DE2018184B2

DE2018184B2 - Differenzdruckverstärker

Info

Publication number: DE2018184B2
Application number: DE2018184A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Bader
Original assignee: Eckardt AG
Current assignee: Eckardt AG
Priority date: 1970-04-16
Filing date: 1970-04-16
Publication date: 1979-05-10
Also published as: DE2018184A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Differenzdruckverstärker nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Differenzdruckverstärker dieser Art (Sonderdruck « Nr. 4820-2 aus »ATM«, Lieferung 313, 1962, S. R 13 bis R 19 »Zur Nullpunkt-Stabilität pneumatischer Differenüdruck-Umformer« von W. S c h ö d e I) ordnen der Differenz zweier pneumatischer Drücke einen Ausgangsdruck dadurch zu, daß die Drücke über elastische *><> Wände auf einen schwenkbar gelagerten Hebel einwirken, dessen Bewegung von einem Düse-Prallplatte-System mit Vordrossel dem Ausgangsdruck oder Kaskadendruck zugeordnet wird. Diese Lösung ist aufwendig und beansprucht relativ viel Raum, da der schwenkbar gelagerte Hebel nicht beliebig klein gestaltet werden kann. Solche Bauarten sind wegen der relativ großen Masse der Hebelanordnung von Trägheitskräften stark abhängig und können wegen des Gewichtes des Hebelsystems auch abhängig von der jeweiligen Einbaulage werden, Sie können daher nicht in allen Fällen eingesetzt werden. Es sind zwar Differenzdruckverstärker schon vorgeschlagen worden (DE-PS 19 55 083), bei denen kein von einer Hebelanordnung abhängiges Düse-Prallplatte-System vorliegt, sondern zwei Kugeln in einer Bohrung verschiebbar gelagert sind, zwischen die eine Druckzuff'hrung mündet und von denen jeweils eine Auslaßbohrung abgeschlossen oder freigegeben wird, wenn ihre Lage durch die Einwirkung von Druck in zwei Eingangsdruckräumen verändert wird, die über Membranen abgeschlossen sind, welche in Wirkverbindung mit den Kugeln stehen. Differenzdruckverstärker dieser Art sind aber durch die Verwendung von Kugeln ebenfalls lageabhängig und weichen im übrigen von der Gattung des Erfindungsgegenstandes ab.

Aufgabegemäß soll der eingangs genannte Dirferenzdmckverstärker so ausgebildet werden, daß er einfach und betriebssicher arbeitet und dabei eine raumsparende Bauweise und einen weitgehend lageunabhängigen Einsatz ermöglicht

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale.

Diese Ausführung weist also den Vorteil auf, daß der Steuerdruckraum zwischen den elastischen Wänden bereits auch der Raum ist, der die Düsen aufnimmt so daß eine sehr gedrängte Bauweise möglich wird. Dadurch, daß dieser Verstärker nicht auf Kugeln und Hebelanordnungen angewiesen und somit aus Teilen mit einer wesentlich geringeren Masse aufbaubar ist, ist er zugleich auch wesentlich trägheits- und lageunempfindlicher. Die Ausführung eröffnet auch die vorteilhafte Möglichkeit, den Differenzdruckverstärker entweder als Drossel- oder als Alternativverstärker auszubilden, je nachdem ob ein oder zwei Düsen vorgesehen sind.

Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. So ist es vorteilhaft, gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 die Düsen auf einer gemeinsamen Mittellinie oder zu verschiedenen Seiten der Mitte der elastischen Wände anzuordnen. Um die Vorteile des Drosselverstärkers mit denen eines Alternativverstärkers zu vereinen, ist der Abstand der als Ventile ausgebildeten Düsen zu den als Prallplatten dienenden Bodenstücken der elastischen Wände entsprechend klein zu halten und die Düsen sind gemäß Anspruch 3 zu verschiedenen Seiten von der Mitte der elastischen Wände anzuordnen. Durch die Anordnung von zwei Düsen kann auch eine Leistungsverstärkung erreicht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Differenzdruckverstärker mit zwei Membranen und einer zwischen diesen liegenden Düse als Auslaßventil mit Bezug auf den Steuerdruckraum,

Fig.2 einen Verstärker ähnlich Fig. 1, jedoch mit einer Düse als Einlaßventil mit Bezug auf den Steuerdruckraum,

Fig.3 einen Verstärker mit fluchtend zueinander angeordnetem Einlaß- und Auslaßventil,

F i g. 4 einen Verstärker gemäß F i g. 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 mit an deren Bodenstück

gesteuerten Düsen vorgesehen sind, und

F i g. 6 eine Ausführungsform ähnlich der von F i g. 5, wobei die beiden Düsen jedoch auf verschiedenen Seiten der Mitte der Federbälge angeordnet sind.

