DE102009051406A1 - Device for sensor-related determination of a pressure difference in a pressure-flow-through working line - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung einer zwischen einer ersten Stelle (5a) und einer in Strömungsrichtung beabstandet hierzu angeordneten zweiten Stelle (5b) auftretenden Druckdifferenz im Bereich einer in einer druckluftdurchströmten Arbeitsleitung (2) eingefügten Drossel (4), wobei der Druck an der ersten Stelle (5a) in Strömungsrichtung vor und an der zweiten Stelle (5b) in Strömungsrichtung nach der Drossel (4) abgezweigt wird, um die Druckdifferenz über der Drossel (4) beidseits einer hierzu parallel geschalteten Druckwaageeinheit (6; 6') zuzuführen, welche im Zusammenwirken mit einer elektrischen Schaltereinheit (10; 10') einer übergeordneten Steuereinheit (11) ein binäres Be- oder Entlüftungssignal meldet, falls die Druckwaageeinheit (6; 6') eine signifikante positive bzw. negative Druckdifferenz über der Drossel (4) detektiert.The invention relates to a device for sensor technology determination of a pressure difference occurring between a first point (5a) and a second point (5b) arranged at a distance from it in the flow direction in the region of a throttle (4) inserted in a working line (2) through which compressed air flows, the pressure being on the first point (5a) in the flow direction and at the second point (5b) in the flow direction after the throttle (4) is branched off in order to supply the pressure difference across the throttle (4) on both sides to a pressure compensator unit (6; 6 ') connected in parallel which, in cooperation with an electrical switch unit (10; 10 '), reports a binary control or ventilation signal to a higher-level control unit (11) if the pressure compensator unit (6; 6') has a significant positive or negative pressure difference across the throttle (4) detected.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung einer zwischen einer ersten Stelle und einer in Strömungsrichtung beabstandet hierzu angeordneten zweiten Stelle auftretenden Druckdifferenz im Bereich einer in einer druckluftdurchströmten Arbeitsleitung eingefügten Drossel.The present invention relates to a device for sensor-related determination of a pressure difference occurring between a first point and a second point arranged spaced therefrom in the flow direction in the region of a throttle inserted in a compressed-air-flowed working line.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf fluidtechnische Anwendungsfälle, bei denen das Vorhandensein einer Druckmittelströmung in einer Leitung sowie deren Richtung festgestellt werden soll, um diese Informationen in einer übergeordneten Steuereinheit signalzuverarbeiten. Mögliche Anwendungsfälle sind beispielsweise Reifendrucküberwachungseinrichtungen, bei denen die Druckbeaufschlagung mindestens eines luftgefederten Reifens eines Kraftfahrzeuges gesteuert wird. Hierbei benötigt die übergeordnete Steuerung eine sensortechnisch zu ermittelnde Information über den aktuellen Druck der angeschlossenen luftgefederten Reifen. Es sind jedoch auch anderen Anwendungsfälle denkbar, beispielsweise bei pneumatischen Türbetätigungsanlagen oder im Bereich der Verbrennungsmotorentechnik.The field of application of the present invention extends to fluid-technical applications in which the presence of a flow of pressure medium in a line and the direction thereof are to be detected in order to signal-process this information in a superordinate control unit. Possible applications are, for example, tire pressure monitoring devices in which the pressurization of at least one air-sprung tire of a motor vehicle is controlled. In this case, the higher-level control needs information about the current pressure of the connected air-sprung tires to be determined by sensor technology. However, other applications are conceivable, for example in pneumatic door actuation systems or in the field of internal combustion engine technology.
Aus der
Die
Nachteilhaft bei diesem Stand der Technik ist die recht hohe Anzahl von Bauelementen, verursacht durch die Anschlagscheiben, Druckfedern, Dichtungen und dergleichen.A disadvantage of this prior art is the rather high number of components caused by the stop discs, compression springs, seals and the like.
