DE1228446B

DE1228446B - Speed-dependent pneumatic pressure transmitter

Info

Publication number: DE1228446B
Application number: DEW37826A
Authority: DE
Inventors: Detlef Opel; Fritz Scheele; Josef Frania
Original assignee: Westinghouse Bremsen und Apparatebau GmbH
Current assignee: Westinghouse Bremsen und Apparatebau GmbH
Priority date: 1964-10-23
Filing date: 1964-10-23
Publication date: 1966-11-10

Description

Drehzahl abhängiger pneumatischer Druckgeber Die Erfindung betrifft einen drebzahlabhängigen pneumatischen Druckgeber, der mittels eines Mengengebers Druckluft aus einem Vorratsbehälter in abgeschlossenen Quanten und in drehzahlabhängigen Zeitabständen entnimmt und sie anschließend in einen nachgeschalteten Entladeraum überströmen läßt, aus dem sie durch eine Staudüse ins Freie entweicht, wenn mit steigender Drehzahl im Entladeraum Druckanstieg der Meßgröße, aus dem sie dagegen frei entweichen kann, wenn mittels einer Staudüsenanordnung in der Druckluftzuleitung zum Mengengeber Druckabbau der Meßgröße erreicht werden soll.Speed-dependent pneumatic pressure transducer The invention relates to a speed-dependent pneumatic pressure transmitter, which by means of a quantity transmitter Compressed air from a storage container in closed quanta and in speed-dependent Removes time intervals and then takes them to a downstream unloading area can overflow, from which it escapes through a nozzle into the open, if with increasing speed in the unloading space pressure increase of the measured variable from which it is against it can escape freely if by means of a baffle arrangement in the compressed air supply line to the quantity transmitter pressure reduction of the measured variable is to be achieved.

Es ist ein Druckgeber der Gattung bekàtgewor den, bei dem ein umlaufender Körper mit einzelnen, zur Aufnahme des Druckmittels bestimmten, nicht miteinander in Verbindung stehenden Kammern versehen ist, durch welche Druckluft von der Einlaßzur Auslaßseite des Druckgebers transportiert wird. It is known to be a pressure transducer of the type in which a circulating Body with individual, intended to accommodate the pressure medium, not with each other communicating chambers through which pressurized air from the inlet to the Outlet side of the pressure transducer is transported.

Dieser Druckgeber besitzt nur eine einzige Druckluftzuführung zu den umlaufenden Beladekammern und erzeugt daher insbesondere bei niedrigen Drehzahlen eine pulsierende Meßgröße, die zumeist nachteilig ist.This pressure transmitter only has a single compressed air supply to the revolving loading chambers and therefore generated especially at low speeds a pulsating measured variable, which is usually disadvantageous.

Ein anderer vorgeschlagener Druckgeber der Gattung sieht demgegenüber mehrere Zuleitungen zu den im Rotationskörper befindlichen Hohlräumen vor, die außerdem durch Bohrungen in federbelasteten und gegen den Rotationskörper abdichtende Kolben beschickt werden. Als wesentliche Verbesserung wird dadurch eine kaum noch pulsierende Meßgröße infolge ständiger Überschneidung der Zu- und Ableitungen zu den Dosierungskammern erreicht. Another proposed pressure transducer of the genus looks to the contrary several supply lines to the cavities located in the rotation body, which also through bores in spring-loaded pistons that seal against the rotating body be charged. As a result, the essential improvement is a barely pulsating one Measured variable as a result of the constant overlapping of the feed and discharge lines to the dosing chambers achieved.

Außerdem wird als Folge der Abdichtung eine auch bei geringsten Drehzahlen sofort proportionale Meßgröße ohne Druckluftverluste erzeugt.In addition, as a result of the seal, even at the lowest speeds Immediately generated proportional measured variable without loss of compressed air.

