DE3506178C2 - Druckregler mit einer Schaltspanne zwischen einem oberen und einem unteren Druckwert, für Druckluftbeschaffungsanlagen von insbesondere Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler mit einer Schaltspanne zwischen einem oberen und einem unteren Druckwert für Druckluftbeschaffungsanlagen von insbesondere Kraft­ fahrzeugen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Solche Druckregler sind bekannt. Sie dienen dazu, innerhalb einer Druckluftbeschaffungsanlage die Druckluft von einem kontinuierlich betriebenen Förderer, beispiels­ weise Kompressor, in einen Druckluftvorratsbehälter zu leiten bzw. in die Atmosphäre abströmen zu lassen. Inner­ halb einer gewissen Schaltspanne sorgt ein Druckregler somit dafür, daß in dem Druckluftvorratsbehälter ein ge­ wisser Mindestdruck der Druckluft aufrechterhalten und ein Höchstdruck nicht überschritten wird.

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 einstell­ baren 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. Der bekannte Druckregler ist rein mechanisch aufgebaut und besitzt eine ganze Reihe von reibungsbehafteten Teilen, was sich auf die Schaltgenauigkeit auswirkt. Weiterhin ist der Herstellungsaufwand entsprechend groß.

Aus der DE-OS 30 16 417 ist eine Gasströmungssteuerein­ richtung bekannt, bei der in einem speziellen Ausführungsbeispiel zwischen eine Gasquelle und einen Verbraucher ein Gehäuse mit einem Durchtrittsraum eingeschaltet ist. Am Eingang zu dem Durchtrittsraum befindet sich ein Magnetventil, welches in der einen Stellung den Durchtritt gestattet und in der anderen Stellung absperrt. Das Gehäuse besitzt einen Auslaßsitz, an welchem eine gehäuseseitig eingespannte Membran aufliegt, die mit dem Auslaßsitz ein Auslaßventil bildet. Zwischen dem Durchtrittsraum und einem oberhalb der Membran gebildeten Schaltraum ist eine Verbindungsleitung vorgesehen, in der eine Drossel angeordnet ist. Von der Verbindungsleitung zweigt eine Leitung ab, die über ein weiteres Magnetventil abgesperrt bzw. freigegeben werden kann. Das Auslaßventil wird hier durch den Auslaßsitz hindurch angesteuert, während der Ringraum mit der Atmosphäre verbunden ist.

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.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht.

Durch die Verwendung einer Membran wird die Konstruktion erheblich vereinfacht, weil diese Membran sowohl die Funktion eines Schaltkolbens wie auch die Funk­ tion des Ventilkörpers des Auslaßventils erfüllen kann. Es ist dann nur noch ein Auslaßsitz erforderlich, um zu­ sammen 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 Druckkräfte für das Öffnen und Schließen des Auslaßventils auszunutzen.

Es bereitet keine Schwierigkeiten, den Auslaßsitz ent­ sprechend groß zu dimensionieren, um eine gute Entwässe­ rung in der Leerlaufphase zu bekommen. Durch die Verwen­ dung von elektrischen Bauteilen wird die gesamte Konstruk­ tion des Druckreglers sehr viel einfacher. Dabei kann man auf bekannte Bauteile zurückgreifen. Damit ergibt sich gleichzeitig die Möglichkeit, die Schaltspanne des Druck­ reglers in sehr einfacher Weise einstellbar zu gestalten. Diese Schaltspanne wird beim Arbeiten des Druckreglers auch genau eingehalten.

In den meisten Fällen genügt es, wenn der Auslaßsitz ge­ häuseseitig, also ortsfest, realisiert wird. Es ist aber auch möglich, den Auslaßsitz an einem verschiebbar im Gehäuse gelagerten Kolbenkörper vorzusehen, der gehäuse­ seitig 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 Überschreiten eines Sicherheitsdruckes öffnet. Die Höhe dieses Öffnungs- bzw. Sicherheitsdruckes wird durch die Größe der Wirkfläche und die Kraft der Sicherheitsfeder festgelegt.

Für ein besseres Arbeiten der Membran können im Durchtritts­ raum Auflagerippen für die Membran vorgesehen sein, die dem Auslaßsitz zugeordnet sind, also vom Einspannrand der Mem­ bran nach innen vorstehen, so daß sie das Arbeiten des Kolbenkörpers als Sicherheitsventil unterstützen.

