ein ähnlicher Wandler wird beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift der für die gleiche Anmelderin eingereichten deutschen Gebrauchsmusteranmeldung DE 93 06 961 U1 beschrieben.
Die Wicklung eines derartigen Wandlers wird gewöhnlich mit einem Stromkreis verbunden, dessen Aufgabe es ist, ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der Induktivität dieser Wicklung und folglich vom Druck des Fluids bzw. von der Hubbewegung der beweglichen Baugruppe des Wandlers veränderlich ist.
Bei der Herstellung ist es am Ende des Zusammenbaus erforderlich, den Wandler so einstellen zu können, daß er eine vorbestimmte Frequenz/Druck-Kennlinie bzw. eine Frequenz/Hub-Kennlinie (der beweglichen Baugruppe) aufweist.
Grundsätzlich kann, um die gewünschte Frequenz/Druck- bzw. Frequenz/Hub-Kennlinie zu erhalten, der elektrische/elektronische Stromkreis, der dem jeweiligen Wandler beigegeben ist, so ausgeführt werden, daß er in Abhängigkeit von den Merkmalen des Wandlers "einstellbar" ist. Diese Lösung, die es ermöglicht, auf elektronischem Wege die gewünschte Wandler-Kennlinie zu erhalten, ist im allgemeinen recht kostspielig und nicht leicht zu verwirklichen.
Ziel er Erfindung ist es, einen Wandler der vorgenannten Art zu schaffen, der es ermöglicht, die Einstellung bzw. die Erzielung der gewünschten Wandler-Kennlinie auf mechanischem Wege und somit ohne die Notwendigkeit, die elektrischen Parameter des jeweiligen elektrischen/elektronischen Stromkreises, der jedem einzelnen Wandler beigegeben ist, verändern zu müssen, leicht durchzuführen.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Druckwandler der vorgenannten Art erzielt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er außerdem zweite elastische Einrichtungen enthält, die in dem Gehäuse angeordnet sind und auf die bewegliche Baugruppe in einer zu den erstgenannten elastischen Einrichtungen entgegengesetzten Richtung einwirken, wobei die erstgenannten und/oder zweitgenannten elastischen Einrichtungen eine Belastungs/Verformungs-Kennlinie nichtlinearer Art aufweisen und den erstgenannten und den zweitgenannten elastischen Einrichtungen jeweils Einstelleinrichtungen beigegeben sind, die eine Änderung ihrer Vorspannung ermöglichen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung hervor, in der an Hand der beigefügten Zeichnung ein Ausführungsbeispiel erläutert wird. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wandlers,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Wandlers von 1,
3 einen Schnitt längs der Linie III-III von 1,
4 eine teilweise im Schnitt längs der Linie IV-IV von 3 dargestellte Ansicht und
5 eine graphische Darstellung, in der ein Beispiel für den Verlauf der für den Wandler gewünschten Frequenz/Druck-Kennlinie erläutert wird.
Bezugnehmend auf die Zeichnung umfaßt ein erfindungsgemäßer elektrischer Druckwandler in der als Beispiel gezeigten Ausführungsform ein starres Gehäuse 1, das von zwei durch Einrasten miteinander verbundenen Halbschalen 2 und 3 gebildet wird. Die Halbschale 3 erstreckt sich teilweise in das Innere eines ringförmigen Teils der Halbschale 2, und wie in den 1, 2 und 4 noch besser zu sehen ist, weist die Halbschale 2 eine Vielzahl von im wesentlichen U-förmig ausgebildeten Kupplungs- und Haltezungen 4 auf, die sich mit am äußeren Umfang der Halbschale 3 angeordneten Vorsprüngen 5 verhaken.
Im Inneren des Gehäuses 1 sind zwischen den Halbschalen 2 und 3 die Umfangsbereiche einer elastischen Membran 6 und eines Endflansches 7a einer rohrförmigen Rolle 7 eingespannt, die eine Wicklung oder Spule 8 trägt.
