DE2027071A1

DE2027071A1 - Druckftihler für Extruderdruek

Info

Publication number: DE2027071A1
Application number: DE19702027071
Authority: DE
Inventors: Roger Leonard Eden Prairie Minn. Frick (V.St.A.)
Original assignee: Rosemount Engineering Company, Minneapolis, Minn. (V.St.A.)
Priority date: 1969-06-06
Filing date: 1970-06-02
Publication date: 1970-12-10
Also published as: GB1243320A; DE2027071B2; JPS4924702B1; US3581572A

Description

DruGkfühler für Extruderdrück

Die Erfindung betrifft einen Druckfühler für Extruderdruck mit einem Gehäuse in Form eines länglichen Schaftee, an dessen durch den zu ermittelnden Druck beaufschlagten Ende eine auslenkbare Membran vorgesehen ist.

Die Herstellung derartiger mit Kräfteausgleioh arbeitender Druokfühler war bisher zu aufwendig. Ferner besteht in Bereichen relativ niedriger Drüoke das Probelm₉ daß der aus mechanischen Elementen zur Kraftübertragung una zur Übertragung von Bewogungssignalen benutzte Mechanismus zum Ausgleich der Kräfte blockiert. V/eitere Probleme ergaben sich bei der Reparatur und der \vartung. Die Fühlerventile wurden abgenutzt und verschmutzten bei intensivem Gebrauch, so daß nach einer Fühlerkonstruktion gesucht wurde, die leicht und weitgehend ohne Beeinträchtigung der Eichung des Insturnentes zerlegt und wieder zusammengesetzt werden kann»

Del dem eingangs erläuterten Druokfühlor wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß an dem der Membran gegenüberliegenden Ende des Gehäuses ein bewegliches

ο η η a 5 η /15 7 8

BAD ORIGINAL

Wandelement vorgesehen ist, das mit dem Gehäuse eine Kammer bildet, eine Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels über einen Kanal mit dem Gehäuseschaft in Verbindung steht, zum Kräfteausgleieh eine eine Einheit bildende Ventilanordnung mit Ventilelementen innerhalb des Sohaftes im Bereich der Membran mit dieser verbunden vorgesehen ist, so daß eine Bewegung der Membran unter dem Einfluß eines erhöhten Druckes die Ventilelemente derart einstellt, daß sich der ütrömungsmittelfluß durch den Kanal zu der Kammer verändert und die Veränderung des Druckes in der Kammer bewirkt, und die dem Ausgleich der Kräfte dienende Ventilanordnung einen etuigenförmigen Abschnitt umfaßt, der zusammen mit dem Wandelement be-» weglioh und geeignet ist, eine Kraft von dem band-" element über die Ventilelemente auf die Membran ssu übertragen, um eine Gegenkraft an der Membran zum Ausgleich des auf diese einwirkenden Druckes hervorzurufen.

Ein derartiger Druckfühler arbeitet über einen weiten Druckbereioh und neigt nicht zum Blockieren. Der Fühler ist einfach ohne kritische Toleranzen ©der zahlreiche Einzelteile herstellbar und im Falle von Beschädigungen leicht reparierbar. DaB Heguliorv«mtil ist so ausgebildet, daß es leicht auogebogen werden kann, um in Bezug auf den Ventilsitz eine zwangsläufig© und genaue Regulierung zu ergeben.

Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeiepiela der

(J O 9 B f> O / 1 B 7 B " _bad OWGWAL

Erfindung wird diese näher erläuterte Es zeigen:

Figo 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckfühler für Extruderdruek, bei dem einige Teile der Vorrichtung abgebrochen sind und

einen vergrößerten Teilquerschnitt des unteren Endbereiches der in Figo 1 gezeigten Vorrichtung₀

