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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Steuerknochen nach
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dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Insbesonderc bezieht sich die
vorliegende Erfindung auf einen derartigen Steuerknochen für einen pneumatischen
Alternativverstärker, wobei ein erster Schließkörper des Steuerknochens mit einem
Einlaßsitz und ein zweiter Schließkökper des Steuerknochens mit einem Auslaßsitz
zusamlrenarbeitet. Derartigc pneumatische Al ternatiwer s tärker sind im Stand der
Technik bekannt und beispielsweise in dem Buch von Hengstenberg Messen und Regeln
in der chemischen Technik", Springer-Verlag 1964, Seiten 1139 bis 1141 anhand der
Abbildungen 97, 104 und 105 beschrieben.
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Bei einem Alternatiwerstärker tritt im Betrieb lediglich ein vernachlässigbarer
Luftverbrauch auf. Uei konstantem L;ingangsdruck ist der Eigenluftverbrauch sehr
gering. Diesem bekannten Vorteil des Alternativverstärkers steht in erster Linie
der Nachteil des Auftretens eines Umseucrehlers geyen-Uber. Der Umsteuerfehler entsteht
bei Alternativverstärkern dadurch, daß beim Umsteuern von dem einen durch ein geöffnetes
Auslaßventil gekennzeichneten Zustand in den anderen durch ein geöffnetes Einlaßventil
gekennzeichneten Zustand eine zusätzliche Kraft überwunden werden muß. Diese zusätzlich
zu überwindende Kraft entsteht durch Wirkung des Zuluftdruckes auf den Schließkörper
des Einlaßventiles und sie besitzt mindestens die Größe SZuluftdruck x Einlaßquerschnitt".
Für größere Luftleistungen, d. h. bei einem erhöhten Luftdurchsatz am Ausgang des
Verstärkers müssen auch die Durchflußquerschnitte des Einlaß- bzw. Auslaßventils
entsprechend groß dimensioniert werden.
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Dies hat zur Folge, daß auch der Umsteuerfehler, d. h. die Kraft,
die zum Abheben des den Einlaßsitz vcrschließenden Schließkörpers erforderlich ist,
entsprechend groß wird. Der Umsteuerfehler bedeutet jedoch eine Unstetigkeit in
der Durchflußkennlinie des pneumatischen Verstärkers und soll deshalb möglichst
klein gehalten werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Steuerknochen,
insbesondere für einen pneumatischen Alternativverstärker so auszubilden, daß auch
bei großem Luftdurchsatz der Umsteuerfehler möglichst gering ist. Die Lösung dieser
Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen pneumatischen Alternativverstärker im Schnitt mit dem erfindungsgemäßen
Steuerknochen und Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 mit einem geringfügig
modifizierten Steuerknochen.
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Gemäß den Figuren 1 und 2 weist ein pneumatischer Alternativverstärker
14 ein Gehäuse 15 mit vier Kammern 16, 17, 18 und 19 auf. Die oberste Kammer 16
ist an den Eingangssteuerdruck Pe angeschlossen. Dieser Eingangssteuerdruck wirkt
über eine in dem Gehäuse 15 eingespannte Membran 21 auf einen darunter befindlichen
hohlen Steuerkörper 20 ein. Die Membran 21 weist eine wirksame Membranflache F e
auf. Die unter der Membran 21 befindliche Kammer 17 wird nach unten durch eine Membran
22 abgeschlossen, die einerseits in den hohlen Steuerkörper 20 und andererseits
in das Verstärkergehäuse 15 eingespannt ist.
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Die Kammer 17 ist in die Atmosphäre entlüftet. Der Steuerkörper 20
ist T-förmig ausgebildet und weist eine zentrale Innenbohrung 23 auf, die über radial
gerichtete Bohrungen 24 mit der Kammer 17 in Verbindung steht. In die zentrale Bohrung
23 ist von unten ein flanschförmiges Einsatzstück 25 eingesetzt, das einerseits
die Membran 22 an einer Schulter des Steuerkörpern .20 einspannt und zum anderen
mit einer ringförmigen Kante einen
Außlaßsitz 26 bildet. Dieser
Auslaßsitz bildet zusammen mit einem kugelförmigen Schließkörper 3 ein Auslaßventil,
über das die Kammer 18 in die Atmosphäre entlüftet werden kann.
