DE2018184A1

DE2018184A1 - Differenzdruckverstärker

Info

Publication number: DE2018184A1
Application number: DE19702018184
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Bader
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Priority date: 1970-04-16
Filing date: 1970-04-16
Publication date: 1971-11-04
Also published as: DE2018184B2

Description

Differenzdruckverstärker Die Erfindung betrifft einen mit Druckluft betriebenen Differenzdruckverstärker mit zwei von elastischen Wänden begrenzten Eingangsdruckräumen.
Differenzdruckverstärker ordnen der Differenz der Eingangsdrücke einen Ausgangsdruck zu. Sie werden beispielsweise benötigt zur Realisierung von Reglerschaltungen, wie sie z.B.
mit der Patentanmeldung P 18 01 240.3 vorgeschlagen wurden.
Der Bereich der Ein- und Ausgangsdrücke der Differenzverstärker liegt vornehmlich zwischen 0,2 - 1,0 kp/cm². Das ist der Arbeitsbereich pneumatischer Meß- und Regelgeräte, Bekannte Differenzdruckverstärker ordnen die Differenz zweier pneumatischer Drücke einem Ausgangsdruck dadurch zu, daß die Drücke über elastische Wände auf einen drehbar gelagerten hebel einwirken, dessen Bewegung von einem DUsen-Praliplatten System mit Vordrossel dem Ausgangsdruck oder Kaskadendruck zugeordnet wird. Diese Lösung ist aufwendig und beansprucht relativ viel Raum, da der drehbar gelagerte Hebel nicht beliebig klein gestaltet werden kann.
Es ist auch ein Differenzdruckverstärker bekannt geworden, bei dem in zwei Bohrungen jeweils zwei Kugeln verschoben werden, die an den Kanten der Bohrungen den Zu- und Abfluß von Druckluft steuern. Diese Differenzdruckverstärker weisen jedoch den Nachteil auf, daß ihr Arbeitsverhalten von der Lage des Verstärkers abhängt, da die Kugeln beim Steuervorgang die führende Bohrung verlassen und gemäß ihrer Schwerkraft eine lageabhängige Kraft im System einführen. Außerdem bedingen diese Verstärker einen hohen fertigungstechnischen Aufwand zur Herstellung und Kontrolle der geometrischen Abmessungen der Bohrungen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Differenzdruckverstärker zu schaffen, der die genannten Nachteile nicht aufweist. Bei einfacher und raunisparender Ausführung sollen eine hohe Betriebssicherheit und hohe Verstärkung erreicht werden.
Die Erfindung besteht darin, daß zwei elastische Wände miteinander verbunden sind und Jeweils für sich einen Eingangsdruckraum und gemeinsam einen weiteren Druckraum angrenzen, in welchen mindestens ein Ventil oder dgl. angeordnet ist, das durch die gemeinsame Bewegung der beiden elastischen Wände betätigt wird und die Zu- oder Abfuhr von Druckluft in oder aus dem gemeinsamen Druckraum steuert. Vorteilhaft können die elastischen Wände als Membranen oder auch als Federbälge ausgebildet sein, die miteinander fest verbunden sind.
Daher ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit den neuen Differenzdruckverstärker entweder als Drossel- oder als Alternatiwerstärker auszubilden, Je nachdem, ob ein oder zwei Ventile vorgesehen sind, die auf einer gemeinsamen Mittellinie oder zu verschiedenen Seiten der Mitte der elastischen Wände liegen. Die Erfindung bietet weiterhin die Möglichkeit die Vorteile des Drosselverstärkers mit denen des Alternatiwerstärkers zu vereinen. In diesem Falle ist der Abstand der als Ventile ausgebildeten Düsen zu den als Prallplatten dienenden Bodenstücken der elastischen Wände entsprechend klein zu halten, und die Ventile (Düsen) zu verschjedenen Seiten zur Mitte der elastischen Wände anzuordnen.