Diese drehzahlabhängigen Druckgeber haben jedoch noch den Nachteil, daß sie zu träge auf Drehzahländerungen reagieren. Sollen sie beispielsweise als Teil einer Einrichtung zur Leistungsbegrenzung (Schleuderschutz, Gleitschutz) mit Achsen von Eisenbahnfahrzeugen verbunden werden, so muß eine trägheitslose Proportionalität zwischen Drehzahl und Meßgröße verlangt werden. Sie muß sogar bei sprunghaften Drehzahländerungen gewährleistet sein. However, these speed-dependent pressure transducers still have the disadvantage that they react too slowly to changes in speed. For example, should you use them as Part of a device for power limitation (anti-skid protection, anti-skid protection) with Axles of railway vehicles are connected, so an inertia-free proportionality between the speed and the measured variable. You must even with sudden changes in speed to be guaranteed.

Für das Verständnis mehrerer zur Lösung führender Schritte ist eine Klarstellung gewisser Zusammenhänge zweckdienlich. Bei dem einen in der Einleitung definierten Druckgeber mit Druckanstieg der Meßgröße gelangen die Luftquanten des Mengengebers in einen Entladeraum und von hier durch eine Staudüse ins Freie. Die Meßgröße entsteht im Entladeraum. Bei gleichbleibendem Staudüsenquerschnitt bewirkt ein kleiner Entladeraum bei einer Anderung der Drehzahl des Mengengebers eine schnellere Änderung der Meßgröße als ein großer Entladeraum. Je kleiner der Entladeraum ist, um so augenblicklicher wird die Proportionalität zwisohen Drehzahl und Meßgröße hergestellt. Zugleich ist aber der Entladeraum auch der Druckausgleichsraum (Pufferraum) für die mit Druckstößen vom Mengengeber eingespeisten Druckluftquanten. Hierdurch entsteht insbesondere bei niedrigen Drehzahlen die Gefahr, daß die Meßgröße pulsiert. Daraus folgt das Erfordernis, daß ständig und zugleich mehrere Luftquanten aus sich überschneidenden Einlaßöffnungen in den Entladeraum eingespeist werden. In order to understand several steps leading to a solution, one Clarification of certain contexts useful. With one in the introduction defined pressure transducer with pressure increase of the measurand reach the air quanta of the Flow meter into an unloading area and from here through a nozzle to the outside. the Measured variable arises in Unloading space. Caused with constant nozzle cross-section a smaller discharge space with a change in the speed of the quantity transmitter a faster one Change in the measured variable as a large discharge space. The smaller the unloading space, the more instantaneous is the proportionality between speed and measured variable manufactured. At the same time, however, the discharge space is also the pressure equalization space (buffer space) for the compressed air quanta fed in with pressure surges from the quantity transmitter. Through this there is a risk, especially at low speeds, that the measured variable will pulsate. From this follows the requirement that several air quanta consist of themselves continuously and at the same time overlapping inlet openings are fed into the discharge space.

Durch diese Phasenverschiebung entsteht gleichsam »pulsierender Gleichstrom« der eingespeisten Druckluft. Wird der Entladeraum aus dem angeführten Grunde sehr klein bemessen und soll die Meßgröße zugleich auch kleine Drehzahlen proportional und pulsierungsfrei abbilden, so müssen die Zahl der Luftquanten groß, ihre Volumina dagegen klein gewählt werden. Ferner muß in diesem Falle auch eine ausreichende Zahl von sich überschneidenden Einlässen angeordnet werden.This phase shift creates, as it were, "pulsating direct current" the fed-in compressed air. The unloading space becomes very much for the stated reason dimensioned small and should the measured variable at the same time proportional to small speeds and image pulsation-free, then the number of air quanta must be large, their volumes on the other hand, be chosen to be small. Furthermore, in this case, a sufficient Number of intersecting inlets can be arranged.

Diese Überlegungen gelten zwar vornehmlich für den Bereich kleiner Drehzahlen. Es wäre jedoch kein sinnvoller Ausweg, den Druckgeber an ein schneller laufendes Triebwerksteil, z. B. von Eisenbahnfahrzeugen, anzuschließen, denn bei hoher Fahrgeschwindigkeit würde der Druckgeber dann mit überhöhter Drehzahl umlaufen. Die Folge wären erhöhte Reibungswärme und rascherer Verschleiß. These considerations apply primarily to the smaller area Speeds. However, it would not make sense to switch the pressure transducer to a faster one running engine part, e.g. B. of rail vehicles to connect, because at If the driving speed is high, the pressure transducer would then revolve at an excessive speed. The result would be increased frictional heat and faster wear.