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In ein Innengewinde 8 des Schließköpers 3 ist von unten ein Gewindebolzen
7 eingeschraubt. Der Gewindebolzen 7 weist an seinem anderen Ende einen Schließkörper
4 mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser auf. Konzentrisch zu diesem Schließkörper
4 ist ein weiterer Schließkörper 1 angeordnet, der mit einer ringförmigen Sitzkante
im Gehäuse 15 zusammenarbeitet und ein Eingasventil bildet. Der Schließkörper 1
weist eine zentrale im Durchmesser abgesetzte Bohrung 12 auf, die mit ihrer nach
innen springenden Kante einen weiteren Einlaßsitz 2 bildet. Zusammen mit dem Schließkörper
4 bildet der Einlaßsitz 2 ein weiteres Einlaßventil. Der Schließkörper 1 stützt
sich nach unten auf dem Schließkörper 4 ab, wobei an dem Schließkörper 4 von unten
eine Feder 27 angreift und beide Schließkörper 4 und 1 bei nicht betätigtem Verstärker
an ihren Sitzkanten 2 und 13 anliegend hält. Der Schließkörper 1 zusammen mit dem
Schließkörper 3 ist bis zu einem gewissen Hub a nach unten gegenüber dem Schließkörper
1 verschiebbar. Nach Ausführung des Hubes a gelangt der Schließkörper 3 gemäß Fig.
1 mit einem Anschlag 5 an dem Schließkörper 1 zur Anlage und nimmt diesen nach unten
mit. Radial verlaufende Nuten 10 in der Stirnfläche des Anschlages 5 gestatten auch
in diesem Fall einen Luftdurchtritt durch das Einlaßventil 2, 4. Die Einlaßventile
2, 4 und 1, 13 steuern den Zutritt der Zuluft pz aus der Kammer 19 in die darüber
befindliche Kammer 18. In der Kammer 18 stellt sich der durch den Eingangsdruck
Pe gesteuerte Ausgangsdruck Pa ein.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß die Kammer 19
an den Zuluftdruck pz und die Kammer 16 an den steuernden Eingangsdruck pe angeschlossen
ist. Durch den Eingangsdurck Pe wird über die Membran 21 der hohle Steuerkörper
20 nach unten verschoben und nimmt hierbei die Schließkörper 3 und 4 nach unten
mit. Das Auslaßventil 3, 28 bleibt somit geschlossen und
das Einlaßventil
2, 4 wird hierbei geöffnet. Auf Grund der geringen Sitzfläche F52 des Einlaßventiles
3, 4 ist die dem öffnungsvorgang entgegenwirkende Kraft sehr gering, so daß der
Umsteuerfehler praktisch vernachlässigbar ist. Erst bei größeren Hüben des Steuerkörpers
20 und damit der Schließkörper 3 und ß gelangt der Schließkörper 3 mit seiner Anschlagfläche
5 an dem Schließkörper 1 zur Anlage und nimmt diesen nach unten mit. Die durch den
Zuluftdruck pz auf Grund der wirksamen Fläche F51 des Einlaßventils 1, 13 mit vergrößertem
Durchmesser zu überwindende Gegenkraft kann durch den nunmehr entsprechend angestiegenen
Eingangssteuerdruck leicht überwunden werden. Geht der Eingangssteuerdruck pe zuriick,
so kann über das Auslaßventil 3, 26 der in der Kammer 18 anstehende Ausgangsdruck
pa in die Atmosphäre entlüftet werden. Der Verstärkungsfaktor des pneumatischen
Alternativverstärkers wird durch das Verhciltnis der wirksamen Membranflächen F
und Fa vorgegeben.
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e Die in Fig. 2 dargestellte Modifikation betrifft einzig und allein
den Anschlag 6, der durch eine auf den Gewindebolzen 7 aufgeschraubte Mutter 9 vorgegeben
ist, wobei in deren Unterseite radial verlaufende Nuten 11 angeordnet sind. Diese
Anordnung besitzt den Vorteil, daß der Hub a,der ausgeführt werden kann, ohne daß
das llaupt-EinlaBventil 1, 13 öffnet, veränderlich vorgegeben werden kann. Es liegt
auf der land, daß der Hub b den der Steuerknochen insgesamt ausführen kann, größer
sein muß, als der Hub a, da andernfalls das Haupt-Einlaßventil 1, 13 nicht geöffnet
würde.
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