In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand von Ausfthrungsbei spielen des neuen Differenzdruckverstärkers dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigen Fig. 1 Einen erfindungsgemäßen Differenzdruckverstärker mit zwei Membranen und einer zwischen diesen liegenden Auslaßdüse Fig. 2 einen Verstärker ähnlich Fig. 1 Jedoch mit einer Einströmdüse Fig. 3 einen Verstärker mit einer Einström-und einer Ausströmdüse, die fluchtend zueinander liegen Fig. 4 einen Verstärker gemäß Fig. 3, bei dem die beiden Düsen Jedoch auf verschiedenen Seiten der Mitte der Membranen liegen Fig. 5 einen Differenzdruckverstärker, bei dem als elastische Wände Federbälge und zwar an einem Bodenstück der beiden Federbälge gesteuerte Düsen vorgesehen sind und Fig. 6 eine Ausführungsform ähnlich Fig. 5, bei der die beiden Düsen Jedoch auf verschiedenen Seiten der Federbaig-Mitte angeordnet sind0 Im Gehäuse 1 der Figur 1 sind als elastische Wände 2, 3 dienende Membranen vorgesehen, die vornehmlich aus Kunststoff oder auch aus Metall bestehen. Die Mitten dieser Membranen sind durch Teller (Bodenstücke) 8 verstärkt. Eine Stelze oder Stange 9 verbindet die Membranen starr miteinander.
Die Membranen begrenzen die beiden Eingangsdruckräume 4 und 5, in denen jeweils der Eingangsdruck E1 bzw. E2 herrscht. In dem von beiden Membranen gemeinsam begrenzten Druckraum 6 ist das Auslaßventil in Form einer gehäusefest angeordneten Düse 7 vorgesehen, der Ausström-Öffnungsquerschnitt durch den Abstand der Düse 7 vom Membranteller 8 bestimmt wird. Die Zufuhr von Druckluft (Zuluftdruck pz) zum Druckraum 6 erfolgt über die Vordrossel 14.
Entsprechend der Differenz der in den Eingangsdruckräumen herrschenden Drücke E1 - E2 und der wirksamen Flächen F und F2 der Membranen 2 und 3 stellt sich im Druckraum 6 der Ausgangsdruck A ein. Gleichgewicht herrscht, wenn A ( F1 - F2 ) = E1 F1 - E2 F2 Zu jedem Gleichgewichtsfall gehört ein bestimmter Abstand des Membrantellers 8 von der Auslaßdüse 7, der in diesem Fall als-Prallplatte wirkt. Der Zuluftdruck pz ist meist 1,4 kp/cm2. Uber die Düse 7 strömt Druckmittel gegen Atmosphärendruck pO ab. Die Arbeitsweise entspricht der eines Drosselverstärkers mit konstanter Vordrossel 14 und steuerbarer Auslaßdrossel 7.
Die AusfUhrungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 1 dadurch, daß über die Düse 7 Druckluft in den von beiden Membranen begrenzten Druckraum 6 einströmt und über die Drossel 13 gegen Atmosphäre po ausströmt. Die Zufuhr von Druckmittel vom Zuluftdruck pZ erfolgt (wie bekannt) über die Vordrossel 14. Der Ausgangsdruck A wird bei dieser Ausführung der Leitung zwischen Vordrossel 14 und Auslaßdüse 7 entnommen. Die Drossel 13 ist vorteilhaft so einzustellen, daß der Ausgangsdruck A den Wert 0,2 kp/cm2 nicht unterschreitet, wenn infolge eines großen Druckunterschiedes E2 - E1 die Prallplatte vor der Düse 7 soweit abhebt, daß Düse 7 voll geöffnet ist.
In Fig. 3 sind zwei steuerbare Ventile in Form von DUsen-Prallplattensystemen im Druckraum 6 vorgesehen. Durch die erste Düse 7 strömt Druckluft vom Zuluftdruck pZ in den Druckraum 6 ein und über die zweite Düse 7 gegen Atmosphärendruck p0 wieder ab. Jedoch sind Ein- und Auslaßventil steuerbar, und zwar gleichzeitig und gegensinnig.
Die Arbeitsweise der Druckluftsteurung entspricht der eines Drosselverstärkers mit Ein- und Auslaßsteuerung. Die Empfindlichkeit und Verstärkung wird verbessert. Die Verstärkung erreicht den maximal Wert, wenn die wirksamen Flächen gleich groß sind.
Durch die Ausbildung der beiden Ventile 7 in Form von Düsen-Prallplatten-Systemen werden jedoch weitere Kräfte auf den Vergleicher des Differenzverstärkers, bestehend aus den Membranen 2, 3, Teller 8 und Srange 9, eingeleitet: So bewirkt der in der Einströmdüse 7 herrschende Zuluftdruck pZ eine Kraft, die dieJenige Kraftwirkung des Eingangsdruck E1 erhöht.