Außerdem werden dann die Beladezeiten für die rotierenden Kammern so klein, daß infolge unvollkommener Beladung die Kennlinie der Meßgröße zu rasch einen zu flachen Verlauf nähme. Im Drehzahlnutzungsbereich soll sie hingegen ausreichend steil ansteigen, damit jedem Drehzahlanstieg ein genügend großer Druckanstieg (#p) zugeordnet ist.In addition, the loading times for the rotating chambers are then shown so small that as a result of imperfect Loading the characteristic curve of the The measured variable would become too flat too quickly. In the speed utilization range should however, they rise sufficiently steeply so that every speed increase is sufficient large pressure increase (#p) is assigned.

Für die Erfindung ist eine weitere Überlegung von Wichtigkeit. Wird nämlich ein sehr kleiner Entladeraum zur Erzielung einer trägheitslosen Meßgröße gewählt, so muß dessen Volumen auch konstant bleiben, denn mit jeder Volumenvergrößerung wächst die Trägheit (Hystétese). Bei den bekannten -drehzahlabhängigen Druckgebern wird in der Regel aber an den die Meßgröße erzeugenden Raum eine Rohrleitung und an deren Ende ein Regelgerät od. dgl. angeschlossen. Durch deren" zusätzliche Volumina wird ein neues unbestimmtes Gesamtvolumen erzeugt. Die Folge ist eine unbestimmte Erhöhung der Trägheit der Meßgröße. Die Kennlinie eines durch Zusatzvolumina veränderten Gerätes wird bei Drehzahlsteigerung unterhalb, bei Drehzahlsenkung oberhalb der theoretischen Kennlinie verlaufen. Das ist ein erheblicher Nachteil. Another consideration is important to the invention. Will namely a very small discharge space to achieve an inertia-free measured variable is chosen, its volume must also remain constant, because with each increase in volume indolence grows (hystétese). With the known speed-dependent pressure transducers Usually, however, a pipe is connected to the space producing the measured variable at the end of which a control device or the like is connected. Because of their "additional volumes a new indeterminate total volume is generated. The consequence is an indefinite one Increase in the inertia of the measurand. The characteristic curve of a changed by additional volumes If the speed is increased, the device is below, if the speed is reduced, it is above the theoretical characteristic. That is a significant disadvantage.

Es ergibt sich mithin die Erfindungsaufgabe, einen drehzahlabhängigen Druckgeber zu schaffen, dessen die Meßgröße erzeugender Raum ein möglichst kleines und unter allen Einbauverhältnissen konstant bleibendes Volumen aufweist. The object of the invention, therefore, is a speed-dependent one To create pressure transducers whose space generating the measured variable is as small as possible and has a constant volume under all installation conditions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Meßgrößenraum des Druckgebers die Steuerkammer eines an sich bekannten, mit dem Druckgeber verbundenen Relaisventils dient, derart, daß dadurch das Volumen des Meßgrößenraumes konstant und in optimaler Weise begrenzbar ist. According to the invention, this object is achieved in that the measured variable space of the pressure transducer, the control chamber of a known per se connected to the pressure transducer Relay valve is used in such a way that thereby the volume of the measurable variable space is constant and can be limited in an optimal way.

Ferner ist vorgesehen, daß bei druckaufbauender Meßgröße der Gehäuseraum der mit der Druckluftquelle in Verbindung stehende Beladeraum ist, während die Bohrungen von an sich bekannten Schleifkolben mit dem durch eine Düse entlüfteten Steuerraum des Relaisyentils in Verbindung stehen, und daß bei druckabbauender Meßgröße die Steuerkammer des Relaisventils über eine Düse mit der Quelle konstanten Druckes verbunden ist. Schließlich wird vorgeschlagen, daß der Druckgeber und das Relaisventil in.einem gemeinsamen Gehäuse geordnet sind. - -- m' g,e'memsamen Gehäuse an-In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt.It is also provided that when the measured variable builds up, the housing space is the loading space in communication with the compressed air source, while the bores of known grinding pistons with the control chamber vented through a nozzle of the relay valve are in connection, and that with the pressure-reducing measured variable Control chamber of the relay valve via a nozzle with the source of constant pressure connected is. Finally, it is proposed that the pressure transmitter and the relay valve are arranged in a common housing. - - m'g, e'memsamen housing an-in the Two embodiments of the invention are shown schematically in the drawing.

