DE1523606C - Nach dem Kraftvergleich arbeitender pneumatischer oder hydraulischer Schalter oder Verstärker - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen nach dem Kraftver- und der auch für die Einsteuerung von großen Drükgleich arbeitenden pneumatischen oder hydraulischen ken mit sehr viel geringerem Aufwand herzustellen Schalter oder Verstärker mit zwei kraftschlüssig auf- ist als die bekannten Verstärker mit Bälgen, Memeinander wirkenden mechanisch nicht verbundenen branen, Steuerschiebern oder Steuerkolben.
Steuerkörpern in entsprechend angepaßten Bohrun- 5 Erfindungsgemäß werden zur Lösung der gestellgen, die über Steueröffnungen den Versorgungsdruck ten Aufgabe beim eingangs genannten Verstärker als bzw. eine Abblasöffnung mit dem Ausgangsdruck- Steuerkörper mindestens zwei Kugeln unterschiedraum verbinden, bis die Kraftkompensation erreicht liehen Durchmessers verwendet, derart, daß der Vorist. Steuerdruck auf die eine Kugel, der Versorgungs-

Bei pneumatischen Regel- und Steuereinrichtungen io druck auf die andere Kugel und der Ausgangsdruck werden in großer Zahl pneumatische Verstärker ver- zwischen den Kugeln wirksam ist.
wendet, die aus einer Vorsteuerung, z. B. einer Düse- Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Prallplatte-Anordnung mit einer oder mehreren in den Unteransprüchen aufgezeigt,
nachgeschalteten Verstärkerstufen bestehen. Der Der erfindungsgemäße Verstärker zeichnet sich Verstärker arbeitet in den meisten Fällen mit me- 15 auch dadurch aus, daß bei geeigneter Bemessung der chanisch gekoppelten Bälgen oder Membranen, auf Flächenverhältnisse der als Kugeln ausgebildeten die nach der Methode der Kraftkompensation einer- Steuerkörper der Zuluftfehler der Vorstufe kompenseits der Vorsteuerdruck (bei einer Versteuerung mit siert wird. Bei einer aus Düse und Prallplatte beDüse-Prallplatte der Druck in der Düse) und an- stehenden Vorstufe ist bekanntlich für eine bestimmte dererseits in entgegengesetzter Richtung der Verstär- ac Stellung der Prallplatte der Druck in der Düse, der kerausgangsdruck wirkt. Die Bälge oder Membranen als Vorsteuerdruck in die nachfolgende Verstärkersteuern dabei nach dem Sparprinzip (geringer Luft- stufe gelangt, vom Versorgungsdruck abhängig, verbrauch) über Kugel- oder Kegelventile die Zu- Näherungsweise gilt hier die Beziehung, daß sich bei leitung des Versorgungsdruckes und eine Abblas- einer Änderung des Versorgungsdruckes um den Beöffnung, bis die Kompensation der Kräfte Vorsteuer- as trag Δρ_ζ der Druck in der Düse, also der Vorsteuerdruck—Verstärkerausgangsdruck über die entspre- druck für den irachgeschafreten Verstärker um einen chenden Membran- oder Balgflächen erreicht ist. Betrag Δρ_ν ändert, der proportional Δρ_ζ ist, also

Die Luftleistung derartiger Verstärker ist vielfach Δρ_ν = α·Δρ_ζ (λ Proportionalitätsfaktor). Da beim

für die Betätigung von pneumatischen Antrieben erfindungsgemäßen Verstärker der Aufbau so ge-

nicht ausreichend. Sie läßt sich zwar vergrößern, 30 wählt ist, daß der Versorgungsdruck auf einen

wenn die Abmessungen des Verstärkers größer ge- Steuer körper wirkt, läßt sich die Abhängigkeit vom

macht werden, jedoch tritt dann ein unerwünschter Versorgungsdruck beseitigen, d. h. der Äusgangs-

