DE1813585B2 - Druckabfallanzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Aus der USA.-Patentschrift 2 718 780 ist bereits eine Druckabhillanzcigevorrichtung bekannt, die zur Überwachung des Inneren von geschlossenen Räumen dient. Hierzu besitzt die Vorrichtung eine druckempfindliche elastische Membran, cüe^ eine Öi!:.ung in der Trennwand zwischen zwei zur Vorrichtung gehörigen Räumen abschließt, und einen von dieser Membran betätigbaren Schalter. Dabei ist der eine Raum als Meßkammer an den zu überwachenden Raum angeschlossen und der andere Raum mit einem Gas gefüllt, das unter einem im wesentlichen dem Druck des zu überwachenden Raums entsprechenden Bezugsdruck steht. Schließlich ist das Volumen des unter dem Bezugsdruck stehenden Raums noch derart bemessen, daß die bei Betätigung des Schalters durch die Membran auf tretende Volumenänderung gegenüber dem Raum volumen vernachlässigbar klein ist Diese bekannte Voi richtung eignet sich allerdings lediglich für die Überwachung von in Ruhe befindlichen Räumen, nicht jedoch für die Überwachung von in Rotation befindlichen Räumen, da bei diesen infoige der Rotation Bedingungen herrschen, unter denen die bekannte Vorrichtung keine brauchbaren Meßergebnisse zu liefern imstande ist.

Desweiter ist aus »Brennstoff Wärme Kraft« (1961, S. 105 bis 115) eine Einrichtung zur Dichtigkeitsprüfung beispielsweise von Reaktorräumen bekannt. Dabei befindet sich im nach außen geschlossenen Reaktorraum ein ebenfalls in sich geschlossenes Vergleichssystem, dessen Dichtigkeit jedenfalls größer ist als die des Reaktorraums. Zwischen Vergleichssystem und Reaktorraum ist ein Differenzdruckmeßgerät geschaltet, dessen veränderte Anzeige das Maß für einen etwaigen Druckabfall infolge einer Undichtigkeit darstellt. Auch diese Einrichtung eignet sich nicht für die Überwachung von in Rotation befindlichen Räumen, insbesondere schon des ha'.b nicht, weil für die Differenzdruckmessung tlüssigkeitsgefüllte U-Rohre verwendet werden.

Aufgabe

Die Aufgabe besteht darin, eine Druckabfallanzeigevorrichtung zu schaffen, mittels der es möglich ist, den Druck in einem Raum zu überwachen, der sich in Rotation befindet; als Beispiel für einen solchen Raum kann ein Rotorflügel eines Hubschraubers genannt werden. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Eifhidung "elöst.

Vortei Ie

Es ist nun möglich, den Druckabfall in einem in Rotation befindlichen Raum anzuzeigen, ohne daß die infolge der Rotation des Raums unterschiedliche Druckverteilung in demselben zu falschen Anzeigen führt, d. h. in der Vorrichtung werden alle Druckänderungen ausgeglichen, die durch die Rotation des Raums um eine Achse im Bereich der Vorrichtung auftreten. Somit führen also nur echte Druckverlusie. d. h. solche, die mit einem Masseverlust infolge eines Lecks verbunden sind, zu einer Reaktion der Vorrichtung. Dies ist überall dort von eminenter Bedeutung, wo, wie dies beispielsweise bei Rotorblättern von Hubschraubern der Fall ist, über die Anzeige der Vorrichtung durch Betätigung des zu-

üo gehörigen Schallers eine Reaktion ausgelöst wird bzw. werden soll, die die menschliche oder anderweitige Sicherheit direkt betrifft.

Zwar ändert sich die Zentrifugalkraft in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit nach einer Parabe'.funktion, wohingegen sich der Druck nach einer Exponentialfunktion ändert, so daß es streng genommen nur einen einzigen Betriebszustand gibt, in welchem der durch die Vorrichtunc bewirkte Aus-

gleich korrekt ist. Da jedoch der Verlauf der Zentrifugalkraft dem des Drucks in einem verhältnismäßig großen Bereich sehr weit gleicht bzw. ähnelt, ist in der Praxis ein Arbeiten in einem verhältnismäßig weit über den an sich einzigen Betriebszustand hinausgehenden Bereich bei ausreichendem Ausgleich möglich.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, wobei durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Vorrichtung möglich ist, ohne daß dabei in dem zu überwachenden Raum Druckverluste auftreten können.