Im Gehäuse 1 gemäß Fig. 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 8 verstärkt Eine Stange 9 verbindet die Membranen starr miteinander.

Die Membranen begrenzen die beiden Eingangsdruckräume 4 und 5, in denen jeweils der Eingangsdruck E\ bzw. E% herrscht In dem von beiden Membranen gemeinsam begrenzten Steuerdruckraum 6 ist das Auslaßventil in Form einer gehäusefest angeordneten Düse 7 vorgesehen, der Ausström-Öffnungsquerschnitt durch den Abstand der Düse 7 vom Membranteiler 8 bestimmt wird. Die Zufuhr von Druckluft (Zuluftdruck p_z) zum Steuerdruckraum 6 erfolgt über die Vordrossel 14.

Entsprechend der Differenz der in den Eingangsdruckräumen herrschenden Drücke £|—E₂ und der wirksamen Flächen Fi und F₂ der als Membranen ausgebildeten elastischen Wände 2 und 3 stellt jich im Druckraum 6 der Ausgangsdruck A ein. Gleichgewicht herrscht, wenn die Gleichung

erfüllt ist

Zu jedem Gleichgewichtsfall gehört ein bestimmter Abstand des Membrantellers 8 von der Düse 7, wobei der Membran teller als Prallplatte wirkt Der Zuluftdruck p_z ist meist 1,4 bar. Über die Düse 7 strömt Druckmittel gegen den Atmosphärendruck pa ab. Die Arbeitsweise entspricht der eines Drosselverstärkers mit konstanter Vordrossel 14 und steuerbarer Düse 7 als Auslaßdrossel.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig.! dadurch, daß über die Düse 7 Druckluft in den von beiden Membranen begrenzten Steuerdruckraum 6 einströmt und über die Drossel 13 gegen Atmosphärendruck po ausströmt. Die Zufuhr von Druckmittel vom Zuluftdruck p_z ei folgt, wie bekannt, über die Vordrossel 14. Der Ausgangsdruck A wird bei dieser Ausführung der Leitung zwischen Vordrossel 14 und Düse 7 entnommen. Die Drossel 33 ist vorteilhaft so einzustellen, daß der Ausgangsdruck A etwa den Wert 0,2 bar nicht unterschreitet, wenn infolge eines großen Druckunterschiedes E₂-Ei die Prallplatte vor der Düse 7 soweit abhebt, daß Düse 7 voll geöffnet ist.

In F i g. 3 sind zwei steuerbare Ventile in Form von Düise-Prallpiatte-Systemen im Steuerdruckraum 6 vorgesehen. Durch die erste Düse 7 strömt Druckluft vom Zuluftdruck p_z in den Druckraum 6 ein und über die zweite Düse 7 gegen Atmosphärendruck pt> wieder ab Dabei sind Ein- und Auslaßventil steuerbar, und zwar gleichzeitig und gegensinnig.

Die Arbeitsweise der Druckluftsteuerung entspricht der eines Drosselverstärkers mit Ein- und Auslaßsteuerung. Die Empfindlichkeit und Verstärkung wird verbessert. Die Verstärkung erreicht den maximalen Wert, wenn die wirksamen Flächen gleich groß sind.

Durch die Ausbildung der steuerungsaktiven Teile in Form von Düse-Prallplatte-Systemen werden Kräfte auf den Vergleiciier des Differenzdruckverstärkers, bestehend aus den elastischen Wänden 2, 3, den Membrantellern 8 und ckr Stange 9, eingeleitet: So bewirkt der in der betreffenden Düse 7 herrschende Zuluftdruck pt eine Kraft, die die Kraftwirkung des Eingangsdrucks E₁ erhöht Im selben Sinn wirkt der in der Düse 7 herrschende Atmosphärendruck /%. Die Kraftwirkung dieser Drücke über das Ein- und Auslaßventil ist mit einer Feder 12 kompensiert Die von dieser Feder auf den Vergleicher eingeleitete Kraft ist mit einer Schraube 12a einstellbar. Bei der Ausführung nach Fig.3 liegen die das Ein- und Auslaßventil

in darstellenden Düsen 7 auf einer gemeinsamen Mittellinie parallel zur Stange 9, die in der Mitte der elastischen Wände angeordnet ist

Bei der Ausführung nach F i g. 4 liegen die Düsen 7 in einer Schnittebene, die durch die mittig angeordnete Stange 9 verläuft, jedoch auf verschiedenen Seiten der Stange 9. Durch diese Maßnahme können die Empfindlichkeit und die Luftleistung des Differenzdruckverstärkers erhöht gleichzeitig der dauernde Luftverbrauch, der sich bei der Ausführung nach F i g. 3

