DE2946035C2 - Pneumatischer Leistungsverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatischen Leistungsverstärker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In pneumatischen Regelkreisen, die beispielsweise zur Temperaturregelung, zur Feuciitigkeitsregelung und dergleichen eingesetzt werden, kann dem Stellglied des Regelkreises Druckluft über eii.jn pneumatischen Druckteiler zugeführt werden, der eine feste Drossel und eine variable Drossel enthält Die zum Stellglied führende Leitung ist dabei von der Verbindung der beiden Drosseln abgezweigt Eine von einem Temperaturfühler, Feuchtigkeitsfühler und dergleichen abgeleitete sehr kleine Meßkraft bewirkt eine Verstellung der variablen Drossel in der Weise, daß der sich vor ihr aufbauende Druck das Stellglied des Regelkreises in Abhängigkeit von der Meßkraft verstellt (Siemens-Taschenbuch für Messen und Regeln in der Wärme- und Chemietechnik, 1962, Seite 211; »Einführung in die Regelungstechnik«, Prof. Dr. P. Profos, AM IV-Verlag, ETH-Zürich, 1976). Als Stellglied dient in einem pneumatischen Regelkreis üblicherweise ein pneumatischer Motor, der einen Luftinhalt von mehreren Litern haben kann. Damit bei einer Änderung der Meßkraft ein rasches Ansprechen dieses pneumatischen Motors erreicht werden kann, muß es möglich sein, diesem Motor möglichst schnell eine große Luftmenge zuzuführen und von diesem Motor eine möglichst große Luftmenge abzuführen. Eine rasche Luftabfuhr kann nur dann ermöglicht werden, wenn der Querschnitt der variablen Drossel wesentlich größer als der der festen Drossel gemacht wird. Mit einer solchen Maßnahme kann aber noch keine rasche Drucksteigerung zum pneumatischen Motor erreicht werden, da dem der relativ kleine Querschnitt der festen Drossel entgegensteht.

Zur Vermeidung dieses Nachteils sind pneumatische Leistungsverstärker verwendet worden, in denen in einem Steuerdruckkreis ein von der Meßkraft abhängiger Steuerdruck erzeugt wird, der ein Absperrorgan in einem zu dem den Verbraucher darstellenden Stellglied führenden Arbeitsdruckkreis öffnet, wenn eine Druckluftzufuhr zum Stellglied erwünscht ist, und ein vom Arbeitsdnjckkreis zur Umgebungsatmosphäre führendes weiteres Absperrorgan öffnet, wenn Druckluft aus dem Stellglied abgeleitet werden soll. Die Verwendung der beiden Absperrorgane für die Luftzufuhr und die Luftabfuhr bedingt einen komplizierten Aufbau des Leistungsverstärkers.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsverstärker der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszugestalten, daß er bei möglichst einfachem Aufbau rasche positive oder negative Druckänderungen am Verbraucher gestattet Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im •Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst Beim erfindungsgemäßen Leistungsverstärker kann die Entlüftung des Verbrauchers über das Rückschlagventil in den Steuerdruckkreis und von diesem aus über die variable Drossel zur Umgebungsatmosphäre erfolgen. Ein eigenes Absperrorgan zur Entlüftung wird daher nicht benötigt was den inneren Aufbau des Leistungsverstärkers wesentlich vereinfacht Auch mit dieser Vereinfachung eignet sich der Leistungsverstärker für den Einbau in Regelgeräten, die

schnell auf Änderungen der gemessenen Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit und dergleichen ansprechen müssen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers,

Fig.2 eine Ausschnittansicht des Leistungsverstärkers von F i g. 1 mit einer anderen Ausführungsform des Rückschlagventils zwischen dem Steuerdruckkreis und dem Arbeitsdruckkreis und

Fig.3 eine Draufsicht auf die beim Rückschlagventil von Fig. 2 verwendete Membran.

Der in F i g. 1 dargestellte Leistungsverstärker 1 weist einen Eingang 2 auf, an den eine Druckluftquelle angeschlossen ist. Vom Eingang 2 führt ein Kanal 3 zu einem Ventil 4, das durch eine von einer Feder 5 gegen einen Dichtungssitz 6 gedrückte Kugel 7 gebildet ist. Das Ventil 4 mündet in eine Druckkammer 8, die über einen Kanal 9 mit dem Ausgang 10 des Leistungsverstärkers verbunden ist An diesen Ausgang 10 kann der Verbraucher angeschlossen werden, der mit Hilfe von

so Druckluft betätigt werden soll.

Der vom Eingang 2 über den Kanal 3, das Ventil 4, die Druckkammer 8 und den Kanal 9 zum Ausgang 10 führende Weg bildet den von der Druckmittelquelle zum Verbraucher führenden Arbeitsdruckkreis.