Als Maßnahme zur Erhöhung der Funktionsfähigkeit der Vorrichtung kann diese nach Anspruch 3 ausgebildet werden, wodurch möglicherweise schalierbedingte Fehlanzeigen vermieden werden.

Darstellung der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 3 beschrieben, wobei von einem Rotorblatt als zu überwachendem Raum ausgegangen wird und die Vorrichtung am achsennahen Raumende im Abstand R ihres elastischen Elements von der Rotationsachse untergebracht ist. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung lu.ch der Linie 1-1 der Fig. 2 unter Angabe der Lage der Vorrichtung zur Rotationsachse,

Fig. 2 eine Oraufsicht auf die Vorrichtung nach Abnahme des Deckels und

Fig. 3 den Verlauf des Drucks bzw. der Zentrifugalkraft gemäß einer Exponentialfunktion bzw. einer Parabelfunktion der Drehzahl.

Fig. 1 zeigt, daß das eine bewegliche bzw. nachgiebige Wand aufweisende Element aus einem einen beweglichen Flansch 2 enthaltenden Balg 1 besteht und eine Bezugskammer, deren Volumen dem Innenraiim des Balgs 1 entspricht, der über einen Kanal 3« mit einer Tasche 3 verbunden ist, gegenüber einer Meßkammer 4 abgrenzt, die durch die Außenwand des Balgs 1, das Gehäuse 5 und den Deckel 6 begrenzt wird. Die Meßkammer 4 ist an den zu überwachenden b?w. zu kontrollierenden Raum über eine Leitung 7 und einen Ringraum angeschlossen, der durch eine Schieberstange 8 und die Bohrung 9 gebildet ist, durch die die Stange 8 hindurchragt. Die Schieberstange 8 ist durch den Deckel 6 hindurcligeführt und an ihrem außen liegenden Ende mit einem Betätigungsknopf 10 versehen, während sie innerhalb des Gehäuses einen Bund 11 aufweist, der nls Befestigungsflansch für ^inen kleinen abgedichteten Balg 12 dient, wobei die Einheit 11, 12 einen abgedichteten Tauchkolben bildet. Eine Sicherungsschraube 13 ist auf einen Ansatz des Gehäuses 5 aufgeschraubt und hält den Betätigungsknopf IO in der niedergedrückten Stellung, so daß der Balg 12 mit dem Bund 11 ein maximales Volumen innerhalb der Kammer 4 einnimmt. Die Meßkammer 4 enthält einen schnell, d. h. abrupt wirksam werdenden Schalter 14, dessen Anschlüsse abgedichtet durch das Geliäuse hind'irdigeführt nid an außerhalb des Gehäuses liegende Klemmen 14 α angeschlossen sind; der BetätigungsVnopf 14 6 des Schalters 14 ist mit einem mittig liegenden Vorsprung la des Flansches 2 in Berührung.

