DE2162475A1

DE2162475A1 - Geschwindigkeitsregler für Druckluftmotoren

Info

Publication number: DE2162475A1
Application number: DE19712162475
Authority: DE
Inventors: James S. Silver Spring Sims jun., Md. (V.StA.). M
Original assignee: Bowles Fluidics Corp., Silver Spring, Md. (V.StA.)
Priority date: 1970-12-17
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1972-07-13
Also published as: FR2118093B1; GB1379587A; AT311734B; CH530551A; IT945409B; FR2118093A1; BE776826A

Description

r.-lnfl. Herbert Pätzoid

8 München 71 Hladtlaigstr. I

BOWLES FLUIDICS COEPOIiATION, Silver Spring, Maryland/USA

"Geschwindigkeitsregler für Druckluftmotoren".

Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeitsregler für Druckluftmotoren.

Die Geschwindigkeit von Druckluftmotoren ist abhängig von den Lasten an den Motoren. Es ist eine häufige Bedingung, daß die Geschwindigkeit von Druckluftmotoren über einen weiten Laständerungsbereich konstaut gehalten wird. Bekannte Geschwindigkeitsregler für Druckluftmotoren messen die Änderungen der Motorengeschwindigkeit und steuern in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsänderung die Druckluftquelle für den Motor. Derartige Geschwindigkeitsregler "belasten häufig den Motor selbst, sind teuer und aufwendig und damit auch besonders störanfällig«

Aufgabe der Erfindung ist es ©inen Geschwindigkeitsregler für Druckluftmotoren anzugeben, d©r einfach und betriebs« sicher ist und den Motor sslbat nicht belastet.

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Zur Lösung der Aufgabe li&g-t der .Erfindung die Boofeachtucg

zugrunde, djaß di© Cl^schwimligkeit· θΙώ,θβ BruelsliiftMoior-s

einen weiten Lastbereich konstait gehalten werden kann, wenn der Motor mit einer konstanten Druckluftxaenge pro Zeiteinheit gespeist wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine an eine Druckluftquelle angeschlossene fluidische Meßbrücke mit einer ersten und zweiten in Reihe geschalteten Drossel in einem ersten Brückenzweig und einer in Reine,mit dem Motor geschalteten dritten Drossel in eine:n zweiten zum ersten Brükkenzweig parallelen zweiten Brückenzweig, wobei der Druck an der Meßbrücke auf einer Höhe gehalten ist, bei der an der zweiten Drossel ständig überkritische Druckbedingungen herrschen und eine Steuereinrichtung zur Aufrechterhaltung gleicher Drücke in der Verbindung zwischen der ersten und sweiten Drossel einerseits und der Verbindung zwischen der dritten Drossel und dem Motor andererseits vorhanden ist.

Die Erfindung ist derart weiter ausgebildet, daß die auf eine von Null abweichende Druckdifferenz an den beiden Verbindungen ansprechende Steuereinrichtung den Druck an der Meßbrücke in Abhängigkeit von der Höhe der Druckdifferenz steuert.

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Die DrucBquelle kann ein steuerbarer Druckregler sein.

Die Steuereinrichtung kann ein fluidischer Analogverstärker sein, dessen eine Steuerdüse an die eine Verbindung und des-

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sen andere Steuerdüse an die andere Verbindung angeschlossen ist und dessen einer Ausgang an den Steuereingang des Druckreglers angeschlossen ist.

Die Steuereinrichtung kann auch aus einem an die eine Verbindung angeschlossenen Druckbalg in einem druckdichten Gehäuseraum bestehen, der an die andere Verbindung angeschlossen ist, wobei der Druckbalg ein Düse/Prallplatte-Systein in einer Steuerleitung zum Druckregler steuert.

Vorteilhafterweise ist die abströ:nseitige Öffnung der überkritisch betriebenen Drossel und das abströmseitige Ende des Motors unmittelbar an die Umgebung (Atmosphäre) angeschlossen. Weiterhin ist es von Vorteil, die in Reihe mit dem Motor geschaltete dritte Drossel zur Einstellung der Geschwindigkeit des Motors einstellbar auszubilden.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung schematisch dargestellt: Hierin zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungrbeispiel einer erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsregelung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsregelung und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel ähnlich dem

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nach Fig. 2.

