DE1836863U

DE1836863U - ELECTROPNEUMATIC CONTROL UNIT.

Info

Publication number: DE1836863U
Application number: DEC8308U
Authority: DE
Original assignee: Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse SA
Current assignee: Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse SA
Priority date: 1961-05-29
Filing date: 1961-05-29
Publication date: 1961-08-31

Description

COMPAGNIE DES FREINS ET SIGNAUX WESTINGHOUSE, PARIS Elektropneumatisches Steuergerät In ferngesteuerten Einrichtungen ergibt sich häufig die Notwendigkeit, ein gewöhnlich in Form von Druckluft zur Verfügung stehendes Druckmittel in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung, die der bequemen Umwandlungsmöglichkeiten und der verzögerungsfreien Fernwirkung wegen, eingeführt worden ist, zu steuern.COMPAGNIE DES FREINS ET SIGNAUX WESTINGHOUSE, PARIS Electropneumatic Control unit In remote-controlled facilities there is often the need to a pressure medium usually available in the form of compressed air as a function of of an electric voltage, that of the convenient conversion possibilities and the delay-free remote action because of, has been introduced to control.

Es handelt sich dabei um eine Relaiswirkung zwischen einer, beispielsweise mit Verstärkermitteln verbundenen elektrischen Stromquelle und von dieser aus gesteuerten, die Stellkräfte ausübenden Druckluftgeräten. Auf der Kombination der Eigenschaften der Stromquelle und derjenigen der gesteuerten Geräte, beruht die Bezeichnung derart aufgebauter Einrichtungen als elektropneumatische Einrichtungen. It is a relay effect between one, for example electrical power source connected to amplifier means and controlled by this, Compressed air devices exercising the actuating forces. On the combination of properties the Power source and that of the controlled devices, the designation is based on this constructed facilities as electropneumatic facilities.

Zur Erzeugung der Relaiswirkung sind in solchen Anlagen sogenannte Magnetventile vorgesehen. Die Erfindung bezieht sich auf ein elektropneumatisches Steuergerät, welches die Regelung des Preßluftdruckes in Abhängigkeit von der an seinem Stellmotor angelegten elektrischen Spannung, über eine Entfernung hinweg, ermöglicht. In such systems, so-called Solenoid valves provided. The invention relates to an electropneumatic Control unit, which regulates the compressed air pressure depending on the electrical voltage applied to its servomotor, over a distance, enables.

Das elektropneumatische Steuergerät gemäß der Erfindung zeichnet sich durch die folgenden, sowohl einzeln für sich als auch in allen möglichen Kombinationen zusammenwirkenden Merkmalen aus. The electro-pneumatic control device according to the invention is characterized through the following, both individually and in all possible combinations interacting characteristics.

Das erfindungsgemäße Gerät enthält zunächst ein Druckmittel. The device according to the invention initially contains a pressure medium.

Steuerventil, welches einerseits unter der Wirkung eines Elektromagneten und andererseits unter der entgegengerichteten Wirkung eines von einer Teilmenge aus dem Steuerventil austretenden Druckmittels aufgebauten Druckes steht, wobei dieser Druck das Schliessen des Ventils bei einem von der Kraft des Elektromagneten bzw. der Stromdichte in der Magnetwicklung abhängigen Wert bestimmt.Control valve, which on the one hand under the action of an electromagnet and on the other hand, under the opposite effect, one of a subset from the control valve exiting pressure medium is built up pressure, wherein this pressure causes the valve to close at one of the force of the electromagnet or the current density in the magnet winding dependent value is determined.

Das erfindungsgemäße Steuerventil besteht ferner aus einem Gehäuse mit einem darin beweglich angeordneten Rundschieber, der in einer ersten Stellung eine Zuführungsbohrung und Auslaßbohrung des Druckmittels miteinander verbindet und in einer zweiten Stellung beide Leitungen absperrt. The control valve according to the invention also consists of a housing with a movably arranged circular slide in a first position connecting a supply bore and outlet bore of the pressure medium to one another and in a second Position shut off both lines.