F i g. 1 ist ein Mittellängsschnitt, F i g. 2 ein Querschnitt nach der Linie II-II eines Druckgebers mit Druckanstieg der Meßgröße; F i g. 3 zeigt eine Kennlinie K dieses Druckgebers; F i g. 4 stellt einen Mittellängsschnitt eines Druckgebers mit Druckabbau der Meßgröße der; F i g. 5 zeigt eine Kennlinie des Druckgebers gemäß F i g. 4. F i g. 1 is a central longitudinal section, FIG. 2 a cross-section according to the line II-II of a pressure transducer with an increase in pressure of the measured variable; F i g. 3 shows a characteristic curve K of this pressure transducer; F i g. 4 shows a central longitudinal section of one Pressure transducer with pressure reduction of the measurand of the; F i g. 5 shows a characteristic curve of the pressure transducer according to FIG. 4th

Im Gehäuse 1 (F i g. 1) befindet sich ein zylindrischer Hohlraum 2, in dem ein Zylinder 3 drehbar eingefügt ist, der mit Hohlräumen 4 und mit zur Stirnfläche offenen, im Kreise angeordneten Zufuhrlöchern 5 versehen ist. Von Federn 6 belastete Schleifkolben 7 werden dichtend gegen den Zylinder 3 gedrückt.' - b"ie Schleifkolben enthalten eine Mittelbohrung , ate über ringförmige Kanäle 9 sowie über die Bohrungen 10 und 11 mit der Steuerkammer 12 des Relaisventils 13 in Verbindung stehen. Die Steuerkammer 12 ist über eine Düse 14 entlüftet. Ein unter konstantem Luftdruck stehender Vorratsbehälter 15 rist über die Bohrung 16 an den zylindrischen Hohlraum 2 angeschlossen, und über eine Abzweigbohrung 17 beaufschlagt seine Druckluft die Unterseite der Schleifkolben 7. Ferner steht die Vorratsluft in der Einlaßkammer 18 des Relaisventils 13 an. Der vom Relaisventil in der Kammer 19 erzeugte Regeldruck beaufschlagt die Unterseite des Membrankolbens 20 sowie ein Regelgerät 21. A cylindrical cavity is located in the housing 1 (FIG. 1) 2, in which a cylinder 3 is rotatably inserted, the with cavities 4 and with the End face is provided with open, circularly arranged supply holes 5. From feathers 6 loaded grinding pistons 7 are pressed against the cylinder 3 in a sealing manner. - b "ie Grinding pistons contain a central bore, ate through annular channels 9 as well Via the bores 10 and 11 with the control chamber 12 of the relay valve 13 in connection stand. The control chamber 12 is vented via a nozzle 14. One under constant Air pressure standing storage container 15 rist over the bore 16 to the cylindrical Cavity 2 connected, and its compressed air is applied via a branch hole 17 the underside of the grinding piston 7. Furthermore, the supply air is in the inlet chamber 18 of relay valve 13. The control pressure generated by the relay valve in chamber 19 acts on the underside of the diaphragm piston 20 and a control device 21.

Wird der Zylinder 3 gedreht, so werden alle Kammern 4, deren Zuführungslöcher 5 nicht von den Schleifkolben 7 überdeckt sind, mit Behälterluft aus dem zylindrischen Hohlraum 2 gefüllt. Die mit den Bohrungen 8 der Schleifkolben zur Überdeckung gelangenden Öffnungen 5 lassen die Druckluft aus den Kammern 4 über die Kanäle 8, 9, 10 und 11 in die -Steuerkammer 12 des Relaisventils 13 überströmen. If the cylinder 3 is rotated, all chambers 4, their feed holes 5 are not covered by the grinding piston 7, with container air from the cylindrical Cavity 2 filled. The overlapping with the holes 8 of the grinding pistons Openings 5 let the compressed air from the chambers 4 via the channels 8, 9, 10 and 11 overflow into the control chamber 12 of the relay valve 13.

