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Steuerventil für pneumatische oder hydraulische Verstärker Die Erfindung
betrifft ein Steuerventil für pneumatische oder hydraulische Verstärker, dessen
Ein-und Auslaßöffnungen von einem Steuerglied in Ab-
hängigkeit vom Eingangsdruck
geöffnet und geschlossen werden.
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Pneumatische und hydraulische Leistungsverstärker werden zur schnellen
Betätigung von nachgeschalteten Geräten, insbesondere von Stellantrieben, verwendet.
Die Steuerventile des Verstärkers sollen bei kleinen Steuerbewegungen rasch öffnen,
aber auch dicht schließen, damit der Eigenverbrauch an Druckmitteln klein bleibt.
In pneumatischen Verstärkern werden meist Kugel-, Kegel- oder Flachsitzventile benutzt,
um die Zuluft- und Auslaßöffnungen des Verstärkers zu steuern. Der Verstärker soll
nur Luft verbrauchen, wenn seine Eingangsgröße sich ändert und Steuerbewegungen
ablaufen. Die Luftleistung von Kugelventilen ist jedoch beschränkt, und außerdem
muß die Kugel bis zu ihrer vollen öffnung einen verhältnismäßig großen Steuerweg
zurücklegen. Es sind auch Ventile bekannt, bei denen die Ein- und Auslaßöffnungen
durch ein darüber abrollendes Band verschlossen oder geöffnet werden können. Bei
einem bekannten Gasdruckregler besteht die Steuervorrichtung aus einer zylindrischen
Fläche mit einer öffnun 'g' die von einem darübergelegten Band mehr oder weniaer
verschlossen werden kann. Das Band ist um eine Steuerrolle gewickelt, die von einem
in ihrem Mittelpunkt angreifenden Hebel bewegt werden kann. Der Hebel wird vom Eingangsdruckkörper
des Reglers -, einer unter dem Gasdruck stehenden Membran, verstellt und hierdurch
die Ventilöffnung freigegeben, wenn der Gasdruck absinkt. Weiterhin sind Ventile
bekannt, bei denen die Ventilöffnungen auf einer Zy-
linderfläche angeordnet
sind und durch ein einziges Umschlingungsband, das abwechselnd die eine öffnung
zu- und die andere aufmacht, betätigt werden. Ebenso ist bekannt, ein Band auf der
Innenseite eines Hohlzylinders, dessen Mantelfläche Steueröffnungen aufweist, abrollen
zu lassen. Allen diesen bekannten Ventilen mit Bandverschluß ist jedoch gemeinsam,
daß der Drehwinkel der das Band antreibenden Glieder bzw. der von ihnen zurückzulegende
Weg groß ist. Somit können die bekannten Ventile der eingangs gestellten Forderung
nach kleinen Steuerbewegungen bei voller Durchsteuerung nicht gerecht werden.
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Erfindun 'gsgemäß wird diese Forderung dadurch erfüllt, daß die Ein-
und Auslaßöffnungen auf der Mantelfläche eines Zylinders in axialem Abstand voneinander
angeordnet und von zwei in an sich bekannter Weise als Bänder ausgebildeten Verschlußstücken
verschließbar sind, die den Zylinder in gegenläufigem Sinn umschlin-en und von dem
Steuerglied so bewegt werden, daß sich in der einen Bewegungsrichtung das eine Band
vom Einlaß, in der anderen Richtung das andere Band vom Auslaß abhebt.
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In den F i g. 1 bis 3 werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt und im folgenden erläutert. F i g. 1 zeigt ein Steuerventil
eines pneumatischen Verstärkers in perspektivischer Ansicht, bei dem die erfindungswesentlichen
Teile schematisch dargestellt sind; F i g. 2 zeigt einen Seitenriß der in
F i g. 1 dargestellten Anordnung; F i 'g* 3 stellt eine weitere bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung in einem Detail dar.
