DE1955083C2 - Pneumatischer Differenzdruckverstärker - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Differenzdruckverstärker, bestehend aus zwei elastischen Wänden (Membranen, Federbälgen), die aus zwei Eingangsdruckräume einseitig begrenzen und als Verstelleinrichtung zur Verstellung von Kugeln dienen, die den Zu- und Abfluß von Druckluft zu und von mindestenü einem Ausgangskanal steuern.

Bekannte Differenzdruckverstärker besitzen im allgemeinen zwei Druckbälge, die auf ein Hebelsystem einwirken, dessen Bewegung, die von der Differenz der Drücke in den Bälgen abhängig ist, zur Aussteuerung eines Düsenprallplattensystems ausgenutzt wird. Differenzdruckverstärker dieser Art benötigen einen gewissen Raumbedarf, der nicht unterschritten werden kann. Sie sind zudem relativ aufwendig und erlauben keine kompakte Bauweise. Außerdem muß den bekannten Differenzdruckverstärkern im allgemeinen noch ein Energieverstärker nachgeschaltet werden, da das Düsenprallplattensystem nur eine relativ kleine Luftmenge abgeben kann.

Weiterhin ist die Ausführung eines Differenzdruckverstärkers bekannt (DT-OS 15 23 606), bei dem vier Kugeln ;tur Steuerung des Zu- und Abflusses von Druckmittel sowie Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser erforderlich sind. Dabei sind jeweils zwei Kugeln f>o in einer Steuerbohrung verschiebbar, wobei die Länge jeder dieser Steuerbohrung genau einzuhalten ist, wenn Umsteuerfehler vermieden bzw. klein gehalten werden sollen. An den beiden Übergängen von der Steuerbohrung mit dem kleineren Durchmesser zum größeren («5 Durchmesser der angrenzenden Bohrungen sind nämlich die Steuerkanten gebildet, vor denen in der Ausgangslage jeweils die Äquatorein der beiden Kugeln liegen Da eine der Bohrungen größeren Durchmessers mit Atmosphäre, die andere mit dem Zuluftdruck in Verbindung steht, und der Verstärkerausgang zwischen den Kugeln liegt, muß der Abstand der den beiden Kugeln zugeordneten Steuerkanten exakt eingehalten werden wenn eine einwandfreie Funktion gewährleistet sein soll Das bedeutet einen erheblichen Aufwand bei der Herstellung. Das gilt auch für bekannte Druck- und Leistungsverstärker (Regelungstechnik Praxis rtp 1968. Heft 4, Seite 156, Bild 5), bei denen nicht vier, sondern nur zwei Kugeln gleichen Durchmessers in einer Steuerbohrung angeordnet sind.

Bei dem Verstärker mit vier Kugeln kommt noch hinzu daß auch der Abstand der Steuerbohrungen zueinander mit einer kleinen Toleranz hergestellt werden muß, weil auch der Abstand zu den weiteren, dem anderen Kugelpaar zugeordneten Steuerkanten stimmen muß. Bedingt durch die Arbeitsweise dieser Verstärker verlassen jeweils zwei Kugeln ihre Steuerbohrung und sind seitlich nicht mehr geführt Das wirkt sich nachteilig auf die Betriebssicherheit aus und verursacht Eigenschaften, die von der Lage des Verstärkers abhängig sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und einen Differenzdruckverstärker zu schaffen, bei dessen Herstellung keine engen Toleranzen eingehalten werden müssen und dessen Empfindlichkeit gegenüber bekannten Differenzdruckverstärkern gesteigert werden kann.

Die Erfindung besteht bei Differenzdruckverstärkern der eingangs genannten Art darin, daß die elastischen Wände in Wirkverbindung stehen mit zwei in einer Bohrung konstanten Durchmessers des Gehäuses des Verstärkers verschiebbar angeordneten Kugeln glei chen Durchmessers und daß in an sich bekannter Weise fluchtend zur Beriihrungsstelle der Kugeln ein Zufuhrkanal für die Druckluft liegt und daß mindestens ein Ausgangskana! vorgesehen ist, der im Abstand des halben Kugeldurchmessers vom Zufuhrkanal in die Bohrung mündet.

Durch die Erfindung wird es möglich, auf Hebelsysteme zu verzichten, ohne daß ein zu großer Herstellungsaufwand getrieben werden muß. Die Bewegung der Membranen oder Bälge wird direkt zur Bewegung von nur zwei Kugeln ausgenutzt, von denen mindestens eine in der Ausgangsstellung mit ihrem Äquator vor einem Ausgangskanal liegt, der unmittelbar in die Steuerbohrung mündet. Die Kugel gibt daher den Ausgangskanal nach der einen oder anderen Seite hin mehr oder weniger frei und es kommt nicht darauf an, daß Abstände zwischen zwei Steuerkanten exakt eingehalten werden, von denen eine jeweils einen Druckabfall und die andere einen Druckaufbau im Ausgangskanal bewirkt. Die Herstellung des neuen Differenzdruckverstärkers ist daher trotz ausgezeichneter Funktion wesentlich einfacher. Die Empfindlichkeit und der Verstärkungsgrad des Verstärkers wird vergrößert, wenn zv/ei Kugeln als Drosselkörper dienen, die den Abfluß von Druckluft in jeweils einen Ausgangskanal steuern.