Fach Fig. 1 besteht die Geschwindigkeitsregelung für einen Druckluftmotor 10 erfindungsgemäß aus einem an eine Druckluftquelle (P+) angeschlossenen Druckregler 11 oder einer entsprechenden Vorrichtung und einer Meßbrücke 13 (Brückenschaltung) . In Abhängigkeit von dem Druck in der Steuerleitung 15 regelt der Druckregler 11 den Druck in einer Aus- W gangsleitung 17. Ein Brückenarm der Meßbrücke I3 enthält zwei in Reihe geschaltete Drosseln I9, 21 oder dergleichen Vorrichtungen mit bestimmten Drosselquerschnitten. Die Drosssel 21, deren Ausgang zur Umgebung offen ist, arbeitet bei einem überkritischen Druckverhältnis.

Ein zweiter parallel zum ersten Brückenarm liegender Brückenarm enthält eine einstellbare Drossel 23 oder dergleichen Gerät, die in Reihe mit dem Druckluftmotor 10 geschaltet ist. α Bei dem Druckluftmotor kann es sich zum Beispiel um den Motortyp 4- AM der Firma GAST MANUFACTURING COMPANY, Benton Harbor, Michigan handeln. Bei dem Druckregler 11 kann es sich z,B. um eine abgeänderte Version eines WATTS-Druckroglers der Firma WATTS REGULATOR CO., Lawrence, Massachusetts handeln.

Ein fluidischer Analogverstärker, wie er in der USA-Patentschrift 3275 013 beschrieben ist, enthält eine Arbeitsdüse 27» gegenüberliegende Steuerdüsen 29, 31 und Ausgangskanäle

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33» 35- Wie bekannt ist, wird von der an eine Druckluftversorgung angeschlossenen Arbeitsdüse ein Strahl abgegeben, der im wesentlichen auf die Ausgangskanäle 33» 35 gerichtet ist und der durch Steuerdrucksignale aus den Steuerdüsen abgelenkt werden kann.

Die eine Steuerdüse 29 ist an eine Leitungsabzweigung 20 zwischen den Drosseln 19* 21 angeschlossen. Die andere Steuerdüse 31 ist an eine Leitungsabzweigung 24 zwischen der einstellbaren Drossel 23 und dem Luftmotor 10 angeschlossen. Der eine Ausgangskanal 33 des Verstärkers 25 ist mit einer Steuerleitung 15 verbunden^ die an den Druckregler 11 angeschlossen ist.

Der fluidische Verstärker 25 dient zum ständigen Abgleich der Meßbrücke (das heißt, die Druckdifferenz zwischen den Leitungsabzweigungen 20 und 24 wird ständig auf den Wert Null zurückgeregelt) durch die Steuerung des.Druckreglers 11 zur Abgabe veränderter Drücke an die Meßbrücke. Durch die Aufrechterhaltung des Brückengleichgewichts wird ein durch den Motor strömender konstanter Volumenstrom aufrechterhal~ ten, so daß die Motorgeschwindigkeit unabhängig von der Motorbelastung im wesentlichen konstant bleibt» Bei Inbetriebnahme der erfindungegemäSen Geschwindigkeitsregelung wird zunächst die Drossel 23 derart eingestellt, daß dar M©to^ 10 entsprechend eines? Tbsetiramton Geschwindigkeit; mad ©i&ar stimmten Last mit einem beatiaaatea Volusaensti·©® psu 2ei

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heit beaufschlagt wird, Die Meßbrücke 13 wird durch den Verstärker 25 und den .Druckregler 11 bei der anfänglichen Motorbelastung selbstständig abgeglichen« Angenommen die Last am Motor erhöht sich, so daß der Motor langsamer läuft, dann erhöht sich der Druck am Strömungseingang des Motors. Das heißt, es bildet sich am Motoreingang ein der Lastzunahme entsprechender erhöhter Staudruck aus, der zu einem erhöhten Druck in der Leitungsabzweigung 24- führt. Hierdurch wird das Brückengleichgewicht gestört, wodurch sich auch der Druck am Eingang der Steuerdüse 31 erhöht. Entsprechend der Druckerhöhung am Eingang der Steuerdüse wird der Arbeitsstrahl des Verstärkers 25 mehr zum Ausgangskanal 33 abgelenkt. Hierdurch wird der Druck in der Steuerleitung 15 erhöht und' entsprechend der Druckerhöhung in der Steuerleitung 15 wird der Druckregler 11 weiter geöffnet, wodurch der Druck in der Leitung I7 und somit auch an der Meßbrücke um einen bestimmten Wert erhöht wird. Das heißt, daß sich an der Leitungsabzweigung 20 und in einem geringeren Maße an der Leitungsabzweigung 24 ein erhöhter Druck einstellt, bis die Druckdifferenz an den Leitungsabzweigungen 20 und 24-wieder auf Null geregelt ist. Die Strömungsmenge pro Zeiteinheit, die durch die im überkritischen Bereich arbeitende Drossel 21 strömt, ist proportional dem Druck stromaufwärts vor der Drossel 21. Stromabwärts ist die Drossel 21 wie der Motor 10 unmittelbar an die Umgebung angeschlossen. Bei steigendem Druck in der Leitung 17 und entsprechend steigendem

