DE1082964B - Druckabhaengige Einrichtung zur Ausloesung von elektrischen oder mechanischen Schaltimpulsen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 21c 40/04

INTERNAT. KL. H 02 C

PATENTAMT

S45227VIIIb/21c

ANMELDETAG: 18. A TJ G U S T 1955

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DEK
AUSLEGESCHRIFT:

9. JUNI 1960

Die Erfindung bezieht sich auf druckabhängige Einrichtungen zur Auslösung von elektrischen oder mechanischen Schaltimpulsen, um den Druck eines Druckmittels in einem Leitungsnetz innerhalb zweier Grenzwerte zu halten, wobei die Druckmittelquelle, beispielsweise ein Kompressor, eine Pumpe od. dgl. (nachfolgend immer nur als »Kompressor« bezeichnet), in der Weise gesteuert wird, daß, wenn der Druck im Leitungsnetz den oberen Grenzwert erreicht, die Druckmittelquelle veranlaßt wird, den Lieferdruck zu senken, und daß, wenn der Druck auf den unteren Grenzwert fällt, die Druckmittelquelle veranlaßt wird, den Lieferdruck zu erhöhen.

Als Beispiel ist zu nennen, daß das Steuermittel so ausgebildet werden kann, daß es den Kompressor bei Erreichen der Grenzwerte, z. B. mittels eines elektrischen Schalters, abstellt und wieder anläßt. Auf diese Steuerung soll nachfolgend Bezug genommen werden, ohne daß hierauf eine Beschränkung erfolgen soll.

Bei bekannten Einrichtungen dieser Art wird die Druckdifferenz zwischen den beiden Grenzwerten des Drucks im wesentlichen durch die Differenz zwischen den Querschnitten zweier fluchtend angeordneter Ventilsitze bestimmt, die in einer gemeinsamen Kammer vorgesehen sind und zwischen denen eine Kugel od. dgl. angeordnet ist, die unter der Wirkung einer Feder, beispielsweise einer Druckfeder, steht, durch die die Kugel gegen den Sitz mit dem kleineren Querschnitt gedrückt wird, und zwar entgegen der Wirkung des veränderlichen Drucks im Leitungsnetz. Die Ventilkammer steht mit einem hydraulischen Steuerzylinder oder einem anderen g₀ druckmittelbetätigten Element in Verbindung, der bzw. das die Druckmittelquelle steuert, während der andere Sitz von größerem Querschnitt die Kammer mit einer Zone niederen Drucks verbindet.

Unter diesen Bedingungen kann der Zustand beim Abstellen und Wiederanlassen des Kompressors wie folgt ausgedrückt werden:

und
woraus folgt

= - ^und

Pi =

oder

40

wobei S₁ und S₂ die Querschnitte der Sitze und S₁ < s₂, F die Stärke der Feder, die das Kugelventil auf den Sitz mit kleinerem Querschnitt S₁ drückt, -p der veränderliche Druck im Leitungsnetz, -p₂ der Wert von φ, bei dem der Kompressor abgestellt, und P₁ < p₂ der Wert von p ist, bei dem der Kompressor wieder angelassen wird.

Druckabhängige Einrichtung

zur Auslösung von elektrischen

oder mechanischen Schaltimpulsen

Anmelder:

Societe Alsacienne

de Constructions Mecaniques,

Mülhausen, Haute-Rhin (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald, und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Tal 71,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 18. August 1954

Pierre Audemar, Mülhausen, Haute-Rhin (Frankreich), ist als Erfinder genannt worden

Es ist ohne weiteres verständlich, daß, falls eine sehr kleine Differenz zwischen den beiden Grenzdrücken p_z und P₁ gewünscht wird, die Querschnitte S₂ und S₁ so gewählt werden müssen, daß ihre Differenz entsprechend klein ist. Dies erfordert bei der Herstellung bzw. Bearbeitung der Sitze eine sehr hohe Genauigkeit, die sehr schwer zu erreichen ist.

Die Erfindung bezweckt, eine druckabhängige Einrichtung der erwähnten Art vorzusehen, bei dem eine sehr kleine Differenz zwischen den beiden Grenzdrücken erhalten werden kann, ohne daß bei der Sitzbearbeitung eine besondere Genauigkeit erforderlich ist.

Die druckabhängige Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein unter dem Druck im Leitungsnetz stehender Kolben od. dgl., auf den außerdem entgegen dieser Druckbelastung eine Feder einwirkt, das Ventil in Richtung seines kleineren Sitzquerschnittes beeinflußt, durch den der Steuerzylinder mit dem Leitungsnetz verbunden wird, wobei der wirksame Querschnitt des Kolbens größer ist als die Summe der Querschnitte der beiden Sitze des Ventils.

