DE3921667C2 - Pneumatic pressure regulator with switchable outlet pressure - Google Patents

Pneumatic pressure regulator with switchable outlet pressure

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Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Druckregler mit umschaltbarem Ausgangsdruck. Bei pneumatischen Druckreglern der üblichen Bauart wird ein den Hochdruck-Gasstrom regulierendes Zuführventil von einer beweglichen Referenzdruckfläche gesteuert. Die Referenzdruckfläche unterliegt der aus dem Unterschied zwischen dem an ihrer einen Seite anliegenden Ausgangsdruck des Druckreglers und dem an ihrer anderen Seite anliegenden Referenzdruck resultierenden Kraft sowie der Kraft einer Stellfeder.The invention relates to a pneumatic pressure regulator with switchable outlet pressure. With pneumatic Pressure regulators of the usual type is a High pressure gas flow regulating feed valve from controlled a movable reference printing area. The Reference printing area is subject to the difference between the one on one side Outlet pressure of the pressure regulator and that of their other Side applied reference pressure resulting force as well as the force of a spring.

Bekannte Methoden zur Veränderung des Ausgangsdrucks eines Druckreglers sind: Verstellen der Vorspannung der Stellfeder; Verwendung von mehreren Stellfedern, von denen eine oder mehrere in Eingriff gebracht werden; Veränderung des Referenzdruckes (DE-PS 9 59 620).Known methods of changing the outlet pressure of a pressure regulator are: Adjusting the preload the spring; Use of several springs, one or more of which are engaged become; Change in the reference pressure (DE-PS 9 59 620).

Nachteilig an den ersten beiden Methoden ist, daß zur Veränderung des Ausgangsdrucks hohe Stellkräfte und/oder große Stellwege erforderlich sind. Zur Realisierung der dritten Methode ist im allgemeinen eine Zusatzenergie in Form einer Über- oder Unterdruckversorgung erforderlich. A disadvantage of the first two methods is that Changing the output pressure high actuating forces and / or long travel ranges are required. For Realization of the third method is general an additional energy in the form of an excess or Vacuum supply required.  

Bei einem aus der FR 25 06 968 bekannten Druckregler ist eine Membran auf der einen Seite einem Ausgangsdruck Pc ausgesetzt und auf der anderen Seite, der in zwei Bereiche geteilten Referenzdruckseite, in dem einen Bereich einem Pilotdruck Po und in dem anderen Bereich einem Zwischendruck Pi ausgesetzt. Der Zwischendruck Pi wird über zwei überkritische Drosseln aus dem Pilotdruck Po gewonnen und von dem Umgebungsdruck Pext unabhängig gemacht. In dieser Ausführung ist der bekannte Druckregler nur in der Lage, den Ausgangsdruck in einem festen Verhältnis zu dem Pilotdruck Po zu regeln. Eine Variation des Ausgangsdruckes erfordert auch eine Variation des Pilotdruckes. Der gewählte Wert des Pilotdruckes muß stabilisiert sein, da sich eventuelle Schwankungen seines Wertes auf den Ausgangsdruck übertragen. Weiterhin muß der Pilotdruck über 4 bar liegen, da sonst die zwei hintereinander geschalteten überkritischen Drosseln nicht betrieben werden können. Der Betrieb des bekannten Druckreglers setzt also eine zusätzliche Gasquelle mit einem stabilisierten Druck voraus, der für eine Variation des Ausgangsdruckes selber variabel sein muß, was die Verwendbarkeit des Druckreglers stark einschränkt.In a pressure regulator known from FR 25 06 968, a membrane is exposed on one side to an outlet pressure P c and on the other side, the reference pressure side divided into two areas, in one area a pilot pressure P o and in the other area an intermediate pressure P i exposed. The intermediate pressure P i is obtained from the pilot pressure P o via two supercritical restrictors and made independent of the ambient pressure P ext . In this embodiment, the known pressure regulator is only able to regulate the outlet pressure in a fixed ratio to the pilot pressure P o . A variation in the outlet pressure also requires a variation in the pilot pressure. The selected value of the pilot pressure must be stabilized since any fluctuations in its value are transferred to the outlet pressure. Furthermore, the pilot pressure must be over 4 bar, otherwise the two supercritical throttles connected in series cannot be operated. The operation of the known pressure regulator therefore requires an additional gas source with a stabilized pressure, which itself must be variable for a variation of the outlet pressure, which greatly limits the usability of the pressure regulator.