In der Zeichnung ist ein allgemein mit 10 bezeichneter Druckfühler für Extruderdruck dargestellt _e der in den Zylinder 11 eines Extruders eingebaut ist« Wie gezeigt, wird im Extruder eine Schnecke 12 benutzt und der Extruderzylinder ist verhältnismäßig massiv, um den hohen Drücken innerhalb des Extruders Stand zu halten« Der Fühler kann in den Endabachnitt des Extruders eingesetzt sein,, wo sein Fühlerende nicht direkt der Einwirkung der Gchneckenßänge der Extruderschnecke ausgesetzt ißt. Der Fühler besitzt ein Gehäuse, das einen länglichen rohrförmigen Schaft 13 mit kreisförmigem Querschnitt umfaßt _? der einen Gewindeabschnitt 14 besitzt? dyr - wis gezeigt - in eine im Zylinder 11 des Extrudern vorgesehene Öffnung eingeschraubt ist* Der lSndabschnltt 15 des Schaftes erstreckt sich in den Hochdruckbereich und besitzt eine erste Fühlermembran 16 von relativ geringem Durchmesser ₉ die im wesentlichen mit der inneren Oberfläche 17 defj Extruderzylindere fluohtet. Der Abschnitt 15 besitzt eine (Membran-) Ventilanordnung. Das Innere der Ventilanordnung beoitzt

009850/1570 BAD ORIGINAL

eine zentrale Kammer 20, eine Endkammer 21 und eine Ventilkammer 22ο Die Ventilkammer 22 bildet und öffnet sich in Richtung auf eine Verlängerung der inneren Kammer 24 innerhalb des Schaftes 13 ο Eine längliche Ventilanordnung 25 zum Kräfteausgleich ist innerhalb des inneren Kanals der Kammer 24 angeordnet. Die Ventilanordnung 23 umfaßt einen stangenförmigen Abschnitt zur Herstellung des Kräftegleichgewichts und einen Ventilkopf 25* Der Ventilkopf ist mit einem Endzapfen 29 versehen,, der versohieblich in die Kammer oder den Kanal 20 des Ventils eingepaßt ist und. von der diese Öffnung bildenden Wandung einen Abstand aufweist« Der Ventilkopf 25 ist größer als die Kammer oder der Kanal 20 und besitzt eine konische Ventilfläche 26, die in einen konischen Ventilsitz 27 eingepaßt ist, der, in der Ventilanordnung ausgebildet ist- Der Ve^tiXßitii 27 verbindet die die Ventilkammer 22 und die die zentrale Kammer 20 umschließenden Flächen. Der Endzapfen 29 der Ventilanordnung paßt in eine Ausnehmung„ die in einem als Überdruokansohlag dienenden Betätigungselement 28 ausgebildet ist, das in der Kammer 21 ungeordnet ist, wobei der Anschlag 28 an der Membran 16 anliegt ο

Der zur Herstellung des Kräftegleichgewichte dienende stangenförmige Abschnitt 41 der Ventilanordnung 23 ist, wie gezeigt, röhrenförmig und besitzt einen zentralen Kanal oder eine zentrale Öffnung 31, die sich vom Ventilkopf zum entgegengesetzten Ende der Einheit erstreckt» Eine Mehrzahl radialer Bohrungen oder Offnungen 32 ist in der Wandung der Ventilanordnung vorgesehen und führt von dem zentralen Kanal 31 zur Außenseite

■■■"- - 5 -

009850/1578 BAD ORIGJWAL

der Ventilanordnung 23 im BeHich der zentralen Kammer 2O₀ Die Öffnungen 32 liegen im Bezug auf den Ventil«« sits 27 und die Ventilfläohe 26 auf der vom entfernten Ende der Ventilanordnung abgewandten Seite.