Zwischen dem Druck/Spannungswandler und dem Magnetventil ist eine elektronische Steuer- und Einstelleinrichtung ein­ geschaltet, die die Signale des Druck/Spannungswandlers überwacht und derart verarbeitet, daß mit Hilfe des Magnet­ ventils das abwechselnde Umschalten der Leerlaufphase und der Lastlaufphase erreicht wird.

Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele weiter verdeutlicht und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Druckreglers in einer ersten Ausfüh­ rungsform,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Druckreglers mit zusätzlichem Sicher­ heitsventil.

Der Druckregler weist ein Gehäuse 1 auf, in dem ein Eingangs­ anschluß 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.

Der Eingangsanschluß 2 geht in einen Durchtrittsraum 4 über, der andererseits von einem Rückschlagventil 5 in der einge­ zeichneten Stellung abgeschlossen ist. Das Rückschlagventil gestattet das Durchströmen von Druckluft aus dem Durchtritts­ raum 4 in den Ausgangsanschluß 3, verhindert dagegen eine umgekehrte Flußrichtung. Über eine Leitung 6 ist der Ausgangs­ anschluß 3 und damit der Druckluftvorratsbehälter an einen Druck/Spannungswandler 7 angeschlossen, der je nach dem herr­ schenden Druck ein entsprechendes Spannungssignal abgibt.

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 Aus­ laßsitzes 9 kleiner ist als der Wirkdurchmesser der Membran 8. Der Auslaßsitz 9 ist hohl gestaltet, so daß sich ein in die Atmosphäre führender Kanal 10 ergibt. Oberhalb der Mem­ bran 8 ist ein Schaltraum 11 vorgesehen, der also von dem Durchtrittsraum 4 durch die Membran 8 getrennt ist. Anderer­ seits ist der Eingangsanschluß 2 und damit der Durchtritts­ raum 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 fahrende Entlüftungsleitung 14 absperrt und die beiden Teile der Leitung 12 miteinander verbindet. Wird das Magnetventil 13 mit Strom beaufschlagt, dann nimmt es eine andere Stellung 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 Auslaß­ sitz 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 dem 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. Dem­ zufolge 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 Durch­ trittsraumes 4 statt und der Kompressor fördert in die Atmosphäre.

Außer dem Druck/Spannungswandler 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 Span­ nungswert 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 Potentio­ meter 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/Spannungs­ wandlers 7 zwei Vergleichseinrichtungen 27 und 28 zugeführt. Die Vergleichseinrichtungen 27 und 28 bilden die Differenz der eingangsseitig anliegenden Spannungen. Die Vergleichsein­ richtung 28 besitzt einen negierenden Ausgang 29, so daß sie dann nur ein Spannungssignal abgibt, 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 ein­ geschaltete 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.

Der Druckregler arbeitet wie folgt: Beim Auffüllen des Druckluftvorratsbehälters gibt der Druck/Spannungswandler 7 ein Spannungssignal ab, welches jedoch noch vergleichs­ weise 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 Durch­ gang hat, so daß im Durchtrittsraum 4 und im Schaltraum 11 gleicher Druck herrschen. Demzufolge ist das Auslaßventil 8, 9 geschlossen und die Lastlaufphase bleibt eingeschaltet, Druckluft wird somit in den Druckluftvorratsbehälter ge­ fördert 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 Ver­ gleichseinrichtung 28 durch Differenzbildung der Wert 0, so daß über den negierenden Ausgang 29 ein Stromimpuls 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 Eingangs­ anschluß 2 herangeführte Leitung 12 ab und verbindet den Schaltraum 11 mit der Entlüftungsleitung 14, so daß der Schaltraum 11 entlüftet wird. Damit hat die an der Kreis­ ringfläche 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 wird. Die Leerlaufphase wird erreicht. Das Rückschlagventil 5 sichert den im Druckluftvorratsbehälter erreichten Druck.

Diese Leerlaufphase bleibt nun solange eingeschaltet, bis durch entsprechenden Druckluftverbrauch im Druckluft­ vorratsbehälter die untere Einschaltschwelle erreicht wird. 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.