Mit 9 ist ein Tragorgan bezeichnet, das einen scheibenförmigen Teil 9a enthält, der an dem mittleren Bereich der Membran 6 auf der in Bezug auf diese Membran der Halbschale 2 entgegengesetzten Seite anliegt. Das Tragorgan 9 weist außerdem einen schaftförmigen Teil 9b auf, auf dem an dem scheibenförmigen Teil 9a anliegend ein ringförmiger Kern 10 aus ferromagnetischem Material, beispielsweise Ferrit, angeordnet ist. Auf diesem schaftförmigen Teil 9b des Tragorgans 9 ist außerdem ein rohrförmiger Abstandshalter 11 mit kleinerem Außendurchmesser angeordnet.
Die Halbschale 3 weist auf der der Halbschale 2 abgewandten Seite eine mit Gewinde versehene Mittelöffnung 3a auf, in die der mit einem entsprechenden Gewinde versehene zylindrische Teil 12a eines im wesentlichen trichterförmigen Einstellorgans 12 eingeschraubt ist.
Der Teil 12a des Einstellorgans 12 trägt ein Innengewinde, in das eine mit 13 bezeichnete, als Stiftschraube ausgebildete Stellschraube eingeschraubt ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform bildet die der Membran 6 zugewandte Wand der Halbschale 2 einen mittig angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Hohlraum 2a aus. Zwischen der Bodenwand dieses Hohlraums und der Membran 6 ist eine Schraubenfeder 14 angeordnet.
Mit 15 ist eine im wesentlichen kreisrunde Blatt- bzw. Tellerfeder bezeichnet, die sich zwischen dem Abstandshalter 11 und dem Einstellorgan 12 befindet. In einer bevorzugten Ausführungsform, wie in 2 genauer zu sehen, weist die Feder 15 einen kreisrunden Mittelteil 15a mit einer Öffnung, durch die sich das Ende des Schafts 9b des Tragorgans 9 erstreckt, und einen ringförmigen Umfangsteil 15b auf, der an einer inneren Schulter 12b des Einstellorgans 12 anliegt. Zwischen den Teilbereichen 15a und 15b trägt die Feder 15 eine Vielzahl von bogenförmigen Armen 15c (siehe insbesondere 2).
Aus später dargelegten Gründen weist die Feder 15 zweckmäßigerweise eine nichtlineare Belastungs/Verformungs-Kennlinie auf.
Mit 16 ist eine weitere, zwischen der Stellschraube 13 und dem Mittelteil 15a der Feder 15 angeordnete Schraubenfeder bezeichnet.
Nach den 1,3 und 4 sind auf der ringförmig ausgebildeten Endoberfläche des Teils 12a des Einstellorgans 12 Aussparungen 12c vorgesehen, die von der Außenseite der Halbschale 3 zugänglich sind. Diese Aussparungen ermöglichen den Eingriff eines (nicht dargestellten) Werkzeugs, mit dem das Einstellorgan 12 gegenüber der Halbschale 3 gedreht werden kann, um die Vorspannung der Blatt- bzw. Tellerfeder 15 zu verändern.
Die Stellschraube 13 weist einen Aufnahmesitz 13a auf, der in ähnlicher Weise von der Außenseite der Halbschale 3 zugänglich ist, für den Eingriff eines Werkzeugs, mit dem die Stellschraube gedreht werden kann, um die Vorspannung der Federn zu verändern.
Mit 17 ist eine ringförmige Leiterplatte bezeichnet, die um die Rolle 7 angeordnet ist. Diese Platte trägt einen radialen äußeren Fortsatz 17a (2 und 3), der sich durch das Gehäuse 1 hindurch in einen der Halbschale 3 angehörenden rohrförmigen Fortsatz 3b erstreckt, um die Verbindung mit äußeren Stromkreisen zu ermöglichen. Mit dieser Platte sind die Leitungsenden der Wicklung 8 verbunden, wie im unteren Teil von 2 gezeigt.
Nach den 1, 2 und 4 ist an der Halbschale 2 ein rohrförmiges Anschlußstück 2b ausgebildet, das mit dem Bereich zwischen dieser Halbschale und der Membran 6 in Verbindung steht.
