DE1523640C3 - Vorrichtung zum Speichern von als Druck dargestellten Analogwerten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern von als Druck dargestellten Analogwerten, mit einem absperrbaren, zu einem Teil von einer beweglichen, Druck ohne Rückstellkraft überragenden Trennwand begrenzten Druckraum, in welchen Druckmittel unter einem zu speichernden Druck einleitbar ist, und mit einer durch die Bewegung der besagten Trennwand veränderbaren und den Ausgangsdruck eines Druckmittelstromes bestimmenden Drosselstelle, wobei dieser Ausgangsdruck auf der dem Druckraum abgewandten Seite im rückführenden Sinne auf die Trennwand

wirkt. ·

Vorrichtungen zum Speichern von als Druck dargestellten Analogwerten sind bekannt aus »Control Engineering« August 1965, S. 97 bis 99. Bei den dort beschriebenen pneumatischen Analogwertspeichern ist ein Reduzierventil in einem Dr'uckluftstrom angeordnet, dessen Einstellung von einer Turbine verstellbar ist. Der Ausgangsdruck des Reduzierventils wird mittels eines Druckvergleichers mit einem zu speichernden Dfuck verglichen. Bei einer Druckdifferenz zwischen dem zu speichernden Druck und dem Ausgangsdruck des Reduzierventils wird die Turbine durch Hilfsluftströme in der einen oder der anderen Richtung angeblasen, und damit wird der Ausgangsdruck des Reduzierventils entsprechend verändern. Wenn die Hilfsluftströme abgesperrt werden, dann bleibt die Einstellung des Reduzierventils und der entsprechende Ausgangsdruck bestehen, so daß eine Speicherung des Druckes erfolgt.

Diese Anordnung ist relativ kompliziert, weil sie eine Nachlaufsteuerung erfordert, durch die die Einstellung des Reduzierventils mechanisch verändert wird.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Speichern von als Druck dargestellten Analogwerten (FR-PS 13 88 021) ist in einem Gehäuse ein mit einer Ventilkugel versehener Stößel festklemmbar geführt. Eine Klemmvorrichtung für den Stößel ist durch einen Steuerdruckimpuls lösbar, so daß sich der Stößel dann im Gehäuse verschieben kann. Ein Druckraum, der von einem zu speichernden statischen Druck beaufschlagt ist, wird zum Teil von einer federnd nachgiebigen Wandung in Gestalt eines federbelasteten Balgens begrenzt. An der Stirnseite des Balgens ist ein Ventilsitz vorgesehen, der mit der Ventilkugei zusammenwirkt und ein Auslaßventil bildet. Es wird zunächst Steuerdruck aufgeschaltet. Dadurch wird der. Stößel gelöst und über einen Membranumschalter der zu speichernde statische Druck auf den Druckraum gegeben. Der Balgen wird dann gegen die Feder proportional zu diesem statischen Druck zusammengedrückt und verschiebt dupch die Anlage des Ventilsitzes an der Ventilkugel den Stößel. Wenn der Steuerdruck weggenommen wird, wird der Stößel in der so erhaltenen Lage wieder festgeklemmt. Durch die Lage des Stößels erfolgt die Speicherung des Druckwertes. Durch den Wegfall des Steuerdrucks wird der Eingang für den zu speichernden Druck abgeschaltet und der Ausgang eines Druckverstärkers auf den Druckausgang sowie auf die besagte Druckkammer aufgeschaltet.

Der von dem Druckverstärker gelieferte Druck wird wiederum durch das Auslaßventil bestimmt, so daß sich ein Ausgangsdruck ergibt, bei welchem das Auslaßventil gerade fast geschlossen ist, der Ausgangsdruck den Balgen also gerade auf die durch die Lage des Stößels bestimmte Länge zusammendrückt.

Auch bei dieser bekannten Anordnung erfolgt also die Speicherung durch Einstellung eines Ventilverschlußgliedes, was ebenfalls zu einer recht aufwendigen Konstruktion führt.

