DE2517907A1 - Elektropneumatischer signalwandler - Google Patents

Description

• Elektropneumatischer Signalwandler Die Erfindung betrifft einen elektropneumatischen Signal wandler mit einem selbstregelnden Druckventil und einem beweglichen Steuerglied, das mit einem Stellantrieb gekoppelt ist, der elektrische Signale in entsprechende Wegverlagerungen des Steuergliedes umsetzt.
• Wegabhängig selbstregelnde Druckventile sind bekannt; sie weisen bei einfachem Aufbau und geringer Hysterese eine hohe Regelgenauigkeit auf.
• Die eingangs genannten Signalwandler werden beispielsweise zur Einsteuerung des Druckes in Bremszylindern von Schienenfahrzeugen verwandt. Es ist bereits ein elektropneumatischer Signalwandler bekannt, der ein wegabhängig selbstregelndes Druckventil aufweist, das mit einem beweglichen Steuerglied zusammenwirkt, welches von einer impulsgesteuerten Einrichtung absatzweise verstellt wird. Die Einrichtung arbeitet mit Xlinkenrädern, die Jeweils um eine Sinke weiterdrehen, wenn ein entsprechender Impuls anliegt. Unabhängig vom Spannungsabfall und etwaigen Schwankungen der Stromstärke ist bei dem bekannten Signalwandler eine bestimmte Wegverlagerung des Steuergliedes einer bestimmten Anzahl von Steuerimpulsen zugeordnet. Nachteilig bei diesem Signalwandler ist Jedoch, daß die gewünschte Stellung des Steuergliedes nicht eingeregelt, sondern nur eingesteuert wird. Eine Abnutzung der Klinkenräder oder ein vorübergehendes Verklemmen muß daher zwangsläufig zu einer falschen Stellung des Steuergliedes und damit auch zu einem falsch eingestellten Bremsdruck führen. Außerdem ist keine kontinuierlich veränderliche Drucksteuerung möglich. (DU-AS 1 189 113/20f37).
• Es sind auch bereits Signalwandler bekannt, die mit dem eingesteuerten Druck in der Weise beaufschlagt werden, daß ein druck empfindliches Organ bei Erreichen des Solldruckes im Bremskreis entweder die den Bremskreis überwachenden Magnetventile direkt abschaltet oder ein dem elektrischen Bremssignal entgegengesetzt gerichtetes Signal erzeugen, was ebenfalls zu einer Schließung der Magnetventile führt. Einrichtungen dieser Art haben den Nachteil, daß ihre Empfindlichkeit von derJenigen der Druckmessglieder mit Druck-Spannungswandlung abhängt, welche in der Praxis ein gewisses Hystereseverhalten aufweisen und sehr aufwendig sind.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen elektropneumatischen Signalwandler der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der eine größere Empfindlichkeitalebekannte Umwandler aufweist und der vergleichsweise einfach aufgebaut sein soll.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Einrichtungen zur Regelung der Wegverlagerungen des Steuergliedes vorgesehen sind. Da jeder Stellung des Steuergliedes ein bestimmter Druck entspricht, der durch Aufnehmen einer Eichkurve leicht festgstellt werden kann, braucht statt dem Druck erfindungsgemäß nur der Weg geregelt zu werden.
• Die Empfindlichkeit des Regelkreises ist durch die Empfindlichkeit des Fühlgliedes für die Regelgröße gegeben.
• Wegverlagerungen lassen sich beim heutigen Stand der Technik und vergleichsweisem Aufwand wesentlich genauer bestimmen, als Drucke.
• In weiterer Ausbildung der Erfindung ist ein Wegaufnehmer fest mit dem Steuerglied verbunden, der ein der Wegverlagerung entsprechendes elektrisches Signal einem Regler zuführt, der den Stellantrieb mit dem Stellwert beaufschlagt. Der Wegaufnehmer kann dabei ein Schiebe-oder Drehpotentiometer sein, er kann auch nach dem Prinzip einer Induktivitäts- oder Kapazitätsänderung arbeiten.
• Vorzugsweise ist der Stellantrieb ein Motor mit Umlenkgetriebe, das mit dem Steuerglied über eine Spindel verbunden ist. Der Stellantrieb kann Jedoch auch als Tauchspul- oder als Hubmagnet ausgeführt sein. Die Kopplung mit dem Steuerglied kann dabei über einen Stössel erfolgen.