Aus der
Auch mit dieser technischen Lösung lässt sich ein Differenzdruck messen und in ein Schaltsignal umwandeln. Dieser Differenzdruckschalter wird vorzugsweise in der Fahrwerksregelung, bei der sich in den Schwingungsdämpfern der Druck durch Übergang von zug- auf druckperiodisch ändert, eingesetzt. Nachteilhaft hierbei ist jedoch der recht empfindliche Aufbau, der den Einsatzumfang dieser technischen Lösung beschränkt.Even with this technical solution, a differential pressure can be measured and converted into a switching signal. This differential pressure switch is preferably used in the chassis control, in which the pressure changes in the vibration dampers by transition from tensile to pressure periodically. The disadvantage here, however, is the right Sensitive design that limits the scope of this technical solution.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung eines Differenzdrucks zu schaffen, die mit einfachen Bauteilen robust aufgebaut ist und stets zuverlässige Messwerte liefert.It is therefore an object of the present invention to provide a device for sensor-related determination of a differential pressure, which is constructed robustly with simple components and always delivers reliable measured values.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The object is achieved on the basis of a device according to the preamble of
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Druck an der ersten Stelle in Strömungsrichtung vor und an der zweiten Stelle in Strömungsrichtung – nicht bei sondern – nach der Drossel abgezweigt wird, um die Druckdifferenz über der in der Arbeitsleitung integrierten Drossel beidseits einer hierzu parallel geschalteten Druckwaageeinheit zuzuführen. Die Druckwaageeinheit meldet im Zusammenwirken mit einer elektrischen Schaltereinheit einer übergeordneten Steuereinheit ein binäres Be- oder Entlüftungssignal, falls die Druckwaageeinheit eine signifikante positive bzw. negative Druckdifferenz über der Drossel detektiert, die im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung insoweit als eine Art Messdrossel dient.The invention includes the technical teaching that the pressure at the first point in the flow direction before and at the second point in the flow direction - not at but - is branched off after the throttle to the pressure difference across the integrated throttle in the working line on both sides of a parallel thereto fed switched pressure balance unit. The pressure compensator unit reports in cooperation with an electrical switch unit of a higher-level control unit a binary ventilation signal, if the pressure compensator unit detects a significant positive or negative pressure difference across the throttle, which serves as a kind of measuring throttle in the context of the device according to the invention.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass sich die spezielle Nebeneinanderordnung von Messdrossel zu Druckwaageeinheit zu elektrischer Schaltereinheit mit wenigen Bauteilen einfach umsetzen lässt. Dabei wird mit der ersten Paarung von Messdrossel zu Druckwaageeinheit die bestehende Druckdifferenz in einen Stellung umgesetzt. Mit der Paarung Druckwaageeinheit zu elektrischer Schaltereinheit wird der so erzeugte Stellung als Betätigungskraft für die elektrische Schaltereinheit genutzt. Das so ausgehend von einer Druckdifferenz erzeugte elektrische Signal kann zur Einleitung und Beendigung von auf Druckluftströmungen in Arbeitsleitungen basierenden Anwendungsfällen genutzt werden.The advantage of the solution according to the invention is, in particular, that the special juxtaposition of measuring throttle to pressure compensator unit to electrical switch unit with few components can be easily implemented. In this case, the existing pressure difference is converted into a position with the first pairing of metering restrictor to pressure compensating unit. With the pairing pressure compensator unit to electrical switch unit of the position thus generated is used as an actuating force for the electrical switch unit. The electrical signal generated in this way on the basis of a pressure difference can be used to initiate and terminate applications based on compressed air flows in working lines.
Die Druckwaageeinheit, welche zur Umsetzung der gemessenen Druckdifferenz in einen Stellweg dient, besteht vorzugsweise aus einem zylindrischen Gehäuse mit endseitigen Druckanschlüssen für den Anschluss mit der ersten bzw. zweiten Stelle vor/nach der Drossel und enthält einen durch die Druckdifferenz axial und bidirektional verstellbaren Waagekolben, der gegenüber der Wandung des Gehäuses dynamisch abgedichtet ist. Zur Positionierung des Waagekolbens in eine als differenzdrucklose Ausgangsstellung definierte Mittelstellung ist der Waagekolben beidseits zweier Federelemente angeordnet, die mit dem dem Waagekolben jeweils angewandten Ende an den Stirnseiten des Gehäuses zur Anlage kommen. Somit werden zwei den Waagekolben gegenüberliegend und gegen Federkräfte beaufschlagbaren Druckkammern geschaffen. Eine solche Druckwaageeinheit ist einfach und robust aufgebaut und besteht aus den vorstehend erwähnten wenigen Einzelbauteilen.The pressure compensator, which is used to implement the measured pressure difference in a travel, preferably consists of a cylindrical housing with end pressure connections for connection to the first and second position before / after the throttle and contains a by the pressure difference axially and bidirectionally adjustable balance piston, which is dynamically sealed against the wall of the housing. For positioning the balance piston in a center differential position defined as differential pressure-free starting position, the balance piston is arranged on both sides of two spring elements, which come into abutment with the end respectively applied to the balance piston on the front sides of the housing. Thus, two opposite the balance piston and acted upon by spring forces pressure chambers are created. Such a pressure balance unit is simple and robust and consists of the above-mentioned few individual components.
