DE102011118225A1

DE102011118225A1 - Präzisionsvolumenstrombooster

Info

Publication number: DE102011118225A1
Application number: DE102011118225A
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinrich
Original assignee: KNOCKS FLUID TECHNIK GmbH; Knocks Fluid-Technik GmbH
Current assignee: KNOCKS FLUID TECHNIK GmbH; Knocks Fluid-Technik GmbH
Priority date: 2011-11-12
Filing date: 2011-11-12
Publication date: 2013-05-16
Also published as: DE202011110161U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Präzisionsvolumenstrombooster für einen Druckregler mit einem Steuerdruckraum, dessen Ausgangsdruck mittels eines Vorsteuerreglers in Verbindung mit einer Druckübersetzungsstufe dem Steuerdruckraum so vorgeschaltet wird, dass der Eingangsdruck um ein mehrfaches am Ausgang des Druckreglers erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Präzisionsvolumenstrombooster für einen Druckregler mit einem Steuerdruckraum, dessen Ausgangsdruck gegenüber dem Eingangsdruck um ein mehrfaches erhöht ist.
Volumenstrombooster mit einer Druckübersetzung (Druckerhöhung) in festen Verhältnissen sind seit längerem bekannt. Dabei verstärkt ein solcher Booster mit einem Übersetzungsverhältnis den Eingangsdruck im Wesentlichen in einem Verhältnis z. B. bis 1:6 auf einen Ausgangsdruck mit einem hohen Volumenstrom. Booster werden im Allgemeinen zur Energie- oder Signalübertragung mittels Luft- oder Gasen betrieben. Ziel eines solchen Gerätes ist es, mit einem relativ niedrigen Steuerdruck einen deutlich höheren Ausgangsdruck bereitzustellen. Dabei hat das Eingangssignal keinen Luftverbrauch, so dass der Signaldruck die gleiche Funktion wie eine Feder im Druckregler übernimmt, denn er erzeugt den Gegendruck auf der Membran. Eine solche Kraft wird gleichzeitig durch den Ausgangsdruck auf der Unterseite einer solchen Membran ausgeglichen. Dabei wird in der Regel ein gefordertes Übersetzungsverhältnis dadurch realisiert, indem das Flächenverhältnis der Steuerdruckmembran zur Ausgangsdruckmembran entsprechend der gewünschten Druckerhöhung ausgelegt wird. Da der Druck eines Gases überall gleich ist hängt die somit erzeugte Kraft nur von der Größe der Fläche ab, auf die der Druck wirkt. Dieses hat zur Folge, dass ein mit einer kleinen Fläche erzeugten Druck eine sehr grolle Kraft erzeugen kann. In so einem Fall spricht man von einer Druckwaage, bei der der Steuerdruck und der Ausgangsdruck im Gleichgewicht stehen. Zur Erreichung einer Druckerhöhung auf der Ausgangsseite muss die Wirkfläche der Ausgangsdruckmembran kleiner ausgelegt werden als die der Steuerdruckmembran.
Eine solche beschriebene Vorgehensweise bringt jedoch Nachteile mit sich. Die Nachteile liegen insbesondere darin, dass kleinere Wirkflächen in der Regel auch zu schlechteren Durchflusskennlinien führen. Dieses bedeutet, dass mit zunehmendem Durchfluss ein unerwünschter Druckabfall am Reglerausgang stärker zunimmt, als dieses beispielsweise bei einem Regler ohne Druckübersetzung der Fall ist. Gleichzeitig bedeutet dieses aber auch je größer die Druckübersetzung gefordert wird umso größer ist auch der dynamische Druckverlust.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin innerhalb eines Volumenstromboosters eine Druckübersetzung zu erzeugen, bei der die Wirkflächen der Membranen nicht verändert werden. Dadurch sollen zusätzliche Druckverluste vermieden werden. Ferner soll eine solche Druckerhöhung auch einstellbar sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.
Um einen Präzisionsvolumenstrombooster für einen Druckregler mit einem Steuerdruckraum so bereitzustellen, dass dessen Ausgangsdruck um ein mehrfaches erhöht ist gegenüber dem Eingangsdruck und keine zusätzlichen Druckverluste aufweist, wird ein Vorsteuerregler in Verbindung mit einer Druckübersetzungsstufe dem Steuerdruckraum vorgeschaltet. Ein solcher Vorsteuerregler kann beispielsweise ein sogenannter Pilotregler sein. Dies bedeutet, dass der Druckregler zur Erzeugung eines größeren Ausgangsdruckes mit einem kleineren Ventil vorgesteuert wird. Dabei kann der Vorsteuerregler mechanisch- oder elektrisch betätigt werden. Neben einfachen direkt betätigten Regelelementen sind auch mehrstufige möglich. Man spricht somit von aktiven und passiven Vorsteuerreglern.
Die Druckübersetzungsstufe besteht erfindungsgemäß im Wesentlichen aus einem Differentialkolben oder einem Differentialdruckverstärker. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis des Eingangsdruckes zum Ausgangsdruck in festen Schritten oder aber auch kontinuierlich veränderbar.
Durch die Verwendung eines Differentialkolbens ist es möglich eine gewünschte Druckübersetzung problemlos zu erzeugen. Dies ist aufgrund der entsprechend gestalteten Wirkflächen des Differenzkolbens problemlos möglich.
Aufgrund eines unveränderten Membranverhältnisses innerhalb des Druckreglers erreicht somit auch der Ausgangsdruck dieses gewünschte Niveau. Dieses hat zur Folge, dass keine Druckverluste zusätzlich entstehen und die Durchflusserkennlinien optimal verlaufen.
Ein solcher Vorsteuerregler kann mit einer integrierten Druckübersetzungsstufe als eine Baueinheit ausgeführt werden. Gleichzeitig ist es jedoch auch möglich dass der Vorsteuerregler im Booster integriert ist oder extern in der Steuerdruckzuleitung eingebaut ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines möglichen in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt:
1: Ein Blockschaltbild eines Präzisionsvolumenstromboosters;
2: einen Schnitt durch einen Druckregler mit einem Vorsteuerregler und einer Druckübersetzungsstufe.
In dem Blockschaltbild der 1 wird schematisch ein Druckregler 1 wiedergegeben, mit dem drucktechnisch eine Druckübersetzungsstufe 2 und dieser drucktechnisch vorgeschaltet ein Vorsteuerregler 3 wirksam verbunden ist. Dabei kann der Vorsteuerregler 3 mechanisch, druckbetätigt oder elektrisch betätigt gesteuert werden.
Die 2 zeigt in einem Gehäuse 13, welches geschnitten worden ist, einen Druckregler 1 mit einer Druckübersetzungsstufe 2 und einem Vorsteuerregler 3. Der Vorsteuerregler 3 erzeugt einen Steuerdruck der auf die Druckübersetzungsstufe 2 mit seiner Steuermembran 9 wirkt. Die Steuermembran 9 hat einen gegenüber mit ihr verbundenen Steuerkolben 10 wesentlich größeren Durchmesser und damit größere Wirkfläche auf die der Steuerdruck wirksam wird. Dadurch, dass der Steuerkolben 10, der als Differentialkolben 11 oder dergleichen ausgebildet ist, eine kleinere wirksame Druckfläche aufweist wird eine Druckerhöhung auf den Steuerteil einer Arbeitsdruckerzeugung 12 ausgeübt. Die Arbeitsdruckerzeugung 12 steht über einem Kanal 7 mit dem Eingangsdruck 5 in Form eines Druckes P₁ in der Verbindung. Der durch den Differentialkolben 11 erzeugte Druck wird auf einer Hauptmembran 8 des Druckreglers 1 innerhalb eines Steuerdruckraumes 4 weitergegeben.
Durch die Funktion des Vorsteuerreglers 3 mit seinem Steuerdruck wird somit in Verbindung mit der Druckübersetzungsstufe 2 der Ausgangsdruck P₂ an dem Druckausgang 6 höher sein als der Eingangsdruck P₁ an dem Druckeingang 5.
Aufgrund der Ausgestaltung können je nach Ausführung der Vorsteuerregler 3 feste Werte für einen erhöhten Ausgangsdruck P₂ sich ergeben oder aber es ist auch möglich diesen Ausgangsdruck P₂ individuell über eine elektrische Ansteuerung zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Druckregler
2: Druckübersetzungsstufe
3: Vorsteuerregler
4: Steuerdruckraum
5: Druckeingang
6: Druckausgang
7: Kanal
8: Hauptmembran
9: Steuermembran
10: Steuerkolben
11: Differentialkolben
12: Arbeitsdruckerzeugung
13: Gehäuse