Bei einer Abwandlung des bekannten Druckreglers wird ein Teilbereich der Referenzdruckfläche einem Zwischendruck ausgesetzt, der zwischen dem Ausgangsdruck Pc und dem Umgebungsdruck Pext liegt. Dieser Zwischendruck entsteht durch die Strömung von Gas durch eine erste Drossel zwischen einer ersten und einer zweiten Kammer und eine zweite Drossel zwischen der zweiten Kammer und der Umgebung. Ein Pilotdruck Po ist weiterhin erforderlich. Der Teilbereich der Referenzdruckfläche wird nicht dem Ausgangsdruck des Druckreglers ausgesetzt.In a modification of the known pressure regulator, a partial area of the reference pressure surface is exposed to an intermediate pressure which lies between the initial pressure P c and the ambient pressure P ext . This intermediate pressure arises from the flow of gas through a first throttle between a first and a second chamber and a second throttle between the second chamber and the environment. A pilot pressure P o is still required. The partial area of the reference pressure area is not exposed to the outlet pressure of the pressure regulator.

Aus der DE-OS 23 59 907 ist ein Druckregler bekannt, bei dem eine Referenzdruckfläche durch einen oder zwei Bälge in einem Gehäuse gehalten und abgedichtet wird. Eine Veränderung von Referenzdrücken oder Referenzflächen und damit des Ausgangsdruckes des Reglers ist nicht vorgesehen.A pressure regulator is known from DE-OS 23 59 907, where a reference printing area by one or two Bellows are held in a housing and sealed. A change in reference pressures or Reference areas and thus the outlet pressure of the Controller is not provided.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen pneumatischen Druckregler anzugeben, dessen Ausgangsdruck mit kleinen Stellkräften und kleinen Stellwegen ohne Aufwendung einer Zusatzenergie umschaltbar ist.The object of the invention is a pneumatic Specify pressure regulator whose Output pressure with small actuating forces and small ones Travel paths without using additional energy is switchable.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved with the features of claim 1.

Zur Umschaltung von dem Referenzdruck auf den abweichenden Druck, vorzugsweise den Ausgangsdruck des Druckreglers, ist lediglich ein kleines Umschaltventil erforderlich. Die Betätigung dieses Ventils erfordert nur sehr kleine Stellkräfte bei kleinem Stellweg. Dadurch ist eine Fernbetätigung über einen Bowdenzug oder eine biegsame Welle möglich.For switching from the reference pressure to the deviating pressure, preferably the outlet pressure of the Pressure regulator is just a small changeover valve required. Operation of this valve requires only very small actuating forces with a small travel range. This enables remote control via a Bowden cable or a flexible shaft possible.

Weitere Vorteile liegen in der einfachen und betriebssicheren Konstruktion sowie in der Möglichkeit, bei entsprechender Dimensionierung der Referenzdruckflächenteilbereiche den Ausgangsdruck in weiten Bereichen umschalten zu können.Other advantages are the simple and reliable construction as well as in the Possibility, with appropriate dimensioning of the Reference pressure surface subareas the outlet pressure in to be able to switch wide areas.

Durch räumlich getrennte Anordnung von Druckreglergehäuse und Umschaltventil ist auf einfache Weise eine Fernumschaltung des Ausgangsdrucks des Druckreglers realisierbar. Für die Verbindung zwischen Umschaltventil und Druckregler reichen nunmehr Rohre oder Schläuche aus, die lediglich geringe Steuergasmengen zwischen Umschaltventil und Ausgangsdruckkammer sowie einer der Referenzkammern führen müssen. Die Ansteuerung des Druckreglers erfolgt über das getrennte Umschaltventil, das an für die Bedienung günstige und für den Bedienenden erreichbare Position gebracht werden kann.By spatially separate arrangement of Pressure regulator housing and switching valve is simple Way a remote switching of the output pressure of the Pressure regulator realizable. For the connection between Changeover valve and pressure regulator are now sufficient for pipes or hoses that are only minor Control gas quantities between changeover valve and  Output pressure chamber and one of the reference chambers have to lead. The control of the pressure regulator takes place via the separate changeover valve that is on for the operation cheap and for the operator reachable position can be brought.