Im Betriebszustand wird durch das Anschlußstück 2b ein Fluid eingeleitet, dessen Druck ermittelt werden soll. Der Druck des Fluids bewirkt eine Verformung und eine Verschiebung der Membran 6, die gleichsinnig mit der Schubwirkung der Feder 14 und gegensinnig zur Einwirkung der Federn 15 und 16 erfolgt. Die Membran bewirkt daher eine axiale Verschiebung des Kerns 10 in das Innere der von der Rolle 7 getragenen Wicklung 8, deren Größe von dem Druck des Fluids abhängt. Dementsprechend ändert sich der Scheinwiderstand und insbesondere die Induktivität dieser Wicklung.
Die Wicklung 8 ist mit Stromkreisen auf der Platte 17 verbunden. Diese Stromkreise sind in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß sie während des Betriebs ein Signal erzeugen, dessen Frequenz sich mit der Änderung der Induktivität dieser Wicklung ändert.
Das Verhalten des Druckwandlers insgesamt ist also durch eine Kennlinie Frequenz/Druck des Fluids bzw. Frequenz/Hubbewegung des beweglichen Kerns 10 beschreibbar.
Ein typischer Verlauf dieser Kennlinie ist in 5 gezeigt, wo auf der Ordinate die Frequenz f des vom Wandler erzeugten Signals und auf der Abszisse der Druck p des Fluids bzw. der Hub c des beweglichen Kerns aufgetragen ist. Die in 5 gezeigte Kurve A stellt ein Beispiel für die Kennlinie des Wandlers dar. Wenn insbesondere der (relative) Druck des in das Einlauf-Anschlußstück 2b des Wandlers eingeleiteten Fluids gleich Null ist, muß die Frequenz f der vom Wandler erzeugten Signale gleich einem vorbestimmten Wert f₀ sein. Außerdem muß, wenn der Druck des Fluids einen Wert p₁ annimmt, die Frequenz des erzeugten Signals im wesentlichen gleich einem vorbestimmten Wert f₁ sein.
Am Ende des Zusammenbaus muß der vorbeschriebene Wandler eingestellt werden, damit er eine Kennlinie aufweist, die der gewünschten, beispielsweise der in 5 gezeigten Kennlinie, möglichst nahekommt.
Die Einstellung erfolgt durch Betätigung der Einstellorgane 13 und 12, durch die die Vorspannungen der Federn 14, 15 und 16 verändert werden können.
Die Einstellung erfolgt nach der Methode sukzessiver Annäherungen.
Anfänglich beläßt man in der Kammer zwischen der Membran 6 und der Halbschale 2 des Wandlers den atmosphäri schen Luftdruck, d.h. also den Relativdruck 0. In diesem Zustand wird die Frequenz der vom Wandler erzeugten Signale festgestellt. Wenn diese Frequenz von der Frequenz f₀ abweicht, betätigt man die Stellschraube 13 und ändert dadurch die Vorspannung der Federn 14 und 16. Als Folge dieses Vorgangs ändert sich die Ruhestellung des Kerns 10 und somit die der Ruhestellung entsprechende Induktivität der Wicklung 8. Durch Betätigung der Stellschraube 13 kann also bewirkt werden, daß die Ruhefrequenz den Wert f₀ annimt.
Man leitet daher in das Einlauf-Anschlußtück 2b des Wandlers ein Fluid mit dem Druck p₁ ein und mißt die Frequenz des in diesem Zustand vom Wandler erzeugten Signals. Wenn diese Frequenz von f₁ abweicht, betätigt man das Einstellorgan 12 und ändert dadurch die Vorspannung der Blatt- bzw. Tellerfeder 15, bis die Frequenz auf den Wert f₁ gebracht ist. Dieser Vorgang führt im übrigen zu einer Änderung der Vorspannung der Federn 14 und 16, so daß anschließend die vom Wandler in der Ruhestellung erzeugte Frequenz überprüft werden und, falls erforderlich, die Stellschraube 13 neuerlich betätigt werden muß.
Da die Federn 14 und 16 eine im wesentlichen lineare Belastungs/Verformungs-Kennlinie aufweisen, während die Blatt- bzw. Tellerfeder 15 eine nichtlineare Kennlinie hat, ist es möglich, durch wenige aufeinanderfolgende Betätigungen der Einstellorgane 12 und 13 die gewünschte Frequenz/Druck (Hub)-Kennlinie zu erhalten.
