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Druckgesteuertes Umschaltventil Die Erfindung betrifft ein druckgesteuertes
Umschaltventil, insbesondere für pneumatisch betriebene Regelvorrichtungen, das
nach überschreiten eines vorbestimmten Druckes eines vom Arbeitsmittel getrennt
zugeführten Steuermittels durch die Schaltbewegung eines Steuergliedes von einer
Raststellung plötzlich in eine zweite Raststellung übergeführt wird, wodurch die
Arbeitsdruckleitung an eine Verbrauchsleitung an- oder von dieser abgeschaltet wird.
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Bei solchen bisher bekannten Schnappventilen greift der Steuerdruck
an einer Membran an, und zwar gegen die Wirkung einer Rückschaltfeder mit einstellbarer
Vorspannung, wobei vom Membranhub ein unter Federspannung stehendes Dreiwegeventil
über seine Totpunktlage hinweg bewegt wird. Durch die Vorspannung der Rückschaltfeder
läßt sich der zum Ansprechen des Schnappventils erforderliche Steuerdruck einstellen.
Solche bekannten Schnappventile haben den Nachteil, daß eine Rückschaltung unter
dem Einfluß der Rückschaltfeder erst dann erfolgt, wenn der Steuerdruck erheblich
unter den Wert gesunken ist, der die Umschaltung ausgelöst hat. Dieser Druckunterschied
beim Schalten hat zur Folge, daß ein für Regelzwecke schädlicher Totbereich des
Umschaltventils vorhanden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Schnappventil wirkendes
Umsteuerventil der eingangs genannten Art ohne einen solchen Totbereich zu schaffen,
bei dem das Rückschalten also beim gleichen, ja gegebenenfalls sogar bei einem höheren
Steuerdruck erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Steuerglied
des Umschaltventils ein in seinen Raststellungen durch voneinander getrennt angeordnete
Rastglieder feststellbarer Umschaltkolben dient, dessen eine Stirnfläche ständig
unter dem Steuermitteldruck steht, während seine andere Stirnfläche in der einen
Raststellung des Umschaltkolbens von dem Arbeitsmitteldruck unbelastet, in der anderen
dagegen vom Druck des Arbeitsmittels beaufschlagt ist, das über Kolbenkanäle in
einen das Arbeitsmittel aufnehmenden Gegendruckraum geleitet wird.
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Bei einer solchen Ausbildung des Umsteuerventils wird eine plötzliche
Umschaltbewegung dadurch hervorgerufen, daß nach dem Wegfall des Rastwiderstandes,
der durch den Steuerdruck, beim Rückschalten durch den Gegendruck überwunden wird,
ein Kraftüberschuß vorhanden ist, der durch den auf die eine Kolbenseite wirkenden
Steuermitteldruck oder durch den Unterschied dieses Druckes und des auf die andere
Kolbenseite wirkenden Arbeitsmitteldrukkes entsteht. Dieser Kraftüberschuß bewirkt
auch, daß der Umschaltkolben in die Endstellung geht, ohne eine Mittelstellung einnehmen
zu können. Durch Einstellen des Rastwiderstandes läßt sich der zum Umschalten erforderliche
Steuerdruck und der zum Rückschalten nötige Gegendruck bestimmen. Da zum Rückschalten
die Kraft eines vom Arbeitsmedium erzeugten Gegendrucks zur Verfügung steht, der
unabhängig von dem den Steuerdruck erzeugenden Steuermedium unter Berücksichtigung
des Rastwiderstandes bemessen werden kann, läßt es sich ohne weiteres so einrichten,
daß das Rückschalten erfolgt, wenn der Steuerdruck genau wieder den Wert erreicht
hat, bei dem das Umschalten ausgelöst wurde. Um eine gute Einstellmöglichkeit zu
erhalten, kann zweckmäßigerweise vorgesehen werden, daß der als Stufenkolben ausgebildete
Umschaltkolben eine Ringnut aufweist, in die in den Raststellungen des Umschaltkolbens
radial im Gehäuse geführte und durch einstellbare Federn belastete Kugeln einrasten.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in A b b. 1 und 2 dargestellt
und im folgenden beschrieben: Das in A b b. 1 dargestellte Umschaltventil dient
im Rahmen einer nicht dargestellten Reglerschaltung dazu, einen an die Verbraucherleitung
B angeschlossenen pneumatischen Regler in Betriebsbereitschaft zu bringen, d. h.
an eine Arbeitsdruckleitung A anzuschließen, wenn der von einem zweiten, an den
Anschlußstutzen 19 angeschlossenen Regler gelieferte Steuerdruck einen vorbestimmten
Wert erreicht hat. Sobald der Steuerdruck des zweiten Reglers, nachdem er einen
bestimmten Bereich durchlaufen hat, wieder diesen Wert erreicht hat, soll ein Rückschalten
erfolgen, durch das die Verbraucherleitung B von der Arbeitsdruckleitung A abgeschaltet
und über die Anschlußleitung C mit der Atmosphäre oder einem Auslaß in Verbindung
gebracht wird. Um dies zu erreichen, ist in einem Gehäuse 1 ein als Stufenkolben
ausgebildeter Umschaltkolben 2 angeordnet. Dieser weist eine Ringnut 5 auf, in die
in beiden Stellungen des Umschaltkolbens 2 je eine Rastkugel 6 oder 7 einfällt.