Von hier entweicht sie aus der Düse 14 ins Freie. In proportionaler Abhängigkeit von der Drehzahl n des Zylinders 3 Stellt sich in der Steuerkammer 12 ein Druck p ein. Diese Beziehung gibt die Kennlinie der F i g. -3 wieder. Unter dem Einfluß des Druckes p in der Steuerkammer 12 bewegt sich der Membrankolben 20 abwärts und öffnet das Einlaßventil 22 des Relaisventils so lange, bis Druckgleichheit beiderseits des Membrankolbens vorhanden-ist. Dann geht das Doppelsitzventil 22, 23 in Abschlußstellung: Zur Lösung der Erfindungsaufgabe trägt die Verbindung des Druckgebers mit einem Relaisventil entscheidend bei, denn hierdurch ist es möglich, das Volumen des die Meßgröße erzeugenden Raumes konstant zu halten. Dieser Raum wird ferner dadurch verkleinert, daß der zylindrische Hohlraum 2 des Gehäuses nicht mehr zum Entladeraum gehört, sondern als Beladeraum vorgesehen ist. Der Entlade-oder Meßgrößenraum beschränkt sich auf die Kanäle 8, 9, 10, 11 und die Steuerkammer 12. Infolge dieser Maßnahmen folgt der Druck der Meßgröße trägheitslos jeder Drehzahländerung, und ihre Kennlinie bleibt bei allen Einbauverhältnissen stets die gleiche. Von der Meßgröße wird das angeschlossene Relaisventil 13 unmittelbar gesteuert. Es enthält ein druckentlastetes Ein- und Auslaßventilteil 22 mit großen Durchflußquerschnitten. Diese Eigenschaften verleihen dem Relaisventil die Fähigkeit, erstens den Steuerimpulsen in seiner Steuerkammer 12 ebenfalls trägheitslos zu folgen und zweitens die Räume 19 bis 21 augenblicklich mit dem eingespeisten Druck -zu belüften bzw. zu entlüften. Auf diese Weise ist die der Kombination Druckgeber-Relaisventil anhaftende Hysterese praktisch gleich Null. From here it escapes from the nozzle 14 into the open. In proportional Dependence on the speed n of the cylinder 3 arises in the control chamber 12 a pressure p a. This relationship gives the characteristic of FIG. -3 again. Under The membrane piston 20 moves under the influence of the pressure p in the control chamber 12 down and opens the inlet valve 22 of the relay valve until the pressure is equal is present on both sides of the diaphragm piston. Then the double seat valve 22 goes, 23 in the final position: To solve the inventive task, the connection of the Pressure transmitter with a relay valve, because this makes it possible to to keep the volume of the space generating the measured variable constant. This room is further reduced in that the cylindrical cavity 2 of the housing is not belongs more to the unloading area, but is intended as a loading area. The discharge or The measured variable space is limited to the channels 8, 9, 10, 11 and the control chamber 12. As a result of these measures, the pressure of the measured variable follows every change in speed without inertia, and their characteristic always remains the same regardless of the installation conditions. Of the The connected relay valve 13 is controlled directly to be measured. It contains a pressure-relieved inlet and outlet valve part 22 with large flow cross-sections. These properties give the relay valve the ability, firstly, to control pulses in its control chamber 12 also to follow without inertia and, secondly, the rooms 19 to 21 to ventilate or ventilate immediately with the supplied pressure. In this way there is the inherent hysteresis of the pressure transmitter-relay valve combination practically zero.

