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Druckregler
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler für Druckluftbeschaffungsanlagen
von insbesondere Kraftfahrzeugen, mit einem einen Eingangs- und Ausgangsanschluß
aufweisenden Gehäuse, in dem ein Durchtrittsraum für die herangeführte Druckluft
vorgesehen ist, der über ein gesteuertes Auslaßventil in dessen Offenstellung mit
der Atmosphäre verbindbar ist, und mit einem den Durchtrittsraum nachgeschalteten
Rückschlagventil sowie einer Einrichtung zum abwechselnden öffnen und Schließen
des Auslaßventils. Druckregler sind bekannt. Sie dienen dazu, innerhalb einer Druckluftbeschaffungsanlage
die Druckluft von einem kontinuierlich betriebenen Förderer, beispielsweise Kompressor,
in einen Druckluftvorratsbehälter zu leiten bzw. in die Atmosphäre abströmen zu
lassen. Innerhalb einer gewissen Schaltspanne sorgt ein Druckregler somit dafür,
daß in dem Druckluftvorratsbehälter ein gewisser Mindestdruck der Druckluft aufrechterhalten
und ein Höchstdruck nicht überschritten wird.
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Die DE-PS 27 26 494 zeigt einen Druckregler mit den im Oberbegriff
des Anspruches 1 aufgeführten Merkmalen. An den Durchtrittsraum schließt ein Auslaßventil
an, dessen Ventilkörper mit einem Schaltkolben verbunden ist, der in einem Schaltraum
abwechselnd mit Druckluft belastet bzw. an die Atmosphäre angeschlossen wird. Die
Einrichtung zum abwechselnden öffnen und Schließen des Auslaßventils besteht dabei
aus einer gehäusegelagerten Membran, die auf der vom Druck abgewandten Seite von
der Kraft einer einstellbaren Feder beaufschlagt ist. Die Membran arbeitet mit einer
Ventileinrichtung zusammen, die die behälterseitig anstehende Druckluft beim Erreichen
der oberen Schaltschwelle
in den Schaltraum weiterleitet, bei Unterschreiten
der unteren Schaltschwelle dagegen den Schaltraum entlüftet.
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Der bekannte Druckregler ist rein mechanisch aufgebaut und besitzt
eine ganze Reihe von reibungsbehafteten Teilen, was sich auf die Schaltgenauigkeit
auswirkt.
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Weiterhin ist der Herstellungaufwand entsprechend groß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfacher aufgebauten
Druckregler zu schaffen, dessen Schaltspanne leicht auch auf verschiedene Werte
einstellbar ist und beim Arbeiten des Druckreglers verläßlich eingehalten wird.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Auslaßventil eine
im Gehäuse eingespannt gelagerte und den Durchtrittsraum von einem Schaltraum abteilende
Membran aufweist, daß im Durchtrittsraum ein im Durchmesser kleiner als der Durchmesser
der Membran ausgebildeter Auslaßsitz vorgesehen ist, daß der Durchtrittsraum mit
dem Schaltraum über eine Leitung verbunden ist und daß die Einrichtung zum abwechselnden
Öffnen und Schließen des Auslaßventils ein in der Leitung zwischen Durchtrittsraum
und Schaltraum angeordnetes Magnetventil und einen Druck/Spannungswandler aufweist.
Durch die Verwendung einer Membran wird die Konstruktion erheblich vereinfacht,
weil diese Membran sowohl die Funktion eines Schaltkolbens wie auch die Funktion
des Ventilkörpers des Auslaßventils erfüllen kann.
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Es ist dann nur noch ein Auslaßsitz erforderlich, um zusammen mit
der Membran das Auslaßventil zu bilden. Eine solche Membran bietet weiterhin die
Möglichkeit, durch entsprechende Abstimmung ihres Durchmessers relativ zu dem Durchmesser
des Auslaßsitzes die an den verschiedenen Flächen der Membran wirkenden Druck-kräfte
für das öffnen und Schließen des Auslaßventils auszunutzen.
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Es bereitet keine Schwierigkeiten, den Auslaßsitz entsprechend groß
zu dimensionieren, um eine gute Entwässerung in der Leerlaufphase zu bekommen. Durch
die verwendung von elektrischen Bauteilen wird die gesamte Konstruktion des Druckreglers
sehr viel einfacher. Dabei kann man auf bekannte Bauteile zurückgreifen. Damit ergibt
sich gleichzeitig die Möglichkeit, die Schaltspanne des Druckreglers in sehr einfacher
Weise einstellbar zu gestalten.