Der Schaft 13 ist an dem vom Fühlerende abgewandten Ende des Druckfühlers in einem Gehäuse 33 gelagert. Das Gehäuse 33 umfaßt einen Gund- oder Lagerkörper und ein Deckelement 35i die durch geeignete Schrauben 36 aneinander gehalten werden und eine zweite bewegliche Membran 37 zwischen sich festklemmen« Der Grundkörper 34 wird mit einem geeigneten Befestigungsstift auf dem Schaft 13 gehalten· Das Gehäuse enthält eine innere Kammer 40_o Die Membran 37 wird als Membran zur Herstellung eines Kräftegleichgewichts benutat und ist an dem zur Herstellung des Kräftegleichgewichts dienenden stangenförmigen Abschnitt 41 der Ventilanordnung 23 befestigte Die Membran 37 erstreckt sich quer durch die Kammer 40, um diese Kammer in zwei getrennte Kammern zu unterteilen Eine erste Kammer 42 befindet eich auf der vom Ventilkopf 25 abgelegenen Seite der Membran 37 und eine sswelte Kammer 41 let auf der gleichen Seite der Membran angeordnet wie der Ventilkopf 25» Die Membran 37 ist durch ein Paar von Klemmklötaen 44 an der Stange 41 angebracht. Bin erster dieser Klötze liegt an einem geteilten Befestigungarlng 45 an, der sich in einer Hut auf der Außenfläche des itangenfijrmigen Elementes 41 befindet. Die Membran wird dann gegen den ersten Klotz Über die Stange.41 geschoben, worauf ein aweiter Klota auf der Stange gegen die Membran gelegt wird und worauf schließlich •ine aufdruckbare Klemmbefestigung 46 Über die Stange geiohoben und dazu benutzt wird, die beiden Klötze

^009850/1578 "'"«D0B9WL

zusammenzuklammern und die Membran zwischen ihnen einzuklemmen ₀ Wie ersichtlich ißt, umgeben die Klötze den s tangenförmigen Abschnitt dicht anliegend und (lie Membran 37 besitzt eine Öffnung, die ebenfalls dicht den sfcangonförmigen Abschnitt 41 umschließto Pie Hembran 37 ist außerordentlich flexibel jedoch im wesentlichen nicht dehnbar und besteht aus einem Material, das aus einem Gewebe und Gummi aufgebaut ist. Ansprechend auf Drücke in der Kammer 40 bewegt üich die Membran 37 im wesentlichen wie ein Kolben innerhalb- der Kammer/und die Bewegung der Membran erzeugt eine Bewegung des stangenförmigen Abschnitts 41? Eine 0-Ring-Biehtung wird benutzt» um die Außenfläche der Stange 41 gegenüber der Innenfläche der Kammer 24 im Schaft 13 abzudichten» Die Kammer 4.5 steht mit der Atmosphäre über eine öffnung 50 in Verbindung_β während die Kammer 42 mit der Atmosphäre durch eine öffnung 51 verbunden 1st, die den Betrag an Strömungsmittel oder Luft bemißt, der aus der Kammer 42 ausströmen kann« Ein Druckmeßgerät 52 jeder gewünschten Bauart, das Strömungsmitteldrüoke anzeigen kann, ist in einem Hals 53 des Deokeleraents 35 befestigt und ist gegenüber der ersten Kammer 42 geöffnet, um auf den Druck in dieser ersten Kammer anzusprechen» Der innere Kanal 31 in dem dem Druckausgleich dienenden stangenförmigen Abschnitt 41 öffnet sich in die Kammer 42 auf der in Bezug auf die Ventilanordnung abgelegene Seite der Membran 37.

Wie aus Fig«, 2 ersichtlich ist, 1st der Endabachnitt des stungenförmigen Abschnittes 41 so weife abgedreht oder anderweitig bearbeitet, daß er einen Abschnitt mit sehr geringer Wandstärke besitztj, der sieh ^an 4@n Ventilkopf 25 anschließt. Dadurch kann der Ventiikopf

~ 7 « 009850/1578

leicht ausgelenkt werden, so daß oioh der Ventilkopf nicht an der Innenfläche des Schaftes festfressen kann, wenn keine genaue Ausrichtung beßteht. Der Hauptteil des stangenförmigen Abschnittes ißt jedoch massiv genug, um die Kräfte ohne übermäßige Durchbiegung aufzunehmen O