Ein Mundstück beziehungsweise ein Stutzen 15 dient dazu, im Inneren der Bczugskamnier(l, 3, 3 a) einen Bezugsdruck aufzubauen und die Kammer dann hermetisch abzuschließen, wobei dieser Bezugsdruck gleich oder sehr nahe dem Druck des zu Überwacheaden Raumes ist Im allgemeinen stehen der Druck des zu überwachenden Raumes und der Bezugsdruck im Gleichgewicht miteinander und der Balgl hat eine bestimmte Stellung inne, wobei der Schalter 14 sich ebenfalls in einem vorgegebenen Zustand beßndet (er ist zum Beispiel eingeschaltet, um ein Schauzeichen aufleuchten zu lpssen). Wenn in dem abgedichteten Raum, d. h. in dem zu überwachenden Raum ein Defekt auftritt, so daß Luft od. dgl. ausströmt, fällt der in der Meßkammer4 herrschende Druck ab und gleicht nicht mehr den Bezugsdruck aus, so daß der Balgl sich ausdehnt, d. h. verlängert und den Knopf 14 b des Schalters 14 betätigt, der dann seinen Zustand ändert, um ein Alarmzeichen hervorzurufen. ' ;er Alarmzustand entspricht vorzugsweise dem Zustand bei geöffnetem Stromkreis um sicherzustellen, daß bei einem Versagen der elektrischen Einrichtung oder bei durchgebranntem Schauzeichen und so weiter, wodurch die Vorrichtung nicht mehr in der Lage ist. ihre Üoerwachungsfunktion zu erfüllen, der Alarmzustand herrscht, d. h. ein Alarm gegeben wird.

Die Vorrichtung ist für Änderungen des statischen Druckes rad für Änderungen der Umgebungstemperatur unempfindlich, da der zu überwachende Druck und der Bezugsdruck (die im wesentlichen gleich sind) sich in gleichem Umfange verändern und da ihr Unterschied Null oder in der Nähe von Null bleibt.

F i g. 1 gibt außerdem die Re!ati\ position der Rotationsachse 16 wieder, die senkrecht zur Zeichenebene und zur Lage des beweglichen Flansches 2 des Balges 1 verläuft, der von dei Ac!.:;e 16 einen Abstand R hat, derart, daß, wie es sich aus rig. 3 ergibt, die Zentrifugalkraft F'. welche eine Parabelfunküon der Rotationsgeschwindigkeit ist. dazu beiträgt, den Balg zusammenzudrücken, so daß diese Kraft F' auf diese Weise nahezu genau die Abnahme der Kraft Γ kompensiert, die von dem zu überwachenden beziehungsweise zu messenden Druck auf den Balg ausgeübt wird, wobei diese Abnahme (Exponentialfunktion der Rotationsgeschwindigkeit) daher resultiert, daß die auf das Gas in dem zu überwachenden Raum ausgeübte Zentrifugalkraft den Druck an den von der Achse entfernt liegenden Punkten erhöht und an den der Achse naheliegcnd'.n beziehungsweise zunächst liegenden Punkten \ erringert.

Fig. 3, in der gestrichelt die Veränderung der Zentrifugalkraft und in vollen Linien die Veränderungen des Druckes als Funktion der Rotationsgeschwindigkeit dargestellt sind, zeigt beispielsweise, daß für jeden Betriebszustand zwischen NuI! und 320 U/min, die Summe der Kräfte F und F' im wesentlichen gleich einer Konstanten C bleibt: diese nahezu vollkommene Kompcnsicrung ist nicht zufällig und es ist für einen bestimmten Abstand R sowie für bestimmte Merkmale des abgedichteten Raumes immer möglich, für den beweglichen Flansch 2 eine solche^Masse auszuwählen, daß die Bedingungen, wie sie sich aus F i g. 3 ergeben, erfüllt sind.

Fig. ! gibt außerdem die Wirkungsweise eines Überprüfungssystems: Wenn man die Mutter 13 abschraubt, dann wird der Betätigungsknopf 10 freigegeben; der in der Kammer 4 herrschende Druck ücvt den Bale 12 zusammen; der Dichtungsrings«

an der Schieberstange 8 wird über die Leitung 7 hinaus nach außen bewegt, wodurch die Meßkammer 4 von dem abgedichteten Raum isoliert wird. Wenn man mit dem Zusammendrücken des Balges 12 fortfährt, erhöht sich das Volumen der Kammer 4 und der in dieser Kammer herrschende Druck sinkt in einem ausreichenden Umfang ab, um den Schalter 14 zu betätigen. Nach dem Versuch, wenn man die Mutter 13 wieder aufschraubt, d. h. in ihre richtige Lage bringt, komprimiert man das Gas in der Kammer 4 wieder und man stellt die Verbindung dieser Kammer 4 mit dem zu überwachenden beziehungsweise zu überprüfenden Raum wieder her.