• Das selbstregelnde Druckventil, das mit dem Steuerglied zusammenwirkt, weist vorzugsweise einen federbelasteten Steuerkolben auf, der vom eingesteuerten Druck beaufschlagt wird und der sich mit einem Auslaßventilsitz auf einer Doppelventilplatte abstützt, die von einer Feder und vom Steuerdruck entgegengesetzt beaufschlagt, sich gegen einen Einlaßventilsitz anlegt, der mittelbar oder unmittelbar von dem Steuerglied verschoben werden kann.
• ;Das Druckventil regelt damit selbsttätig einen Druck ein, welcher der durch den Stellantrieb vorgegebenen Gleichgewichtsposition bzw. der Lage des Einlaßventilsitzes entspricht, wodurch der so geregelte Druck einem vorgegebenen Weg zugeordnet wird.
• Die Erfindung stellt sich damit als Kombination eines elektromechanischen Weggebers mit einem pneumatischen Nachlauf-Druckregler dar. Der Soll-Ist-Vergleich wird dabei weitgehend stellkraftunabhängig durch Wegevergleich durchgeführt, was zu einer hohen Empfindlichkeit des Gerätes führt.
• Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
• Darin zeigen: Figur 1 die schematische Darstellung eines Schnitts durch einen elektropneumatischen Signalwandler, Figur 2 das Schema eines Stellantriebes mit Motor und Umkehrgetriebe und mit einem Wegaufnehmer in Form eines Schiebepotentiometers, Figur 3 eine Tauchspule als Stellantrieb mit einem Schiebepotentiometer als Wegaufnehmer, Figur 4 einen Hubmagnet als Stellantrieb mit einem induktiven Weggeber, und Figur 5 einen elektropneumatischen Signalwandler mit Mitteln zur Änderung der Kennlinie.
• Der in Figur 1 dargestellte elektropneumatische Signalwandler besteht aus einem Druckventil 1, einem Stellantrieb 2 und einem Wegaufnehmer 3. Der Regler 4 entnimmt die notwendige Stellenenergie der Batterie 5. ttber die Anschlüsse 6 wird dem Regler die Führungsgröße und über die Leitungen 7 die Regel größe zugeführt. Nach Bildung der Regelabweichung wird der Stellwert über die Leitungen 8 zum Stellantrieb 2 geleitet.
• Der nach Fig. 1 als Elektromotor ausgebildete Stellantrieb 2 wirkt über eine Gewindespindel 9 und eine Gewindebchse 10 auf das Steuerglied 11 ein. Das Steuerglied 11 ist topfförmig ausgebildet und gleitet wie ein Kolben über nicht dargestellte Mittel, z.B. eine Keil-Nut-Führung undrehbar geführt, nur axialverschieblich in einem Gehäuse 12. Im Boden des Topfes ist die mutterartige Gewindebüchse 10 angeordnet, während ihm Deekel ein Einlaßventilsitz 13 ausgebildet ist, der von einer Doppelventilplatte 14 verschlossen ist, die von einer Feder 15, die sich am Boden des Topfes abstützt, gegen den Ventilsitz gepreßt wird. Das Steuerglied 11 bzw. der Topf ist an seinem Außenumfang in Höhe einer ringförmigen Auebuchtung des Gehäuses 12 perforiert. Die Ausbuchtung 16 steht über Leitung 17 mit der Vorratsluft in Verbindung.
• Oberhalb der Doppelventilplatte 14 ist im Gehäuse 12 ein Steuerkolben 18 verschiebbar geführt. Der Steuerkolben 18 weist einen hohlen Schaft 19 auf, dessen unteres Ende als Auslaßventilsitz 20 ausgebildet ist. Der Auslaßventilsitz 20 wird durch eine den Steuerkolben 18 belastende Feder 21 gegen die Doppelventilplatte 14 gepreßt.
• Der Raum oberhalb des Steuerkolbens 18 ist mit der Atmosphäre verbunden, der Raum unterhalb des Steuerkolbens 18 ist über Anschluß 22 mit einem Druckluftverbraucher, beispielsweise den Bremszylindern, verbunden.