Die Erfindung wird an einem Beispiel erläutert. In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Druckregler schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt den gleichen Druckregler mit räumlich getrennter Anordnung von Druckreglergehäuse und Umschaltventil. Der Druckregler dieses Ausführungsbeispiels wird zur Druckregelung eines Raumanzuges eingesetzt. Solange sich der Astronaut innerhalb des Raumfahrzeuges aufhält, regelt der Druckregler den Überdruck des Raumanzuges auf 60 mbar relativ zum Innendruck des Raumfahrzeuges ein. Befindet sich der Astronaut im freien Weltraum, so ist ein Überdruck von 500 mbar erforderlich. Der Druckregler ist auf dem Rücken des Astronauten angeordnet, die Bedienelemente zum Umschalten des Druckes jedoch auf seiner Brust. Die Verbindung zwischen den Bedienelementen und dem Druckregler wird durch eine biegsame Welle hergestellt. Es ist leicht einzusehen, daß in diesem Anwendungsfall eine Umschaltung des Druckreglers mit möglichst geringer Stellkraft und kurzem Stellweg notwendig ist.The invention is explained using an example. In Fig. 1 of the drawing, a pressure regulator is shown schematically. Fig. 2 shows the same pressure regulator with a spatially separate arrangement of pressure regulator housing and changeover valve. The pressure regulator of this embodiment is used to regulate the pressure of a space suit. As long as the astronaut is inside the spacecraft, the pressure regulator regulates the overpressure of the space suit to 60 mbar relative to the interior pressure of the spacecraft. If the astronaut is in free space, an overpressure of 500 mbar is required. The pressure regulator is located on the back of the astronaut, but the controls for switching the pressure are on his chest. The connection between the controls and the pressure regulator is made by a flexible shaft. It is easy to see that in this application it is necessary to switch the pressure regulator with the lowest possible actuating force and the shortest actuating distance.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Druckregler besteht aus einem Druckreglergehäuse (1), einem Gaseingang (2), einem Zuführventil (3), das über eine Ventilstange (4) mit einer in sich starren Referenzdruckfläche (5) verbunden ist, einer Ausgangsdruckkammer (6) mit Gasausgang (7), zwei Referenzdruckkammern (8, 9), die durch Metallbälge (10, 11) gegeneinander und gegenüber der Ausgangsdruckkammer (6) abgetrennt sind, einer auf die Referenzdruckfläche wirkenden Stellfeder (12) und einem Umschaltventil (13) mit Ventilkugel (14) und daran befestigter Schaltstange (15).The pressure regulator shown schematically in Fig. 1 consists of a pressure regulator housing ( 1 ), a gas inlet ( 2 ), a supply valve ( 3 ) which is connected via a valve rod ( 4 ) to a rigid reference pressure surface ( 5 ), an outlet pressure chamber ( 6 ) with gas outlet ( 7 ), two reference pressure chambers ( 8 , 9 ) separated from each other and opposite the outlet pressure chamber ( 6 ) by metal bellows ( 10 , 11 ), an adjusting spring ( 12 ) acting on the reference pressure surface and a changeover valve ( 13 ) with valve ball ( 14 ) and switch rod ( 15 ) attached to it.

Die Funktionsweise des Druckreglers ist folgende: Das unter hohem Druck stehende Gas gelangt über den Gaseingang (2) zu dem Zuführventil (3). Solange sich noch kein Ausgangsdruck aufgebaut hat, hält die Stellfeder (12) über die Referenzdruckfläche (5) und die Ventilstange (4) das Zuführventil (3) in Öffnungsstellung. Gas strömt durch das Zuführventil (3) in die Ausgangsdruckkammer (6) und baut hier den Ausgangsdruck auf, bis ein Kräftegleichgewicht eingestellt ist zwischen einerseits der in Schließrichtung des Ventils (3) wirkenden Kraft, die sich ergibt aus dem Ausgangsdruck multipliziert mit der hierfür wirksamen Fläche der der Ausgangsdruckkammer (6) ausgesetzten Referenzdruckfläche (5), und andererseits der in Öffnungsrichtung des Zuführventils (3) wirkenden Kraft, die sich ergibt aus der Summe der Kräfte der Stellfeder und der Kraft, die sich ergibt aus dem Referenzdruck multipliziert mit der hierfür wirksamen Fläche der Referenzdruckfläche (5) im Referenzdruckraum (8, 9).The pressure regulator works as follows: The gas, which is under high pressure, reaches the supply valve ( 3 ) via the gas inlet ( 2 ). As long as no outlet pressure has built up, the adjusting spring ( 12 ) holds the supply valve ( 3 ) in the open position via the reference pressure surface ( 5 ) and the valve rod ( 4 ). Gas flows through the feed valve ( 3 ) into the outlet pressure chamber ( 6 ) and builds up the outlet pressure here until an equilibrium of forces is established between the force acting in the closing direction of the valve ( 3 ), which results from the outlet pressure multiplied by the effective one Area of the reference pressure area ( 5 ) exposed to the outlet pressure chamber ( 6 ), and on the other hand the force acting in the opening direction of the supply valve ( 3 ), which results from the sum of the forces of the actuating spring and the force resulting from the reference pressure multiplied by this effective area of the reference printing area ( 5 ) in the reference pressure space ( 8 , 9 ).