Im selben Sinn wirkt der in der Auslaßdüse 7 herrschende Atmosphärendruck pO. Die Kraftwirkung dieser Drücke über das Ein- und Auslaßventil (Misen-Prallplatte) ist mit einer Feder 12 zu kompensieren. Die von dieser Feder auf den Vergleicher eingeleitete Kraft ist mit einer Schraube 12a einstellbar. Bei der Ausführung nach Fig. 3 liegen Ein- und Auslaßventil auf einer gemeinsamen Mittellinie parallel zur Stange 9, die in der Mitte der elastischen Wände angeordnet ist.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 liegen die Ventile 7 in einer Schnittebene, die durch die mittig angeordnete Stange 9 verläuft, Jedoch auf verschiedenen Seiten der Stange 9. Durch diese Maßnahme kann die Empfindlichkeit und die Luftleistung des Differenzdruckverstärkers erhöht werden und gleichzeitig der dauernde Luftverbrauch, der sich bei der Ausführung nach Fig. 3 ergibt, verringert werden und im Crenzfall sehr klein gehalten werden. Die vorteilhafte Wirkungsweise beruht nun darauf, daß der Abstand der Düse 7 von der Jeweiligen Prallplatte 8 klein gehalten werden kann; im Grenzfall liegen im Gleichgewichtsfall die Prallplatten an den Düsen an. (Beide Ventile sind geschlossen) Tritt nun ein Ungleichgewicht ein, bewirkt durch Druckänderung einer der beiden Eingangsdrücke E1 und/oder E2 so wird lediglich das Ventil geöffnet, das das Gleichgewicht wieder herstellen kann. Dabei wirkt Jeweils eine Düse als Drehpunkt für den Vergleicher des Differenzdruckverstärkers und ermöglicht schnell einen großen Öffnungshub der Prallplatte, die die andere Düse steuert. Die Arbeitsweise entspricht der eines Alternativ-Verstärkers.
Die Ausführung nach Fig. 4 bietet daher die Möglichkeit die Arbeitsweise eines Alternativ-Verstärkers mit der eines Drosselverstärkers in vorteilhafte Weise miteinander zu vereinigen.
Wird im abgeglichenem Zustand der jeweilige Abstand zwischen den Düsen und ihren Prallplatten klein gehalten, dann wirkt der Dffferenzdruckverstärker bei kleinen Druckänderungen von E1 und/oder E2 zunächst wie ein Drosselverstärker und zwar mit großer Empfindlichkeit (ohne Umsteuerfehler), jedoch mit kleiner Luftleistung. Bei größeren Druckänderungen von E1 und/ oder E2 werden große Luftmengen für den Auf- bzw. Abbau des Ausgangsdruckes A zur Verfügung gestellt.
Um zusätzliche Kraftwirkungen bei einer Ausbildung der Ventile 7 in Form von Düsen-Prallplatten-Systemen auf den Vergleicher zu kompensieren, ist wiederum die Feder 12 vorgesehen, deren Vorspannung durch eine Schraube einstellbar ist.
Fig. 5 zeigt eine Ausführung, die sich von der Fig. 3 durch die Verwendung von Federbälgen als elastische Wände abhebt.
Die Arbeitsweise von Federbälgen, die von beiden Seiten (innen und außen) von Drücken beaufschlagt werden ist besser als die von beidseitig beaufschlagten Membranen, insbesondere von Kunststoffmembranen.
Fig. 6 zeigt eine Ausführung, die derJenigen nach Fig. 4 entspricht. Federbälge sind gegen Neigen ihrer freien Bodenstücke weniger empfindlich als Membranen. Die Neigung stellt sich ein, wenn das gemeinsame Bodenstück 10 um eine Düse (als Drehpunkt dienend) geschwenkt wird und die andere Düse freigibt.
Weiterhin ist die Möglichkeit berücksichtigt, zwei Federn 12 vorzusehen, wobei eine die Kraftwirkung des Zuluftdruckes und die andere die des Ausgangsdruckes A auf die mit Atmosphäre pO verbundenen Düsen aufhebt. Die Drossel 13 dient zur Einstellung des Arbeitspunktes d.h. zum Einstellen des geringen Abstandes des gemeinsamen Bodenstückes 10 (Prallplatte) von den gehäusefest, Jedoch-verschiebbar angeordneten Düsen 7.
Anstelle der in den Figuren gezeigten Düsen 7, die mit den elastischen Wänden verbundenen Membranteller oder mit den Bodenstücken in der Art von Düsen-Prallplattensystemen zusammen wirken, könnten auch von den Membrantellern oder Bodenstücken andere Ventile z.B. in der Art von Kugeln, Kugelventilverschlüsse o.dgl. betätigt werden, die mit entsprechenden Ventilsitzen zusammenarbeiten. Auch die Möglichkeit druckentlastete Ausführungsformen von Ventilen zu verwenden, kann vorteilhaft gewählt werden. Diese Ausführungen benötigen keine Kompensationsfedern (z.B. 12).

