-
Elektrisch steuerbare Prüfdruck-Erzeugungsanlage Die Erfindung bezieht
sich auf eine elektrisch steuerbare Prüfdruck-Erzeugungsanlage mit einer Druckpumpe
und einer Saugpumpe.
-
Beim Nachbilden von Flugbedingungen und beim Prüfen von Flugzeugausrüstungen,
z. B. Höhenmessern, Sinkgeschwindigkeitsmessern u. dgl., ist es häufig erwünscht,
ein genaues Drucksignal zur Verfügung zu haben, dessen Größe genau einstellbar ist.
-
Die meisten Anlagen, die zum Erzeugen derartiger Drucksignale benutzt
werden, machen im allgemeinen von dem durch die Strömung von einer Druckpumpe zu
einer Vakuumpumpe bewirkten Druckunterschied Gebrauch, wobei der gewünschte Druckausgang
von der Druckströmung abgezapft wird. Diese Anlagen haben einen verhältnismäßig
schlechten Wirkungsgrad, da zur Aufrechterhaltung der Strömung eine große ungenutzte
Leistung erforderlich ist, so daß die Druckpumpe und die Vakuumpumpe relativ groß
sein müssen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch steuerbare
Präzisionsdruck-Erzeugungsanlage zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
-
Die Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch die Vereinigung folgender
Merkmale: a) eines Spannungsgebers zum Einstellen einer dem Solldruck entsprechenden
elektrischen Spannung, b) eines Druckumformers, der eine dem Ausgangsdruck
entsprechende Vergleichspannung erzeugt, C
c) Summiervorrichtungen für die
gegeneinandergeschalteten Spannungen nach a) und b), d) an die Summiervorrichtungen
nach c) angeschlossene Umsteuereinrichtungen für die Druckpumpe und für die Saugpumpe,
die hintereinandergeschaltet die Ausgangsleitung speisen, e) auf das Vorzeichen
der Steuerspannung (Regelabweichung) ansprechende Umschaltventile, die das von der
Druckpumpe geförderte Druckmittel über Einwegventile in die Ausgangsleitung leiten
oder daraus abführen, f) bei Absinken der Steuerspannung (Regelabweichung)
unter einen Mindestwert ansprechende Umschalter zum Abschalten der Druckpumpe, so
daß die Saugpumpe, die nach Maßgabe von Größe und Richtung der Regelabweichung umläuft,
nach dem Schließen der parallel zur Pumpe liegenden Einwegventile eine Feindruckregelung
herbeiführt. Die Erfindung wird in der folgenden Beispielsbesehreibung im Zusammenhang
mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Funktionsblockschema
der Vorrichtung nach der Erfindung, F i g. 2 ein schematisches Funktionsschaltbild
einer bevorzugten Ausführungsforin der Vorrichtung nach der Erfindune, F i
g. 3 ein Schaltbild der Druck- und Vakuumrelaissteuerschaltung, die in der
Vorrichtung nach der Erfindung verwendet werden kann, und F i g. 4 einen
Ouerschnitt eines Druckschalters, der in der Vorrichtung nach der Erfindung verwendet
werden kann.
-
Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, wird ein von der Eingangssignalquelle
10 erzeugtes elektrisches Signal, das dem gewünschten Ausgangsdruck (Solldruck)
entspricht, einer Differenzschaltung11 zugeführt. Der Druckumformer 19 erzeugt
ein dem Ausgangsdruck in der Leitung 21 entsprechendes elektrisches Signal, C, welches
der Differenzschaltung 11 zugeleitet wird. Am Ausgang derselben entsteht
ein Signal, welches der Differenz der Signale aus der Eingangssignalquelle
10
und dem Druckumformer 19 entspricht. Dieses Ausgangssignal wird
an eine Schaltvorrichtung 17 und an eine Feinregelstufe 18 geleitet.
Die Schaltvorrichtung 17 verstärkt das Differenzsignal und betätigt entweder
die Grobregelstufe 13 oder die Feinregelstufe 18, wie im einzelnen
noch weiter unten erläutert ist. Die Grobregelstufe 13 wird betätigt, wenn
das Differenzsignal eine vorbestimmte Größe überschreitet, während
die
Feinregeistufe 18 bei einer kleineren Größe des Differenzsignals eingeschaltet
ist.