In der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Umschaltventils (13) sind beide Referenzdruckräume (8, 9) von dem Referenzdruck, im vorliegenden Fall dem Umgebungsdruck, beaufschlagt. Für den Referenzdruck ist also die gesamte Fläche innerhalb des äußeren Metallbalges (10) wirksam, für den Ausgangsdruck die entsprechende gegenüberliegende Fläche. Daraus resultiert eine hohe Kraft in Schließrichtung des Zuführventils (3), und es stellt sich ein niedriger Ausgangsdruck ein.In the position of the changeover valve ( 13 ) shown in FIG. 1, both reference pressure spaces ( 8 , 9 ) are acted upon by the reference pressure, in the present case the ambient pressure. The entire surface within the outer metal bellows ( 10 ) is effective for the reference pressure, and the corresponding opposite surface for the outlet pressure. This results in a high force in the closing direction of the feed valve ( 3 ), and a low outlet pressure is set.

Wird die Ventilkugel (14) des Umschaltventils (13) durch Zug an der Schaltstange (15) in die zeichnungsgemäße linke Endlage gebracht, so ist die äußere Referenzdruckkammer (8) über den Kanal (16) mit der Ausgangsdruckkammer (6) verbunden. Die innere Referenzdruckkammer (9) ist weiterhin von dem Referenzdruck (Umgebungsdruck) beaufschlagt. Für den Referenzdruck ist also nur die Fläche innerhalb der inneren Referenzdruckkammer (9), für den Ausgangsdruck die entsprechende Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der Referenzdruckfläche wirksam. Die Ringfläche der äußeren Referenzdruckkammer (8) ist aufgrund des herrschenden Druckgleichgewichts unwirksam. Aus der kleinen wirksamen Fläche resultiert eine kleine Kraft in Schließrichtung des Zuführventils (3), und es stellt sich ein hoher Ausgangsdruck ein.If the valve ball housed the changeover valve (13) by train on the control rod (15) in the drawing contemporary left end position (14), the external reference pressure chamber (8) is connected via the channel (16) with the output pressure chamber (6). The inner reference pressure chamber ( 9 ) is also acted upon by the reference pressure (ambient pressure). Only the area within the inner reference pressure chamber ( 9 ) is effective for the reference pressure, and the corresponding area on the opposite side of the reference pressure area is effective for the outlet pressure. The annular surface of the outer reference pressure chamber ( 8 ) is ineffective due to the prevailing pressure equilibrium. The small effective area results in a small force in the closing direction of the feed valve ( 3 ), and a high outlet pressure is established.

Hoher und niedriger Ausgangsdruck werden von den Flächen der Referenzdruckkammer (8, 9) bestimmt und können in weiten Grenzen variiert werden.High and low outlet pressure are determined by the areas of the reference pressure chamber ( 8 , 9 ) and can be varied within wide limits.

Der Schaltquerschnitt des Umschaltventils (13) kann sehr klein gewählt werden, woraus auch eine sehr kleine Stellkraft an der Schaltstange (15) resultiert.The switching cross section of the switching valve ( 13 ) can be selected to be very small, which also results in a very small actuating force on the switching rod ( 15 ).

Die Fernbetätigung der Schaltstange (15) erfolgt über eine biegsame Welle (18) von einem räumlich getrennt von dem Druckregler angeordneten Betätigungsknopf (17) aus.The switching rod ( 15 ) is operated remotely via a flexible shaft ( 18 ) from an actuating button ( 17 ) which is spatially separate from the pressure regulator.

In Fig. 2 ist der gleiche Druckregler wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, aber mit dem Unterschied, daß hier das Druckreglergehäuse (1) und das Umschaltventil (13) räumlich getrennt angeordnet sind. Die Verbindungen des Umschaltventils zu der Ausgangsdruckkammer (6) und der äußeren Referenzdruckkammer (8) ist über Schläuche (19, 20) hergestellt.In Fig. 2 the same pressure regulator as in Fig. 1 is shown schematically, but with the difference that here the pressure regulator housing ( 1 ) and the changeover valve ( 13 ) are arranged spatially separated. The connections of the changeover valve to the outlet pressure chamber ( 6 ) and the outer reference pressure chamber ( 8 ) are made via hoses ( 19 , 20 ).