Ferner ist der Rundschieber an einem Stirnende mit dem beweglichen Teil des Elektromagneten verbunden, welcher diesen innerhalb des Gehäuses geradlinig verschiebt. Furthermore, the round slide is at one end with the movable one Part of the electromagnet connected, which rectilinear this inside the housing shifts.

Scnließlich steht erfindungsgemäß das andere Stirnende des Rundschiebers mit einem abgeschlossenen Raum in Verbindung, in den eine Teilmenge Druckmittel aus einer in dem Gehäuse vorgesehenen und über den Rundschieber mit der Zuführungsbohrung des Druckmittels verbundenen dritten Bohrung gelangt. Finally, according to the invention, the other end face of the circular slide is located with a closed space in connection, in which a subset of pressure medium from one provided in the housing and via the round slide with the feed bore of the pressure medium connected third bore arrives.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung verschiedener, in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsformen ersichtlich. In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Elektromagneten samt dem damit verbundenen Steuerventil, Fig. 2 eine grafische Darstellung des Stromverbrauchs des elektropneumatischen Steuerventils gemäß der Erfindung, Fig. 3 ein Schaltschema der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung bei direkter Betätigung eines Druckluftgerätes, Fig. 4 ein Schaltschema der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung bei mittelbarer Betätigung eines Druckluftgerätes, Fig. 5 ein Schaltschema der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung bei mittelbarer Betätigung eines Druckluftgerätes über ein Relaisventil. Further features and advantages of the invention are apparent from the following Description of various embodiments shown schematically in the drawing evident. In the drawing: Fig. 1 shows a vertical section through the Electromagnet together with the control valve connected to it, FIG. 2 is a graphic representation the power consumption of the electro-pneumatic control valve according to the invention, 3 shows a circuit diagram of the control device according to the invention when actuated directly a compressed air device, FIG. 4 is a circuit diagram of the control device according to FIG Invention with indirect actuation of a compressed air device, Fig. 5 shows a circuit diagram of the control device according to the invention with indirect actuation a compressed air device via a relay valve.

Das elektropneumatische Steuergerät gemäß der Erfindung setzt sich im wesentlichen aus zwei Vorrichtungen zusammen, deren Wirkungsweise in beiden Fällen an sich bekannt ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen elektromagnetisch wirkenden Stellmotor sowie ein damit zusammenhängendes Druckluft-Steuerventil mit einem Rundschieber ohne Dichtringe. The electro-pneumatic control device according to the invention sits down essentially composed of two devices, their mode of operation in both cases is known per se. In the present case it is an electromagnetic one acting servomotor as well as a related compressed air control valve with a round slide without sealing rings.

Der elektromagnetische Stellmotor besteht aus einem Permanentmagneten 1 in einem, ein konstantes, radiales Kraftfeld 11 aufbauenden Magnetgehäuse 2 und einer mittels zweier biegsamer Membranen reibungslose in der senkrechten Mittelachse des Magneten aufgehängten und in Längsrichtung verschiebbaren Spindel 3, welche außerdem an einer, in dem ringförmigen Luftspalt des auf ein Druckluftventil aufgesetzten LIagnetgehäuses ebenfalls verschieblich angeordneten Wicklung 4, befestigt ist. Die Spindel 3 kann sich zusammen mit der Magnetwicklung unter der Wirkung der veränderlichen, elektrischen Eingangsspannung an der Wicklung, in Längsrichtung geradlinig verschieben und an einer als Steuerschieber für das Druckluftventil ausgebildeten, weiteren Spindel angreifen, wobei die beiden Spindeln Isobar miteinander verbunden sind und nicht star : zusammenhängen.-5- Bei jeder Kraftwirkung der aus der Antriebsspindel und ihrer Wicklung bestehenden beweglichen Einrichtungsteile, ist die auf die Druckluft-Steuerspindel ausgeübte Kraft und damit auch der gesteuerte Druck der aufgrund ihres elektrischen Widerstandes in der Wicklung vorhandenen Stromdichte, verhältnisgleich, d. h. etwa proportinal den Temperaturschwankungen, nahe der Eingangsspannung an den Klemmen der Wicklung. The electromagnetic servomotor consists of a permanent magnet 1 in a, a constant, radial force field 11 building up magnet housing 2 and one by means of two flexible membranes smoothly in the vertical central axis of the magnet suspended and longitudinally displaceable spindle 3, which also on one, in the annular air gap of the attached to a compressed air valve LIagnetgehäuses also displaceably arranged winding 4 is attached. The spindle 3 can move together with the magnetic winding under the effect of the variable, electrical input voltage at the winding, move in a straight line in the longitudinal direction and on another designed as a control slide for the compressed air valve Attack the spindle, with the two spindles isobar connected to each other and not star: related. -5- With every force from the The drive spindle and its winding existing movable parts is the force exerted on the compressed air control spindle and thus also the controlled one Pressure of the current density present in the winding due to its electrical resistance, proportional, d. H. roughly proportional to the temperature fluctuations, close to the input voltage at the terminals of the winding.