Claims

Präzisionsvolumenstrombooster für einen Druckregler (1) mit einem Steuerdruckraum (4), dem ein Vorsteuerregler (3) in Verbindung mit einer Druckübersetzungsstufe (2) so vorgeschaltet ist, dass der Ausgangsdruck P₂ gegenüber dem Eingangsdruck P₁ um ein mehrfaches erhöht wird.
Präzisionsvolumenstrombooster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerregler (3) als Pilotregler oder dergleichen ausgebildet ist.
Präzisionsvolumenstrombooster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckübersetzungsstufe (2) im Wesentlichen durch einen Differentialkolben (11) oder einem Differentialdruckverstärker realisiert wird.
Präzisionsvolumenstrombooster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis von P₁ zu P₂ in festen Schritten über den Vorsteuerregler (3) veränderbar ist.
Präzisionsvolumenstrombooster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis P₁ zu P₂ durch den Vorsteuerregler (3) individuell kontinuierlich veränderbar einstellbar ist.
Präzisionsvolumenstrombooster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerregler (3) als elektrische, pneumatische oder mechanische Einheit ausgebildet ist.
Präzisionsvolumenstrombooster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregler (1) mit der Druckübersetzungsstufe (2) und der Vorsteuerregler (3) eine gemeinsame Baueinheit bilden.
Präzisionsvolumenstrombooster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregler (1) und die Druckübersetzungsstufe (2) und der Vorsteuerregler (3) getrennte Baueinheiten bilden und funktionstechnisch miteinander verbunden sind.
Präzisionsvolumenstrombooster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerregler (3) mit integrierter Druckübersetzungsstufe (2) ausgebildet ist.
Präzisionsvolumenstrombooster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Druckregler (1) in Wirkverbindung stehende Druckübersetzungsstufe (2) und der Vorsteuerregler (3) austauschbar sind.