-
Die Erfindung betrifft einen elektropneumatischen Wandler,
der mit einem Explosionsschutz versehen ist.
-
Genauer gesagt, betrifft die Erfindung einen Umformer zum
Umwandeln eines Signals, das durch die Stärke eines
elektrischen Stroms gebildet wird, in einen pneumatischen Druck,
der für die Stärke des Stroms repräsentativ ist, wobei der
Umformer einen Explosionsschutz besitzt, um in einer
sogenannten explosiven Atmosphäre arbeiten zu können. Diese
Wandler werden insbesondere fur die direkte oder indirekte
Steuerung von Ventilen zur Steuerung von Industrieprozessen
verwendet. Unter indirekter Steuerung versteht man
insbesondere die Einwirkung des elektropneumatischen
Wandlers über eine Stellungsvorrichtung, Positionierer
genannt, die dazu bestimmt ist, eine Beziehung zwischen dem
Zustand des Systems zur pneumatischen Regelung der Stellung
des Verschlußorgans des Ventils und dem elektrischen
Steuersignal zu gewährleisten.
-
Das Prinzip dieser elektropneumatischen Wandler ist bekannt.
Die Regelung des Drucks wird durch eine
Düsen-Paletten-Einheit vorgenommen, wobei der Wert des Drucks durch die
Distanz zwischen der Düse und der Palette bestimmt ist. Die
Palette ist an einem ersten Ende eines Waagebalkens
montiert, dessen anderes Ende der Einwirkung des Steuersignals
beispielsweise mit Hilfe eines Elektromagnets ausgesetzt
ist. Ein Wandler mit einem Düse-Palette-Einheit und einem
der Einwirkung eines Elektromagnets ausgesetztem Waagebalken
ist beispielsweise in der DE-A-36 01 907 beschrieben.
-
Derartige Systeme sind vollkommen wirksam, sie sind jedoch
nicht in einer sogenannten explosiven Atmosphäre verwendbar,
und zwar insbesondere wegen des Vorhandenseins der Spule des
Elektromagnets und ihres Speisekreises.
-
Die Schrift GB 744 261 beschreibt allgemein den Schutz von
elektrischen Unterbrechern gegen Explosionsgefahr, betrifft
jedoch nicht die elektropneumatischen Wandler.
-
Ein Gegenstand der Erfindung ist es, einen
elektropneumatischen Wandler der oben genannten Art zu schaffen, der solche
Merkmale besitzt, daß er die Normen erfüllt, die für die in
explosiver Atmosphäre arbeitenden Geräte gelten.
-
Wie beansprucht, schlägt die Erfindung einen
elektropneumatischen Wandler vor, umfassend ein Düse, die mit einem zu
steuernden Fluidkreis fest verbunden ist, einen Hebel, der
schwenkbar um eine Achse montiert ist und von dem ein Ende
gegenüber der Duse angeordnet ist, einen Elektromagnet, der
durch eine Induktionsspule gesteuert ist und einen Kern
umfaßt, der mit zwei Schenkeln versehen ist, die einen
Polspalt zur Erzeugung eines Magnetfeldes abgrenzen, das auf
den Hebel einwirkt, um sein Ende gegenüber der Düse bewegen
zu lassen, wobei der Druck des Fluids von der Stellung des
Endes des Hebels bezuglich der Düse abhängt.
-
Erfindungsgemäß umfaßt der Wandler eine
Explosionsschutzkammer, deren Wand Öffnungen, die von diesen Schenkeln
durchquert werden, und in Höhe dieser Durchführungen
Explosionsschutzdichtungen umfaßt. Die Induktionsspule ist im Inneren
der Kammer gelegen, während der Polspalt außerhalb der
Kammer gelegen ist, und der Hebel und seine Drehachse sind
vollständig außerhalb der Kammer gelegen, wobei das Ende des
Hebels, das dem der Düse gegenüberstehenden Ende
entgegengesetzt ist, in Nähe des Polspaltes angeordnet und der
Einwirkung des Magnetfelds ausgesetzt ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Wandler
eine Palette, die sich gegenüber der Düse bewegen kann,
wobei diese Palette an dem der Düse gegenüber angeordneten
Ende des Hebels montiert ist, wobei das andere Ende dieses
Hebels mit einem ferromagnetischen Teil fest verbunden ist,
das der Einwirkung des Magnetfelds ausgesetzt ist.