Das Zusammenwirken dieser Druckwaageeinheit mit der ihr zugeordneten elektrischen Schalteeinheit erfolgt vorzugsweise nach den beiden nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen:
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass magnetische Koppelmittel zum Einsatz kommen. Als magnetisches Koppelmittel wirkt dabei vorzugsweise ein im Waagekolben integrierter Permanentmagnet mit der als induktiver Reedschalter ausgebildeten Schaltereinheit zusammen. Dabei kann der Waagekolben auch gänzlich aus Permanentmagnetmaterial bestehen. Diese magnetischen Kuppelmittel ermöglichen ein berührungsloses Betätigen der elektrischen Schaltereinheit, welche eine druckdichte Unterbringung der Bauteile der Druckwaageeinheit innerhalb eines vollkommen geschlossenen Gehäuses gestattet. Somit werden Abdichtungsprobleme vermieden und dank der magnetischen Koppelmittel lässt sich die Vorrichtung insgesamt recht kompaktbauend realisieren.The interaction of this pressure compensating unit with its associated electrical switching unit is preferably carried out according to the two preferred embodiments described below:
According to a first embodiment, it is proposed that magnetic coupling means are used. As magnetic coupling means, a permanent magnet integrated in the balance piston preferably interacts with the switch unit designed as an inductive reed switch. In this case, the balance piston can also consist entirely of permanent magnet material. These magnetic coupling means enable non-contact operation of the electrical switch unit, which allows a pressure-tight housing of the components of the pressure balance unit within a completely closed housing. Thus, sealing problems are avoided and thanks to the magnetic coupling means, the device can be realized quite compact overall.
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Druckwaageeinheit über mechanische Koppelmittel mit der elektrischen Schaltereinheit zusammenwirkt. Als geeignetes mechanisches Koppelmittel kann dabei ein den Waagekolben mit der Schaltereinheit verbindender Betätigungsstößel vorgesehen werden, der sich quer zur Bewegungsachse des Waagekolbens in Richtung elektrischer Schaltereinheit erstreckt. Der Betätigungsstößel kann dabei entweder Bestandteil des Waagekolbens sein oder Bestandteil der Schaltereinheit. Letzterenfalls lässt sich die elektrische Schaltereinheit als herkömmlicher mehrpoliger Kipphebelschalter ausbilden, der als Standardbauteil zur Verfügung steht.According to the second preferred embodiment, it is proposed that the pressure compensating unit interact with the electrical switch unit via mechanical coupling means. As a suitable mechanical coupling means while the balance piston connecting to the switch unit actuating tappet can be provided, which extends transversely to the axis of movement of the balance piston in the direction of electrical switch unit. The actuating plunger can either be part of the balance piston or part of the switch unit. In the latter case, the electrical switch unit can be formed as a conventional multi-pole toggle switch, which is available as a standard component.
Gemäß einer die Betätigung einer als Kipphebelschalter ausgebildeten elektrischen Schaltereinheit verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Waagekolben zwischen zwei Elastomermembranen angeordnet ist, die je einen Druckraum begrenzen, welcher mit der ersten bzw. zweiten Stelle der Drossel verbunden ist. Das distale Ende des Betätigungsstößels wirkt dabei mit einer radialen Ausnehmung am Waagekolben zur Schalterbetätigung zusammen. Dank der beiden den Waagekolben einschließenden Elastomermembranen steht der mit dem Betätigungsstößel und dem elektrischen Schalter zusammenwirkende Übergangsbereich nicht unter Druck, so dass keine weiteren Dichtungsmaßnahmen getroffen werden müssen. Das Elastomermaterial der Elastomermembranen ist so dick ausgeführt, dass sich im Falle eines Druckgleichgewichts, also bei nicht vorhandender Druckdifferenz, die neutrale Mittelstellung einstellt, ohne dass zusätzliche Federelemente benötigt werden.According to an operation of a measure designed as a toggle switch electrical switch unit improving measure is proposed that the balance piston is disposed between two elastomeric membranes, each delimiting a pressure chamber, which is connected to the first and second position of the throttle. The distal end of the actuating plunger acts together with a radial recess on the balance piston for switch actuation. Thanks to the two elastomeric diaphragms enclosing the balance piston, the transition area cooperating with the actuating plunger and the electrical switch is not under pressure, so that no further sealing measures must be taken. The elastomeric material of the elastomeric membranes is made so thick that, in the case of a pressure equilibrium, ie in the absence of pressure difference, the neutral center position is established without the need for additional spring elements.