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In F i g. 1 ist eine Steuerventilanordnung zu sehen, in deren
linkem Teil ihres Gehäuses 22 ein Zylinder 23 raumfest angeordnet und durch
eine Trennwand 24 unterteilt ist. Die Zuluft des Verstärkers wird übcr den Anschluß
25 in Richtung des Pfeils 26 zugeführt. Der Anschluß 28 in Richtung
des Pfeils 27 stellt die Verbindung, mit der Atmosphäre her. Die Steuerhülse
ist mit zwei rechteckförmigen öffnungen 29
und 30 versehen; hierbei
liegt die öffnung 30 in der perspektivischen Darstellung vorn im Bild und
ist von dem darüberliegenden Band 31 verdeckt, während die öffnunc,
29 hinten liegt und von dem Band 32 überdeckt wird. Die Bänder
31 und 32 sind mit entgegengesetztem a Wicklung -ssinn um die Hülse
23 geschluneren und an einem Steuerglied 33 an den Stellen 34 C bzw.
35 befestigt. Die Vorspannung des Bandes 31
kann in nicht näher dargestellter
Weise, z. B. mit Hilfe el eines federnden Bügels, verändert werden, der sich
C
gegen einen Exzenter abstützt. Da die Bänder 31 und 32 gegeneinander
vers annt sind, würde sich das C p
Steuerglied 33 mit seinem
oberen Ende nach vorn und mit seinem unteren Ende nach hinten verdrehen, wenn dieses
Drehrnoment nicht von einem weiteren Band 36 aufgefangen würde. Auch dieses
Band umschlingt den Zylinder 23 und ist am Steuerglied 33 an der Stelle
37 befestigt.
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Am oberen Ende des Steuergliedes 33 ist ein Zapfen
38 exzentrisch zur Mittelachse des Steuergliedes angebracht, an dem das gabelförmige
Ende 39 eines Hebels 40 angreift. Der Hebel 40 ist, wie aus F i
a. 2 ersichtlich, mit seinem Ende 41 am Gehäuse 22 schwenkbar befestigt.
An der Stelle 42 greift eine Verbindungsstange 43 an, welche die Membranen 44 und
45 verbindet. Auf beide Membranen wirkt von innen der Druck innerhalb des Gehäuses
22. Die Außenfläche der oberen Membran ist mit der Atmosphäre verbunden, während
auf die Außenfläche der unteren Membran der Vorsteuerdruck des Verstärkers wirkt.
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An Hand der F i g. 1 und 2 soll zusammenfassend die Wirkungsweise
der schematisch dargestellten Ventilanordnung für einen Verstärker erläutert werden.
Vergrößert sich der Vorsteuerdruck an der Meinbran 44, so wird die Verbindungsstange
43 nach oben verschoben und der Hebel 40 nach oben ausgelenkt (in F i
g. 1 nach hinten). Das Steuerglied 33 wird infolgedessen nach oben
bzw. hinten verschoben und rollt auf dem Zylinder 23 ab. Der Zapfen
38 tritt dabei infolge seiner exzentrischen Anordnung nach oben, so daß er
immer in der Gabel 39 des Hebels 40 verbleibt. Da sich das Band
32 mit seinem am Steuerglied 33 befestigten Ende bei der Abrollbewegung
der Steuerrolle weiter auf diese aufwickelt, verringert sich der Umschlingungswinkel
des Bandes auf dem Zylinder 23, und die Öffnung 29 wird freigegeben.
Das Band 31 wickelt sich dagegen auf dem Zylinder 23
auf. Sein Umschlingungswinkel
nimmt zu, und die Öffnung 30 wird verschlossen. Aus der Öffnung
29
kann jetzt Zuluft in den Innenraum des Verstärkers einströmen, so daß der
Ausgangsdruck ansteigt.