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Druck in der Leitungsabzweigung 20 ändert sich die durch die Drossel strömende Strömungsmenge pro Zeiteinheit proportional der Druckänderung an der Leitungsabzweigung 20. Da das Verhältnis der durch die Drossel 21 strömenden Strömungsmenge zu dem Druck über der Drossel 21 konstant bleibt, bleibt auch das durch die Drossel strömende Strömungsvolu- men konstant. Solange das Brückengleidigewicht aufrechterhalten wird, wird der Druckluftmotor von einem konstanten Strömungsvolumen pro¹ Zeiteinheit durchströmt.

Dabei ist es für die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsregelung wesentlich, daß die Drossel 21 im überkritischen Druckbereich betrieben wird. Solange wie diese Bedingung herrscht, ist ein konstanter Volumenstrom durch die Drossel 21 gewährleitetet und solange ein Brückengleichgeviicht aufrechterhalten ist, strömt auch durch den Druckluftmotor ein konstanter Volumenstrom.

In Fig. 2 ist eine Geschwindigkeitsregelung für einen Druckluftmotor schematisch dargestellt, die sich insoweit von der Geschwindigkeitsregelung nach Fig. 1 unterscheidet als anstelle eines fluidischen Verstärkers nach Fig. 1 ein pneumatischer Verstärker verwendet wird. Ein steuerbarer Druckregler 41 beaufschlagt eine Meßbrücke 43 mit Druckluft. Der eine Brückenzweig 43 enthält zwei hintereinander geschaltete Drosseln 49 und 51· Der andere Brückenzweig umfaßt eine ein-

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stellbare Drossel 53 "bzw. ein hiermit vergleichbares Ventil in.Reihe mit einem Druckluftmotor 40. Die Drossel 51 wird im überkritischen Druckbereich betrieben.

Der pneumatische Verstärker besteht aus einem Druckbalg 57» der an eine Leitungsabzweigung 50 zwischen den Drosseln 49 und 51 angeschlossen ist. Der Balg 57 befindet sich in einem druckdichten Gehäuseraum, der an eine Druckluftleitung angeschlossen ist, die in Verbindung mit einer Leitungsabzwe'xgung 54 zwischen der Drossel 53 und dem Motor 40 steht. An dem Balg 57 befindet Bich ein Schaft 59? der durch den druckdichten Gehäuseraum geführt ist und der außerhalb eine Platte 61 trägt, die gegenüber dem Strqmabßeitigen Ende einer Düse 63 gehalten ist. Die Düse 63 ist über eine Leitung mit einer Drossel 65 an eine Druckluftquelle (P+) angeschlossen, die auch die Steuerleitung zum Druckregler 41 mit Druckluft versorgt .

Wenn das Brückengleichgewicht gestört ist, wird der Balg 57 entsprechend zusammengedrückt oder vermag sich mehr auszudehnen. Hierdurch werden die Ausströmbedingungen der Düse 63 geändert. Als Folge davon ändert sich entsprechend der Druck in der Steuerleitung des Druckreglers 41. Wenn beispielsweise die Last am Motor 40-sinkt, neigt der Motor 40 zum hochlaufen, was mit einer Druckverminderung an der Leitungsabzweigung 'einhergeht. Der Balg 57 dehnt sich dabei aus, wo-