Druckreglergehäuse (1) und Umschaltventil (13) können somit an verschiedenen Orten und relativ zueinander beweglich angeordnet werden. Dies stellt eine Alternative zu der in Fig. 1 dargestellten Art der Fernumschaltung des Druckreglers dar.Pressure regulator housing ( 1 ) and changeover valve ( 13 ) can thus be arranged at different locations and movable relative to one another. This represents an alternative to the type of remote switching of the pressure regulator shown in FIG. 1.

Claims (4)

1. Pneumatischer Druckregler mit umschaltbarem Ausgangsdruck, mit einem zwischen einem Gaseingang (2) und einer Ausgangsdruckkammer (6) angeordneten Zuführventil (3), welches mit einer gegenüber der Ausgangsdruckkammer (6) beweglichen Referenzdruckfläche (5), auf die eine Stellfeder (12) einwirkt, in Wirkverbindung steht, wobei die Referenzdruckfläche (5) auf ihrer einen Seite vom Ausgangsdruck des Druckreglers beaufschlagt ist und auf ihrer anderen Seite, der Referenzdruckseite, in mindestens zwei druckdicht voneinander getrennte Bereiche (8, 9) unterteilt ist, wovon mindestens ein Bereich (8) einem von dem Referenzdruck der anderen Bereiche (9) abweichenden Druck aussetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich (8) der Referenzdruckseite der Referenzdruckfläche (5) dem Ausgangsdruck des Druckreglers aussetzbar ist und daß mindestens ein Umschaltventil (13) vorgesehen ist, das zur Umschaltung des Referenzdruckes des zugehörigen Referenzdruckflächenbereiches (8) zwischen dem Referenzdruck der übrigen Referenzdruckflächenbereiche (9) und dem Ausgangsdruck des Druckreglers ausgelegt ist.1. Pneumatic pressure regulator with switchable outlet pressure, with a feed valve ( 3 ) arranged between a gas inlet ( 2 ) and an outlet pressure chamber ( 6 ), which has a reference pressure surface ( 5 ) which is movable relative to the outlet pressure chamber ( 6 ) and on which an adjusting spring ( 12 ) acts, is in operative connection, the reference pressure surface ( 5 ) being acted upon on one side by the outlet pressure of the pressure regulator and on the other side, the reference pressure side, being subdivided into at least two pressure-tightly separated areas ( 8 , 9 ), of which at least one area ( 8 ) can be subjected to a pressure deviating from the reference pressure of the other areas ( 9 ), characterized in that an area ( 8 ) of the reference pressure side of the reference pressure area ( 5 ) can be exposed to the output pressure of the pressure regulator and that at least one changeover valve ( 13 ) is provided which is used to switch the reference pressure of the associated reference pressure area surface area ( 8 ) between the reference pressure of the other reference pressure surface areas ( 9 ) and the outlet pressure of the pressure regulator. 2. Pneumatischer Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bereiche (8, 9) der Referenzdruckseite der Referenzdruckfläche (5) durch Metall- oder Elastomerbälge (10, 11) abgetrennt sind. 2. Pneumatic pressure regulator according to claim 1, characterized in that the individual areas ( 8 , 9 ) of the reference pressure side of the reference pressure surface ( 5 ) by metal or elastomer bellows ( 10 , 11 ) are separated. 3. Pneumatischer Druckregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein räumlich getrennt von dem Druckregler angeordneter Betätigungsknopf (17) vorgesehen ist, der über eine biegsame Welle (18) mit einer Schaltstange (15) des Umschaltventils (13) in Wirkverbindung steht.3. Pneumatic pressure regulator according to claim 1 or 2, characterized in that a spatially separate from the pressure regulator actuating button ( 17 ) is provided, which is operatively connected via a flexible shaft ( 18 ) with a switching rod ( 15 ) of the changeover valve ( 13 ) . 4. Pneumatischer Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckreglergehäuse (1) und das Umschaltventil (13) räumlich getrennt voneinander angeordnet sind und die korrespondierenden Anschlüsse von Druckreglergehäuse (1) und Umschaltventil (13) durch Rohre oder Schläuche (19, 20) miteinander verbunden sind.4. Pneumatic pressure regulator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure regulator housing ( 1 ) and the switching valve ( 13 ) are arranged spatially separate from one another and the corresponding connections of the pressure regulator housing ( 1 ) and switching valve ( 13 ) through pipes or hoses ( 19 , 20 ) are interconnected.
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