DE2942103C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Verstärker nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Pneumatische Verstärker der eingangs genannten Art, insbeson­ dere pneumatische Leistungsverstärker vom Typ Alternativver­ stärker sind bereits bekannt. Derartige pneumatische Verstärker weisen grundsätzlich Umsteuerfehler auf, die sich beim Übergang von der Betriebsart "Luftabgabe" in die Betriebsart "Luftauf­ nahme" ergeben und in der Luftdurchflußkennlinie in Form einer nahezu sprungförmigen Unstetigkeit zu erkennen sind, wie dies beispielsweise in VDI/VDE 2190, Blatt 2, unter Bezugnahme auf Bild 20 erläutert wird. Nachteilig bei derartigen pneumatischen Verstärkern ist somit, daß beim Übergang von der Betriebsart "Luftabgabe" in die Betriebsart "Luftaufnahme" eine beachtliche Änderung der Eingangsgröße, d. h. des Steuerdrucks, notwendig ist, um einen nur geringfügig größeren Luftdurchsatz zu er­ reichen. Der sich durch den Umsteuerfehler ergebende Nachteil ist häufig hinsichtlich der dynamischen Übertragungseigenschaf­ ten eines Gerätes nicht tragbar.

Die typische Entstehung dieses Umsteuerfehlers ist einer Aus­ bildung eines pneumatischen Kraftschalters nach der DE-PS 9 40 685 zu entnehmen. Bei dieser im wesentlichen der eingangs ge­ nannten Gattung entsprechenden Vorrichtung wirken auf eine Steuernadel einerseits eine Federkraft und eine durch Multi­ plikation von Zuluftdruck mit der Querschnittsfläche einer zur Steuerkammer weisenden Einlaßöffnung bestimmten Druckkraft sowie eine diesen beiden Kräften entgegenwirkende Druckkraft, die sich aus dem konstruktionsbedingt kleineren Abblasequer­ schnitt und den gegenüber dem Zuluftdruck zwangsläufig ge­ ringeren Druck in dem die Abblaseluft aufnehmenden Raum be­ stimmt, zusammensetzt. Daraus ergibt sich eine echte Kraft­ differenz, die den erwähnten Umsteuerfehler bewirkt. Eine analoge Anordnung ist auch in der DE-OS 21 16 197 gezeigt, bei der jedoch anstatt des Federbalgs eine Membran vorgesehen ist.

Die Größe des Umsteuerfehlers läßt sich dadurch klein gestal­ ten, daß die wirksamen Flächen der Eingangskammer möglichst groß dimensioniert werden. Diese Dimensionierung ist jedoch häufig durch eine begrenzte, maximale Baugröße limitiert. Außerdem läßt sich der Umsteuerfehler durch Verkleinerung des zuluftseitigen Einlaßventils reduzieren, was jedoch die maxi­ male Luftabgabefähigkeit begrenzt.

Ein darauf aufbauender Versuch, den Umsteuerfehler wenigstens zweistufig zu reduzieren, ist in der DE-OS 27 27 577 gezeigt. Hierzu ist das Einlaßventil in zwei unterschiedliche Einlaß­ querschnitte aufgeteilt, die bei zunehmendem Steuerdruck sequentiell freigegeben werden. Allerdings wirken dort zu anderen Zwecken angebrachte Federn im Hinblick auf eine Ver­ ringerung des Umsteuerfehlers eher ungünstig.

Schließlich besteht die Möglichkeit, zur Vermeidung des Um­ steuerfehlers als pneumatischen Verstärker einen Leistungs­ verstärker vom Typ der Drosselverstärker zu verwenden. Der Drosselverstärker hat jedoch nachteiligerweise einen höheren, ständigen Luftverbrauch und ist hinsichtlich der Betriebskosten ungünstiger.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen pneu­ matischen Verstärker der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Umsteuerfehler beseitigt oder zumindest weitgehend reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfingungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten pneumatischen Verstärker gelöst.

Vorteilhafterweise ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Vorspannkraft der auf den Dichtkörper ein­ wirkenden Feder einstellbar ist.