Umsteuerfehler auf. druck eines Verstärkers, der aus einer normalen Vor-

Es sind andererseits für die Verwendung von hy- stufe (Düse—Prallplatte) und einer gemäß der Erfindraulischem Druckmittel Verstärker bekannt, bei 35 dung aufgebauten Verstärkerstufe besteht, ist nähedenen Schieber oder Kolben Steuerkanten oder rungsweise unabhängig vom Versorgungsdruck. Um Steueröffnungen freigeben oder sperren. Dabei sind dies zu erreichen, ist das Verhältnis der Projektionsmit einer gemeinsamen Kolbenstange mehrere KoI- fläche derjenigen Kugel, die unter dem Versorgungsben unterschiedlichen Durchmessers starr verbunden; druck steht zu der Projektionsfläche der anderen gewöhnlich besteht der Steuerkörper mit mehreren 4° Kugel, die unter dem Vorsteuerdruck steht, gleich Kolben aus einem Stück, das mit großer Präzision dem Proportionalitätsfaktor α
hergestellt werden muß. Auch wenn bei der Herstel- , An \
lung an Sorgfalt und Aufwand nicht gespart wird, (oc = —— J.
läßt sich vielfach nicht vermeiden, daß die Kolben \ Äp_z)
in den unterschiedlichen, ihnen angepaßten Bohrun- 45

gen nicht genau fluchten und der Steuerkörper An Hand der Zeichnung werden verschiedene

klemmt. Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schal-

Bei einem bekannten nach dem Kraftvergleich ar- ters bzw. Verstärkers erläutert.

beitenden Verstärker sind zwei kraftschlüssig auf- Nach Fig. 1 werden zwei Kugeln und nach den

einander wirkende, mechanisch nicht miteinander 5° Fig. 2 bis 5 drei Kugeln als Steuerkörper benutzt,

verbundene Steuerkörper, nämlich ein Hohlkolben Hierbei geben die Fig. 4 und 5 Beispiele für pneu-

und ein zylindrischer Körper mit kegelförmigen, am matische oder hydraulische Schalter, während sich

Hohlkolben anliegenden Flächen vorgesehen. Die die Fig. 2 und 3 auf Verstärker beziehen. Fig. 6

Steuerkörper liegen in entsprechend angepaßten schließlich gibt ein Beispiel für einen doppeltwirken-

Bohrungen, welche über Steueröffnungen den Ver- 55 den pneumatischen oder hydraulischen Schalter,

sorgungsdruck bzw. eine Abblasöffnung mit dem In F i g. 1 ist eine Verstärkerstufe gezeigt, bei der

Ausgangsdruckraum verbinden, bis die Kraftkom- die Steuerkörper aus zwei Kugeln 8 und 9 bestehen,

pensation erreicht ist. Bei dem bekannten Verstärker Die Abblasöffnung A wird hier von der größeren Ku-

wird es als nachteilig angesehen, daß die beiden auf- gel 8 verschlossen oder freigegeben. Hierbei ist es

einander wirkenden Steuerkörper sich bei der Be- 60 nicht zu vermeiden, daß in der einen Stellung der

wegung in ihren Bohrungen verkanten können, wenn unter dem Vorsteuerdruck p_v stehende Raum mit der

die Steuerflächen nicht mit sehr hoher Präzision ge- Öffnung A Verbindung erhält,

arbeitet sind. Der Verstärker dürfte bei der Herstel- Der zu verstärkende Druck p_v wirkt als Vorsteuer-

lune; aufwendig und im Betrieb nicht störungsfrei sein. druck in Richtung des Pfeiles auf die Kugel 8 mit der

Es liegt die Aufgabe vor, einen Schalter oder Ver- 65 Projektionsfläche F_v Auf die Kugel 9 wirkt der konstärker der eingangs genannten Art anzugeben, mit stante Versorgungsdruck p_z ebenfalls in Richtung des dem bei kleinen Abmessungen eine große Druck- eingezeichneten Pfeiles. Da die Kugel 9 die kleinere mittelmenge (Luftleistung) gesteuert werden kann Projektionsfläche F₂ besitzt, wirkt auf sie die Kraft

p_z · F₂. Auf die Kugel 8 wirkt in entgegengesetzter Richtung die Kraft p_v · F₁. Hat die Kugel 8 eine Stellung eingenommen, bei der die Abblasöffnung 8 die in die Atmosphäre führt, verschlossen wird, so wirkt zwischen den Kugeln 8 und 9 der Druck p_a, der als Verstärkerausgangsdruck z.B. einem Stellorgan zugeführt wird. Auf die größere Kugel 8 wirkt entgegengesetzt zur Richtung des linken Pfeiles die Kraft Pa · F₁, während auf die kleinere Kugel 9 entgegengesetzt zum rechten Pfeil die Kraft p_a · F₂ wirkt. Die Kugeln sind im Gleichgewicht, wenn die Bedingung Py-F₁ = pa (F₁ - F₂) + p_z-F₂ erfüllt ist.