Vorzugsweise ist die Kammer aus zwei Teilen gebildet, die
miteinander dicht verbunden sind, wobei wenigstens eines dieser
beiden Teile aus einem gießbaren und nicht magnetischen
Werkstoff hergestellt ist und dieser Teil durch partielles
Umgießen dieses Kerns in der die Durchführungen bildenden Zone
gebildet ist.
-
Man begreift, daß auf diese Weise der elektrische Teil des
Elektromagnets ganz in der Umschließungskammer aufgenommen
ist, was die erforderlichen Explosionsschutzeigenschaften
gewährleistet. Die Wand der Umschließungskammer wird nur von
dem Kern des Elektromagnets durchquert, der ein
feststehendes Teil ist. Die Ausführung der Durchführungen wird dadurch
sehr vereinfacht. Schließlich ist das gesamte pneumatische
System außerhalb der Umschließungskammer gelegen. Der
Austritt des Fluids aus der Düse geht damit ohne Problem vor
sich.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
deutlicher aus der folgenden Beschreibung von mehreren
Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Beschreibung
bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen. In diesen
zeigen:
-
Fig. 1 eine vereinfachte Ansicht einer ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers und
-
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Wandlers.
-
Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt der erfindungsgemäße
elektropneumatische
Wandler einen pneumatischen Teil A und einen
elektrischen Teil B. Der pneumatische Teil A besteht aus einem
pneumatischen Kreis 2, dessen Druck in Abhängigkeit von einem
elektrischen Steuersignal 1 geregelt werden soll. Der
pneumatische Kreis 2 ist mit einer kalibrierten Druckregeldüse 4
versehen. Die Düse 4 wirkt mit einer beweglichen Palette 6
zusammen, die an einem ersten Ende 8a eines Arms 8 montiert
ist, der seinerseits an einem Waagebalken 10 montiert ist.
Am zweiten Ende 8b des Arms 8 ist ein Dauermagnet 12
befestigt.
-
Der elektrische Teil B besteht aus einem
Steuerelektromagnet, der von einer Erregungsspule 14 und einem Magnetkreis
16 oder Kern mit einem Polspalt 18 gebildet ist. Wenn man in
der Spule 14 einen Strom von der Stärke I fließen läßt, übt
das in Nähe des Polspalts 18 erzeugte Magnetfeld eine
Anziehung auf den Dauermagnet 12 aus, die dessen Bewegung
bewirkt. Die Palette 6 erfährt somit eine entsprechende
Bewegung, die in Zusammenwirkung niit der Düse 4 die Regelung des
Drucks im pneumatischen Kreis 2 gestattet. Der Polspalt 18
hat eine Dicke von etwa 1,2 mm und die Spule besitzt etwa
2600 Windungen. Unter den normalen Verwendungsbedingungen
betragen die in Höhe des Polspalts erzeugten Magnetfelder
etwa 700 bis 800 Gauss.
-
Wie Fig. 1 zeigt, sind die Spule 14 und ein Teil des
Magnetkreises 16 in eine Explosionsschutzkammer 20 eingeschlossen.
Die Kammer 20 wird vorzugsweise von einem Körper 22 und
einem Deckel 24 gebildet. Der Magnetkreis 16 durchquert den
Boden 22a des Körpers 22 über zwei Durchführungen 26 und 28.