Der erfindungsgemäße Verstärker basiert auf dem Prinzip, daß der Anpreßdruck zwischen den Elementen, die bei Luftaufnahme mechanisch getrennt werden, durch Einfügen einer eine Vor­ spannung ausübenden Einrichtung herabgesetzt wird. Der erfin­ dungsgemäße Verstärker läßt sich vorteilhafterweise als pneu­ matischer Leistungsverstärker, als Leistungsverstärker vom Alternativtyp in Reglern, Meßumformern usw. einsetzen, d. h. auch bei Leistungsverstärkern mit mehr als einem Federbalg, die ein vom Verstärkungsverhältnis 1 : 1 unterschiedliches Ver­ stärkungsverhältnis haben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfind­ dungsgemäßen pneumatischen Verstärkers anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines Pneumatischen Verstärkers, und

Fig. 2 eine Teilschnittansicht einer abgewandelten Ausfüh­ rungsform eines pneumatischen Verstärkers.

Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt den Grundaufbau eines bekannten pneumatischen Leistungsverstärkers mit einem Verstärkungsverhältnis 1 : 1, in Verbindung mit der Erfindung.

Nach Fig. 1 weist der Verstärker ein Gehäuse (1) auf, das an seiner Oberseite mit einem Deckel (2) abgeschlossen ist.

Zwischen dem Deckel (2) und der oberen Stirnwand der Seiten des Gehäuses befindet sich eine Dichtung (3).

In den Deckel (2) ist ein Rohr (4) eingesetzt, das mit einer Kugel (5) zusammenwirkt und mit der Kugel (5) ein Abblaseventil bildet, das durch das Bezugszeichen (6) angedeutet ist.

Eine in bekannter Weise nach außen geführte Leitung (7) dient zur Zuführung eines Steuerdruckes (P _e ) in einen Federbalg (8), der an seiner Oberseite einen Dichtkörper (9), beispielsweise in Form einer Platte, trägt und an einer Stelle von der Leitung (7) in der in Fig. 1 gezeigten Weise durchsetzt wird. Am ande­ ren Ende des Federbalges (8) befindet sich ein Lagerkörper (10) in Form eines zylindrischen Elementes, dessen obere Öffnung abgeschlossen ist und das einen mittigen Lagerzapfen (11) auf­ weist, an welchem ein Ventilglied (12) befestigt ist. Der Dichtkörper (9) und der Lagerkörper (10) schließen den Feder­ balg (8) an der oberen und unteren Seite ab. Das Ventilglied (12) weist an seinem unteren Ende ein halbkugelförmiges Element (13) auf, welches sich in einem Zuluftsitz (14) befindet, an der sich in der in Fig. 1 gezeigten Weise eine Eingangskammer (15) anschließt, die mit einem Abschlußelement (16) luftdicht abgeschlossen ist. Die Eingangskammer (15) steht über eine Leitung (17) in bekannter Weise mit einer Quelle für Hilfs­ energie in Verbindung. Das Ventilglied (12) mit dem Element (13) und der Zuluftsitz (14) bilden ein Einlaßventil (18).

Die durch das Gehäuse (1) und den Deckel (2) begrenzte Kammer (19), in welcher der Federbalg (8) angeordnet ist, wird über das Einlaßventil (18) abhängig von dessen Stellung mit einem Medium gespeist, das über die Leitung (17) und Eingangskammer (15) zugeführt wird. Die Strömung dieses als Hilfsenergie dienenden Mediums hängt von der Stellung des Ventils (18) und somit von dem im Federbalg (8) erzeugten Druck (P _E ) ab. Zur Ableitung der Hilfsenergie ist im Gehäuse (1) eine Ausgangs­ öffnung (20) vorgesehen, von welcher der von der Stellung des Einlaßventils (18) abhängige Auslaßdruck in bekannter Weise weitergeführt wird.

Der vorstehend beschriebene Aufbau des Verstärkers ist als solcher bekannt. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Dichtkörper (9) und einem stationären Teil, beispielsweise dem Deckel (2) des Gehäuses (1) , eine eine Vorspannung ausübende Einrichtung in Form einer Feder vorgesehen, die mit (21) bezeichnet ist.