Die Wicklung erhält ihre elektrische Spannung durch einen Gleichstrom, dessen Schwankungen die Hubänderungen der an der Steuer spindel des Druckluftventils angreifenden Antriebsspindel bewirken. The winding receives its electrical voltage from a direct current, the fluctuations of the stroke changes on the control spindle of the compressed air valve cause attacking drive spindle.

Handelt es sich um einen geglätteten Gleichstrom, so kann dieser vorteilhaft mittels eines überlagerten Wechselstromes gebräuchlicher Frequenz-von 25 Hz aufwärts-und niedriger Spannung, in der Größenordnung von höchstens 10 V, moduliert werden. Diese an sich bekannte Anordnung ergibt ein leichtes Vibrieren der Antriebsspindel, das sich auf die Steuerspindel fortpflanzt, wodurch die Ansprechempfindlichkeit bei Änderungen des Gleichstromes erhöht und die tatsächliche Verschiebung der Steuerspindel in dem Druckluftventil genau festgelegt wird. Steht zum Erregen der Magnetwicklung lediglich ein regelbarer Wechselstrom zur Verfügung, so wird dieser mittels eines Gleichrichters in einen Quasi-Gleichstrom umgewandelt. Bei derartigen Einrichtungen, die stets noch eine Wechselstromkomponente aufweisen, braucht keine besondere Modulie- rung des Steuerstromes vorgesehen zu werden. - h- Selbstverständlich ist die Polarität der Zuführungsleitungen zu den beiden Drähten der beweglichen Wicklung soweit zu berücksichtigen, daß die Druckkraft der bewegten Teile des Stellmotors von oben nach unten wirkt.In the case of a smoothed direct current, this can advantageously be modulated by means of a superimposed alternating current of a common frequency - from 25 Hz upwards - and a low voltage of the order of magnitude of at most 10 V. This arrangement, known per se, results in a slight vibration of the drive spindle, which is propagated to the control spindle, as a result of which the responsiveness to changes in the direct current is increased and the actual displacement of the control spindle in the compressed air valve is precisely determined. If only a controllable alternating current is available to excite the magnet winding, this is converted into a quasi direct current by means of a rectifier. Such devices, which always have an alternating current component, do not require any special modulation tion of the control current to be provided. - H- Of course, the polarity of the supply lines to the two wires of the movable winding must be taken into account to such an extent that the pressure force of the moving parts of the servomotor acts from top to bottom.

Bei dem in Fig. 1 gezeichneten Ausführungsbeispiel besteht das Druckluftventil im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 17 mit einer fest eingesetzten Büchse 16, in welcher die Steuerspindel 18 verschiebbar angeordnet ist. In the embodiment shown in Fig. 1, there is a compressed air valve essentially from a valve housing 17 with a permanently inserted sleeve 16, in which the control spindle 18 is arranged displaceably.