Es ist eine Vorrichtung zum Speichern von als Druck dargestellten Analogwerten bekannt (BE-PS 6 45 756) mit einem absperrbaren, zu einem Teil von einer beweglichen, Druck ohne Rückstellkraft übertragenen Trennwand begrenzten Druckraum. In diesen Druckraum wird Druckmittel unter einem zu speichernden Druck eingeleitet. Es ist eine durch die Bewegung der besagten Trennwand veränderbare Drosselstelle vorgesehen, welche den Ausgangsdruck eines Druckmittelstromes bestimmt. Dieser Druck wirkt auf der dem Druckraum abgewandten Seite im rückführenden Sinne auf die Trennwand. Bei dieser bekannten Anordnung ist ein zylindrisches Gehäuse durch zwei Gummimembranen in drei Kammern geteilt. In die obere Kammer ist ein Steuerdruck einleitbar. Die mittlere Kammer bildet den »Druckraum«. In diese Kammer ist eine Druckleitung geführt, über welche Gas unter dem zu speichernden Druck eingeleitet wird. Diese Druckleitung ist durch die Membran zwischen der oberen und der mittleren Kammer bei Einleiten von Steuerdruck in die obere Kammer absperrbar. In die untere Kammer wird Arbeitsdruckmittel über eine Drosselstelle einge-. leitet. Von der unteren Kammer zweigt einmal eine Ausgangsdruckleitung ab. Zum anderen ist ein Auslaßventil vorgesehen, dessen Querschnitt von der Membran zwischen der mittleren und der unteren Kammer beherrscht wird.

Die Speicherung des Druckes durch ein komprimiertes Gas ist in mancher Hinsicht nachteilig. Einmal bietet es Schwierigkeiten, den Druckraum hinreichend gasdicht abzuschließen, so daß der zu speichernde Druck in dem Druckraum auch über längere Zeit gehalten wird und nicht durch Leckverlust mit der Zeit absinkt. Außerdem ist der Druck des Gases in starkem Maße temperaturabhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ohne Nachlaufsteuerung arbeitenden Druck-Analogwertspeicher zu schaffen, welcher einerseits möglichst einfach aufgebaut ist und andererseits in der Lage ist, einen als Druck vorgegebenen Analogwert über längere Zeiten ohne wesentliche Fehler, z. B. durch Leckverluste oder Temperatureinflüsse, zu halten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs definierten Art dadurch gelöst, daß das Druckmittel in dem Druckraum eine im wesentlichen inkompressible Flüssigkeit ist und der Druckraum zu einem anderen Teil von einer federnd nachgiebigen Wandung begrenzt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird der zu speichernde Druck über eine inkompressible Flüssigkeit übertragen. Durch diese inkompressible Flüssigkeit erfolgt eine Deformation der federnd nachgiebigen Wandung. Die Spannung dieser federnd nachgiebigen Wandung ist dem Druck in der Flüssigkeit proportional und bestimmt diesen Druck auch nach dem Absperren des Druckraumes. Der gespeicherte Druck wird also nicht bestimmt durch die Kompression des Druckmittels wie bei der bekannten Anordnung nach der BE-PS 6 45 756, so daß z. B. die thermische Ausdehnung der Flüssigkeit bei Temperaturschwankungen oder der vergleichsweise geringe Hub der beweglichen druckübertragenden Trennwand den gespeicherten Druck nicht in nennenswerter Weise beeinflussen. Leckverluste in einem abgeschlossenen Flüssigkeitsvolumen können vernachlässigkbar klein gehalten werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ist daher im Gegensatz zu der letztgenannten vorbekannten Anordnung in der Lage, einen als Druck dargestellten Analogwert über längere Zeit und unbeeinflußt z. B. von der Umgebungstemperatur mit hoher Genauigkeit zu speichern.

Der Druck im ersten Druckraum kann dadurch erzeugt werden, daß ein druckmittelgefüllter zweiter Druckraum durch eine einen Druck ohne Rückstellkraft übertragende, von einem Eingangsdruck beaufschlagte Trennwand abgeschlossen ist.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum ist dann eine wahlweise absperrbare Verbindung vorgesehen.