Claims

Patent- und Schutzansprüche

1. Mit Druckluft betriebener Differenzdruckverstärker mit von elastischen Wänden begrenzten Eingangsdruckräumen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elastische Wände (2, 3) miteinander verbunden sind und jeweils fUr sich einen Eingangsdruckraum (4, 5) und gemeinsam einen weiteren Druckraum (6) begrenzen, in welchem mindestens ein Ventil (7) angeordnet ist, das durch die gemeinsame Bewegung der beiden elastischen Wände (2, 3) betätigt wird und die Zu- oder Abfuhr Yon Druckluft in der aus dem gemeinsamen Druckraum (6) steuert.

2. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Wände (2, 3) als Membranen ausgebildet sind und mit Membrantellern (8) versehen sind, die fest miteinander verbunden sind.

3. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Wände (2, 3) als Federbälge ausgebildet sind, die auf einem gemeinsamen Bodenstück (10) angeordnet sind.

4. Differenzdruckverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Wände (2, 3) rotationssymmetrisch ausgebildet und auf einer gemeinsamen Mittellinie angeordnet sind.

5. Differenzdruckverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der elastischen Wände (2, 3) gleich groß sind.

6. Differenzdruckverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7) auf einer gemeinsamen Mittellinie angeordnet sind.

7. Differenzdruckverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7) in einer Schnittebene liegen, die durch die Mittellinie der beiden elastischen Wände (2, 3) verläuft und daß sie auf entgegengesetzten Seiten diese Mittellinie angeordnet sind.

8. Differenzdruckverstärker nach einem oder mehreren der Anspruche t bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw.

die im Druckraum (6) angeordneten- Velatile als DUsen-Prallplatten-Systeme ausgebildet sind und der Membranteller (8) oder das gemeinsame Bodenstück (10) als Prallplatte dient, die den Zu- oder Abfluß von Druckmittel durch die gehäusefest angeordnete Düse (11) steuert.

9. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckraum (6) mindestens zwei Düsen (11) angeordnet sind, wobei durch eine Düse Druckmittel einströmt und durch die zweite Düse Druckmittel ausströmt.

10. Differenzdruckverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die Kräfte kompensieren, die von den in den Ein- bzw. Auslaßventilen herrschenden Drücken p bzw. pO hervorgerufen werden.

11. Differenzdruckverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (12) vorgesehen ist, die sich auf einen der Membranteller (8) oder dem gemeinsamen Bodenstück (10) abstützt und deren Kraft bzw.

Momentanwirkung die vom Zuluftdruck im Einlaßventil (Einlaßdüse) erzeugte Kraft kompensiert, die auf den Membranteller (8) oder dem gemeinsamen Bodenstück (10) wirkt.

72. Differenzdruckverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der von den elastischen Wänden (2, 3) gemeinsam begrenzte Druckraum (6) über einem Drosselwiderstand (13) mit der Atmosphäre verbunden ist.

L e e r s e i t e