Das Druckmittel wird über die Bohrung A zugeführt und tritt unter einem, von der Eingangsspannung bestimmten, veränderlichen Druck, durch die Bohrung B wieder aus. The pressure medium is supplied via the bore A and enters below a variable pressure determined by the input voltage through the bore B off again.

Mit C ist ein abgeschlossener Raum bezeichnet, in welchen ein Teil des durch die Bohrung A zugeführten Druckmittels über die Bohrung 01 gelangt. D stellt eine Entlüftungsbohrung dar. A closed space is designated with C, in which a part of the pressure medium supplied through the bore A passes through the bore 01. D. represents a ventilation hole.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist im wesentlichen die folgende : Bei wirkungslosem Stellmagneten ist die Bohrung A durch den vollen Querschnittsteil der Spindel 18 abgeschlossen. Durch Abwärts. bewegen der Antriebsspindel wird die Bohrung A freigegeben, so daß Druckluft in die Bohrung B und gleichzeitig in den Raum C überströmt, wobei der in dem letzteren herrschende Druck auf die Sauerspindel 18 im Sinne eines Schließens der Bohrung A entgegen der Magnetkraft zurückwirkt. Sobald der Druck im Raum C die Stellkraft der Antriebsspindel überwiegt, wird die Bohrung B an die Entlüftungsbohrung D angeschlossen und die Bohrung A abgesperrt. The operation of the control device according to the invention is in The following are essential: If the solenoid is ineffective, hole A is through the full cross-sectional part of the spindle 18 completed. By downward. move the drive spindle, the bore A is released, so that compressed air into the bore B and simultaneously overflows into space C, the one prevailing in the latter Pressure on the Sauer spindle 18 in the sense of closing the bore A against the Magnetic force reacts. As soon as the pressure in space C increases the actuating force of the actuator spindle predominates, the hole B is connected to the vent hole D connected and the hole A closed off.

Der in die Bohrung B eingesteuerte Druck ist der Stellkraft des Betätigungsmagneten, d. h. der Erregerspannung und damit der in der beweglichen Wicklung aufgebauten Stromdichte, proportional.The pressure applied in bore B is the actuating force of the actuating magnet, d. H. the excitation voltage and thus that built up in the moving winding Current density, proportional.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das mit dem Druckluftventil erreichte Gleichgewicht, zwei verschiedene Verwendungsarten des elektropneumatischen Steuerventils ermöglicht : 1. da das Gewicht der Steuerspindel 18 nicht gleich Null ist, wird sich die Spindel unter den angegebenen Umständen bei abgeschaltetem Strom unter der Schwerkraftwirkung nach unten bewegen und auf dem Deckel 20 der Bodenwand des Raumes C aufliegen, bis der Druck der aus der Bohrung B in die Bohrung C1 überströmenden Druckluft, die Spindel engegen ihres Eigengewichtes in die Gleichgewichtslage wieder anhebt. Hieraus ergibt sich bei stromlosem Stellmagneten ein leichtes Überströmen der Druckluft aus der Bohrung A in die Bohrung B, was jedoch einen höheren Maximaldruck bei geringerem Stromverbrauch ermöglicht (Fig. 2-Linie I). It should be noted that this was achieved with the compressed air valve Balance, two different ways of using the electro-pneumatic control valve enables: 1. since the weight of the control spindle 18 is not equal to zero, is the spindle under the specified circumstances with the power switched off move the action of gravity down and on the lid 20 of the bottom wall of the Space C rest until the pressure of the overflow from the bore B into the bore C1 Compressed air brings the spindle back into equilibrium against its own weight raises. This results in a slight overcurrent when the solenoid is de-energized the compressed air from hole A into hole B, which, however, has a higher maximum pressure with lower power consumption enabled (Fig. 2 line I).

2. Für sehr niedrige, gesteuerte Drücke ohne Anfangsströmung wird zwischen dem untersten Bund der Steuerspindel 18 und dem Deckel 20 eine Druckfeder angeordnet, die eine gewisse Luftströmung vor Einsetzen der Arbeitsströmung hervorruft (Fig. 2-Linie II). 2. For very low, controlled pressures with no initial flow between the lowermost collar of the control spindle 18 and the cover 20 is a compression spring arranged, which causes a certain air flow before the onset of the working flow (Fig. 2 line II).