Es ist klar, daß bei einer solchen Ausführung die Differenz zwischen den beiden Grenzdrücken nicht mehr allein durch die Differenz zwischen den Querschnitten der

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Sitze bestimmt wird, sondern auch von dem wirksamen Wie bereits erläutert, ist bei dieser bekannten VorQuerschnitt des unter dem Druck im Leitungsnetz richtung die Druckdifferenz zwischen dem Druck φ₂, bei stehenden Kolbens abhängt. Diese Differenz wird bei dem der Kompressor stillgesetzt wird, und dem Druck ^₁, einem bestimmten Querschnitt der Sitze kleiner, wenn bei dem der Kompressor wieder anläuft, durch folgende der wirksame Querschnitt des unter dem Leitungsdruck 5 Gleichung bestimmt:
stehenden Kolbens größer wird. Es wird weiter unten

noch gezeigt werden, daß die Einrichtung gemäß der /S₂ — _S

Erfindung bei gleichen Werten der Sitzquerschnitte eine Ps Pi-P ( —

kleinere Druckdifferenz als die bekannten Einrichtungen .12
dieser Art erreichen läßt, wenn der Querschnitt des 10

Kolbens größer ist als die Summe der Sitzquerschnitte. wobei F die Kraft der Feder 7 ist, so daß, falls die Druck-Weitere Einzelheiten der Erfindung und ihre Vorteile differenz φ₂ — Px klein sein soll, es unvermeidlich ist, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von für die Querschnitte der Sitze 5 und 6 Größen zu wählen, Ausführungsbeispielen. Es zeigt deren Differenz ebenfalls entsprechend klein ist. Dies

Fig. 1 eine druckabhängige Schalteinrichtung der 15 bedeutet eine sehr hohe Genauigkeit bei der Herstellung

bekannten Bauart, der Sitze.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Leitungs- Die Ventilanordnung gemäß der Erfindung ermöglicht

netzes mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung, demgegenüber eine sehr kleine Differenz zwischen den

Fig. 3 und 4 Längsschnitte zweier Bauarten der Ein- beiden Grenzwerten des Druckes, ohne daß eine hohe

richtung gemäß der Erfindung. 20 Genauigkeit beachtet werden muß.

Es sei zunächst auf die bekannte Einrichtung nach Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht die Ein-Fig. 1 eingegangen. Hier ist eine Leitung 1 dargestellt, richtung gemäß der Erfindung wie das bekannte Ventil durch die ein Druckmittel fließt, das beispielsweise von nach Fig. 1 auch aus einem Kugelventil 4, dessen Kugel einem Kompressor 14 (vgl. hierzu Fig. 2) geliefert wird. frei in einer Ventilkammer 24 zwischen zwei Sitzen 5 Der Betrieb des Kompressors 14 wird durch einen druck- 25 und 6 arbeitet. Der Querschnitt S₁ des Sitzes 5 ist ebenmittelbetätigten Steuerzylinder 3 od. dgl. gesteuert. falls kleiner als der Querschnitt s_z des Sitzes 6. Ferner Die bekannte Druckregeleinrichtung besteht im wesent- ist wie bei der bekannten Vorrichtung die Kammer 24 liehen aus einem doppeltwirkenden Rückschlagventil, durch einen Kanal 2 mit einem druckempfindlichen, das hier durch ein Kugelventil 4 gebildet wird. Die schaltenden Element verbunden, um die Druckmittel-Kugel 4 arbeitet frei in einer Ventilkammer 24 zwischen 30 zuführung zum Leitungsnetz zu steuern. Der Sitz 6 zwei Sitzen 5 und 6. Der Sitz 5 mit kleinerem Quer- verbindet die erwähnte Kammer über eine Auslaßöffnung 9 schnitt S₁ verbindet die Kammer 24 mit der Leitung 1, mit einer Zone niederen Drucks, und die Kammer 24 ist während der andere Sitz 6 von größerem Querschnitt s_a über den Sitz 5 an das Leitungsnetz angeschlossen,
die Kammer über eine Entlüftungsöffnung 9 mit einer Gemäß der Erfindung enthält die druckabhängige Zone niederen Drucks verbindet. Die Kammer 24 steht 35 Einrichtung nach Fig. 3 ferner einen Kolben 11, der in ferner durch einen Kanal 2 mit dem Steuerzylinder 3 in einem Zylinder 29 gleitend gelagert ist. Dieser Kolben 11 Verbindung. Die Kugel 4 wird durch eine Druckfeder, steht über die Öffnung 30 kontinuierlich unter der Eindie sich gegen einen festen Anschlag 8 legt, gegen den wirkung des Druckmittels aus der Leitung 1, das dem kleineren Sitz 5 gedrückt. Zylinder durch Rohr 10 zugeführt wird. Dieses Rohr ist