Die
Rastkugeln 6 und 7 sind durch Federn 8
und 9 belastet, deren
Vorspannung durch Stellschrauben 10 und 11 von außen verstellbar ist.
Im schwächeren Teil des Stufenkolbens 2 sind Steuernuten 3, 4 vorgesehen,
in die Querbohrungen 12 und 13 münden. Diese Querbohrungen sind durch
eine Längsbohrung 14 miteinander verbunden, die in einen dem Umschaltkolben
2 vorgelagerten Gegendruckraum 15 mündet. Der Gegendruckraum 15 wird von
einem das Gehäuse 1 abschließenden Dekkelteil 16 gebildet, in das
an Stelle einer Verschlußschraube 17 auch ein Druckmesser eingeschraubt werden
kann. Die Steuernuten 3 und 4 arbeiten in der bei Steuerschiebern bekannten
Weise mit Steueröffnungen der Anschlußleitungen A, B und C zusammen. Durch
einen Abschlußdeckel 18, der den Steuerdruckanschlußstutzen 19 trägt,
wird unter dem Umschaltkolben 2 der Steuerdruckraum 20 gebildet. Der
Ringraum 22 oberhalb der Stufe des Umschaltkolbens 2 ist durch Bohrungen
21 mit der Atmosphäre verbunden und daher entlastet. Durch eine Gehäusebohrung
23, die durch den Umschaltkolben 2
bei seiner oberen Raststellung abgeschlossen
ist, steht der Gegendruckraum 15 mit der Atmosphäre in Verbindung, so daß
sich im Gegendruckraum 15 nicht durch Undichtigkeit ein fälschender Gegendruck aufbauen
kann, solange sich der Umschaltkolben 2 in seiner unteren Raststellung befindet.
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Wächst im Steuerdruckraum 20 der Steuerdruck so weit an, daß
eine aufwärts gerichtete Kraft an der Stirnfläche 27 des Umschaltkolbens
2 entsteht, die das Gewicht des Umschaltkolbens 2 und den Widerstand
der Rastkugel 6 überwinden kann, wird die Umschaltbewegung des Umschaltkolbens eingeleitet,
d. h. die Rastkugel 6 gegen die Wirkung der Feder 8
aus der Ringnut
5 herausgedrückt. Sobald das geschehen ist, besteht ein Kraftüberschuß, durch
den der Umschaltkolben 2 im Bruchteil einer Sekunde in seine obere Raststellung
gebracht wird, bei der die Rastkugel 7 in die Ringnut 5 einfällt.
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Während bei der dargestellten unteren Raststellung des Umschaltkolbens
zwischen der Verbrauchsleitung B und der Auslaßleitung C über die Ringnut
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und die Querbohrung 13 eine Verbindung bestand, ist diese Verbindung
beim Erreichen der oberen Raststellung unterbrochen. Dafür ist jetzt die Arbeitsdruckleitung
A über die Ringnut 3, die Querbohrungen 12 und 13 sowie
die Längsbohrung 14 an die Verbrauchsleitung B angeschlossen. Zugleich mit
diesem Umschaltvorgang wird die Bohrung 23 abgeschlossen und der Gegendruckraum
15 über die Längsbohrung 14 an die Arbeitsdruckleitung A angeschlossen. Man
kann es nun durch Bemessen der vom Gegendruck auf die Stirnfläche 28 des
Umschaltkolbens 2 ausgeübten Kraft und des Rastwiderstandes der Rastkugel
7 so einrichten, daß der Umschaltkolben 2 bei einem bestimmten Wert des Steuerdruckes
in dem Steuerdruckraum 20 wieder zurückgeschaltet wird und damit ebenso plötzlich
wieder in seine untere Raststellung geht. Dabei kann der Steuerdruck beim Rückschalten
so gewählt werden, daß er den gleichen Wert hat wie der zum Umschalten erforderliche
Steuerdruck, so daß das Umschalten und Rückschalten bei gleichem Steuerdruck erfolgen.
Wählt man den Steuerdruck beim Rückschalten höher als beim Umschalten, so ergibt
sich unter Umständen ein sich periodisch wiederholendes Spiel von Umschalten und
Rückschalten, das für manche Zwecke nützlich sein kann.
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Bei dem in A b b. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel soll der an
die Verbrauchsleitung B angeschlossene Regler von der Arbeitsdruckleitung A bei
einem bestimmten Steuerdruck abgeschaltet und an die Auslaßleitung C angeschlossen
werden. Um das zu erreichen, sind die Anschlußleitungen A und C gegeneinander vertauscht.
Außerdem ist die Längsbohrung 14 mit einem Stopfen 14' abgeschlossen.
Eine zweite, in den Gegendruckraum 15 mündende Längsbohrung 26 steht mit einer weiteren
Querbohrung 25 und einer weiteren Ringnut 24 in Verbindung. Durch diese wird bei
der oberen Raststellung des Umschaltkolbens 2'
eine Verbindung zwischen der
Arbeitsdruckleitung A und dem Gegendruckraum 15 hergestellt, während gleichzeitig
die Verbraucherleitung B von der Arbeitsdruckleitung A abgeschaltet und an die Auslaßleitung
C angeschlossen ist. Im übrigen ist die Wirkungsweise des in A b b. 2 dargestellten
Umschaltventils die gleiche wie oben beschrieben.