Die vorbeschriebenen Einstellvorgänge können durch automatische Geräte mit Bedienungsorganen, die auf die Einstellorgane 12 und 13 einzuwirken vermögen, und mit dem Wandler verbundenen Frequenzmeßgeräten rasch durchgeführt werden.
Natürlich können unter Beibehaltung des Erfindungsgedankens die Ausführungsformen und die Einzelheiten der Realisierung weitgehend gegenüber der lediglich als Beispiel dienenden Beschreibung und Darstellung verändert werden, ohne daß dadurch der Umfang der Erfindung verlassen wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform enthält der Wandler zwei Schraubenfedern 14 und 16 sowie eine Blatt- bzw. Tellerfeder 15, deren Vorspannung durch Betätigung der Stellschraube 13 und des Einstellorgans 12 verwendbar ist.
In einer abweichenden, nicht dargestellten Ausführungsform kann das der Membran abgewandte Ende der Schraubenfeder 16 auf eine ringförmige innenliegende, dem rohrförmigen Teil 12a des Einstellorgans 12 angehörende ringförmige Schulter abgestützt werden. Das der Membran zugewandte Ende der Feder 16 kann dann auf ein Einstellorgan abgestützt werden, das auf den Schaft 9b des Tragorgans 9 aufgeschraubt ist und für den Einstellvorgang durch das Einstellorgan 12 leicht mit einem Werkzeug erreichbar ist.
Bei der weiter oben dargestellten Ausführungsform und bei der soeben beschriebenen abweichenden enthält der Wandler zwei Schraubenfedern. Es ist aber möglich, auf eine dieser Federn zu verzichten, insbesondere auf die Feder 16, indem man eine Einstellmöglichkeit für die Vorspannung der Feder 14 vorsieht, beispielsweise durch druckdichte, in eine in dem Hohlraum 2a der Halbschale 2 angebrachte Gewindebohrung eingeschraubte Stiftschraube.
Einige Gesichtspunkte der Erfindung werden in folgendem wiedergegeben:
Der Wandler enthält ein Gehäuse (1–3) mit einer Öffnung (2b) für den Eintritt eines Fluids, dessen Druck ermittelt werden soll. In dem Gehäuse (1–3) ist eine bewegliche Baugruppe angebracht, zu der eine Membran (6) gehört, deren Bestimmung es ist, von dem Fluid beaufschlagt zu werden und sich in einem vom Druck des Fluids abhängigen Maß zu bewegen. Mit der Membran (6) ist ein ferromagnetischer Kern (10) verbunden, der in einer stationären Wicklung (8) beweglich ist, deren Induktivität sich während des Betriebs in Abhängigkeit vom Druck des Fluids ändert, das die Membran (6) beaufschlagt. Mit der beweglichen Baugruppe (6, 9, 10) sind mindestens zwei Federn (14, 15) verbunden, die auf diese Baugruppe in entgegengesetzten Richtungen einwirken. Mindestens eine dieser Federn (15) weist eine nichtlineare Belastungs/Verformungs-Kennlinie auf. Mit diesen Federn sind entsprechende Einstellorgane (12, 13) verbunden, die die Veränderung der Vorspannung der Federn ermöglichen.

Claims

Elektrischer Druckwandler, insbesondere für Waschmaschinen, enthaltend ein starres Gehäuse (1–3), das eine Öffnung (2b) für den Eintritt eines Fluids aufweist, dessen Druck ermittelt werden soll, eine Wicklung (8), die fest in dem Gehäuse (1–3) angebracht ist, eine bewegliche Baugruppe mit einer Membran (6), die in dem Gehäuse (1-3) angebracht ist und dazu bestimmt ist, von dem Fluid beaufschlagt zu werden und in dem Gehäuse (1–3) eine Bewegung auszuführen, deren Ausmaß von dem Druck des Fluids abhängig ist, und einem Kern (10) aus ferromagnetischem Material, der mit der Membran (6) so zusammenwirkt, daß der Scheinwiderstand und insbesondere die Induktivität dieser Wicklung (8) sich in Abhängigkeit vom Druck des die Membran (6) beaufschlagenden Fluids ändert, eine erste elastische Einrichtung (15), die in dem Gehäuse (1–3) angeordnet und bestrebt ist, der auf den auf die Membran (6) ausgeübten Druck des Fluids zurückzuführenden Bewegung der beweglichen Baugruppe (6, 9, 10) elastisch entgegenzuwirken, sowie eine zweite elastische Einrichtung (14), die in dem Gehäuse (1–3)(1–3) vorgesehen ist und die auf die bewegliche Baugruppe (6, 9, 10) gegensinnig zu der ersten elastischen Einrichtung (15) einwirkt, wobei der ersten und der zweiten elastischen Einrichtung (15, 14) jeweils Einstelleinrichtungen (12,13) beigegeben sind, die eine Änderung ihrer Vorspannung ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten elastischen Einrichtungen (15,14) eine nichtlineare Belastungs-/Verformungs-Kennlinie aufweisen.