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Nimmt der Vorsteuerdruck auf die Außenfläche der Membran 44 ab, so
bewegt sich der Punkt 42 und damit der Hebel 40 nach unten. Jetzt laufen die oben
beschriebenen Bewegungsvorgänge in umgekehrter Richtung ab, und die Öffnung
30 wird freigegeben, während die Umschlingung der Öffnung 29 durch
das Band 32 vergrößert wird.
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Der mit einem Steuerventil gemäß der Erfindung versehene Verstärker
zeichnet sich durch einen hohen Luftdurchsatz bei sehr geringem Eigenverbrauch aus.
Da an Stelle der vielfach üblichen Bälge für die Steuerung Membranen mit sehr geringem
Füllvolumen verwendet werden und auch die mechanische Trägheit der verwendeten bewegten
Teile gering gehalten werden kann, ergibt sich ein sehr günstiges dynamisches Verhalten,
so daß der Verstärker auch schnellen Druckänderungen folgt. Die Bewegungsvorgänge
können wieder umgekehrt werden, so daß an Stelle des Steuergliedes der Zylinder
23 bewegt wird. Da dieser jedoch die Luftanschlüsse trägt, ist es günstiger,
ihn raumfest anzuordnen.
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Eine weitere bevorzugte Abwandlung der Erfindung ist in der Schnittzeichnung
der F i g. 3 dargestellt. Hier werden die Ventilöffnungen 46, 47 in einer
Zylinderfläche 48 von zwei in entgegengesetztem Wicklungssinn um das Steuerglied
33 geführten Bändern verschlossen. Der übersichtlichkeit wegen sind die Bänder
in der Zeichnung nicht dargestellt, sie sind jedoch wie im Beispiel der F i
g. 1 und 2 angeordnet. Der Schnitt ist in F i g. 3 so gelegt, daß
die in Achsrichtung des Zylinders hintereinanderliegenden Öffnungen 46, 47 in die
Zeichenebene zu liegen kommen. Das Steuerglied 33 ist in der Mitte oder an
einem Ende mit einer Ausdrehung 49 versehen, die exzentrisch zur Mittelachse der
Steuerrolle liegt. Um diese Ausdrehung 49 ist ein Seilzug 50 geschlungen,
der an seinen Enden 51 und 52 in nicht näher dargestellter Weise an
den Membranen 44 und 45 befestigt ist. Bei einer Auslenkung der Membran 44 infolge
einer Änderung des Vorsteuerdruches verschiebt sich der Befestigungspunkt
52 des Seilzuges, und die Steuerrolle 33 rollt auf der Oberfläche
des Zylinders 48 ab. Hierbei verschließen und öffnen die Bänder 31
und
32, wie an Hand der F i g. 1 und 2 beschrieben, die Ventilöffnungen
46 und 47. Die Exzentrizität der Ausdrehung 49 ist so gewählt, daß der Angriffspunkt
53 des Seilzuges während der Abrollbewegung der Rolle 33 auf der Zylinderfläche
48 annähernd in der Wirkungslinie, d. h. in der Verbindungslinie der Punkte
51 und 52 verbleibt. Zweckmäßig wird der Seilzug an den Stellen
51 und 52 an einem in der F i g. 3 nicht dargestellten Bügel
befestigt, der sicherstellt, daß die Bewegung der Membranen 44 und 45 gleichsinnig
vor sich geht.
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An Stelle von zwei Ventilöffnungen mit einer entsprechenden Anzahl
von Bändern können auch mehrere Ventilöffnungen gesteuert werden. Die Enden der
Bänder können statt an einem Steuerglied auch an einem Korb oder Bügel befestigt
werden, der von dem Steuerglied des Verstärkers verstellt wird. Bei allen Ausführungsformen
kann die Krümmung des Zylinders im Bereich der Öffnungen veränderlich gemacht werden,
wenn ein vorgegebener Funktionsverlauf des öffnungsquerschnitts die Öffnungen mit
zunehmendem Umschlingungswinkel des Bandes erhalten werden soll.