2t> ergibt, verringert und im Grenzfall sehr klein gehalten werden. Die vorteilhafte Wirkungsweise beruht darauf, daß der Abstand der Düse 7 von d^r jeweiligen Prallplatte klein gehalten werden kann; im Grenzfall liegen im Gleichgewichtsfall die Prallplatten an den

2) Düsen an, so daß beide Ventile geschlossen sind. Tritt nun ein Ungleichgewicht ein, bewirkt durch Druckänderung der Eingangsdrücke E, und/oder E₂, so wird lediglich das Ventil geöffnet, das das Gleichgewicht wieder herstellen kann. Dabei wirkt jeweils eine Düse

jo als Drehpunkt für den Vergteicher des Differenzdruckverstärkers und ermöglicht schnell einen großen Öffnungshub der Prallplatte, die die andere Düse steuert. Die Arbeitsweise entspricht der eines Alternativ-Verstärkers.

Γι Die Ausführung nach Fig.4 bietet daher die Möglichen die Arbeitsweise eines Alternativ-Verstärkers mit der eines Drosselverstärkers in vorteilhafte Weise zu vereinigen. Wird im abgeglichenen Zustand der jeweilige Abstand zwischen den Düsen und jhren

4i) Prallplatten klein gehalten, dann wirkt der Differenzdruckverstärker bei kleinen Druckänderungen von E₁ und/oder Ei zunächst wie ein Drosselverstärker, und zwar mit großer Empfindlichkeit (ohne Umsteuerfehler), jedoch mit kleiner Luftleistung. Bei größeren

•ei Druckänderungen von Ei und/oder Ej werden große Luftmengen für den Auf- bzw. Abbau des Ausgangsdruckes A zur Verfügung gestellt.

Um zusätzliche Kraftwirkungen auf den Vergleicher zu kompensieren, ist wiederum die Feder 12 vorgese-

w hen, deren Vorspannung durch eine Schraube einstellbar ist.

Die Fig.5 zeigt eine Ausführung, die sich von der nach F i g. 3 durch die Verwendung von Federbälgen als elastisrhc Wände abhebt. Die Arbeitsweise von

.> Federbälgen, die innen und außen von Drücken beaufschlagt werden, ist besser als die von beidseitig beaufschlagten Membranen, insbesondere von Kunststoffmembranen.
Die F i g. 6 zeigt eine Ausführung, die derjenigen nach

bo Fig.4 entspricht. Fcderbälge sind gegen Neigen ihrer freien Bodeiistücke weniger empfindlich als Membranen. Die Neigung stellt sich ein, wens das gemeinsame Bodenstück 10 um eine Düse geschwenkt wird und die andere Düse freigibt.

Weiterhin ist die Möglichkeit berücksichtigt, zwei Federn 12 vorzusehen, wobei eine die Kraftwirkung des Zuluftdruckes p_z und die andere die des Ausgangsdrukkes 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 von den gehäusefest, jedoch verschiebbar angeordneten Düsen 7.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pneumatischer Differenzdruckverstärker mit zwei miteinander fest verbundenen elastischen Wänden, die jeweils einen Eingangsdruckraum begrenzen und bei Beaufschlagung durch die Eingangsdrücke die Zu- oder Abfuhr von Druckluft aus einem von einem Düse-Prallplatte-System beherrschten Steuerdruckraum zur Bildung des Verstärkerausgangsdruckes beeinflussen, d a durch gekennzeichnet, daß die elastischen Wände (2, 3) den Steuerdruckraum (6) begrenzen und daß das Düse-Prallplatte-System, das mindestens eine Düse (7) aufweist, in diesem angeordnet ist, derart, daß bei Ausbildung der elastischen Wände als Membranen deren Membranteller (8) bzw. bei Ausbildung der elastischen Wände (2, 3) als Federbälge deren gemeinsames Bodenstück (10) als Prallplatte dient.

2. Pneumatischer Differenzdruckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorsehen zweier Düsen (7) deren Längsachsen miteinander fluchten.

3. Pneumatischer Differenzdruckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorsehen zweier Düsen (7) diets in einer durch die Längsachse des Verstärkers gelegten Ebene und auf entgegengesetzten Seiten dieser Längsachse angeordnet sind.

4. Pneumatischer Differenzdruckverstärker nach Anspruch 2 od«.r 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Düse (7) der Zufuhr von Zi.'uftdruckmittel dient und die andere Düse mit d°r Atmosphäre verbunden ist

5. Pneumatischer Differenzdruckverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensierung der vom Zuluftdruck auf den als Prallplatte dienenden Membrantcllcr (S) oder Bodenstück (10) des Balges ausgeübten Kraft mindestens einer der Düsen (7) eine Feder (12) zugeordnet ist, die sich auf der Prallplatte abstützt.

6. Pneumatischer Differenzdruckverstärker nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruckraum (6) über eine einstellbare Drossel (13) mit der Atmosphäre verbunden ist.

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