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durch die Platte 61 die Ausströmung aus der Düse 63 stärker drosselt. Hierdurch erhöht sich der Druck in der Steuerleitung des Druckreglers 4-1, der daraufhin entsprechend der Druckerhöhung in der Steuerleitung mehr geschlossen wird, so daß der Druck in der Leitung zum Motor 40 um ein bestimmtes Maß abfällt, bis die Meßbrücke wieder abgeglichen ist. Entsprechend wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 strömt durch die bei überkritischem Druckverhältnis betrie- * bene Drossel 51 ein konstanter Volumenstrom pro Zeiteinheit und die Aufrechterhaltung des Brückengleichgewichts führt zu einem durch den Motor 40 strömenden konstanten Voluraenstrom pro Zeiteinheit.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsregelung ähnlich der nach Fig. 2. Entsprechende Teile in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied in den Ausführungsbeispielen besteht darin_? daß in der Steuerleitung des Druckreglers 4-1 ein fluidischer Verstärker 6? angeordnet ist· Der fluidische Verstärker, der entsprechend dem fluidisehen Verstärker nach Fig. 1 ausgebildet sein kann, verstärkt die Ausgangssignale des pneumatischen Verstärkers 55, um die Empfindlichkeit des Hegelkreises zu erhöhen. Bei Verwendung von ©iaeia oder mehreren solcher in Kaskade geschalteter fluidischer Versts.rk@r Isaaa Sie dynamische Rückführung (integrals_s diffsatial

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ken) eines erfindungsgemaßen Regelkreises erforderlichenfalls stabilisiert werden.

Ist also die Motorgescliwindigkeit anfangs auf einen "bestimmten Wert eingestellt worden (in Fig. 1 mit; der Drossel 23 und in Fig. 2 und 3 mit der Drossel 53)» wird durch den erfindungsgemaßen Regelkreis diese Motorgesehwindigkeit selbständig aufrechterhalten, indem ein konstanter Volumenstroin durch den Motor aufrechterhalten wird.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

/ 1/. Geschwindigkeitsregler für Druckluftmotoren, gekennzeichnet durch eine an eine Druckluftquelle (11; 41) angeschlossene fluidische Meßbrücke (13; 43) mit einer ersten und zweiten in Reihe geschalteten Drossel (19; 49 und 21; 51) in einem ersten Brückenzweig und einer in Reihe mit dem Motor (10; 40) geschalteten dritten Drossel (23; 53) in einem zweiten zum ersten Brückenzweig parallelen zweiten Brückenzweig, wobei der Druck an der Meßbrücke auf einer Höhe gehalten ist, bei der an der zweiten Drossel (21; 5Ό ständig überkritische Druckbedingungen herrschen und eine Steuereinrichtung (25, 55) zur Aufrechterhaltung gleicher Drücke in der Verbindung (20; 50) zwisehen der ersten und zweiten Drossel einerseits und dar Verbindung (24; 54) zwischen der dritten Drossel und dem Motor andererseits vorhanden ist.
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf eine von Null abweichende Druckdifferenz an den beiden Verbindungen (20; 50 und 24; 54) ansprechende Steuereinrichtung (25; 55) den Druck an der Meßbrücke (13; 43) in Abhängigkeit von der Höhe der Druckdifferenz steuert.
3. Regler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftquelle (11; 41) ein steuerbarer

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- 12 Druckregler ist.
4. Regler nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein fluidischer Analog-Verstärker (25) ist, dessen eine Steuerdüse (29) an die eine Verbindung (20) und dessen andere Steuerdüse (31) an die andere Verbindung (24) angeschlossen ist und daß der eine Ausgang (33) des Verstärkers an den «hs* Steuereingang des Druckreglers (11) angeschlossen ist.
5. Regler nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einem an die eine Verbindung (50) angeschlossenen Druckbalg (57) in einein druckdichten Ge-häuseraum (55) besteht, der an die andere Verbindung (5*0 angeschlossen ist und daß der Druckbalg ein Düse/Prallplatte-System (61, 63) in einer Steuerleitung zum Druckregler (41) steuert.
6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die abströmseitige Öffnung der überkritisch «efe betriebenen Drossel (21; 51) und das abströmseitige Ende des Motors (10; 40) unmittelbar an die Umgebung anschließt.
7. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe mit dem Motor (10; 40) ge-

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schaltete dritte Drossel (23; 53) zur Einstellung der Geschwindigkeit des Motors einstellbar susgebildet ist.

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