Das erfindungsgemäße Steuerventil kann in Verbindung mit einem zweckentsprechenden Ventilträger so eingebaut werden, daß es entweder gemäß Fig. 3 ein Druckluftgerät 22 elektropneumatisch mit einem veränderlichen Druck bei geringen Luftmengen beaufschlagt oder gemäß Fig. 4 die Druckluftgeräte 23 über ein Druckluft-Relaisventil 21 mit einem veränderlichen Druck bei größeren Luftmengen beschickt. Selbstverständlich ist eine besonders sorgfältige Bearbeitung der Steuerspindel 18 und der Büchse 16 erforderlich, um etwaige Verluste praktisch vernachlässigbar klein zu halten. Es leuchtet ein, daß die mit Mittenabweichungen zwischen der Antriebs-und der Steuerspindel verbundenen Nachteile bei dem erfindungsgemäßen Gerät vermieden werden. Die erfindungsgemäße Anordnung zeigt ein sehr leicht ansprechendes Gerät mit geradliniger Abeitsbewegung, welches die Unzuträglichkeiten der häufig verwendeten Stellmotore mit Drehbewegung, die durch ihren Kurbelmechanismus erhöhte Reibungsmomente ergeben, nicht mehr aufweist. The control valve according to the invention can be used in conjunction with an appropriate Valve carriers are installed so that there is either a compressed air device as shown in FIG 22 electro-pneumatic with a variable pressure at low Air volumes acted upon or, as shown in FIG. 4, the compressed air devices 23 via a compressed air relay valve 21 charged with a variable pressure for larger amounts of air. Of course is a particularly careful machining of the control spindle 18 and the sleeve 16 required to keep any losses practically negligible. It It is clear that the center deviations between the drive and the control spindle associated disadvantages are avoided in the device according to the invention. The inventive Arrangement shows a very slightly responsive device with straight working movement, which the disadvantages of the frequently used servomotors with rotary motion, which result in increased frictional torques due to their crank mechanism, no longer has.

Darüber hinaus macht der geradlinig wirkende Stellmotor im Vergleich zu anderen Stellmotoren mit veränderlichem Luftspalt jede bei Änderungen des Luftspalts erforderliche Dämmung überflüssig, so daß sich eine der Stromdichte des Stellmagneten proportionale Charakteristik ergibt.In addition, the linear acting servomotor makes a comparison to other servomotors with variable air gap, each with changes in the air gap required insulation superfluous, so that one of the current density of the solenoid proportional characteristic results.

Selbstverständlich könnte das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung in Einzelheiten noch abgeändert werden, ohne daß dadurch der allgemeine Rahmen der Erfindung verlassen wird. - Schutzansprüche- Of course, the embodiment described could Invention can be modified in detail, without thereby affecting the general Is left within the scope of the invention. - protection claims-

Claims

Protection claims: 1. Electropneumatic control device, marked by a pressure medium control valve, which on the one hand under the action of an electromagnet (1) and on the other hand, under the opposite effect, one of a @ r subset from the pressure medium exiting the control valve there is an increasing pressure, this pressure causing the valve to close at one of the force of the solenoid (1), d. H. caused by the current density in the magnet winding (4) dependent value.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the control valve from a housing (17) with a circular slide (18) movably arranged therein consists, which in a first position has an inlet and outlet bore (A, B) d-s Pressure medium connects to one another, in a second position, however, the two Bores (A, B) shut off.

3rd G? t according to claim 2, characterized in that the round slide (18) is connected at one end to the movable part of the electromagnet (1) and is displaced in a straight line by this within the housing (17). 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the other end of the round slide (18) in connection with one

closed space (C), into which a partial amount of the pressure medium from a provided in the housing (17) and via the round slide (18) connected to the inlet bore (A) third bore (C1) arrives.