Die Verstärkung, d. h. der Betrag, um den der Ausgangsdruck p_a größer als p_v ist, hängt vom Verhältnis der Durchmesser der Kugeln 8 und 9 ab.

Überwiegt der Druck p_v vor der Kugel 8, so werden beide Kugeln nach rechts geschoben, bis die Kugel 9 die Bohrung 4 am Rand freigibt, so daß der Versorgungsdruck p_z in den Zwischenraum zwischen den Kugeln 8 und 9 gelangen kann. Hierdurch wird die entgegen dem Druck p_v wirkende Kraft p_a · (F₁ — F₀) vergrößert, bis das Gleichgewicht wieder hergestellt ist. Verringert sich dagegen der Druck p_v, so verschieben sich beide Kugeln nach links, und die Kugel 8 gibt die Auslaßöffnung A frei, so daß der Druck zwischen den Kugeln im Raum 5 verringert wird, bis das Kräftegleichgewicht wieder hergestellt ist. Bei zu großem Ausgangsdruck im Raum 5 wandern die Kugeln also nach links und bei zu kleinem Druck p_a nach rechts, bis die Abblasöffnung A bzw. die Bohrung 4 freigegeben wird.

In F i g. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Verstärkers dargestellt. Hierbei laufen drei Kugeln 8, 9,10 mit Projektionsflächen F₁, F₂, F₃ mit in der angegebenen Reihenfolge abnehmender Größe in Steuerbohrungen 11,12,13. Der Raum zwischen den Kugeln 8 und 9 ist über die öffnung A mit der Atmosphäre verbunden. Der Raum zwischen den Kugeln 9 und 10 führt den Ausgangsdruck p_a des Verstärkers und wird über die öffnungB z.B. mit einem Stellorgan verbunden, für dessen Betrieb eine große Luftleistung erforderlich ist. Im Gleichgewichtszustand der Kräfte wird die vom Vorsteuerdruck p_v auf die Fläche der Kugel 8 ausgeübte Kraft von der Kraft des Versorgungsdruckes p_z auf die Fläche der Kugel 10 und der Kraft des Ausgangsdruckes p_a auf die Differenz der Flächen F₂ und F₃ der Kugeln 2 und 3 kompensiert. Nimmt der Vorsteuerdruck p_v zu, so wandern die Kugeln nach rechts, und die Kugel 10 gibt die Steuerbohrung 13 frei, so daß der Druck p_a erhöht wird, bis die Kompensation der Kräfte wieder erreicht ist. Nimmt der Vorsteuerdruck p_v ab, so wandern die Kugeln nach links, und die Kugel 9 gibt die Steuerbohrung 12 frei, so daß der Ausgangsdruckraum über die öffnung 12 mit der öffnung A verbunden wird. Der Druck p_a wird demnach verringert, bis das Kräftegleichgewicht wieder hergestellt ist.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 liegt die kleinste Kugel in der Mitte zwischen der größeren Kugel und der Kugel mittlerer Größe. Nimmt hier der Vorsteuerdruck p_v zu, so gibt die mittlere Kugel 10 die Steuerbohrung 12 frei, und der Druck im Raum zwischen den Kugeln 10 und 9 wird verringert. Die Kraft, die vom Ausgangsdruck p_a erzeugt wird und die auf die Differenz der Flächen der Kugeln 9 und 10 wirkt, verläuft hier in umgekehrter Richtung wie in Fig. 2, d. h. gleichgerichtet mit p_v. Wird die Kraft P_A verringert, so nimmt die aus der Druckdifferenz p_z — p_a resultierende Gegenkraft, die der Kraft P_v entgegenwirkt, zu, bis die Kompensation wieder erreicht ist. Nimmt dagegen der Vorsteuerdruck p_v ab, so gibt die Kugel 9 die Steuerbohrung 13 frei. Der Druck im Raum zwischen den Kugeln 10 und 9 wird erhöht und damit die resultierende Kraft, die der Kraft P_v entgegenwirkt, verringert.

