DE2130573B2

DE2130573B2 - Druckmittelkraftschalter für pneumatische Regler

Info

Publication number: DE2130573B2
Application number: DE2130573A
Authority: DE
Inventors: Werner 7140 Ludwigsburg Fehr
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1971-06-19
Filing date: 1971-06-19
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2130573C3; DE2130573A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Druckmittelkraftschalter für pneumatische Regler mit Unterdruck und Überdruck als Hilfsenergie und vorzugsweise temperaturabhängiger Verstellung, wobei in einem Gehäuse drei Anschlüsse in bestimmten Abständen angeordnet sind, im Gehäuse ein Regelkörper verstellbar gelagert ist, der Regelkörper einen Verbindungskanal aufweist, dessen Länge gleich dem Abstand der drei Anschlüsse entspricht, ohne diese drei Anschlüsse gleichzeitig untereinander verbinden zu können.

Derartige Schalter werden beispielsweise in Fahrzeugen zur Regelung der Innentemperatur verwendet. Bekannt sind temperaturabhängig arbeitende, pneumatische proportional wirkende Regler mit einem großen Proportionalbereich von z.B. 20 bis 30⁰C. Bei diesen bekannten Reglern ist ein P-Berebh dieser Größenordnung Voraussetzung für eine schwingungsfreie Arbeitsweise. Dadurch ergeben sich aber relativ große bleibende Regelabweichungen, die für die Heizung im Fahrzeug keine befriedigende Lösung gestatten. Insbesondere kann mit diesen pneumatischen P-Reglern mit Ausdehnungsmeßsystem keine schwingungsfreie Innenraumtemperatur-Regelung durchgeführt werden. Die bekannten P-Regler mit Membransteuerung erfordern ^b0 eine relativ große Verstellkraft am Eingang des Reglers, so daß beispielsweise Bimetallmeßwerte für Raumtemperatur-Regler nicht verwendet werden können.

Für stationäre Regelanlagen sind andererseits pneumatische, proportional wirkende Regler bekannt, die ^ΙιΓ) nach dem Prinzip der Auslaßdüse-Prallplatte und Auffangdüse arbeiten. Diese Regler arbeiten jedoch nur mit Überdruck als Hilfsenergie. Sie können nicht mit Unterdruck, der beispielsweise in Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmotoren vorhanden ist, betrieben werden. Andererseits eignen sich diese Regler zur Aussteuerung durch Bimetaümeßwerke. Sie haben jedoch zunächst stets proportionale Wirkung. Ein integrales Verhalten kann nur durch ein aufwendiges Balkwaagesystem mit zeitabhängigen Druckausgleichsdüsen erreicht werden.

Ein Druckmittelkraftschalter für pneumatische Regler der eingangs erläuterten Art ist bekannt (DT-PS 90 78 837). Diesem Schalter liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, hochfrequente Regelschwingungen auszuschalten, da diese zum Bruch von Druckmittelleitungen führen können, einen großen Druckabfall in den Leitungen bewirken und Unregelmäßigkeit der Druckregelung sowie störende Geräusche hervorrufen. Diese Nachteile werden bei dem bekannten Schalter dadurch behoben, daß das Regelglied mit einer Dämpfungsvorrichtung verbunden ist, wobei vorzugsweise an einem Ende des Regelgliedes ein Scheibenkolben angebracht ist, der sich in einem druckmittelgefülltem Raum befindet. Insbesondere soll dadurch das Spiel des Scheibenkolbens in dem druckmittelgefüllten Raum so groß sein, daß nur die Schwingungen mit sehr hoher Frequenz gedämpft werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Druckmittelkraftschalter für pneumatische Regler der eingangs erläuterten Art zu schaffen, der eine große Regelgüte bei kleinern Materialaufwand ergibt, insbesondere für die Regelung der Innenraumluft-Temperaturen von Kraftfahrzeugen geeignet ist, wobei der Regelkörper, um die hohe Regelgenauigkeit zu ermöglichen, druckentlastet, d. h. schwimmend aufgehängt sein soll.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Druckentlastung des Regelkörpers entgegengesetzt symmetrisch zu den drei Anschlüssen mindestens ein, vorzugsweise drei weitere Hilfsanschlüsse vorgesehen sind.

Dadurch kann ein Minimum an Verstellkräften erreicht werden, denn der Regelkörper ist gewissermaßen schwimmend, pneumatisch aufgehängt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse hohlzylinrier- bzw. topfartig und der Regelkörper als Vollzylinder ausgebildet sind und wenn der Verbindungskanal als tangentiale Nut in der Ebene der Anschlüsse ausgebildet ist, deren Länge etwa gleich der Entfernung auf Sehne oder Bogen zwischen den äußeren Anschlüssen ist.

Um die Verstellkraft am Eingang des Reglers klein zu halten, ist vorteilhafterweise der Regelkörper beidseitig auf Spitzen gelagert.

Zweckmäßigerweise werden in den Zufuhrleitungen für die Anschlüsse und Hilfsanschlüsse Filter vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch Ausführungsbeispiele darstellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig.2 einen Querschnitt durch einen zugehörigen Vordruckregler und

Fig.3 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit integriertem Vordruckregler und

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der F i g. 3.

Aus F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmittelkraftschalters ersichtlich. In einem feststehenden zylinder- oder topfartigen Gehäu-

se 1 ist ein vorzugsweise auf beiden Seiten auf Spitzen gelagerter Regelkörper 2 verdrehbar angeordnet Das Gehäuse 1 weist drei, in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnete Anschlüsse für den Vordruck bzw. Unterdruck 5, für den modulierten Druck 6 und für den atmosphärischen Druck 7 auf. Der Regelkörper 2 weist einen in der Drehebene der genannten Anschlüsse 5, 6, 7 verlaufenden tangentialen Verbindungskanal 8 auf. Die Länge dieses Verbindungskanals 8 ist derart gewählt, daß er auf der Sehne oder dem Bogen des iu Regelkörpers 2 der Entfernung zwischen den beiden äußeren Anschlüssen 5 und 7 entspricht, ohne jedoch eine gleichzeitige Verbindung aller drei Anschlüsse zu ermöglichen. Es können jeweils nur zwei dieser öffnungen, d. h. 5 und 6 oder 6 und 7, verbunden werden, wobei je nach Verdrehung des Regelkörpers die Öffnungen 5 bzw. 7 teilweise oder ganz freigegeben werden. In Abhängigkeit vom Drehwinkel des Regelkörpers 2 kann somit in feststehenden Grenzen die öffnung 6 für den modulierten Druck entweder mit dem Anschluß für den Vordruck 5 oder mit dem Anschluß für den atmosphärischen Druck 7 verbunden werden. In den Zwischenstellungen innerhalb dieser feststehenden Grenzen stehen am Anschluß 6 Druckwerte zur Verfügung, die zwischen den Werten des Vordruckes und des Atmosphärendruckes liegen.

Zur Winkelverstellung des Regelkörpers 2 bzw. zur Einstellung des Sollwertes dient ein Bimetallstreifen 3, der spiralförmig ausgebildet ist und zweckmäßig um das Zentrum des Regelkörpers 2 verdrehbar gelagert ist. Das freie Ende des Bimetallstreifens 3 ist über ein Winkelstück 10 auf einem Stift 4 verschiebbar gelagert. Der Stift 4 steht durch eine öfnnung 22 im Gehäuse 1 mit dem Regelkörper 2 in Verbindung bzw. ist am Regelkörpers 2 fest befestigt, beispielsweise verlötet. H

In Abhängigkeit von der Temperatur am Bimetallstreifen 3 ändert sich bei Temperaturänderung die Winkeleinstellung des Regelkörpers 2. Dadurch verändert sich der modulierte Druck im Anschluß 6 zunächst in Abhängigkeit von der Zeit, also integral, dann proportional. Die proportionale Begrenzung des integralen Verhaltens macht den erfindungsgemäßen Regler schwingungsunempfindlich.

Die Sollwerteinstellung erfolgt mit Hilfe der drehbaren Festwerteinstellung 9 des Bimetallstreifens 3.

Die Verstellgeschwindigkeit bzw. die Ausgangsleistung des Reglers ist mit Hilfe des Justierwinkelstückes 10 des Stiftes 4 einstellbar. Bei einem Ausiiihrungsbeispiel beträgt der erforderliche Weg für die Vollaussteuerung des Reglers (0 bis 0,5 atu) ungefähr 0,5 mm.

Die beiderseitige Spitzenlagerung des Regelkörpers 2 ermöglicht es, die Verstellkraft am Eingang des Reglers klein zu halten.

Ein Minimum der Verstellkräfte wird dadurch erreicht, daß der Regelkörper 2 »schwimmend« bzw. »pneumatisch« aufgehängt wird. Dies wird durch diametral-symmetrisch angeordnete Anschlüsse 11, 12 und 13 erreicht. Die Ausbildung ist so getroffen, daß mit Hilfe der Anschlüsse 6 und 12 ein gemeinsames Ausgangssignal gebildet wird. Dadurch ergibt sich eine w> gleichmäßige statische und dynamische Druckverteilung auf den Regelkörper 2. Die Verstellkraft beträgt etwa 2 bis 4 pond. Die erforderliche Arbeit am Eingang des Reglers beträgt nur 1 bis 2 mm · pond bei 0,5 mm Aussteuerungsweg. Diese äußerst geringe Eingangslei- <>"> stung gestattet bei Temperaturreglern die Verwendung kleiner Bimetallstreifen mit einem Volumen von 700 bis 800 mm³. Die bei Temperaturänderung von ± O₁I⁰C freiwerdende thermische Arbeit reicht dann bereits aus, um eine erforderliche Druckänderung am Ausgang des Reglers von 0,02 atu herbeizufügen.

Es besteht auch die Möglichkeil den modulierten Druck an der mittleren Anschlußstelle 6 auf den äußeren Anschluß 11 zu geben, wodurch dann am Anschluß 12 ein radiziertes Ausgangssignal erhalten wird. Die Verbindung zwischen den Anschlüssen 11, 12 und 13 wird durch einen zum Verbindungskanal 8 symmetrisch angeordneten Verbindungskanal 8' hergestellt.