Diese bekannte Vorrichtung arbeitet in folgender 40 bei der Ausführungsform nach Fig. 2 dargestellt und

Weise: mündet bei 30 in den Zylinder oberhalb des Kolbens 11.

Der Kolben des Steuerzylinders 3 wird durch eine Ferner wirkt auf den Kolben 11 kontinuierlich eine Druckfeder 25 kontinuierlich nach links (in der Zeichnung Zugfeder 12 ein, die ihn nach oben zieht (Fig. 3). Der gesehen) gedrückt. Die Kolbenstange 17 wirkt durch Kolben 11 hat eine Kolbenstange 13. Ist der Druck im einen Steuerkontakt 19 auf einen Schalter 20, 26 ein 45 Leitungsnetz genügend hoch, um die Zugkraft der (schematisch dargestellt). Unter den in Fig. 1 darge- Feder 12 zu überwinden, so drückt die Kolbenstange 13 stellten Verhältnissen liegt der Druck φ in der Leitung 1 durch einen kleinen Führungskolben 22 mit Durchflußzwischen den Grenzwerten P₁ und f₂ und hält die Kugel 4 kanal 21 auf die Kugel 4. Es ist klar, daß unter diesen gegen den größeren Sitz 6. Der Steuerzylinder wird also Umständen die Kugel 4 kontinuierlich mit einer Kraft mit Druckmittel gespeist, und der elektrische Stromkreis 50 nach unten (Fig. 2) gedrückt wird, die gleich dem Produkt des Kompressors (nicht dargestellt), der durch den des Drucks mal dem wirksamen Querschnitt des Kolbens Schalter 26 gesteuert wird, ist unterbrochen, da sich der 11 minus der Stärke der Feder 12 ist.
Steuerkontakt 19 auf dem stromlosen Teil 20 des Schalters Wenn also F die Kraft der Feder 12, 5 der wirksame befindet. Fällt der Druck auf den niedrigen Grenzwert f_lt Querschnitt des Kolbens 11 und φ der Druck im Leitungsso hebt die Feder 7 die Kugel 4 von ihrem Sitz 6 ab und 55 netz ist, wirkt der Kolben auf die Kugel 4 mit einer Kraft drückt sie gegen den kleineren Sitz 5. Der Steuerzylinder 3 gleich pS—F ein, vorausgesetzt daß pS>F.
wird dadurch über den Kanal 2 und die Kammer 24 Befindet sich die Kugel 4 auf dem Sitz 6, so ist sie also mit der Entlüftungsöffnung 9 verbunden, und die einerseits durch die abwärts gerichtete Kraft fiS—F Feder 25 bewegt den Kolben des Steuerzylinders nach und andererseits durch eine aufwärts gerichtete größere links (in der Zeichnung). Durch diese auf den Schalter 60 Kraft gleich ^s₁ belastet.

übertragene Bewegung gelangt der Steuerkontakt 19 Wenn der Druck p den oberen Grenzwert fi₂ erreicht,

auf den stromführenden Teil 26 des Schalters, der wird die Kugel 4 vom Sitz 6 abgehoben und gegen den

elektrische Stromkreis des Kompressors wird geschlossen, Sitz 5 gedrückt, so daß das Druckmittel aus dem druck-

und der Druck im Leitungsnetz steigt wieder an. Sobald empfindlichen Steuerelement durch den Kanal 2, den

der Leitungsdruck den oberen Grenzwert φ₂ erreicht, 65 Sitz 6 und die Entlüftungsöffnung 9 in die Zone niederen

wird die Kugel 4 vom Sitz 5 auf den Sitz 6 zurück- Drucks entweichen kann. Genau in dem Augenblick, in

gedrückt, der Steuerzylinder füllt sich wieder mit Druck- dem der Druck im Leitungsnetz den oberen Grenzwert φ_ζ

mittel, und der Schalter 20, 26 öffnet den elektrischen erreicht und die Kugel 4 ihren Sitz 6 verläßt, ist ein