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Diese Schaltspanne wird beim Arbeiten des Druckreglers auch genau
eingehalten.
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In den meisten Fällen genugt es, wenn der Auslaßsitz gehäuseseitig,
also ortsfest, realisiert wird. Es ist aber auch möglich, den Auslaßsitz an einem
verschiebbar im Gehäuse gelagerten Kolbenkörper vorzusehen, der gehäuseseitig auf
einer Sicherheitsfeder abgestützt ist und dem Durchtrittsraum zugekehrt eine Wirkfläche
aufweist. Auf diese Art und Weise wird damit gleichzeitig ein Sicherheitsventil
gebildet, welches bei Uberschreiten eines Sicherheitsdruckes öffnet. Die Höhe dieses
Öffnungs- bzw.
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Sicherheitsdruckes wird durch die Größe der Wirkfläche und die Kraft
der Sicherheitsfeder festgelegt.
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Für ein besseres Arbeiten der Membran können im purchtrittsraum Auflagerippen
für die Membran vorgesehen sein, die dem Auslaßsitz zugeordnet sind, also vom Einspannrand
der Membran nach innen vorstehen, so daß sie das Arbeiten des Kolbenkörpers als
Sicherheitsventil unterstützen.
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Zwischen dem Druck Spanungswandler und dem Magnetventil kann eine
elektronische Steuer- und Einstelleinrichtung eingeschaltet sein, die die Signale
des Druck/Spannungswandlers überwacht und derart verarbeitet, daß mit Hilfe des
Magnetventils das abwechselnde Umschalten der Leerlaufphase und der
Lastlaufphase
erreicht wird.
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Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele weiter verdeutlicht
und beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung des Druckreglers
in einer ersten Ausführungsform, Figur 2 eine schematische Darstellung des Druckreglers
mit zusätzlichem Sicherheitsventil.
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Der Druckregler weist ein Gehäuse 1 auf, in dem ein Eingangsanschluß
2 und ein Ausgangsanschluß 3 vorgesehen sind. Der Eingangsanschluß 2 ist üblicherweise
mit einem Kompressor verbunden, während vom Ausgangsanschluß 3 eine Leitung zu einem
Druckluftvorratsbehälter führt.
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Der Eingangsanschluß 2 geht in einen Durchtrittsraum 4 über, der andererseits
von einem Rückschlagventil 5 in der eingezeichneten Stellung abgeschlossen ist.
Das Rückschlagventil gestattet das Durchströmen von Druckluft aus dem Durchtrittsraum
4 in den Ausgangsanschluß 3, verhindert dagegen eine umgekehrte Flußrichtung. Über
eine Leitung 6 ist der Ausgangsanschluß 3 und damit der Druckluftvorratsbehälter
an einen Druckspannungswandler 7 angeschlossen, der je nach dem herrschenden Druck
ein entsprechendes Spannungssignal abgibt.
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Der Durchtrittsraum 4 wird im Gehäuse 1 durch eine Membran 8 abgeschlossen,
deren Rand dichtend eingespannt ist und die sich in ihrem Mittelbereich bewegen
kann. Auf der Seite des Durchtrittsraumes 4 ist der Membran 8 ein Auslaßsitz 9
zugeordnet,
der hier als gehäuseseitig vorspringender Rand vorgesehen ist. Wesentlich ist, daß
der Durchmesser des Auslaßsitzes 9 kleiner ist als der Wirkdurchmesser der Membran
8. Deruslaßsitz 9 ist hohl gestaltet, so daß sich ein in die Atmosphäre führender
Kanal 10 ergibt. Oberhalb der Membran 8 ist ein Schaltraum 11 vorgesehen, der also
von dem Durchtrittsraum 4 durch die Membran 8 getrennt ist. Andererseits ist der
Eingangsanschluß 2 und damit der Durchtrittsraum 4 mit dem Schaltraum 11 über eine
Leitung 12 verbunden, wobei in dieser Leitung 12 ein Magnetventil 13 angeordnet
ist, welches in der dargestellten stromlosen Stellung eine in die Atmosphäre führende
Entlüftungsleitung 14 absperrt und die beiden Teile der Leitung 12 miteinander verbindet.