Elektrischer Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten elastischen Einrichtungen eine Blatt- bzw. Tellerfeder (15) mit nichtlinearer Kennlinie enthalten und die zweiten elastischen Einrichtungen eine Schraubenfeder (14) mit im wesentlichen linearer Kennlinie enthalten.
Elektrischer Druckwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten elastischen Einrichtungen eine erste und eine zweite Schraubenfeder (14, 15) enthalten, deren Kennlinie im wesentlichen linear ist und die von entgegengesetzten Seiten auf die bewegliche Baugruppe (6, 9, 10) einwirken, wobei einer dieser Schraubenfedern (16) Einstelleinrichtungen (13) für die Vorspannung beigegeben sind.
Elektrischer Druckwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) zwei Halbschalen (2, 3) enthält, zwischen denen der Umfang der Membran (6) eingespannt ist, wobei eine erste Schraubenfeder (14) zwischen einer Halbschale (2) und der Membran (6) angeordnet ist und die zweite Schraubenfeder (16) und die Blatt- bzw. Tellerfeder (15) in der anderen Halbschale (3) angeordnet sind und jede einen ersten Teil aufweist, der an der bewegliche Baugruppe (6, 9, 10) anliegt, und einen zweiten Teil, der an dem jeweiligen Einstellorgan (12, 13) anliegt, das beweglich in einer Öffnung (3a) der anderen Halbschale (3) angebracht ist.
Elektrischer Druckwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (3a) der anderen Halbschale (3) mit einem Gewinde versehen ist und die Blatt- bzw. Tellerfeder (15) einen Mittelteil (15a), der an der beweglichen Baugruppe (6, 9, 10) anliegt, und einen Umfangsbereich (15b) aufweist, der an einem ersten Einstellorgan (12) anliegt, das im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und in die Öffnung (3a) eingeschraubt ist, wobei der Teil (12a) des in die Öffnung (3a) eingeschraubten Einstellorgans (12) ein Innengewinde aufweist und die zweite Schraubenfeder (16) an einem zweiten Einstellorgan (13) anliegt, das in den mit Innengewinde versehenen Teil (12a) des ersten Einstellorgans (12) eingeschraubt ist.
Elektrischer Druckwandler nach irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) ringförmig ist und um einen schaftförmigen Teil (9b) herum eines beweglichen Tragorgans (9), das mit dem Membran (6) verbunden ist, angebracht und in einer rohrförmigen Rolle (7) beweglich ist, die an dem Gehäuse (1–3) befestigt ist und die Wicklung (8) trägt.
Elektrischer Druckwandler nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß um den schaftförmigen Teil (9b) des Tragorgans (9) ein Abstandshalter (11) angeordnet ist, der sich in Bezug auf den Kern (10) auf der der Membran (9) entgegengesetzten Seite erstreckt und an dem die Blatt- bzw. Tellerfeder (15) und eine der Schraubenfedern (16) anliegen.
Elektrischer Druckwandler nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (7) einen Umfangsteil (7a) aufweist, der an dem Umfang der Membran (6) anliegt und mit dieser zwischen den beiden Halbschalen (2, 3) eingespannt ist.
Elektrischer Druckwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse(1–3) eine Platte (17) befestigt ist, die elektrische und/oder elektronische Stromkreise trägt und mit der Wicklung (8) verbunden ist, wobei mit dieser Platte (17) elektrische Anschlußeinrichtungen (17a, 3b) gekoppelt sind, die von außerhalb des Gehäuses (1–3) zugänglich sind.