Stromkreis des Kompressors, so daß wieder der Zustand Gleichgewichtszustand vorhanden, der wie folgt aus-

nach Fig. 1 eintritt. 70 gedrückt werden kann:

oder weiter oder schließlich

schnitt S des Kolbens erhöht wird, wobei alle anderen Faktoren gleichbleiben.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführung dargestellt, die dadurch von der nach Fig. 3 wesentlich abweicht, daß das doppeltwirkende Rückschlagventil durch zwei besondere Kugeln Q₁ und 4₂ statt der einzigen Kugel 4 gebildet wird. Die Kugel 4_X gehört zu dem kleineren Sitz S₁, C-) während die Kugel 4₂ dem größeren Sitz 6₂ zugeordnet

ist. Zwischen den beiden Kugeln ist eine Stange 22 mit Wenn sich die Kugel 4 auf dem Sitz 5 befindet, wird sie io Durchflußkanälen 21 in solcher Weise vorgesehen, daß, einerseits wie vorher durch die Kraft pS — F und wenn eine Kugel sich auf ihrem Sitz befindet, die andere andererseits durch ^s₁ belastet. Die Kugel 4 bleibt also von ihrem Sitz leicht abgehoben ist. Diese Ausführungsauf dem Sitz 5 so lange, bis der Druck p auf seinen form hat ferner eine sehr schwache Druckfeder 23, die Minimalwert P₁ fällt, wobei sich ein zweiter Gleich- den Zweck hat, ein Herunterfallen der Kugel 4₂ zu vergewichtszustand ergibt, der wie folgt ausgedrückt wird: 15 hindern, wenn sich die Ventilanordnung in der Stellung

nach Fig. 4 befindet, indem die Kugel 4₂ durch die

^₁S — F = P₁S₁ Feder auf ihren Sitz 6₂ gedruckt wird. Die Stärke der

oder Feder 23 kann als vernachlässigbar angesehen werden.

Es ist leicht verständlich, daß bei dem Druckregelventil nach Fig. 4 die Gleichgewichtszustände des Drucks gleich denen der Ausführung nach Fig. 3 sind. Genau in

oder weiter oder schließlich

P₁=F

Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich:

P₂-P₁=F

P₂-P₁ =

oder schließlich

P₂-P₁ = F

S — S₂ ,S-S₁

O S₁ O + S₂

(S-S₂) (S-S₁)

(S-S₂) (S-S₁)

dem Augenblick, in dem die Kugel 4₂ von ihrem Sitz 6₂ abgehoben wird, d. h., wenn der Druck p seinen oberen Grenzwert p₂ erreicht hat, besteht folgender Gleichgewichtszustand:

P₂S- F = P₂S₂.

Entsprechend ergibt sich genau in dem Augenblick, in dem die Kugel von ihrem Sitz S₁ abgehoben wird, d. h., wenn der Druck p auf seinen unteren Grenzwert gefallen ist, ein weiterer Gleichgewichtszustand:

Es ist ersichtlich, daß diese Gleichungen genau den Gleichungen der Ausführungsform nach Fig. 3 entsprechen. Es wird also bei beiden Ausführungsarten derselbe Vorteil erhalten, vorausgesetzt, daß

Wird diese Gleichung mit der bekannten, oben wiedergegebenen Gleichung verglichen, nämlich

S > S₁ + s₂.

In Fig. 2 ist schematisch eine Druckmittelanlage mit Leitungsnetz und einem Druckregelventil nach Fig. 4 veranschaulicht. Bei der dargestellten Ausführung beso ist ersichtlich, daß für denselben Wert der Quer- 45 steht das druckempfindliche Steuerelement wie bei der

P₂-P₁ = F

Oi on

Q schnittsdifferenz S₂ — S₁ und mit einer Feder derselben Stärke F die Druckdifferenz p_s — P₁ bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung kleiner wird als bei einer bekannten Vorrichtung, wenn, und zwar nur wenn

(S-S₂) (S-S₁) > S₂ ο S₂ — ο S₁ + S₁S₂ ^>

S(S-S₂-S₁) > S — S₂ — S₁ >

S₁S₂

bekannten Vorrichtung nach Fig. 1 aus einem druckmittelbetätigten Steuerzylinder 3, der den Motor 15 des Kompressors 14 durch einen Schalter 26 abstellt oder wieder anläßt. Zwischen dem Kompressor 14 und der druckabhängigen Einrichtung ist selbstverständlich ein Rückschlagventil 28 eingeschaltet, um ein Rückströmen von Druckmittel zum Kompressor zu verhindern.