• Die Wirkungsweise des Signalumwandlere ist folgende: Daß elektrische Eingangs signal bzw. die FUhrungsgröße wird dem Regler 4 über die Anschlüsse 6 zugeführt. Dieser bildet mit dem über Leitung 7 zum Regler zurückgeführten, der Drehlage der Spindel 10 entsprechenden Ist-Wert einen Stellenwert, der dem Stellantrieb 2 zugeleitet wird. Der Stellantrieb überträgt den ausgeregelten Weg durch Drehen der Spindel 9 als Axialweg auf den Einlaßventilsitz 13 des Druckventils 1. Der Vorratsbehälter für Luft liegt am Anschluß 17, während der geregelte Verbraucherdruck, z. B. eines Bremssylinders, am Anschluß 22 ansteht. Der Steuerkolben 18 mit seinem Ventilsitz 20 nimmt entsprechend dem Kräftegleichgewicht aus dem geregelten Druck einerseite und der Feder 21 andererseits eine vom geregelten Druck abhängige, bestimmte Stellung ein. Stimmt diese Position mit der Lage des Einlaßventilsitzes 13 überein, so hält der Doppelventilteller 14 beide Sitze in Abschluß, d.h. der Regeldruck hat seinen Soll-Wert erreicht. Bei Verstimmung des Gleichgewichtes durch Weg-oder Druckänderung wird einer der beiden Ventilsitze 13 bzw. 20 gedffnet, so daß bei zu niedrigem Regeldruck Vorratsluft zum Behälteranschluß 22 strömt oder bei zu hohem Regeldruck Luft aus dem Behälter über den Ventilsitz 20 und den hohlen Schaft 19 in die Umgebung abströmen kanne Abhängig von der Position der Spindel wird somit ein bestimmter Druck eingeregelt.
• Der Stellantrieb 2 kann als Elektromotor, Schrittmotor, Dreh- oder Hubmagnet und als Dreh- oder Tauchepulgeber ausgeführt werden. Der Wegaufnehmer 3 kann ein bekanntes Potentiometergerät, ein induktiver oder kapazitiver Weggeber sein.
• In Figur 2 ist schematisch ein Stellantrieb mit gekoppeltem Wegaufnehmer gezeigt. Der Stellantrieb 2 ist dabei als Motor mit Umkehrgetriebe ausgeführt, der über eine Spindel 9 einen Potentiometerabgriff 23 betätigt, womit an den Klemmen 24 eine der Spindel stellung entsprechende Teilspannung abgenommen werden kann. Die Klemmen 24 sind an die Leitungen 7 nach Fig. 1 und die Motorklemmen 24' an die Leitungen 8 anzuschließen.
• In Figur 3 ist der Stellantrieb 2 als Uauchapule dargestellt, wobei ein Eisenkern 25 Je nach Stärke des Magnetfeldes in der Spule 26 unterschiedlich tief in diese hineingezogen wird. Die Gegenkraft wird von einer Feder 27 geliefert. Die Stellung des Eisenkern wird über einen Stößel 28 auf den Abgriff eines Schiebepotentiometers, ähnlioh Figur 2, betragen.
• In Figur 4 ist der Stellantrieb als Hubmagnet dargestellt, der abhängig von dem Magnetfeld der Spule 29 eine mit dem Stößel 31 fest verbundene Magnetplatte 30 gegen die Kraft einer Peder von sich wegschiebt. Ein freies Ende des Stößels 31 ragt in das Innere einer Spule 32, deren Induktivität sich abhängig von der Stößelstellung verändert.
• Der elektropneumatische Signalwandler kann beispielsweise auch mit Mitteln zur Änderung der Kennlinie, also der Zuordnung von Spannung und Druck, versehen sein. Bei Anwendung zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung von Fahrzeug-Bremszylindern können diese Mittel zur Berücksichtigung der Fahrzeuglast eingesetzt werden, wie Figur 5 zeigt. Das Ende der Spindel 9 ist dabei mit dem Ende eines 34 WaagebalkenstgelenkSg verbunden, dessen Auflagepunkt 33 entsprechend einer gewünschten Kennlinie, z. B. entsprechend der Pahrzeuglast, verschoben werden kann. Das andere Ende des Waagebalkens 34 beaufschlagt einen Stößel 35, der fest mit dem Steuerglied 11 eines Druckventils gemäß Figur 1 verbunden ist. Abhängig von der Stellung der Spindel 9 und des Auflagepunktes 33 wird sich damit an Anschluß 22 des Druckventils 1 ein bestimmter Druck selbsttätig einregeln.
• Obwohl der elektropneumatische Signalwandler bevorzugt bei Bremsanlagen eingesetzt wird, ist seine Anwendung darauf nicht beschränkt, sondern er kann überall dort eingesetzt werden, wo es darauf ankommt, einen Behälterdruck auf unterschiedlichen Niveaus mit großer Genauigkeit einzuregeln.