In F i g. 4 ist dargestellt, wie die Anordnung nach F i g. 2 als pneumatischer oder hydraulischer Schalter verwendet werden kann. Die beiden Kugeln 9 und 10 haben hierbei gleiche Größe. Die Flächenverhältnisse zwischen den Kugeln 8 und 9 sind so bemessen, daß bei einem bestimmten Vorsteuerdruck p_v der Gegendruck des Druckmittels auf die Fläche der Kugel 10 überwunden wird und die Kugeln nach rechts auswandern. Der Versorgungsdruck p_z ist dann durch die Steuerbohrung 13 mit der Ausgangsöffnung B verbunden. Sobald der Vorsteuerdruck p_v unter ein vorgegebenes Maß sinkt, überwiegt die Kraft P₂ des Versorgungsdruckes p_z auf die Fläche der Kugel 10, so daß sämtliche Kugeln nach links wandern und hierdurch der Ausgangsdruckraum zwischen den Kugeln 9 und 10.mit der Abblasöffnung A verbunden ist.

F i g. 5 zeigt einen gleichartig aufgebauten Schalter, jedoch mit reversierter Wirkungsweise. Übersteigt der Vorsteuerdruck p_v den vorgegebenen Wert, so bleibt der Ausgangsdruckraum zwischen den Kugeln 9 und 10 über die öffnung A mit der Atmosphäre verbunden. Sinkt dagegen der Vorsteuerdruck p_v unter den vorgegebenen Wert, so ist der Versorgungsdruck p_z über die Steuerbohrung 13 mit der öffnung B und dem Ausgangsdruck verbunden.

Eine der Fig. 4 entsprechende Anordnung für einen doppeltwirkenden Schalter ist in F i g. 6 gezeigt. Je nachdem, ob der Steuerdruck im linken oder rechten Teil des Verstärkers größer ist, wird der Versorgungsdruck p_z auf die Ausgangsöffnung B₁ oder B₂ geschaltet.

In entsprechender Weise lassen sich auch die anderen beschriebenen Schalter und Verstärker doppeltwirkend ausbilden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Nach dem Kraftvergleich arbeitender pneumatischer oder hydraulischer Schalter oder Verstärker mit zwei kraftschlüssig aufeinander wirkenden mechanisch nicht verbundenen Steuerkörpern in entsprechend angepaßten Bohrungen, die über Steueröffnungen den Versorgungsdruck bzw. eine Abblasöffnung mit dem Ausgangsdruckraum verbinden, bis die Kraftkompensation erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerkörper mindestens zwei Kugeln (8,9) unterschiedlichen Durchmessers verwendet sind, derart, daß der Vorsteuerdruck (p_v) auf die eine Kugel, der Versorgungsdruck (p_z) auf die andere Kugel und der Ausgangsdruck (p_a) zwischen den Kugeln wirksam ist.

2. Schalter oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kugeln hintereinander derart angeordnet sind, daß der Vorsteuerdruck (p_v) auf die größte Kugel (8) wirkt, daß der Raum zwischen dieser und der nächsten Kugel mit der Abblasöffnung (A) verbunden ist, daß zwischen der zweiten und der dritten Kugel der Ausgangsdruck (p_a) abgreifbar ist und daß die

dritte Kugel unter der Wirkung des. Versorgungsdruckes (p_z) steht.

3. Verstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Projektionsfläche (F) der Kugel, die unter dem Versorgungsdruck (p₂) steht, zu der Projektionsfläche (F₁) der Kugel (8), die unter dem Vorsteuerdruck (Py) steht, so gewählt ist, daß die Abhängigkeit des Vorsteuerdruckes der Vorstufe mindestens annähernd kompensiert ist (FJF₁— α·Δρ_ν = α.·Δ p_z).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen