DE2141733A1 - Druckinverter - Google Patents

Description

DIPL-ING. ROLAND MERTENS . _{P M} , _AA 19»August 1971

ο rrankfurt a. M.,

PATENTANWALT Ammeiburgstraße 34 pt/BI/De

Fernsprecher 590045 Telex 04-14354 .

2U1733

- H 31 d P 265 -

HOKEYWELL HTC.
2701, Fourth Avenue South Minneapolis, Minnesota/USA

"Druckinverter "

Die Erfindung betrifft mit einem Versorgungsdruckeingang, einem Steuerdruckeingang, einer Entlüftung und einem Druckausgang versehene:· Druckinverter für Strömungsmittel. Druckinverter dieser Art werden vielfach in pneumatischen Steuersystemen,insbesondere zur Steuerung von Klimaanlagen benötigt'.

Bei den bekannten Druckinvertern aur Umkehr des Strömungsmitteldruckes in pneumatischen Steuersystemen ist gewöhnlich ein direkt wirkender Thermostat vorgesehen, der einen niedrigen Ausgangsdruck .©abgibt, t«enn die Umgebungstemperatur kalt ist,und der einen höheren Ausgangsdruck abgibt, wenn die Umgebungstemperatur wärmer ist. Im Winter muß das angesteuerte Ventil bei kalter Umge-

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bungstemperatur geöffnet werden, um eine Erwärmung zu erreichen. Auf der anderen Seite sollte das gleiche Ventil im Sommer geöffnet werden, wenn die Umgebungstemperatur warm ist, um eine Kühlung zu erreichen. Daraus folgt, daß im Sommer der Ausgangsdruck des Thermostaten umgekehrt wirken muß. Dabei soll sichergestellt sein,daß der Inverter schnell anspricht und daß das Ausgangssignal des Inverters linear zum Eingangssignal verläuft. Weiterhin ist es wünschenswert, daß der Ablaß des Strömungsmittels begrenzt ist, um den Strömungsmittelver-" brauch möglichst kleinzuhälten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einei Inverter zu schaffen, der bei einfachem Aufbau die oben genannten Forderungen in/vorteilhafter Weise erfüllt.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Strdaungsmittelversorgungseinrichtung zwischen die Entlüftung und den Druckausgang geschaltet ist und daß eine mit der Versorgungseinrichtung in Verbindung stehende Ablaßeinrichtung für das. Strömungsmittel zwischen die Entlüftung und den Ausgang geschaltet ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich^ausden TJnt e ran Sprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 in geschnittener Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckinverters,

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Fig. 2 eine die Abhängigkeit zwischen dem Ausgangsdruck und dem Abzweigdruck

• demonstrierende Darstellung und

Fig. 3 eine Tabelle, in- der die Abhängigkeit

verschiedener Ventilsr-ellungen (geöffnet oder geschlossen) von dem ansteigenden oder abfallenden Abzifeigdruck dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt eine aus zwei Schichten bestehende mit Membranen versehene Baugruppe 10, in der zwei Druckplatten 11 bewegbar angeordnet sind, die durch eine Dichtmembran 13 getreHt werden. Sie Dichtmembran 13 isoliert zwei Kammern 21 und 23, wobei sie aber eine Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen den beiden Platten gestattet. Die. auf diese Weise zusammemtfirkenden beiden Druckplatten bilden ein spulenförmiges Bauteil und werden nachfolgend als Spule:· bezeichnet_} wobei nicht außer Acht gelassen werden darf, daß sie aus zwei oder mehr getrennten Teilen bestehen 'kann, wie oben beschrieben«, Die aus den Druckplatten 1.1 gebildete Spule i^ird durch zwei Membranen 12 und 14- getragen, welche/Kammern 21 und 23 von einer Kammer 15 bzw,-17 trennen. In die Abzweigdruckkammer 15 mündet eine Abzweigleitung 16j während zu der Hauptdruck-Kammer 17 über eine Leitung 19 und einen Kanal 20 eine Hauptdruckquelle'20 geführt ist. Die Kammer 21 ist über einen Kanal 22 mit der Umgebung verbunden, während die Ausgangsdruckkamaer 23 zur Aufnahme desv dem Ausgang 28 über eine Leitung 37 zugeführten Ausgangsdruckes dient. Daraus ergibt sich,daß der Ausgangsdruck sowie der ·Abzweigdruck in einer in Fig.l

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nach unten weisenden oder ersten Richtung auf die Spule 11 wirken, während der Hauptdruck'in einer in Pig. I nach oben weisenden oder zweiten Richtung auf die Spule 11 einwirkt. Die Summe "-des Ausgangsdruckes und des Abzweigdruckes wird hierdurch mit dem Hauptdruck ins Gleichgewicht gesetzt, wodurch eine Inversion des Abzweigdruckes erreicht wird. Innerhalbpder Hauptdruckkammer 17 iß* ein ringförmiger Ansatz /vorgesehen, der eine Ventilkammer 25 bildet, welche durch die auf die; Membran 14 einwirkende Spule 11 verschlossen werden kann. Die Ventilkammer 25 ist über eine Leitung 26 zu einem Strömungswiderstand 27 geführt, der zur Entlüftung dient. Der Ausgang 28 ist über ^^e Leitung 37 zu der Ausgangsdruckkammer 22 geführt. Es zeigt sich, daß bei direkter Verbindung der Leitung 26 mit dem Ausgang 28 unter Auslassung der restlichen Membranen sowie der verbindenden Leitungen eine Druckumkehr am Ausgang 28 gegeben ist, Mit einer derartigen Anordnung steigt bei

einer Verminderung· des Abzweigdruckes der Ausgangsdruck schnell auf den geeigneten Wert an. Auf der anderen Seite würde aber bei einem ansteigenden Abzweigdruck der Ausgangsdruck nur sehr langsam fallen, da erst der Druck .'. . über den Belüftungswiderstand 27 entweichen muß. Wird die Entlüftung größer gemacht, so wäre die Ansprechzeit zwar schneller, gleichzeitig würde aber auch der Verbrauch an Strömungsmittel wesentlich anwachsen. Die Einfügung einer durch die Ventile 29 und 30 gebildeten Versorgungs- und Entnahmeeinrichtung erlaubt die Verwendung des Strömungswiderstandes 27 .und damit eine Begrenzung des StrömungsmittelVerbrauches, wobei gleichzeitig ein schnelles Ansprechen des Inverters gewährleistet ist, wie weiter unten noch beschrieben wird.

gegenüber der Kammer 15

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Jedes der beiden Ventile 29 und 30 ist mit einem Gehäuse 31 versehen, welches mittels einer dichtenden Membran 32 in eine Steuerkammer 33 und eine Strömungskammer 34- unterteilt ist. Innerhalb der Strömungskammer ist ein ringförmiger Ansatz 35 vorgesehen, der eine Ventilkammer 36 bildet, welche durch die Membran 32 verschlossen werden kann. Die Steuerkammer und die Ventilkammer des Ventils 29 sowie die Strömungskammer des Ventils 30 sind zu dem Ausgang 28 geführt« Die Strömungskammer des Ventiles 29 und die Steuerkammer des Ventiles 30 sind an die Leitung 26 angeschlossen. Die Veäitilkammer 36 des Ventiles 30 steht in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre und bildet eine ohne Strömungswiderstand versehene Entlüftung. Mit · einer derartigen Anordnung ergibt sich folgende Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Inverters: Steigt der Abzweigdruck an, so bewegt sich die Spule 11 nach unten und schließt die Ventilkammer 25. In diesem Zustand befindet sich das Ventil 29 fast in geschlossener Lage, da der Druck oberhalb und unterhalb der Membran gleich sind. Daraus ergibt sich, daß schon eine leichte Entlüftung über den Strömungswiderstand 27 das Ventil 29 schließt, wodurch wiederum die Strömungskammer 34- cles Ventiles 29 entlüftet wird, so daß das Ventil 29 geschlossen bleibt. Gleichzeitig wird die Steuerkammer 33 des Ventiles 30 über den Strömungswider-.stand 27 entlüftet, so daß das Ventil ,30 geöffnet bleibt und den Ausgangsdruck über die Ventilkammer 36 des Ventiles 30 in die Umgebung geleitet wird. Das bedeutet bei ansteigendem Abzweigdruck einen solange abfallenden Ausgangsdruck, bis die auf die Spule einwirkenden Kräfte einander in Gleicfegei-iicht sind und ein Zusammenwirken zwischen der Hauptdruckkammer 17 und der Ventilkammer 25 erlauben» Fällt andererseits der Abzweigdruck, so wird