Bei der Anwendung auf eine durch den Motorunterdruck geregelte Heizungsanlage für die Innenraumheizung bei Kraftfahrzeugen besteht die Möglichkeit, daß bei starker Beschleunigung im Teillastbereich der Vordruck stark absinkt, beispielsweise von 0,8 atu auf 0,2 atu, so daß der Reglei zu stark verstellen würde. Es ist daher ein Vordruckregler, der als Stabilisator wirkt, vorgesehen. Dieser Vordruckregler besteht, wie aus Fig. 2 ersichtlich, aus einem Gehäuse 14, in dem gegen die Wirkung einer Feder 16 eine elastische Membran 15 eingespannt ist. Die eine Gehäusehälfte ist mit einem Anschluß 17 für den modulierten Druck versehen, dessen Leitungsöffnung 21 in der Nähe der Membran 15 liegt. Diese Gehäusehälfte weist einen weiteren Anschluß 18 auf, der den Steuerdruck beispielsweise zu einem Stellventil weiterleitet. Der vom Motor abgeleitete Vordruck oder Unterdruck wird über einen Anschluß 19 dem Gehäuse 14 zugeführt.

Bei zu geringem Unterdruck wird die Membran 15 gegen die öffnung 21 des Leitungsstückes 17 gedrückt, dadurch bleibt der über die Leitung 18 wirkende Druck bestehen. Wenn der Vordruck wieder größer wird, d. h. der absolute Druck kleiner wird, dann wird von der Membran 15 die öffnung 21 freigegeben, und der Regeldruck vom Anschluß 17 kann unmittelbar wieder auf den Anschluß 18 wirken.

Eine besondere vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dann, wenn der Vordruckregler 14 mit dem Gehäuse 1 des pneumatischen Reglers direkt zusammengebaut wird bzw. eine konstruktive Einheit bildet.

Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein pneumatisches Regelglied mit einem Vordruckregler in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengebaut ist. In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn den Anschlüssen 5, 6, 7 diametral gegenüber ein Anschluß 23 vorgesehen ist. Als konpensierende Größe dient dabei der Vordruck.

Die Druckausgleichsleitung 23 bewirkt eine ausreichend gute pneumatische Aufhängung.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn in den Zufuhrleitungen für die Anschlüsse 5,6, 7 und 23 Filter 24 eingeschaltet sind.

Fig.4 zeigt einen anderen Querschnitt des Ausführungsbeispiels nach F i g. 3, und zwar entlang der gebrochenen Linie IV-IV in F i g. 3. Im übrigen sind die den Teilen in Fig. 1, 2 und 3 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Es ist ohne weiters möglich, den erfindungsgemäßen Druckmittelkraft-Schalter in gestreckter Form auszubilden, wobei in einem linearen Gehäuse der Regelkörper linear verschoben wird und mit einem entsprechenden Verbirdungskanal die in Längsrichtung hintereinander angeordneten Anschlüsse in der zuvor erläuterten Weise wahlweise verbindet. Die Verschiebung oder Verstellung des Regelkörpers kann durch eine Hilfsstange od. dgl. erfolgen, die mit einem membrangesteuerten Druckgeber oder einem anderen Steuerelement verbunden ist. Auch bei dieser Ausführung sind zur

Druckentlastung des Regelkörpers symmetrisch im Bezug auf eine Querschnittsebene des Gehäuses zusätzlich ein oder mehrere Anschlüsse vorgesehen.

Anstelle des Bimetallfühlers zur Sollwertverstellung kann eine andere Meß- oder Stelleinrichtung Verwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckmittelkraftschalter für pneumatische Regler mit Unterdruck und Überdruck als Hilfsenergie und vorzugsweise temperaturabhängiger Verstellung, wobei in einem Gehäuse drei Anschlüsse in bestimmten Abständen angeordnet sind, im Gehäuse ein Regelkörper verstellbar gelagert ist, der Regelkörper einen Verbindungskanal aufweist, dessen Länge gleich dem Abstand der drei Anschlüsse ι ο entspricht, ohne diese drei Anschlüsse gleichzeitig untereinander verbinden zu können, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckentlastung des Regelkörpers (2) entgegengesetzt symmetrisch zu den drei Anschlüssen (5, 6, 7) mindestens ein, '5 vorzugsweise drei weitere Hilfsansrhlüsse(ll, 12,13 bzw.23) vorgesehen sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) hohlzylinder- bzw. topfartig und der Regelkörper (2) als Vollzylinder ausgebildet sind und daß der Verbindungskanal (8 bzw. 8') in der Ebene der Anschlüsse (5,6,7 bzw. 11₁ 12, 13) als tangentiale Nut ausgebildet ist, deren Länge etwa gleich der Entfernung auf Sehne oder Bogen zwischen den äußeren Anschlüssen (5,7 bzw. 11,13) ist

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkörper (2) auf Spitzen gelagert ist

4. Schalter nach Anspruch 1 oder folgenden, ->° gekennzeichnet durch Filter (24) in den Zufuhrleitungen für die Anschlüsse (5,6,7 und 23).