Fig. 1 gibt außerdem zu erkennen, daß der Flansch 2 fest mit einem Zylinderschaft 2 b verbunden beziehungsweise damit einstückig ausgebildet ist, der in einer Führung 5 α des Gehäuses 5 gleitet, um den Balg gegenüber Beschleunigungskräften oder Querschwingungen unempfindlich zu machen. Eine Wand 5 b bildet eine Grenze für die Bewegungsbahn des Balges; die Wand 5 ft ermöglicht es, beim Zusammenbau der Vorrichtung in die Bezugskammer das zum Aufbau des Bezugsdruckes erforderliche Gas einzuleiten und dann diese Kammer hermetisch zu verschließen, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung des Balges für den Fall entsteht, daß in der Meßkammer ein nicht ausreichender Druck

ίο herrscht.

Fig. 2 zeigt, wie die Tasche3 ausgestaltet sein kann, um bei einem gegebenen Volumen ausreichend Platz für den Schalter 14 zu lassen und der Bezugskammer ein größtmögliches Volumen zu geben, unc zwar auf Kosten des Volumens der Meßkammer wodurch es möglich ist, die Prüforgane, d. h. der Balg 12 und die Schieberstange 8 in extremem Um fang klein zu gestalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dnickabfallanzeigevorrichtung für die Überwachung des Inneren von geschlossenen und in Rotation befindlichen Räumen, beispielsweise des Inneren eines Rotorblatts eines Hubschraubers, mit einem elastischen Element, das zwei Hohlräume voneinander trennt, wobei der eine Raum als Meßkammer an den zu überwachenden Raum angeschlossen ist und der andere Raum mit einem Gas unter einem Bezugsdruck gefüllt ist, der im wesentlichen dem Druck des zu überwachenden Raums entspricht und mit einem von dem elastischen Element betätigbaren Schfl'er, wobei der unter dem Berugsdruck stehende Raum ein solches Volumen besitzt, gegenüber dem die bei Betätigung des Schalters auftretende Volumenänderung vernachlässigbar gering ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein bewegliches Teil (2, 2 b) eine solche Masse besitzt, daß die auf diese Masse einwirkenden Zentrifugalkraft gleich der Änderung der durch den Druck auf dieses bewegliche Teil (2, 2 b) ausgeübten Kraft ist, und daß das bewegliche Teil(2,2 b) derart mit dem elastischen Elen: ;nt (1) verbunden und ausgerichtet ist, daß die auf das bewc'iche Teil(2,2b) einwirkende Zeinrifugalkipft die Änderung der aus dem Druck resultierenden Y raft ausgleicht bzw. kompensiert.

2. Vorrichtuig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung bzw. Prüfung der Funkt onsfähigkeit und Empfindlichkeit der Vorrichtung eine Schieberstange (8) vorgesehen ist, um die Meßkammer (4) von dem zu überwachenden Raum zu isolieren, daß mit der Schieberstange 18) ein Tauchkolben (11, 12) fest verbunden ist, um das Volumen der isolierten Meßkammer (4) verändern zu können, daß ein innerhalb der Vorrichtung angeordneter, metallener, abgedichteter Balg (12) des Tauchkolbens (11, 12) durch einen Betätigungsknopf (10) betätigbar ist unc; daß eine aufschrp.ubbare Sicherungsmutter (13) vorgesehen ist, um die einzelnen Elemente der Prüfeinrichtung in ihrer normalen Position zu halten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ι laß der Schalter (14) ein schnell bzw. abrupt wirkender, gegen Beschleunigungskräfte und Schwingungen unempfindlicher Schalter ist und daß Führungsorgane (2 b, 5 a) für das Element (1) zur Gewährleistung der Unempftrdlichkeit der Vorrichtung gegen Beschleunigun^skräfte, die quer zu feststehenden Anschlägen (5 b) gerichtet sind, die zur Begrenzung der Bewegung des Elements dienen, vorgesehen sind.