Vom Kanal 3 ist ein weiterer Kanal 11 abgezweigt, der über eine feste Drossel 12 und einen weiteren Kanal 13 sowie über ein Rückschlagventil 14 in den zum Ausgang 10 führenden Kanal 9 mündet. Das Rückschlagventil 14 enthält eine Dichtkugel 15, die von einer

μ Feder 16 gegen einen Dichtungssitz 17 gedrückt wird.

Zwischen der festen Drossel 12 und dem Rückschlagventil 14 führt vom Kanal 13 aus ein Zweigkanai 18 zur Umgebungsatmosphäre. Die Mündung des Zwcigkanals 18 zur Umgebungsatmosphäre hin ist als Dichtungssitz

ausgebildet, gegen den eine Kugel 19 von einer Meßkraft gehalten ist, die durch den Pfeil 20 veranschauliche wird. Die Kugel 19 bildet zusammen mit dem Dichtungssitz an der Mündung des Zweigkanals 18

eine variable Drossel, die abhängig von der Größe der Meßkraft den Strömungsquerschnitt verändert, der der Ober die feste Drossel 12 in den Kanal 13 und in den Zweigkanal 18 gelangenden Druckluft beim Abströmen zur Umgebungsatmosphäre zur Verfugung steht. ■>

Vom Kanal 13 aus führt ein weiterer Zweigkanal 21 in eine Druckkammer 22, die von der Druckkammer 8 mittels einer elastischen Membran 23 hermetisch getrennt ist An dieser Membran 23 ist in der Druckkammer 6 eine Platte 24 befestigt, die einen auf die Kugel 7 des Ventils 4 einwirkenden Stift 25 trägt

Die von der öffnung des Zweigkanais 18 und der Kugel 19 gebildete variable Drossel bildet zusammen mit der festen Drossel 12 ein System, mit dessen Hilfe die Meßkraft in dem vom Kanal 13, den Zweigkanälen is 18 und 21 sowie der Druckkammer 22 gebildeten Steuerdruckkreis in einen Steuerdmck umgesetzt wird. Je größer die Meßkraft ist desto größer wird der Steuerdruck, der sich aufgrund der durch die hindurchströmende Luftmenge verursachten Druckabfälle an der festen Drossel 12 und der variablen Drossel im Stcuerdruckkreis aufbaut

Es sei bemerkt, daß anstelle der Kugel 19 gegenüber der zur Umgebungsatmosphäre mündenden Öffnung des Zweigkanals 18 auch eine Prallplatte angebracht werden könnte, die unter dem Einfluß der Meßkraft gegen die dann als Düse ausgebildete öffnung bewegt wird. Auch eine solche aus einer Prallplatte und einer Düse gebildete variable Drossel würde die Umsetzung der Meßkraft in einen Steuerdruck im Steuerdruckkreis ermöglichen.

Für die Schilderung der Wirkungsweise des in F i g. 1 dargestellten Leistungsverstärkers sei angenommen, daß die Meßkraft von einem Temperaturfühler erzeugt wird, der von einem Bimetall gebildet ist, und daß als Verbraucher an den Ausgang 10 des Leistungsverstärkers 1 ein pneumatischer Motor zur Betätigung einer Klappe angeschlossen ist Der Leistungsverstärker soll dabei in einem Temperaturregelkreis enthalten sein, und es soll bei einem Temperaturanstieg eine Erhöhung der auf die Kugel 19 einwirkenden Meßkraft eintreten, die zu einer Zuführung von Druckluft zum pneumatischen Motor führt, damit beispielsweise die Warmluftzufuhr mittels der von dem pneumatischen Motor betätigten Klappe gedrosselt wird.

Wenn im umgekehrten Fall der Temperaturfühler ein Absinken de/ Temperatur anzeigt, soil der pneumatische Motor entlüftet werden, damit er die Warmluftklappe weiter öffnet

Im einzelnen arbeitet der in F i g. I dargestellte Leistungsverstärker 1 folgendermaßen:

A) Luftzufuhr zum pneumatischen Motor

Es sei angenommen, daß der Temperaturfühler, der die Meßkraft erzeugt, eine Temperaturerhöhung feststellt, die sich dementsprechend durch eine vergrößerte Meßkraft äußert. Die dem Eingang 2 zugeführte Druckluft gelangt über den Kanal 11 und die feste Drossel 12 in den Steuerdruckkreis, aus dem sie über den Zweigkanal 18 entlang dem Umfang der Kugel 19 zur Umgebungsatmosphäre abströmt. Im Steuerdruckkreis stellt sich dabei ein solcher Druck ein, daß sich ein Gleichgewicht mit der auf die Kugel einwirkenden Meßkraft ergibt. Der Steuerdruck im Steuerdruckkreis wirkt in der Druckkammer 22 gegen die Membran 23. tn Da der Steuerdruck aufgrund der angenommenen Temperaturerhöhung urd der daraus resultierenden Vergrößerung der Mefl'raft höher als der in der Druckkammer 8 herrschende Druck ist, der gleich dem Druck im pneumatischen Motor ist, erfolgt eine Verschiebung der Membran 23 in der Darstellung von F i g. t nach unten. Diese Verschiebung hat zur Folge, daß mittels des an der Platte 24 angebrachten Stifts 25 das Ventil 4 geöffnet wird. Die dem Eingang 2 zugefülirte Druckluft kann nunmehr ungehindert zum pneumatischen Motor strömen und die gewünschte Verstellung des davon betätigten Schiebers bewirken. Mit der Druckluftzufuhr zum pneumatischen Motor steigt aber auch der Druck in der Druckkammer 8 und im Kanal 9 an, bis er schließlich gleich dem Steuerdruck in der Druckkammer 22 ist Bei Druckgleichheit zu beiden Seiten der Membran 23 schließt sich das Ventil 4 unter Einwirkung der Feder 5 wieder, so daß die Druckluftzufuhr zum pneumatischen Motor aufhört