Solange die Verbindung geöffnet ist, wirkt die Anordnung in der Weise, daß der Eingangsdruck im Verhältnis 1 :1 auf den Ausgangsdruck abgebildet wird. Es kann also beispielsweise ein statischer Druck auf der Eingangsseite ohne Druckmittelverbrauch in den Ausgangsdruck eines ständigen Druckmittelstromes umgesetzt werden. Wenn die Verbindung abgesperrt wird, dann bleibt der Ausgangsdruck auf dem zuletzt vorhandenen Wert.

Die Verbindung zwischen den Druckräumen kann eine Laminardrossel enthalten. Das macht es möglich, den gespeicherten Wert stetig zu verändern, wenn die Verbindung der Druckräume über die Drossel freigegeben und als Eingangsdruck entweder Atmpsphärendruck oder der Druck einer Druckmittelquelle (Zuluft) gewählt wird, je nachdem, ob der Speicherwert verringert oder erhöht werden soll.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vielfältige Anwendung bei pneumatischen Analogrechnern oder bei Reglern finden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Schnitt dargestellt und im folgenden beschrieben.

Ein Gehäuse 1 wird durch eine Zwischenwand 2 in zwei gleichachsige, flache Kammern 3, 4 von kreisförmigem Querschnitt unterteilt. Die obere Kammer 3 ist ihrerseits durch eine druckübertragende Trennwand in Gestalt einer schlappen Membran 17 in zwei Räume unterteilt. Der obere Raum 3a ist über eine Leitung 5 an einen Eingangsdruck angeschlossen. Der untere Raum 3b der oberen Gehäusekammer 3 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt und bildet den zweiten Druckraum.

Die untere Kammer 4 des Gehäuses 1 enthält eine federnde Metallmembran 6, die mit konzentrischen Wellen versehen ist und sich nach Maßgabe des darauf wirkenden Druckes durchbiegt. Unterhalb dieser Membran 6 liegt eine schlappe Membran 7. Zwischen der federnden Metallmembran 6 und der schlappen Membran 7 wird der »erste Druckraum« 8 im Sinne der Erfindung gebildet. Die Metallmembran 6 bildet die federnd nachgiebige Wandung und die schlappe Membran 7 bildet die druckübertragende Trennwand dieses ersten Druckraumes 8.

Der erste Druckraum 8 ist mit dem zweiten Druckraum 3b über eine nicht gezeigte Laminardrossel und ein Ventil 9 verbunden. Das Ventil 9 kann von einem Druckmittelschalter 10 wahlweise geöffnet oder geschlossen werden. Unter der Membran 7 ist in der Kammer 4 des Gehäuses 1 ein Raum 11 gebildet, in den eine Zuluftleitung 12 mit einer Drosselstelle 13 mündet und von der eine Ausgangsleitung 14 abgeht. Zentral unter der schlappen Membran 7 ist am Boden des Gehäuses 1 ein Ventilsitz 15 mit einem Auslaß 16 vorgesehen.

Die Membran 7 bildet mit dem Ventilsitz 15 einen drosselnden Ringspalt. Wenn die Membran 7 angehoben wird und der Ringspalt sich vergrößert, wird ein Auslaß parallel zur Ausgangsleitung 14 freigegeben. Der Druck im Raum 11 und damit der Ausgangsdruck