Grundsätzlich wird die Größe des Umsteuerfehlers durch die Kraft bestimmt, mit welcher der Dichtkörper (9) gegen die durch das Rohr (4) gebildete Ausblaseöffnung gepreßt wird. Diese Kraft wird im wesentlichen durch die Größe des Zuluftdruckes und die wirksame Fläche des Einlaßventils (18) bestimmt.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer eine Vorspannung ausübenden Einrichtung (21) wird die vom Dichtkörper (9) auf die Ausblaseöffnung ausgeübte Kraft reduziert. Im Grenzfall kann diese Kraft gleich Null sein. In entsprechender Weise reduziert sich die Größe des Umsteuerfehlers. Der restliche Teil der Anpreßkraft wird von der Einrichtung (21) auf das Ge­ häuse (1), d. h. auf den Deckel (2), übertragen. Wenn die Vor­ spannkraft der Einrichtung (21) die Anpreßkraft übersteigt, wird der Dichtkörper (9) ständig von dem Rohr (4) weggedrückt, so daß eine dauernde Öffnung des Abblaseventils (6) hervor­ gerufen wird und der ständige Luftverbrauch steigt. Die in diesem Zustand vorliegenden Verhältnisse sind denen eines Drosselverstärkers ähnlich.

Die Einrichtung (21) wird vorzugsweise durch eine Wendelfeder gebildet, deren Vorspannkraft gemäß einer weiteren Ausführungs­ variante einstellbar sein kann. Im folgenden wird unter Bezug­ nahme auf Fig. 2 eine derartige Ausführungsform beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Teilansicht eines Verstärkers mit der er­ findungsgemäßen Einrichtung (21) in Form einer Feder, wobei nur der Abschnitt im Bereich des Rohres (4) mit zugeordnetem Dicht­ körper (9) veranschaulicht ist. Nach Fig. 2 weist der Deckel (2) eine mittige Gewindeöffnung auf; in diesem Bereich ist der Deckel (2) mit einem Gewinde (22) versehen. Ein ringförmiges Glied (23) mit Außengewinde ist in das Gewinde (22) des Deckels (2) eingeschraubt und läßt sich durch Drehen höhenmäßig gegen­ über dem Deckel (2) verstellen. Durch die Höhenverstellbarkeit des ringförmigen Gliedes (23) kann damit die Vorspannung der Feder (21) auf den Dichtkörper (9) verstellt werden. Die Ver­ stellung der Vorspannung der Feder (21) läßt sich dabei unab­ hängig von einer üblicherweise vorgesehenen Nullpunkt-Justier­ schraube ausführen, die in Fig. 1 und 2 dadurch angedeutet ist, daß das Rohr (4) sich durch ein Gewinde gegenüber dem Deckel (2) bzw. dem ringförmigen Glied (23) höhenverstellen läßt.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind der Nullpunkt und der Um­ steuerfehler unabhängig voneinander justierbar. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform läßt sich damit die Größe eines noch verbleibenden Restumsteuerfehlers ohne Austausch der Feder (21) verstellen, indem das ringförmige Glied (23), an welchem die Feder (21) anliegt, höhenmäßig gegenüber dem Deckel (2) justiert wird.

Claims (2)

1. Pneumatischer Verstärker, bei dem ein wenigstens ein­ seitig mit einem Dichtkörper (9) abgeschlossener Federbalg (8) in einem Gehäuse (1) angeordnet und der Dichtkörper (9) durch einen im Federbalg (8) erzeugten Steuerdruck gegen ein Ab­ blaseventil (6) anpreßbar ist, und bei dem dem Dichtkörper (9) gegenüberliegend am anderen Ende des Federbalges (8) ein durch den Steuerdruck steuerbares Einlaßventilglied (12) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Dichtkörper (9) und dem Abblaseventil (6) eine auf den Dichtkörper (9) ein­ wirkende Feder (21) derart angeordnet ist, daß die Anpreßkraft des Dichtkörpers (9) gegen das Abblaseventil (6) verringert wird.

2. Pneumatischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft der Feder (21) einstell­ bar ist.