Der Körper 22 und der Deckel 24 besitzen beispielsweise eine
allgemeine zylindrische Form mit der Achse XX'. Die
Verbindung zwischen dem Deckel 22 und dem Körper 24 wird durch
Zusammenwirken eines Gewindes 30 und eines Innengewindes 32
hergestellt, die jeweilig in den Teilen 22 und 24 gebildet
sind.
-
Die Durchführungen 26 und 28 und die Verbindung 30, 32 sind
so ausgeführt, daß die Kammer 20 die erforderlichen
Explosionsschutzeigenschaften besitzt.
-
Was die Durchführungen 26 und 28 betrifft, so kann dies
erreicht werden, indem der Körper 22 der Kammer durch
partielles Umgießen des Magnetkreises 16 gebildet wird. Die
umgossenen Abschnitte 16a und 16b des Magnetkreises sind zwischen
dem Polspalt 18 des Magnetkreises und dem Abschnitt 16c des
Magnetkreises angeordnet, auf dem die Spule 14 montiert ist.
Die Kammer ist aus Aluminium hergestellt. Man erhält auf
diese Weise eine sehr starke Abdichtung in Höhe der
Durchführungen, was ebenfalls die Explosionsschutzmerkmale
gewährleistet. Was die Verbindung zwischen dem Körper 22 der Kammer
und ihren Deckel 24 betrifft, so hat der Weg zwischen diesen
beiden Teile eine ausreichende, sich vom Inneren der Kammer
zum Äußeren der Kammer erstreckende Länge, um die
Explosionsschutzmerkmale zu gewährleisten. Typischerweise beträgt
diese Länge etwa 10 mm.
-
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen elektropneumatischen Wandlers. Der pneumatische Teil A
ist identisch mit dem der Fig. 1. Er wird deshalb nicht noch
einmal beschrieben. Der elektrische Teil B unterscheidet
sich von dem der Fig. 1 durch die Art der Ausführung der
Durchführungen in der Wand der Kammer.
-
Die Kammer 40 besteht aus einem Körper 42 und einem Deckel
44. Der Körper 42 ist mit zwei Öffnungen 46 und 48 für den
Durchgang des Kerns 50 des Elektromagnets 52 versehen. Der
Kern besteht aus einem zentralen Element 50a, auf dem eine
Spule 54 montiert ist, aus zwei Durchführungselementen 50d
und 50e und aus zwei Endelementen 50b und 50c, deren freie
Enden den Polspalt 56 definieren. Die Durchführungselemente
50d und 50e des Kerns durchqueren frei die Öffnungen 46 und
48, sind jedoch an der Innenseite 42a des Körpers 42 durch
Schultern 58 und 60 in Anschlag. Die Elemente 50d und 50e
des Kerns sind mit der Körper 42 durch Ablagerungen von
haftendem Harz 42 und 44 fest verbunden, die außerdem die
Spiele zwischen den Öffnungen 46 und 48 und den Elementen
50d und 50e des Kerns verschließen. Man erhält auf diese
Weise die erforderlichen Explosionsschutzeigenschaften in
Höhe der Öffnungen 46 und 48.
-
Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist dieselbe wie die
der Ausführungsform von Fig. 1.
-
Außerdem kann die Spule 14 und 54 mit dem Äußeren der Kammer
durch eine Klemmenleiste und ein elektrisches Kabel
verbunden sein, das die Wand der Kammer 20 oder 40 unter
Explosionsschutzbedingungen durchquert.
-
Man versteht, daß die Erfindung tatsächlich die Lösung des
gestellten Problems gestattet. Einerseits ist der
elektrische Kreis, der eine Explosion verursachen kann, vollständig
in der Kammer 20 aufgenommen, die die erforderlichen
Explosionsschutzmerkmale besitzt. Andererseits ist der
pneumatische Kreis vollständig außerhalb der Kammer 20 angeordnet.
Man vermeidet auf diese Weise die bereits bekannten
Probleme, die das Austreten des pneumatischen Fluids stellen
könnte, wenn die pneumatischen Kreise in der Kammer angeordnet
sind.