Eine Quelle 58 eines unter Druck stehenden Strömungsmittels ist mit der inneren Kammer 24 des Schaftes 13 verbundene

Im Betrieb wird das unter Druck stehende Strömungsmittel in die Kammer 24 eingeleitet und kann wegen des O-Rings 47 nicht in die Kammer 40 gelangen. Wenn dann ein Druck die kleine Membran 16 belastet, wird sich diese Membran in der durch einen Pfeil 60 angedeuteten Richtung ausbiegen, wodurch die Ventilfläche 26 der Ventilanordnung vom Ventilsitz 27 abgehoben wird, so daß unter Druck stehendes Strömungsmittel nun zwischen diesen Flächen hindurchtreten kann und über die Öffnungen 32 in den Kanal 31 des dem Druckausgleich dienenden stangenförmigen Abschnitts 41 gelangen kann. Das unter Druck stehende Strömungsmittel durchströmt dann den Kanal 31 bis zur ersten Kammer 42, die durch die große Membran 37 begrenzt wird. Das unter Druck stehende Strömungsmittel kann durch die Öffnung 51 hindurohtreten, die Versorgung mit Strömungsmittel ist jedoch ausreichend, so daß sich in der Kammer 42 ein Druck aufbauen und gegen die Membran einwirken kann, um die Ventilfläche 26 gegen den Ventilsitz 27 zurUokzudrücken, wodurch der Fluß des unter Druck stehenden StrÖmungsmittels gedrosselt oder bemessen wird. Die aus der

- B -°°^9850/1578 BADORK^AL

Druckausgleichsstange und dem Ventil gebildete Anordnung wirkt über das Betätigungselement 28 zum Ausgleich des Druckes auf die erste Membran 16_O Wenn die Ventilanordnung einen Gleichgewichtszustand erreicht, besteht ein Strömungsmittelfluß zwischen dem Ventilsitz 27 und der Ventilfläche 26 hindurch zur Kammer und aus der Öffnung 51« Der Druck in der Kammer 42 beim Bestehen des Ventilgleichgewichtes wird auf dem Druckmeßgerät 52 (oder mit geeigneten Aufiäeiohnungßinotru<menten) angezeigt» und dieser Druck ist dem Druck auf die Membran 16 proportional. Die Einheit erreicht ein der Kraft auf die Membran 16 proportionales Kräftegleichgewicht,, weil der auf die Membran 37 einwirkende Druck die Membran 37 und die damit verbundene Druckausgleichsstange 41 in der dem Pfeil 60 entgegengesetzten Richtung bewegt, um die Flächen 26 und 27 einander stärker zu nähern und den Strömungsmittelfluß zu drosseln«, Wenn der Strömungsraittelfluß zu stark abgesperrt wird_f fällt der Druck in der Kammer 42 natürlich ab und die Membran 16 wird wieder in der durch den Pfeil 60 angezeigten Richtung bewegt, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen den beiden Membranen er---reicht wird und die Flächen 26 und 27 in einem Abstand voneinander verbleiben _t jedoch in ausgeglichenem Zustand» Jede Veränderung der auf die Membran 16 einwirkenden Kraft wird eine Veränderung dieser Gleichgewichtsbedingung verursaohen und somit eine Veränderung des auf dem Meßgerät 52 angezeigten Druckes« Es besteht ein ständiger Fluß des unter Druck stehenden Strömungsmittels durch das System längs des Kanales 31 und aus der bemessenen öffnung 51« Die öffnung 50 erlaubt eine Bewegung der Membran 37 ohne ein Zusammendrücken der Luft in der zweiten Kammer 43. Die Membran 37 wirkt

009850/1578

BAD ORIGJNAL

im wesentlichen wie ein Kolben oder eine bewegliche Wand, um den den Druckausgleich dienenden stangenförmigen Abschnitt in eine Gleichgewichtslage zurüokzubewegen.