-
F i g. 2 zeigt ein Funktionssehema einer bevorzugten Ausführungsfonn
der Erfindung in Einzelheiten. Diese Vorrichtung umfaßt eine Stromquelle 12, die
ein Wechselstromsignal liefert, das einem Potentiometer 14 zu-eführt wird. Mit dem
Schleifer des Potentiometers 14, der durch den Knopf 14a betätigt wird, läßt sich
ein dem Solldruck entsprechendes Signal einstellen. Die an dem Schleifer abgegriffene
Spannung wird mit einer Summiervorrichtung 15 sowie einer Summiervorrichtung
16 verbunden. In die Druckausgangsleitung 21 ist ein Druckumformer
19 gelegt, der ein Wechselstromsignal erzeugt, das dem Luftdruck direkt proportional
ist. Dieses Signal wird über den Leiter 22 an die Summiervorrichtungen
15 und 16 geleitet. Die an diesen anliegenden Eingangssignale von
dem Potentiometer 14 und dem Druck-umformer 19 müssen um 1801 gegeneinander
phasenverschoben sein, was in an sich bekannter Weise durch eine entsprechende Polung
der Anschlüsse erreicht sein kann. Die Ausgangssignale der Summiervorrichtungen
15 und 16 entsprechen dann der Differenz der Eingan ' gsspannungen.
Je nachdem, ob das Signal von dem Druckumformer 19 oder das Signal von dem
Potentiometer 14 größer ist, sind die Differenzsignale in Phase oder gegenphasig.
-
Das Ausgangssignal der Summiervorrichtung 16
gelangt an einen
Verstärker 23, von wo es einer Relaissteuerschaltung 24 zugeführt wird. Diese
dient dazu, die Phase des verstärkten Differenzsignals anzuzeigen, also zu bestimmen,
ob das Ausgangssignal des Druckumformers 19 oder das des Potentiometers 14
größer ist. In Abhängigkeit davon wird enLweder das Druckrelais 25 oder das
Vakuumrelais 27 betätiat und werden dementsprechend die Kontakte
28 und 29
oder 31 und 32 geschlossen. Das Druck-relais
25 und das Vakuumrelais 27 sind so ausgebildet und eingestellt, daß
sie nur bei überschreiten eines vorbestimmten Minimumwertes, der einer vorbestimmten
Minimumdruckdifferenz (Regelabweichung) entspricht, ansprechen. Wenn z. B. (bei
negativer Regelabweichung) das Differenzsignal gegenphasig zum Druckumforinersignal
ist, wird das Druckrelais 25
betätiat. Dabei wird Energie von der Energiequelle
34 über die Kontakte 28, 29 und die Diode 35 an das Motorrelais
36 geleitet. Dieses wird erregt und schließt seine Kontakte 38, 39,
so daß Energie von der Energiequelle 41 zu der Pumpe 42 gelangt, die als Kolbenpumpe
ausgebildet sein kann. Gleichzeitig wird Energie durch die Leitung 45 zu der Erregerspule
eines Druck-Magnetventils 46 geleitet, das hierdurch eine Verbindung zwischen den
Leitungen 48 und 49 hergestellt ist. Die Luft gelangt von außen durch das Vakuum-Magnetventil
58 in die Pumpe, von dort in die Leitungen 48, 49 und 50 und ein Einwegrückflußventil
54, das bei einem vorbestimmten Minimaldruck öffnet, z. B. bei 25 mm Hg.
Von hier aus gelangt die Druckluft zu der Druckausgangsleitung 21.
-
Wenn das Ausgangssignal des Druckumformers 19
das an dem Potentiometer
14 abgegriffene Signal überschreitet, wenn also der Druck in der Leitung 21 größer
ist als der Solldruck, d. h. bei positiver Regelabweichung, wird das Vakuumrelais
27 betätigt. Hierbei werden die Kontakte 31 und 32 geschlossen
und Energie von der Energiequelle 34 über diese Kontakte und die Diode
56 dem Motorrelais 36 zugeführt. Daher wird wie bei Betätigung des
Druckrelais die Pumpe 42 über die Kontakte 38 und 39 von der Energiequelle
41 gespeist. Es wird jedoch das Vakuum-Magnetventil 58 über den Leiter 44
betätigt, während das Druck-Magnetventil 46 in der Ruhelage bleibt. Dadurch wird
Druckluft aus den Leitungen 49, 50, 21 durch das Ventil 58, die Pumpe
42, die Leitung 48 und das Ventil 46 nach außen gepumpt, wobei die Verbindung zwischen
den Leitungen 21 und 49 über das Einwegrückflußventil 53 hergestellt ist.