Es ist vorgesehen, daß die Kugeln aneinander anliegen und der Zuführkanal für das Druckmittel etwa fluchtend zur Berührungsstellc der Kugel liegt. Bei dieser Ausführungsform wirkt jede Kugel mit ihrem entsprechenden Ausgangskanal als verstellbarer Drosselwidersland, und zwar im umgekehrten Sinn zueinander; d. h., wenn eine Kugel ihren Ausgangskanal freigibt

und den Abfluß von Druckmittel ermöglicht, dann schließt die andere Kugel gleichzeitig den ihr zugeordneten AbPußkanal mehr und mehr ab. Das Ausgangssignal im ersten Abflußkanal steigt daher an, während das Ausgangssignal im zweiten Abflußkanal absinkt Dutch die Wahl gleicher Querschnitte kann erreicht werden, daß der Druck in einem Abflußkanal im selber Maße fällt wie er im anderen Abflußkanal ansteigt, so daß dann, wenn hinter dem Differenzdruckverstärker wiederum die Differenz der Ausgangssignale abgegriffen wird, theoretisch dne Verdoppelung des Verstärkungsfaktors erzielbar ist

Der Differenzdruckverstärker gemäß der Erfindung stellt eine raumsparende und betriebssichere Ausführung dar. Während des Betriebes werden nur zwei Kugeln in einer Bohrung konstanten Durchmessers verschoben und geführt Die Länge dieser Bohrung unterliegt keinen engen Toleranzen. Lediglich der Abstand der Ausgangskanäle zueinander und Her Zuluftbohrung ist einzuhalten. Diese Maße einzuhalten und zu kontrollieren bereitet keine nennenswerten Schwierigkeiten.

Um an den Drosselstellen die gleichen Strömungsverhältnisse zu erreichen, ist vorgesehen, daß die Kugeln gleichen Durchmesser besitzen und in einer gemeinsamen Bohrung geführt sind, wobei aus baulichen Gründen zur Führung der Kugeln zweckmäßigerweise eine Bohrung eines in ein Gehäuse eingesetzten Zylinders vorgesehen wird, der zur Vergrößerung des Abströmquerschnittes seitlich geschlitzt ist. Der Zylinder kann für jeden Ausgangskanal auch beidseitig horizontal geschlitzt und mit einer senkrecht zu den an die Schlitze angrenzenden Ausgangskanalschlüssen verlaufenden Bohrung zur Zufuhr des Druckmittels versehen sein.

Durch diese Maßnahme kann die Empfindlichkeit und die Luftleistung des Differenzdruckverstärkers erhöht werden. Kleine Hübe der nach wie vor seitlich geführten Drosselkörper (Kugeln) ergeben eine größere Änderung der Abströmquerschnitte.

Da das Zylinderstück vor dem Einsetzen in das Gehäuse bearbeitet werden kann, ist es ohne Schwierigkeiten herstellbar. Selbstverständlich ist es auch möglich, für beide Ausgangskanäle jeweils verschiedene Drosselkurven vorzusehen, wenn das gewünscht sein sollte.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispiclen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert: Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel des Differenzdruckverstärkers,

Fig. 2 den Schnitt längs Linie H-Il in der Fi g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt ähnlich F i g. 2, jedoch in einer anderen Ausführungsform,

F i g. 4 eine schematische Darstellung des Differenzdruckverslärkers zur Erklärung der Wirkungsweise und

Fig.5 ein Diagramm mit dem Verlauf der beiden Ausgangssignale des Differenzdruckverstärkers in Abhängigkeit von dem auf den Verstärker wirkenden Differenzdruck.

In der Fig. 1 und 2 ist innerhalb eines aus mehreren Teilen hergestellten Gehäuses 1 ein Zylinder 2 angeordnet, in dessen Bohrung 3 zwei Kugeln 4 geführt sind. Diese Kugeln 4 liegen aneinander an und stehen über die Stößel 5 mit zwei Membranen 6 in Wirkverbindung, die jeweils die Eingangsdruckräume des Differenzdruckverstärkers, in denen die Drücke E\ bzw. E₂ herrschen, von dem übrigen Differenzdruckverstärkergehäuse abschließen.