Soll gemäß F i g. 4 und 5 mit diesem Gegenstand der Erfindung eine druckabbauende Meßgröße in der Steuerkammer 12a erzeugt werden, so ist sie über eine Düse 14a und die Bohrung 16a an den Vorratsluftbehälter konstanten Druckes 15a anzuschließen. Aus der Steuerkammer 12a entweicht die Luft über die Kanälella, 10a, 9a und 8a in die umlaufenden Kammern 4 a. Sind die Zufuhrlöcher 5a bei der Drehung des Zylinders 3a nicht von den Schleifkolben 7a überdeckt, so strömt die Druckluft aus den Kammern 4 a in den zylindrischen Hohlraum 2a und von hier aus der großen Öffnung 25 ins Freie. Der in der Steuerkammer 12a entstehende Steuerdruck (Meßgröße p) verläuft in Abhängigkeit von der Drehzahl n nach der Kennlinie der Fig. 5. Should according to FIG. 4 and 5 with this subject matter of the invention one pressure-reducing measured variable are generated in the control chamber 12a, it is over a nozzle 14a and the bore 16a to the reservoir of constant pressure 15a to be connected. The air escapes from the control chamber 12a via the duct, 10a, 9a and 8a in the circumferential chambers 4 a. Are the feed holes 5a at the The rotation of the cylinder 3a is not covered by the grinding piston 7a, so the Compressed air from the chambers 4 a into the cylindrical cavity 2a and from here the large opening 25 to the outside. The control pressure generated in the control chamber 12a (Measured variable p) runs as a function of the speed n according to the characteristic curve of Fig. 5.

Auch bei dieser Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist der Raum, in dem die Meßgröße entsteht, der gleiche. Sein Volumen ist auf ein Minimum beschränkt, und es bleibt konstant. Die Arbeitsweise des Relaisventils 13 a ist die gleiche wie die des Relaisventils 13 in Fig. 1. In this embodiment of the subject matter of the invention, too, the space in which the measured variable arises, the same. Its volume is kept to a minimum, and it stays constant. The way of working of the relay valve 13 a is the same as that of the relay valve 13 in FIG. 1.

Außer dem bereits geschilderten Fortschritt der hysteresefreien Funktion ergibt sich ein weiterer. Except for the already described progress of the hysteresis-free function there is another.

Sollen die Kennlinien der Meßgrößen beider Ausführungen aus einem beliebigen Grund einen flacheren Verlauf erhalten, so können zu diesem Zweck ein oder mehrere Schleifkolben 7 bzw. 7 a entfernt und durch Blindstopfen ersetzt werden. Dadurch werden der Druckaufbau bzw. der Druckabbau der Meßgröße in Abhängigkeit von der Drehzahl verlangsamt.Should the characteristics of the measured variables of both versions be from one any reason given a flatter gradient, so can one for this purpose or several grinding pistons 7 or 7 a are removed and replaced by blind plugs. As a result, the pressure build-up or the pressure decrease are dependent on the measured variable slowed down by the speed.

Claims

Claims: 1. Speed-dependent pneumatic pressure transducer, the compressed air from a storage tank in closed by means of a quantity transmitter Takes quanta and at speed-dependent time intervals and then converts them into overflows a downstream discharge space, from which it flows through a stagnation nozzle escapes into the open when the pressure in the discharge space rises with increasing speed Measured variable from which it can, on the other hand, escape freely if by means of a storage nozzle arrangement can be achieved in the compressed air supply line to the quantity transmitter pressure reduction of the measured variable should, d a d u r c h g e - indicates that as the measurable variable space of the Pressure transducer the Control chamber (12) of a known relay valve connected to the pressure transducer (13) is used in such a way that thereby the volume of the measurable variable space is constant and in is optimally limited.

2. Speed-dependent pneumatic pressure transmitter according to claim 1, characterized characterized in that with the pressure-building measured variable of the housing space (2) with the Compressed air source (15) connected loading space is while the bores (8) of known grinding piston (7) with the vented through a nozzle (14) Control chamber (12) of the relay valve (13) are in communication.

3. Speed-dependent pneumatic pressure transmitter according to claim 1, characterized characterized in that the control chamber (12 a) of the relay valve with the pressure-reducing measured variable (13 a) is connected to the source of constant pressure (15 a) via a nozzle (14 a).

4. Speed-dependent pressure transmitter according to claims 1 to 3, characterized characterized in that the pressure transmitter and the relay valve (13) in a common Housing (1) are arranged. ~~~~~~~ Publications considered: German Interpretation document No. 1 176405.