Vorzugsweise ist die elektrische Schaltereinheit im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit drei Schaltstellungen ausgestattet und signalisiert der übergeordneten – vorzugsweise elektronischen – Steuereinheit in der besagten Mittelstellung des Waagekolbens keinen Druckbedarf.In the context of the present invention, the electrical switch unit is preferably equipped with three switch positions and signals the superordinate-preferably electronic-control unit in the said middle position of the balance piston no pressure requirement.
Wird dagegen eine der Endanschlagstellungen des Waagekolbens, linksseitig oder rechtsseitig, angenommen, so lässt sich hierdurch ein Belüftungsbedarf bzw. Entlüftungsbedarf signalisieren. Hierdurch lässt sich eine 3/n-Ventilfunktion umsetzen. Eine 2/2-Ventilfunktion kann aus der Summe der vorhandenen Möglichkeiten dadurch realisiert werden, dass lediglich die neutrale Mittelstellung als Abschlussstellung und der Belüftungsbedarf oder Entlüftungsbedarf signalisiert wird.If, on the other hand, one of the end stop positions of the balance piston, on the left or the right side, is assumed, this can be used to indicate a ventilation requirement or ventilation requirement. As a result, a 3 / n-valve function can be implemented. A 2/2-valve function can be realized from the sum of the available possibilities by signaling only the neutral middle position as the final position and the ventilation demand or ventilation requirement.
Gemäß eines bevorzugten Anwendungsfalls ist die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung eines Differenzdruckes ausgestattete Arbeitsleitung eingangsseitig von einem elektropneumatischen Ventil mit Druckluft beaufschlagbar, um endseitig einen vorzugsweise geschlossenen Behälter zu befüllen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermittelt hierbei, ob Druckluft in den Behälter strömt und wann sich ein Strömungsausgleich einstellt und meldet ein dementsprechendes elektrisches Signal an die übergeordnete Steuereinheit weiter, die wiederum das Steuerventil ansteuert. Der elektronischen Steuereinheit kann ein gewünschtes Drucklevel manuell oder automatisch vorgegeben bekommen. Dieses Einsatzbeispiel lässt sich bei der Befüllung luftgefederter Reifen eines Kraftfahrzeuges, der Befüllung kesselartiger Druckluftspeicherbehälter und dergleichen anwenden.According to a preferred application, the working line equipped with the device according to the invention for sensor-related determination of a differential pressure can be acted upon by an electropneumatic valve with compressed air on the input side in order to fill a preferably closed container at the end. In this case, the device according to the invention determines whether compressed air flows into the container and when a flow compensation occurs and reports a corresponding electrical signal to the higher-order control unit, which in turn controls the control valve. The electronic control unit can be given a desired pressure level manually or automatically. This example of application can be used when filling air-sprung tires of a motor vehicle, the filling of boiler-like compressed air storage tanks and the like.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of two preferred embodiments of the invention with reference to FIGS. It shows:
Gemäß
Die Druckwaageeinheit
Die Druckwaageeinheit
Wenn nach Öffnen des elektropneumatischen Steuerventils
Nach der in
Zur Betätigung einer dem Waagekolben
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beiden vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung einer Druckdifferenz zu einem anderen Zweck als zum Druckbeaufschlagen eines geschlossenen Behälters zu verwenden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung im Zusammenhang mit einer Reifendrucküberwachungseinrichtung für luftgefederte Reifen eines Kraftfahrzeuges.The invention is not limited to the two preferred embodiments described above. On the contrary, modifications are conceivable which are included in the scope of protection of the following claims. For example, it is also possible to use the device according to the invention for sensor-related determination of a pressure difference for a purpose other than for pressurizing a closed container. Particularly advantageous is the use in connection with a tire pressure monitoring device for air-sprung tires of a motor vehicle.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektropneumatisches Ventilelectro-pneumatic valve
- 22
- Arbeitsleitungworking line
- 33
- Behältercontainer
- 44
- Drosselthrottle
- 55
- StelleJob
- 66
- DruckwaageeinheitPressure compensator unit
- 77
- Gehäusecasing
- 88th
- Waagekolbencompensator piston
- 99
- Federelementspring element
- 1010
- elektrische Schalteeinheitelectrical switching unit
- 1111
- Steuereinheitcontrol unit
- 1212
- Elastomermembranelastomeric membrane
- 1313
- Druckraumpressure chamber
- 1414
- Betätigungsstößelactuating ram
- 1515
- Ausnehmungrecess
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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