in der Leitung 14 sinkt. Bewegt sich die Membran 7 nach unten, wird der Auslaß 16 gedrosselt und der Ausgangsdruck steigt.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Durch die schlappe Membran 17 wird der Eingangsdruck im Raum 3a auf die Flüssigkeit im Raum 36 (zweiter Druckraum) übertragen. Dieser Druck pflanzt sich bei geöffnetem Ventil 9 in den ersten Druckraum 8 fort und bewirkt eine entsprechende Deformation der Metallmembran 6. Der gleiche Druck wirkt auch auf die schlappe Membran 7. Wenn etwa der Ausgangsdruck im Raum 11 geringer ist als der im Raum 8 wirksame Eingangsdruck, dann bewegt sich die Membran 7 nach unten, drosselt den Auslaß 16 und erhöht damit den Ausgangsdruck so lange, bis auf beiden Seiten der Membran der gleiche Druck herrscht. Bei dieser Betriebsweise wird also der Eingangsdruck im Verhältnis 1 :1 auf den Ausgangsdruck abgebildet. Es kann aber ausgangsseitig durchaus Druckmittel verbraucht werden, während es sich eingangsseitig um einen rein statisehen Druck ohne Druckmittelverbrauch handein kann. Wenn nun z. B. durch einen Steuerdruck auf den Schalter 10 das Ventil 9 abgesperrt ist, dann wird der in diesem Augenblick bestehende Druck im Raum 8 kon-_ serviert. Dieser Druck bleibt auf die Membran 7 wirksam und wird demgemäß weiterhin als Ausgangsdruck eingeregelt. Die Erfindung gestattet es also, einen im Zeitpunkt der Absperrung des Ventils 9 bestehenden Eingangsdruck (wenn man zunächst von der Wirkung der Laminardrossel absieht) zu speichern und ständig als Ausgangsdruck eines Druckmittel-, vorzugsweise Luftstromes zur Verfügung zu halten. Das wird mit relativ einfachen Mitteln ohne komplizierte Nachlaufsteuerung erreicht, wie sie bei der vorbekannten Anordnung erforderlich ist.

Die Laminardrossel gestattet es, einen gespeicherten Wert stetig zu verändern. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Eingang 5 mit der Atmosphäre verbunden werden. Wird dann das Ventil 9 geöffnet, so sucht sich der jetzt bestehende Druckunterschied zwischen dem ersten Druckraum 8 und dem zweiten Druckraum 3b auszugleichen.

Es fließt "Flüssigkeit über die Laminardrossel, so daß der~geregelte Ausgangsdruck stetig absinkt. Beim Erreichen eines gewünschten Druckes kann dann das Ventil 9 wieder abgesperrt werden. Entsprechend kann man zur Erhöhung des gespeicherten Druckes Zuluft, also erhöhten Druck, auf den Eingang 5 geben und dann das Ventil 9 öffnen, bis der gewürischte Wert erreicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Speichern von als Druck dargestellten Analogwerten, mit einem absperrbaren, zu einem Teil von einer beweglichen, Druck ohne Rückstellkraft übertragenden Trennwand begrenzten Druckraum, in welchen Druckmittel unter einem zu speichernden Druck einleitbar ist, und mit einer durch die Bewegung der besagten Trennwand veränderbaren und den Ausgangsdruck eines Druckmittelstromes bestimmenden Drosselstelle, wobei dieser Ausgangsdruck auf der dem Druckraum abgewandten Seite im rückführenden Sinne auf die Trennwand wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel in dem Druckraum (8) eine im wesentlichen inkompressible Flüssigkeit ist und der Druckraum (8) zu einem anderen Teil von einer federnd nachgiebigen Wandung (6) begrenzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen druckmittelgefüllten, zweiten Druckraum (3i>), der wenigstens teilweise durch eine druckübertragende, von einem .Eingangsdruck beaufschlagte Trennwand (17) abgeschlossen ist, und durch eine wahlweise absperrbare Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum (8 bzw. 3b).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Druckräumen eine Laminardrossel enthält.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die druckübertragenden Trennwände von schlappen Membranen (7, 17) gebildet werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Druckraum (8) begrenzende Membran (7) mit einem Ventilsitz (15) eines Druckmittelauslasses (16) hinter einer Drosselstelle (13) im Druckmittelstrom einen drosselnden Ringspalt bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Druckräume (3b, 8) in einem gemeinsamen Gehäuse gleichachsig übereinanderliegen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebige Wandung des ersten Druckraumes von einer federnden Membran (6) gebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Membran eine gewellte Metallmembran (6) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckraum (8) durch ein druckmittelbetätigtes Ventil (9) absperrbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel in dem ersten Druckraum eine Flüssigkeit ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der von der druckübertragenden Trennwand (7) steuerbare und den Ausgangsdruck liefernde Druckmittelstrom ein Gasstrom ist.