Die Ausführungsform des Druckreglers gemäß 2 ist ganz ähn­ lich wie die Ausführungsform gemäß Fig. 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 eine druckabhängige Kraft einwirkt. Der Kolben­ körper 33 wirkt damit gleichzeitig als Sicherheitsventil. Wird der eingestellte Druck überschritten, dann bewegt sich der Kolbenkörper 33 entgegen der Kraft der Sicherheitsfeder 35 nach unten, so daß das Auslaßventil 8, 9 geöffnet wird. Druckluft wird somit über das Sicherheitsventil in die Atmos­ phäre abgegeben. Auflagerippen 37 stützen dabei die Membran 8 ab.

Claims (5)

1. Druckregler mit einer Schaltspanne zwischen einem oberen und einem unteren Druckwert, für Druckluftbeschaffungs­ anlagen von insbesondere Kraftfahrzeugen, mit einem einen Eingangs- und Ausgangsanschluß aufweisenden Gehäuse, in dem ein den Eingangs- und den Ausgangsanschluß verbindender Durchtrittsraum für die herangeführte Druckluft vorgesehen ist, mit einem dem Durchtrittsraum nachgeschalteten Rück­ schlagventil, wobei der Durchtrittsraum über ein mittels Druckluft in einem Schaltraum gesteuertes Auslaßventil in dessen Offenstellung mit der Atmosphäre verbindbar ist, sowie mit einer Einrichtung zum Steuern des Druckes im Schaltraum und damit zum Öffnen des Auslaßventils bei Erreichen des oberen und Schließen des Auslaßventils bei Erreichen des unteren Druckwertes, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (8, 9) als Ventilkörper eine Membran (8) aufweist, der ein gehäusefester oder ein verschiebbarer Auslaßsitz (9) zugeordnet ist, daß die Membran den Durch­ trittsraum (4) von dem Schaltraum (11) abteilt, daß der Auslaßsitz (9) im Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Membran (8) ausgebildet ist, daß der Durchtrittsraum (4) mit dem Schaltraum (11) über eine Leitung (12) ver­ bindbar ist, daß in der Leitung (12) ein Magnetventil (13) angeordnet ist, welches in einer ersten stromlosen Stellung eine vom Schaltraum (11) in die Atmosphäre führende Entlüf­ tungsleitung (14) absperrt und gleichzeitig den Durchgang durch die Leitung (12) freigibt, daß das Magnetventil (13) in einer zweiten Stellung den Durchgang durch die Entlüf­ tungsleitung (14) freigibt und gleichzeitig die Leitung (12) absperrt, und daß die Einrichtung (15) zum Steuern des Drucks im Schaltraum außer dem Magnetventil (13) einen Druck/Spannungswandler (7), der den Druck nach dem Rück­ schlagventil mißt, sowie eine elektronische Steuer- und Einstelleinrichtung aufweist, die zwischen dem Druck/Span­ nungswandler (7) und dem Magnetventil (13) eingeschaltet ist und bei Erreichen des oberen oder unteren Druckwertes das Magnetventil und damit das Auslaßventil umsteuert.

2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuer- und Einstelleinrichtung zur Ein­ stellung von zwei Spannungswerten entsprechend dem oberen und unteren Druckwert ausgebildet ist und daß sie zwei Vergleichseinrichtungen (27, 28) aufweist für den Vergleich des von dem Druck/Spannungswandler (7) gelieferten Spannungswertes mit den den Druckwerten entsprechenden Spannungswerten.

3. Druckregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den Vergleichseinrichtungen (27, 28) und dem Magnetventil (13) ein Schalter (30) vorgesehen ist, der das Magnetventil (13) in Abhängigkeit vom Erreichen des oberen oder unteren Druckwertes umsteuert.

4. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Auslaßsitz (9) an einem verschiebbar im Gehäuse gelagerten Kolbenkörper (33) vorgesehen ist, der gehäuseseitig auf einer Sicherheitsfeder (35) abgestützt ist und dem Durchtrittsraum (4) zugekehrt eine vom Druck im Durchtrittsraum beaufschlagte Wirkfläche (36) aufweist.

5. Druckregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Durchtrittsraum (4) Auflagerrippen (37) für die Membran (8) vorgesehen sind.