Die durch den im Querschnitt verringerten Abschnitt 54 eingebaute Flexibilität ermöglicht es der Ventilanordnung, eich selbst auszurichten, so daß kein Festhaften oder Festklemmen der Ventilanordnung auftreten kann, das eine fehlerhafte Wirkung hervorrufen und das Erreichen einer Wiederholbarkeit und Linearität bei dieser Bauart schwierig machen kann« Außerdem kann der Gehäuseabsohnitt 35 ganz leicht vom Uehäuseabschnitt 34 abgenommen und die gesamte Druokstangenventilanordnung 23 entfernt werden» so daß dtr Ventilsitz 27 gereinigt oder leicht mit einer Reibahle nachgearbeitet werden kann. Die Druckstange kann duroh den Kanal oder die innere Kammer 24 herausgezogen werden, weil das Element 28 nur mit Schiebesitz auf der Ventilanordnung sitzt.

Das Element 28 bildet einen Überdruckanschlag durch sein Anliegen an der duroh die Endkammer 21 gebildeten Schulter, wenn der Druok auf die Membran 16 einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dies liefert einen mechanischen Anschlag zur Verhinderung einer meohanisohen Beschädigung der Einheit. '

Das Gerät liefert eine gute Kontrolle, lot leloht herzustellen, bringt eine Verringerung der Bauteile und damit eine Reduzierung der Kosten mit sich. Die Einheit ist aufgrund der Flexibilität des Ventilkopfea 25 gegenüber dem stangenförmigen Absohnitt 41

- 10 -0 0 9 8 5 0/1578 bad original

bei relativ niedrigen Drücken verlässlich, weil daduroh vermieden wird» daß sich der Kopf aufgrund einer fehlerhaften Ausrichtung festsetzen kann« Der Ventilsitz der Einheit kann gereinigt und sogar nachgearbeitet werden^ ohne daß der Schaft vom Extruderzylindei' entfernt werden muß, in~dera lediglich die Schrauben entfernt werden» die die Teile 35 und 34 miteinander verbinden und indem die Membran 37 und die Ventilanordnung 23 aua dem Schaft oder Gehäuse 13 gezogen werden,,

BAD ORIGINAL

11

00985071578

Claims

P at e η t a n ε ρ r ü ehe:

_K1y DruckfühXer für Extruderdruck mit einem Gehäuse in Form eines länglichen Schaftes, an dessen durch den zu ermittelnden Druck "beaufschlagten Ende eine auslenk·» "bare Membran vorgesehen ist_s dadurch gekennzeichnet _s daß an dem der Membran (16) gegenüberliegenden Ende des Gehäuses (13, 34» 35) ein bewegliches Vvandelement (37) vorgesehen ist, das mit dem Gehäuse eine Kammer (42) bildet, eine Quelle (58) eines unter Druck stehenden Strömungsmittels über einen Kanal (24) mit dem Gehäuseschaft (13) in Verbindung steht, zum Kräfteausgleich eine eine Einheit bildende Ventilanordnung (23) mit Ventilelementen (26, 27) innerhalb des Schaftes im Bereich der Membran (16) mit dieser verbunden vorgesehen ist_r so daß eine Bewegung der Membran (16) unter dem Einfluß eines erhöhten Druckes die Ventilelemente derart ein·" stellt, daß sich der Strömungsmittelfluß durch den Kanal zu der Kammer verändert und die Veränderung des Druckes in der Kammer bewirkt, und die dem Ausgleich der Kräfte dienende Ventilanordnung einen otungenförmigen Abschnitt (41) umfaßt, der zusammen mit dem Wandelement (37) beweglioh und geeignet ist, eine Kraft von dem Wandelement über die Ventilelemente auf die Membran (16) zu übertragen, um eine Gegenkraft an der Membran (16) zum Ausgleich des auf diese einwirkenden Druckes hervorzurufen.