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Wird das Magnetventil 13 mit Strom beaufschlagt, dann nimmt es eine
andere Siebung ein, d. h. die Leitung 12, die vom Eingangsanschluß 2 herangeführt
ist, wird abgesperrt und der Schaltraum 11 wird entlüftet. Es ist ersichtlich, daß
auf diese Art und Weise die an der Membran 8 einwirkenden Kräfte für die Schaltung
der Schaltspanne des Druckreglers ausgenutzt werden. In der dargestellten Lastlaufphase
herrscht im Schaltraum 11 gleicher Druck wie im Durchtrittsraum 4, so daß die Membran
8 auf ihrer Kreisringfläche beidseitig in gleicher Weise mit Druck belastet ist.
Auf der Vom Auslaßsitz 9 jedoch eingeschlossenen Kreisfläche wirkt auf der einen
Seite der Förderdruck des Kompressors und auf der anderen Seite atmosphärischer
Druck, so daß das Auslaßventil 8, 9 verläßlich geschlossen gehalten ist, Wird umgekehrt
der Schaltraum 11 in der Leerlaufphase entlüftet, dann wird die Kreisfläche der
Membran 8 innerhalb des Auslaßsitzes 9 auf beiden Seiten von dm atmosphärischen
Druck beaufschlagt, während die Kreisringfläche außerhalb des Auslaßsitzes 9 auf
der Unterseite vom Druck im Durchtrittsraum 4 belastet ist, auf der Oberseite jedoch
nur vom atmosphärischen Druck. Demzufolge
Wird das Auslaßventil
8, 9 öffnen, weil sich die Membran 8 nach oben in Richtung auf den Schaltraum 11
durchbiegen kann. Damit findet eine Entlüftung des Durchtrittsraumes 4 statt und
der Kompressor fördert in die Atmosphäre.
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Außer dem Druckspannungswandler 7 und dem Magnetventil 13 gehören
noch eine Reihe weiterer Teile zu einer Einrichtung 15 zum abwechselnden Öffnen
und Schließen des Auslaßventils 8, 9: Mit Hilfe eines Potentiometers 16 und zwei
Widerständen 17 und 18 ist es möglich, von zwei stromführenden Leitungen 19 und
20 eine Spannung abzunehmen und einen bestimmten Spannungswert in einer Leitung
21 einzustellen. Dies möge ein solcher Spannungswert sein, der der unteren Schaltgrenze
des Druckreglers zugeordnet ist, bei dessen Unterschreiten also der Druckregler
von der Leerlaufphase in die Lastlaufphase umschalten soll. In gleicher Weise wird
über ein Potentiometer 22 und zwei Widerstände 23 und 24 in einer Leitung 25 ein
Spannungswert eingestellt, der der oberen Druckschwelle des Druckreglers zugeordnet
sein möge, so daß damit die Schaltspanne des Druckreglers festgelegt ist. Über eine
Leitung 26 wird das Spannungssignal des Druck/Spannungswandlers 7 zwei Vergleichseinrichtungen
27 und 28 zugeführt.
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Die Vergleichseinrichtungen 27 und 28 bilden die Differenz der eingangsseitig
anliegenden Spannungen. Die Vergleichseinrichtung 28 besitzt einen negierenden Ausgang
29, so daß sie dann nur ein Spannungssignal a-bgibt, wenn die beiden eingangsseitig
anstehenden Spannungen gleich sind. Den beiden Vergleichseinrichtungen 27 und 28
ist ein Schalter 30 nachgeschaltet, der so ausgebildet ist, daß die jeweils eingeschaltete
Schaltstellung bestehen bleibt, bis der jeweils andere Schaltimpuls auftritt und
den Schalter dann in die jeweils andere Stellung zurückschaltet. Eine Leitung 31
führt über einen Verstärker 32 zu dem Magnetventil 13.
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Der Druckregler arbeitet wie folgt: Beim Auffüllen des Druckluftvorratsbehälters
gibt der Druck/Spannungswandler 7 ein Spannungssignal ab, welches jedoch noch vergleichsweise
niedriger ist als die beiden an den Potentiometern 16 und 22 eingestellten Spannungssignale.
Auf diese Art und Weise entsteht an der Vergleichseinrichtung 28 eine Differenz,
so daß über den negierenden Ausgang 29 kein Signal ausgesteuert wird,. Der Schalter
30 bleibt somit stromlos und auch in der Leitung 31 fließt kein Strom, so daß das
Magnetventil 13 ebenfalls stromlos bleibt und in der dargestellten Stellung die
Entlüftungsleitung 14 abschließt, während die Verbindungsleitung 12 freien Durchgang
hat, so daß im Durchtrittsraum 4 und im Schaltraum 11 gleicher Druch herrschen.