-
Wenn der Druck in der Leitung 21 um weniger als einen vorbestimmten
Minimalwert von dem Solldruck abweicht, die Regelabweichung also einen vorgegebenen
Wert unterschreitet, so werden die Kontakte 31, 60 und 28, 61 geschlossen
und demgemäß die Ventile 46, 58 geöffnet. Nunmehr ist die Energiequelle 34
über die Leitung 64 mit dem Servoverstärker 68 und dem Kontakt
66 des Druckschalters 65
verbunden. Der Servoverstärker 68 verstärkt
das Differenzausgangssignal der Summiervorrichtung 15
und leitet es zur Steuerung
an einen umkehrbaren Antriebsmotor 70, der mit dem Zahnradgetriebe
71 a
und der Antriebswelle 71 mechanisch mit der Zahnradpumpe
73 gekuppelt ist.
-
Die Antriebsrichtung der Zahnradpumpe 73 hängt von der Phase
des dem Motor 70 zugeführten Signals ab, und zwar derart, daß bei höherem
Druck als dem Solldruck in der Ausgangsleitung 21 der Antrieb im Sinne eines Auspumpens
der Druckausgangsleitung 21 erfolgt. Im anderen Fall erfolgt der Antrieb in umgekehrter
Richtung. Die Zahnradpumpe bewirkt also eine Feinkorrektur, um den Druck in der
Ausgangsleitung auf den gewünschten Wert zu bringen. Bei einer vorbestimmten Druckdifferenz
zwischen den Leitungen 21 und 50 und darunter werden die Rückflußventile
53 und 54 geschlossen, so daß die Zahnradpumpe nicht überbrückt ist.
-
Der Druckschalter 65 bildet eine schnell ansprechende Vorrichtung,
um die Druckdifferenz in der Zahnradpumpe 73 auf einem Wert zu halten, der
kleiner als der vorbestimmte Maximaldruck für Feinregelbetrieb ist, also in diesem
Ausführungsbeispiel 25 mm Hg. Wenn der Druck in der Leitung 50 höher
ist als in der Leitung 21, so werden die Kontakte 66,
77 geschlossen
und Energie über die Leitung 64 an das Vakuum-Magnetventil 58 geliefert und
gleichzeitig über die Diode 56 an das Motorrelais 36, so daß die Pumpe
42 läuft und Luft aus den Leitungen 48, 49 und 50 sowie aus der Pufferkaminer
80 entfernt, bis die Druckdifferenz unter den vorbestimmten Maximalwert vermindert
ist, bei dem der Druckschalter 65 dann die Kontakte 66, 77 unterbricht.
Ist die Druckdifferenz an dem Schalter 65 umgekehrt gerichtet, so werden
die Kontakte 66, 78 geschlossen und dadurch in ähnlicher Weise eine Druckerhöhung
verursacht. Auf diese Weise wird die Druckdifferenz an der Zahnradpumpe klein gehalten,
so daß sich eine Druckänderungsgeschwindigkeit in der Ausgangsleituno, 21 ergibt,
die der Pumpendrehzahl angenähert proportional ist. Die Pufferkammer 80 wirkt
als Dämpfungsvorrichtung, insbesondere für Druckstoßwellen. An Stelle des Druckschalters
65 kann auch ein Druckumformer verwendet sein, dessen elektrisches Ausgangssignal
der Druckdifferenz in der Zahnradpumpe 73 proportional ist. Das Ausgangssignal
eines solchen Umformers kann verstärkt der Antriebspumpe 42 in einer der Druckdifferenz
proportionalen Größe und Richtung zugeführt werden.
Der Motor
70 ist mit einem Tachometergenerator 81 gekuppelt, dessen Ausgangssignal
der Summiervorrichtung 15 als Gegenkopplung zugeführt wird. Hierdurch wird
das Verhalten des Servosystems linearisiert.
-
Die Summiervorrichtungen 15 und 16 können zu einer einzigen
Summiervorrichtung vereinigt sein.
-
F i g. 3 zeigt unter Beibehaltung der Bezugszeichen von F i
g. 2, wie die Relaissteuerschaltung 24 aufgebaut sein kann. Das Ausgangssignal
des Druckumformers 19 gelangt durch einen Summierwiderstand 88 an
den Eingang des Verstärkers 23. Ferner gelangt ein Bezugssignal der Wechselstromquelle
12 an einen Transformator 89, der parallel zu dem Potentiometer 14 liegt.