Claims (13)

Patent ansprüche

1. Elektropneumatischer Signalwandler mit einem selbstregelnden Druckventil und einem beweglichen Steuerglied, das mit einem Stellantrieb gekoppelt ist, der elektrische Signale in entsprechende Wegverlagerungen des Steuergliedes umsetzt, dadurch g e k e n n -z e i c h ne t , daß Einrichtungen (2, 3, 4) zur Regelung der Wegverlagerungen des Steuergliedes (11) vorgesehen sind.

2. Elektropneumatischer Signalwandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Wegaufnehmer (3) fest mit dem Steuerglied (11) verbunden ist, der ein der Wegverlagerung entsprechendes elektrisches Signal einem Regler (4) zuführt und der Stellantrieb -(2) vom Regler mit dem Stellwert beaufschlagt wird.

3. Elektropneumatischer Signalwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wegaufnehmer (3) ein Potentiometer (23) ist.

4. Elektropneumatischer Signalwandler nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wegaufnehmer ein Schiebe- oder Drehpotentiometer ist.

5. Elektropneumatischer Signalwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wegaufnehmer (32) auf dem Prinzip einer Induktionsänderung arbeitet.

6. Elektropneumatischer Signalwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wegaufnehmer (3) auf dem Prinzip einer Kapazitätsänderung arbeitet.

7. Elektropneumatischer Signalwandler nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gek e n n z e i c h ne t , daß der Stellantrieb (2) ein Motor mit Umlenkgetriebe ist und das Steuerglied (11) über eine Spindel (9) mit dem Getriebe verbunden ist.

8. Elektropneumatischer Signalwandler nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h ne t , daß der Stellantrieb (2) als Tauchepulgeber (25, 26, 27) ausgeführt ist.

9. Elektropneumatischer Signalwandler nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gek e n n z e i c h n e t , daß der Stellantrieb (2) als Hubmagnet (29, 30, 31) ausgeführt ist.

10, Elektropneumatischer Signalwandler naon Anspruch 8 oder 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Steuerglied (11) über einen Stößel (9) mit dem Stellantrieb (2) verbunden ist.

11. Elektropneumatisoher Signalwandler nach einem oder mehreren der sorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das mit dem Steuerglied (11) zusammenwirkende Druckventil (1) einen federbelasteten Steuerkolben (18) aufweist, der vom ein--gesteuerten Druck beaufschlagt wird und der sich mit einem Auslaßventilsitz (20) auf einer Doppelventilplatte (14) abstützt, die, von einer Peder (15) und vom Steuerdruck entgegengesetzt beaufschlagt, sich gegen den Einlaßventilsitz (13) anlegt, der von dem Steuerglied (11) verschoben werden kann.

12. Elektropneumatischer Signalwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Regelung der Wegverlagerung des Steuergliedes (11) eine Wegilbersetzungseinrichtung mit einstellbarem Ubersetzungsfaktor aufweisen.

13. Elektropneumatischer Signalwandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (2)>und das Steuerglied (11) einander entgegenwirkend an den Enden eines Wagebalkens (34) angelenkt sind und daB der Waagebalken, wie an sich bekannt, mittels eines verschieblichen Drehlagers (33) abgestützt ist.