-■12 -

009 8 50/157 8 „

BAD ORIGINAL

2» Druokfühler nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Ventilelemente eine innerhalb des der ersten Membran (16) benachbarten Gehäuseteils (15) ausgebildete ringförmige Fläche (27) umfassen, die gegen das bewegliche Wandelement (37) weist, sowie eine dieser Ringfläche zugeordnete Fläche (26) auf dieser dem Kräfteausgleich dienenden Ventilanordnung (23), die eine derartige Größe besitzt, daß sie aus dem Gell häuse in einer Richtung herausgezogen werden kann, die gegen das bewegliche Wandelement verläuft,

3. Druckfühler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stangenförmige Abschnitt (41) der eine Einheit bildenden, dem Kraftausgleich dienenden Ventilanordnung (23) der eigentlichen Ventilanordnung (25) benachbart einen im Querschnitt verringerten Abschnitt (54) aufweist, der eine erhöhte Auslenkbarkeit der eigentlichen Ventilanordnung gegenüber diesem stangenfßrraigen Abschnitt ermöglichte * ·-ä ^ ■

^ 4ο Druckfühler nach einem der Ansprüche 1,_:"2- ödgr-3, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Einheit bildende, dem Kräfteausgleich dienende Ventilanordnung (23) rohrförmig ausgebildet ist und eine innere Öffnung (31) besitzt, daß diese innere Öffnung über die Ventilelemente (26, 27) an einem ersten Ende dieser inneren Öffnung mit der Quelle (58) des unter Druck stehenden Strömungsmittels in Verbindung steht, und daß diese innere Öffnung an einem zweiten Ende gegen diese Kammer (42) geöffnet ist.

- 13 -

BAD ORIGINAL 009850/157 8 .

5· Xteuefefttisleir

dadiurea ge&eimatie&iistf dsf ei» AKUB9igeß«rät (52) mit ülmm Sanoev' (4.2)' tu Verladung stellt*

6_# '-Sruolsgflliler naen Anepruea 2_# daduxeb

fiäeJae (27) die ?aans-eijsee

dadurch gekennzeichnet, daß dao b^wegliclie Wandelement C 3?) «ine flexible B@wfomn unieSt» Äa© dee Qti&xw* fiXement (35) umfaßt, das die fiexüie Membran länge ihrer Umfange leant e dichtend f@@tlcl#mint₉ und daß die Kammer (42) auf jener Seite der Membran {yj) ausgebildet ist, 4i# v©» d#n Vsatilti«^»*©» <26_f 27) gewandt ist* .

9, Druclcfühler nach einem der Aneprüohe 1,3, 4 M#37 5, geicenriijeiohnet, daß die Ventilelemente einen Ventileitz (27) urafaaeen, dor innerhalb des KanalB der ereten Hembran (16) benaonbart angeordnet ist, eowie ei»« Ventilfläefc* (26) awf dea? Ä#a WsMteaaegledLoli -dienende». Ventllanordiiiiiig <03)» 'die geeignet 1st, rait diceera Ventilsitz zusammenzuwirken, daß ein iSKf$it@r Kanal (31) Innerhalb dieser eine Einheit bildenden, dem Kräfteauaglelch dienenden Ventil** anordnung (23) ausgöbildet ist, daß aich durch diese Jträiteausgleioh dienende Vantllanordnung zum zweiten eim#s von der Quelle de» unter Drucic stehenden

abg^wandten Seite der Vantililäohe öffnujißon (32) eritreolttn, daß duroh eine Bewegung der

(16) durch erhönten DruoJc die Ventil-

009880/1578

• 202707

fläche {£61 άΐβββτ Veatileleniente Win Ventileits (27) wegbewegt wAi:4_f iud it&tev Druok nittel 44® Bewtgusg ¥©ii dleeev S in den m^itm Eawal i31) sm sweite Kaeal in 4i©§# «aj^te KemDev (42)

009850/ 1S78

9, DrttokfUldes nmh §imm der gekeniiseioJinetf deJ ve» 4ieeov Mmm&% (52) «ine {§1} asisffitindet« tmr 4a© Äwßütiöffl©»'m

&u beseeeen·

BAD ORIGINAL