Diese Vorrichtung arbeitet in der gleichen Weise, wie bei Fig. 1 beschrieben.

Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen erläutert worden ist, soll der Erfindungsbereich nicht auf dargestellte Ausführungen oder in anderer Weise beschränkt sein, sondern sich nur nach den Ansprüchen bestimmen.

60 Insbesondere braucht das doppeltwirkende Rück- S > s + s schlagventil nicht durch ein oder zwei Kugelventile

^{2 1}' gebildet zu sein, sondern kann innerhalb des Erfindungs

bereichs verschieden ausgeführt werden.

Mit anderen Worten: Die druckabhängige Einrich- Ferner ist es für den Fachmann ohne weiteres klar,

tung gemäß der Erfindung wird vorteilhaft, wenn dem 65 daß das unter dem Druck im Leitungsnetz stehende Querschnitt des Kolbens 11 eine wirksame Fläche ge- Element gemäß der Erfindung, obwohl es hier in Form geben wird, die größer ist als die Summe der Flächen der eines verschiebbaren Kolbens in einem Zylinder darge-Sitzquerschnitte. Von diesem kritischen Wert gleich der stellt wurde, auch die Form einer federbelasteten Mem-Summe der Sitzquerschnitte nach oben vermindert sich bran haben kann, die zwei Kammern dicht gegendie Druckdifferenz p₂ — P₁, wenn der wirksame Quer- 70 einander abschließt und mit dem doppeltwirkenden

oder schließlich

Rückschlagventil in gleicher Weise wie der beschriebene Kolben mechanisch verbunden ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Druckabhängige Einrichtung zur Auslösung von elektrischen oder mechanischen Schaltimpulsen zur Aufrechterhaltung des Drucks eines Druckmittels in einem Leitungsnetz innerhalb zweier Grenzwerte, wobei das doppeltwirkende, mit zwei Sitzen verschiedenen Querschnitts ausgerüstete Ventil bei Erreichen des oberen Grenzwerts einen Steuerzylinder od. dgl. mit einer Schalteinrichtung mit dem Leitungsnetz und bei Erreichen des unteren Grenzwerts den Steuerzylinder mit einer Zone niederen Drucks verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter dem Druck im Leitungsnetz stehender Kolben (11) od. dgl., auf den außerdem entgegen dieser Druckbelastung eine Feder (12) einwirkt, das Ventil (4) in Richtung seines kleineren Sitzquerschnitts beeinflußt, durch den der Steuerzylinder (3) mit dem Leitungsnetz verbunden wird, wobei der wirksame Querschnitt des Kolbens (11) größer ist als die Summe der Querschnitte der beiden Sitze des Ventils.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das doppeltwirkende Rückschlagventil aus einem einzigen Kugelventil besteht, dessen Kugel (4) frei beweglich zwischen den zwei Sitzen (5, 6) in einer Ventilkammer (24) arbeitet, die durch den kleineren Sitz (5) mit dem Leitungsnetz und durch den anderen Sitz (6) mit der Zone niederen Drucks verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das doppeltwirkende Rückschlagventil aus zwei Kugelventilen besteht, deren Kugeln (4_Ρ 4g) in Abteilungen der Ventilkammer (24) frei beweglich sind, die auf jeder Seite einer mit beiden Sitzen verbundenen mittleren Abteilung vorgesehen sind, wobei die äußere Abteilung neben dem größeren Sitz mit dem Leitungsnetz, die mittlere Abteilung mit dem Steuerzylinder (3) und die andere äußere Abteilung mit der Zone niederen Drucks verbunden ist und zwischen den beiden Kugeln ein Abstandelement eingeschaltet ist, das die eine Kugel leicht vom Sitz abhebt, wenn sich die andere auf ihrem Sitz befindet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandelement aus einer Stange (22) besteht, die frei beweglich zwischen den beiden Kugeln (4]_, 4₂) und den äußeren Abteilungen geführt ist, und daß Durchflußkanäle (21) vorgesehen sind, um zu verhindern, daß die Führungsteile der Stange (22) den Durchfluß des Druckmittels beeinträchtigen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter dem Druck im Leitungsnetz stehende Kolben (11) in einem Zylinder (29) verschiebbar gelagert ist, der auf einer Kolbenseite mit der Ventilkammer (24) und mit der Zone niederen Drucks verbunden ist und auf der anderen Kolbenseite an das Leitungsnetz angeschlossen ist, wobei der Kolben (11) durch die Feder (12) von der Ventilkammer (24) wegbewegt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) eine Zugfeder ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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