In der F i g. 1 ist die Stellung der Kugeln 4 gezeigt, die sie innehaben, wenn die Eingangssignale £i und Ei den gleichen Wert besitzen. Etwa fluchtend zu der Berührungsstelle der Kugeln 4 in dieser Lage ist im Zylinder 2 und in dem angrenzenden Gehäuse 1 ein

ίο Zufuhrkanal 7 angeordnet durch den Druckluft mit dem Zuluftdruck p_z zugeführt wird. Im Gehäuse 1 sind außerdem noch zwei Ausgangskanäle 8 und 9 angeordnet, an denen die Ausgangssignale A₂ und A\ abgegriffen werden können. Die Ausgangskanäle 8 und 9 gehen von konisch ausgebildeten Schlitzen 10 im Zylinder 2 aus, die dazu dienen, den Austrittsquerschnitt für die Druckluft bei einer Bewegung der Kugeln 4 zu vergrößern, so daß eine gute Empfindlichkeit und Luftleistung erreicht wird.

Um den Austrittsquerschnitt noch weiter zu vergrößern und damit die Strömungsverhältnisse zu verbessern und die Empfindlichkeit zu erhöhen, kann gemäß Fig. 3 auch vorgesehen werden, daß für jedes Ausgangssignal ein doppelter Abgriff mit den Armen 8a

2s an dem beidseitig mit Schlitzen 10a versehenen Zylinder 2 erfolgt. In diesem Fall soll die Zufuhr des Druckmittels p, in etwa senkrecht zu der Mündung der Arme 8a durch den Kanal Ta erfolgen. In der F i g. 3 ist die Anordnung für das Ausgangssignal Ai gezeigt, die Ausbildung für das Ausgangssignal A\ ist analog, jedoch wie in F i g. 1 in der Höhe zu den Ausgangskanälen des Signals A₂ versetzt.

In der Fig.4 ist schematisch dargestellt, daß der Differenzdruckverstärker im wesentlichen aufzufassen ist als eine Druckteileranordnung mit veränderlichen Widerständen R\ bis W₄, die durch die Differenz der Eingangssignale £1 und E₂ gleichzeitig aber gegensinnig verstellt werden. Zwischen den Widerständen R\ und R₂ wird das Ausgangssignal A₂ und zwischen den Widerständen R₃ und Ra das Ausgangssignal Ai abgegriffen.

Der qualitative Verlauf des Druckes der Ausgangssignale A\ und A₂ in Abhängigkeil von der Differenz der Eingangssignale E\ - E₂ ist in der F i g. 5 aufgetragen. Es wird deutlich, daß mit zunehmendem Differenzdruck,

d. h. also dann, wenn der Druck Ei größer wird als der Druck E₂, eine Verschiebung der in F i g. 1 gezeigten Kugeln 4 mit Hilfe der Membranen 6 nach unten auftritt. Dadurch wird von der unteren Kugel der Ausströmquerschnitt zum Kanal 9 mehr und mehr freigegeben, während die obere Kugel 4 den Ausströmquerschnitt im Kanal 8 zunehmend verschließt. Das Ausgangssignal A₁ ändert sich daher gleichsinnig mit dem Eingangssignal £i und steigt demzufolge an (F i g. 5), während das Ausgangssignal A₂ im gewählten Ausführungbeispiel, in

5s dem die Abmessungen und damit auch die Widerstandsverhältnisse gleich groß sind, im gleichen Sinn abfällt Aus der Fig.5 geht hervor, daß dann, wenn die Differenz der Ausgangssignale At und A₂ abgegriffen wird, die Eingangsdifferenz (E\ - E₇) um den Faktor V

(.0 verstärkt wird.

Durch die vorliegende Erfindung ist eine äußerst einfach herstellbare Ausführimgsform für einen Differenzdruckverstärker gefunden, die vor allem wegen des zu verwirklichenden geringen Raumbedarfs neue

(ι-, Anwendungsmöglichkeiten für pneumatische Differenzdruckverstärker eröffnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mit Druckluft betriebener Differenzdruckverstärker, bestehend aus zwei elastischen Wänden (Membranen, Federbälgen), die zwei Eingangsdruckräume einseitig begrenzen und als Verstelleinrichtung zur Verstellung von Kugeln dienen, die den Zu- und Abfluß von Druckluft zu und von mindestens einem Ausgangskanal steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Wände (6) in Wirkverbindung stehen mit zwei in einer Bohrung konstanten Durchmessers des Gehäuses (1) des Verstärkers verschiebbar angeordneten Kugeln (4) gleichen Durchmessers und daß in an sich bekannter Weise fluchtend zur Berührungsstelle der Kugeln ein Zufuhrkanal (7) für die Druckluft liegt und daß mindestens ein Ausgangskanal (8, 9) vorgesehen ist, der im Abstand des halben Kugeldurchmessers vom Zufuhrkanal (7) in die Bohrung mündet.

2. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (4) in einem in die Bohrung eingesetzten Zylinder (2) angeordnet sind, der zur Vergrößerung des Abströmquerschnitles seitlich mit Schlitzen (10) versehen ist.

3. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) für einen Ausgangskanal (8) beidseitig mit horizontalen Schlitzen (10a) versehen ist und daß der Zufuhrkanal senkrecht zur Mittellinie der Ausgangskanäle liegt.