B) Beharrungszustand

Im Beharrungszustand besteht ein Gleichgewicht zwischen der auf die Kugel 19 einwirkenden Meßkraft und dem Steuerdruck im Steuerdn.vi.kreis, und der Druck in der Druckkammer 8, der gleich dem Druck im pneumatischen Motor ist ist gleich dem Steuerdruck. Das Ventil 4 ist geschlossen, so daß keine Druckluftzufuhr zum pneumatischen Motor erfolgt und demzuiolge der Druck in der Druckkammer 8 konstant bleibt Dagegen findet eine ständige Druckluftströmung über die feste Drossel 12, über den Zweigkanal 18 und über die variable Drossel zur Umgebungsatmosphäre statt

C) Entlüftung des pneumatischen Motors

Wenn der Temperaturfühler eine sinkende Temperatur feststellt und dementsprechend eine Verringerung der auf die Kugel 19 einwirkenden Meßkraft bewirkt kann mehr Luft längs des Kugelumfangs zur Umgebungsatmosphäre aus dem Steuerdruckkreis ausströmen, so daß der Steuerdruck absinkt Da nun der Druck in der Druckkammer 8 und im Kanal 9 größer als der Steuerdruck ist, öffnet sich das Rückschlagventil 14, so daß die Druckluft aus dem pneumatischen Motor über dieses Rückschlagventil, den Kanal 13 und den Zwe^:3kanal 18 zur Umgebungsatmosphäre ausströmen kann. Das Rückschlagventil 14 bleibt dabei so lange offen, bis der Steuerdmck gleich dem Druck im Kanal 9, also gleich dem Druck im pneumatischen Motor ist. Sobald der Druck im Kanal 9 kleiner als der Steuerdruck wird, schließt sich das Rückschlagventil 14, worauf wieder der geschilderte Beharrungszustand eintritt.

Nach F i g. 2 kann das Rückschlagventil 14 auch unter Verwendung der Membran 23 gebildet werden. Wie in F i g. 2 und in der Draufsicht von F i g. 3 zu erkennen ist, ist bei dieser Ausführungsform der vom Kanal 13 des Steuerdruckkreises in den Kanal 9 führende Kanalabsclmitt 2? von einem Dichtwulst 28 umgeben, über den sich die Membran 23 spannt. Außerhalb de? Dichtwiilstes sind in der Membran zwei bogenförmige Schlitze 29 angebracht, die einen Luftdurchtritt gestatten, sobald sich die Membran aufgrund eines Druckunterschiedes vom Dichtwulst 28 rbhebt.

Der beschriebene Leistungsverstärker 1 gestattet also bei einfachem Aufbau sowohl eine rasche Steigerung des einem Verbraucher zugeführten Drukkes als auch eine rasche Entlüftung des Verbrauchers, so daß er gut für den Einbau in Regelsysteme geeignet ist, die schnell auf sich ändernde Meßparameter ansprechen, und die auch bei kleinen Lecks im Ausgang einwandfrei funktionieren müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Pneumatischer Leistungsverstärker mit einem Arbeitsdruckkreis zur Zuführung von Druckluft zu einem Verbraucher über ein Absperrorgan und einem vom Arbeitsdruckkreis über eine feste Drossel abgezweigten, mit der Umgebungsatmosphäre über eine variable Drossel verbundenen Steuerdruckkreis zur Steuerung des Absperrorgans in Abhängigkeit von einer auf die variable Drossel einwirkenden Meßkraft, gekennzeichnet durch ein in Richtung auf den Arbeitsdruckkreis vorbelastetes Rückschlagventil (14) zwischen dem Steuerdruckkreis und der Verbraucherseite des Arbeitsdruckkreises.

2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (14) eine von einer Feder (16) gegen einen Dichtungssitz (17) gehaltene Dichtkugel (IS) enthält.

3. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil aus einer Membran (23) besteht, in der Schlitze (2S) angebracht sind, die eine Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitsdruckkreis und dem Steuerdruckkreis freigeben, wenn der Arbeitsdruck größer als der Steuerdruck ist