Das Signal am Schleifer des Potentiometers 14 wird durch einen Summierwiderstand
91 an den Eingang des Verstärkers 23 geleitet. Die Summierwiderstände
88 und 91 bilden die in F i g. 2 dargestellte Summiervorrichtung
16. Das Ausgangssignal des Verstärkers gelangt von der Ausgangswicklung
93 zu einer Brückengleichrichterschaltung 95 mit einem ersten Brückengleichrichter
101,
102, 118 und 120 sowie einem zweiten Brückengleichrichter
103, 104, 125 und 123. Die Ausgangsleitungen der Ausgangsspule
93 sind mit je einem Speisepunkt des ersten bzw. zweiten Brückengleichrichters
verbunden, deren andere Speisepunkte zusammeno,eschaltet an einen mit Erde verbundenen
Kondensator 132 und gemeinsam an das Druckrelais 25 und das Vakuumrelais
27 angeschaltet sind, die über Gleichrichter 125, 128 mit ihren anderen
Enden an Masse liegen. Die Gleichrichter 1-25 und 128 sind so gepolt,
daß jeweils nur eines der Relais erregt werden kann. Die Abnahmepunkte des ersten
Brückengleichrichters sind mit der Serienschaltung eines Widerstandes
116 mit der Sekundärwicklun-114 des Transfonnators112 und die Abnahmepunkte
des zweiten Brückengleichrichters mit der Serienschaltung eines Widerstandes 1-22
mit der Sekundärwicklung 115 des Transformators 112 verbunden, und zwar derart,
daß die beiden Sekundärwicklungen 114 und 115 gegenphasig an einander entsprechende
Abnahmepunkte der beiden Brückengleichrichter angeschaltet sind. Die Ausgangsspule
93 weist eine Mittelanzapfung auf, die geerdet ist. Je nachdem, ob das Ausgangssignal
des Druckumformers 19 oder des Potentiometers 14 größer ist, ergibt sich
eine solche Polarität an den Relais 25 und 27, daß entweder das Druckrelais
oder das Vakuumrelais betätigt wird. Der Kondensator 132 dient hierbei zur
Glättung.
-
F i g. 4 zeigt den Druckschalter 65 (F i g. 2)
im Querschnitt. Es ist ein Luftbal- 142 in einem Gehäuse 144 vorgesehen, welches
mittels einer Ringdichtung 145 luftdicht abgeschlossen ist. In das Gehäuse 144 mündet
eine mit der Ausgangsleitung 21 verbundene Druckluftleitung 147, und in das Innere
des Luftbalges 142 mündet eine an die Leitung 50
angeschlossene Druckluftleitung
149. An dem Gehäuse 144 sind mittels Tragwinkelstützen 154 und 155 zwei gleichartige
Blattfederschalter 151 bzw. 152
befestigt, die Kontaktplatten
78 bzw. 164 aufweisen, welche mit einem Ende jeweils an ihren entsprechenden
Schaltergehäusen 159 bzw. 160 fest angebracht sind. Jeder Schalter
hat Gegenkontakte 163 bzw. 77,
die in den Gehäusen mit beiden Enden
befestigt sind, wobei die unteren Enden jeweils mit dem Gehäuse durch einen Isoliervorsprung
166 bzw. 168 verkittet sind. Sämtliche Schalterkontakte sind gegen
das Gehäuse elektrisch isoliert. Die Schalterkontakte 163
und 164 sind beide
mit der Ausgangsleitung 64 verbunden, während der Kontakt 77 an die Leitung
170
und der Kontakt 78 an die Leitung 172 angeschlossen ist.
An dem Balg 142 ist ein Betätigungselement 175 mit einem keilförmigen Oberteil
befestigt. Gegen dieses Oberteil gleiten ein Nocken 177, der mit dem Kontakt
78 mechanisch verbunden ist, sowie ein Nocken 179 an dem Kontakt 164.
-
Bei gleichem Luftdruck in den Leitungen 147 und 149 nimmt der Bal-
142 eine vorbestimmte Ruhelage ein. Hierbei sind die Kontakte der Schalter
151 und 152 geöffnet. Ist der Druck in der Leitung 147 um einen vorbestimmten
Betrag höher als der Druck in der Leitung 149, so zieht sich der Bal- 142 zusammen,
das Betätigungselement 175 wird weiter nach unten o - ezogen,
und als Folge davon berühren sich die Kontakte 77, 164, und die Kontakte
78 und 163
rücken weiter auseinander. Ist jedoch der Druck in der Leitung
149 höher, so bewegt sich das Betätigungselement in umgekehrter Richtung, und demzufolge
werden die Schalterkontakte 77, 164 unterbrochen und die Kontakte
78, 163 geschlossen.