Demzufolge ist das A,uslßventil 8,9 geschlossen und die Lastlaufphase bleibt eingeschaltet,
Druckluft wird somit in den Druckluftvorratsbehälter gefördert und dort ergibt sich
ein steigender Druck, bis schließlich das von dem Druck/Spannungswandler 7 angegebene
Spannungssignal den eingestellten oberen Grenzwert an dem Potentiometer 22 erreicht,
Somit ergibt sich an der Ve gleickseinrichtung 28 durch. Differenzbildung der Wert
0, so daß über den negierenden Ausgang 29 ein StromiRpul,s auf den Schalter 30 gegeben
wird, der somit umschaltet und über die Leitung 31 und den Verstärker 32 das Magnetventil
13 ansteuert. Das Magnetventil 13 schließt die vom Eingangsanschluß 2 herangefhrte
Leitung 12 ab und verbindet den Schaltraum 11 mit der Entlüftungsleitung 14, so
daß der Sohaltraum 11 entlüftet wird, Damit hat die an der Kreisringfläche unterhalb
der Membran 8 stehende Druckluft die Möglichkeit, die Membran 8 nach oben in den
Schaltraum 11 hinein aufzuwölben, so daß das Auslaßventil 8,9 geöffnet wir;. Die
Leerlaufphase wird erreicht. Das Rückschlgventil E sichert den im Drucluftvorratsbehalter
erreichten Druck.
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Diese Leerlaufphase bleibt nun solange eingeschaltet, bis durch entsprechenden
Druckluftverbrauch im Druckluftvorratsbehälter die untere Einschaltschwelle erreicht
wird.
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Dann schaltet der Schalter 30 um, wodurch das Magnetventil 13 wieder
stromlos wird. Die Leerlaufphase ist beendet und die Umschaltung in die Lastlaufphase
ist bewirkt, wobei auch das Auslaßventil 8, 9 wieder schließt. Damit ist ein Schaltzyklus
beschrieben.
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Die Ausführungsform des Druckreglers gemäß 2 ist ganz ähnlich wie
die Ausführungsform gemäß Figur 1. Lediglich der Auslaßsitz 9 ist hier nicht ortsfest
am Gehäuse 1, sondern mit Hilfe eines KOlbenkörpers 33 verwirklicht, der mit Hilfe
einer Dichtung 34 verschiebbar im Gehäuse gelagert und auf einer Sicherheitsfeder
35 abgestützt ist, Der Kolbenkörper 33 besitzt eine Wirkfläche 36, die vom Druck
im Durchtrittsraum 4 belastet ist, so daß damit auf den Kolbenkörper 33 ein*5ruckabhängige
Kraft einwirkt, Der Kolbenkörper 33 wirkt damit gleichzeitig als Sicherheitsventil,
Wird der eingestellte Druck überschritten, dann bewegt sich der Kolbenkörper 33
entgegen der Kraft der Sjcherheitsfeder 35 nach unten, so daß das Auslaßventil 8,
9 geöffnet wird.
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Druckluft wird somit über das Slcherheitsventil in die AtmQsphäre
abgegeben. Auflagerippen 37 stützen dabei die Membran 8 ab.
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Bezu~gszeichenliste: 1 = Gehäuse 2 = Eingangsanschluß 3 = Ausgangsanschluß
4 = Durchtrittsraum 5 = Rückschlagventil 6 = Leitung 7 = Druck/Spannungswandler
8 = Membran 9 = Auslaßsitz 10 = Kanal 11 = Schaltraum 12 = Leitung 13 = Magnetventil
14 = Entlüftungsleitung 15 = Einrichtung 16 = Potentiometer 17 = Widerstand 18 =
Widerstand 19 = Leitung 20 = Leitung 21 = Leitung 22 = Potentiometer 23 = Widerstand
24 = Widerstand 25 = Leitung 26 = Leitung 27 = Vergleichseinrichtung 28 = Vergleichseinrichtung
29 = negierend Ausgang 30'= Schalter
31 = Leitung 32 = Verstärker
33 = Kolbenkörper 34 = Dichtung 35 = Sicherheitsfeder 36 = Wirkfläche 37 = Auflagerippe
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