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sich dagegen die Spule nach oben bewegen und die Ventilkammer 25 wird öffnen, wodurch der Hauptdruck zu der Strömungskammer 34· des Ventiles 29 und der Steuerkammer 33 des Ventils 30 gelangt. Dementsprechend wird das Ventil 29 öffnen und das Ventil 30 schließen, so daß Druck zu dem Ausgang gelangt und gleichzeitig eine Entlüftung verhindert wird. Das bedeutet, daß »i bei fehlendem Abzweigdruck der Ausgangsdruck solange ansteigt, bis wiederum die Spule 11 gerade die Ventilkammer 25 öffnet. Diese Reihenfolge der Vorgänge ist in der in 3?ig. 3 dargestellten Tabelle gezeigt, wobei A, B, C die Ventile der Baugruppe 10, das Ventil 29 sowie das Ventil 30 darstellen. Bleibt der Abzweigdruck konstant,so werden die Ventile A, B und C gewöhnlich geschlossen gehalten, obwohl jedes kurzzeitig öffnet, um durch die langsame Entlüftung über den Strömungswiderstand 2? bedingte Korrekturen des Ausgangsdruckes herbeizuführen. Die Abhängigkeit zwischen dem Ausgangsdruck und dem Abzweigdruck für den hier beschriebenen erf indungsgemässen Inverter ist in Pig. 2 dargestellt.

Patent an spräche 209810/1228

Claims (3)

1. 2 U 1.733

   • 7 - .

   Patentansprüche:

   it einem Versorgungsdruckeingang, einem Steueraruckeingang, einer Entlüftung und einem Brückausgang versehener Druckinverter für Strömungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dafl eine Strömungsmittelversorgungseinrichtung (29) zwischen die Entlüftung (27) und den Druckausgang (28) geschaltet ist.und daß eine mit der Versorgungseinrichtung (29) in Verbindung stehende Ablaßeinrichtung (30) für das Strömungsmittel zwischen die Entlüftung und den Ausgang geschaltet ist.
2. 2) Druckinverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Versorgungseinrichtung und die Ablaßeinrichtung jeweils mit einer das Gehäuse (3Ό in eine Steuerkammer (33) und eine Strömungskammer (37) unterteilenden Membran (32) versehen ist und

   daß eine Trennwand (35) innerhalb der Strömungskammer mit der Membran (32) zusammenwirkt und mit dieser eine Ventilkammer (36) bildet, die in Abhängigkeit von der durch die Druckdifferenz in den Kammern bestimmten Stellung der Membran gegenüber der Strömungskammer (36) abgedichtet wird, wobei durch die Membranen in Verbindung mit den Trennwänden ein zweites und ein drittes Ventil (B,C) gebildet ist.
3. 3) Druckinverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerkammer (33) und die Ventilkammer (36) der Versorgungsein-

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   richtung mit dem Ausgang (28) verbunden sind und daß die Strömungskammer (34) der Versorgungseinrichtung an die Entlüftung angeschlossen ist.

   j!|\ Druckinverter nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (33) der Ablaßeinrichtung (30) mit der Strömungskammer (34·) der Versorgungseinrichtung (29) sowie mit der Entlüftung (27) verbunden ist,

   daß die Strömungskammer (34) der Ablaßeinrichtung (30) mit dem Ausgang verbunden ist und daß die Ventilkammer (36) der Ablaßeinrichtung (30) mit dem Umgebungsdruck in Verbindung steht.

   c\ Druckinverter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Druckinversion bewirkende Ventileinrichtung (10) eine mit einer Strömungsmittelquelle (10) verbundene Ventilkammer (25) aufweist, die durch eine erste Steuerplatte eines zwei Steuerplatten (11) aufweisenden Steuerkörpers gegenüber der Quelle (18) verschließbar ist, und die in Verbindung mit der ersten Steuerplatte als ein er^, stes Ventil (A) wirkt, daß der Ausgangsdruck (37) und der Steuerdruck (p6) den Steuerkörper in eine erste, vorzugsweise zum Verschließen der Ventiikammer geeignete Richtung zu bewegen suchen und daß der Quellendruck (in 19) den Steuerkörper in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung zu bewegen sucht, daß die Versorgungseinrichtung (29) über die

   . Ventilkammer (25) der Ventileinrichtung (10) gelangendes Strömungemittel zum Druckausgang (28)

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   führt, sobald die sich aus dem Einwirken des Quellendruckes auf eine der Steuerplatten ergebende Kraft die getrennt auf die Steuerplatten (11) einwirkende Summenkraft des Ausgangsdruckes und des Steuerdruckes überwiegt und daß das dritte Ventil (G) der Ablaßeinrichtung den Druck am Ausgang (28) in die Umgebung abläßt, sobald.kjdie Kraft des Ausgangsdruckes die Kraft des Druckes in der Steuerkammer auf die Membran überwiegt«,

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