DE4136560A1 - Elektropneumatische druckregeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektropneumatische Druckregeleinrichtung bestehend aus einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Ventil, einem Druckmittelversorgungsanschluß, einem Arbeitsanschluß und einem Entlüftungsanschluß, sowie innerhalb des Gehäuses integriert angeordnete Druckmittelleitungen, einem elektrisch ansteuerbaren Proportionalmagneten, über welchen in Abhängigkeit der Druckverhältnisse in den Druckmittelleitungen das Ventil betätigbar ist.

Eine elektropneumatische Druckregeleinrichtung ist aus der DE-32 20 815 C2 bekannt. Diese bekannte Druckregeleinrichtung enthält einen Druckregler, der einen Eingang und einen Ausgang für das Druckmittel und einen dazwischen angeordneten Druckraum, dessen Druck geregelt werden soll, ein die Strömung des Druckmittels durch den Druckraum bestimmendes Hauptventil als Stellglied enthält, und einen elektropneumatischen Sollwerteinsteller, der hierbei als Elektromagnet ausgebildet ist. Des weiteren ist vorgesehen, eine mit dem zu regelnden Druckraum verbundene Istwertkammer und eine Soll-Ist-Wertvergleichsvorrichtung anzuordnen, welche in Abhängigkeit vom Vergleich zwischen dem vom Sollwerteinsteller vorgegebenen Solldruck und dem Istdruck der Istwertmeßkammer das Hauptventil betätigt. Ist- und Sollwertkammer sind dabei über eine Membrane voneinander getrennt, die je nach Auslenkung dann die Betätigung des Hauptventiles gemeinsam mit dem Elektromagneten beeinflußt bzw. vornimmt. Dieses System ist dabei gleichzeitig mit einem Istwertfühler im Istwertdruckraum, d. h. auf einer Seite der Membrane versehen, der über eine Rückkopplungsschaltung Einfluß auf die Ansteuerung des Elektromagneten nimmt. Eine solche Anordnung ist sehr aufwendig und zudem störanfällig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, eine elektropneumatische Druckregeleinrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die einfacher aufgebaut und kostengünstiger herstellbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer elektropneumatischen Druckregeleinrichtung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Den Durchmesser des Sitzventiles so zu wählen, daß das Produkt aus Arbeitsdruck u. Ventilfläche im Gleichgewicht mit der magnetischen Stellkraft des Proportionalmagneten ist, gibt in vorteilhaft einfacher Weise die Grundeinstellung für eine entsprechende Ansteuerung des Proportionalmagneten vor. Das heißt, je nachdem wie hoch der Druck im Versorgungs- bzw. im Arbeitsanschluß ist, kann die Ansteuerung des Magneten dann so gewählt werden, daß die oben genannte Bedingung des Gleichgewichtes gegeben ist und das Sitzventil beispielsweise gerade noch schließt. Das Sitzventil ist so zwischen den Druckmittelanschlüssen angeordnet, daß der Arbeitsanschluß und der Versorgungsanschluß gleichzeitig von der Entlüftung abtrennbar bzw. in die Entlüftung durchschaltbar sind. Dabei ist die Ausrichtung von Ventilsitz und Ventilteller sowie die Wirkrichtung des Proportionalmagneten derart gewählt, daß die Magnetkraft in Schließrichtung des Ventiles wirkend ist und der Druck in der Arbeitsleitung in Öffnungsrichtung des Ventiles wirkt. Funktional ist damit ein selbstregulierendes System auf sehr einfache Weise gegeben, da bei einer beispielsweisen Überhöhung eines zuvor eingestellten Arbeitsleitungs- bzw. Versorgungsdruckes das Sitzventil entgegen der Magnetkraft abgehoben wird, so daß die Arbeitsleitung bzw. der Versorgungsanschluß in die Entlüftung durchgeschaltet wird. Die Entlüftung erfolgt dabei aus druckmitteldynamischen bzw. druckmittelstatischen Gründen solange, bis der Druck in der Arbeitsleitung durch die Entlüftung soweit abgefallen ist, daß sich wieder der zuvor eingestellte Gleichgewichtszustand zwischen Arbeitsdruck × Ventilfläche und magnetischer Stellkraft einstellt. Das heißt, daß eine Drucküberhöhung über den zuvor gewünschten und eingestellten Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung eine Ventilbetätigung bewirkt, die die Arbeitsleitungen solange entlüftet, bis der Druck wieder den zuvor eingestellten Wert erreicht. In vorteilhafter Weise ist im Bereich der zwischen Versorgungsanschluß und Arbeitsanschluß kommunizierend wirkenden Druckmittelleitung eine einstellbare Drossel angeordnet, über die eine weitere Einstellmöglichkeit gegeben ist. Hierbei wird gezielt zwischen dem Versorgungsanschluß und dem Arbeitsanschluß ein Druckgefälle geschaffen, welches beim Anschluß eines Druckmittelverbrauchers am Arbeitsanschluß auch ständig wirksam bleibt. Alle in der Druckregeleinrichtung vorhandenen Elemente wie Leitungen, Anschlüsse, Drosselventil usw. können einfach in eine gesamte Baugruppe mitintegriert werden, so daß sich eine einfach aufgebaute und kostengünstige Druckregeleinrichtung ergibt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrieben.

Die Abbildung zeigt die erfindungsgemäße elektropneumatische Druckregeleinrichtung im Teilschnitt. Der untere Teil der Druckregeleinrichtung ist als Sitzventileinrichtung ausgestaltet. Der Durchmesser des Sitzventiles 3, 4 ist wie oben bereits erwähnt so abzumessen, daß Arbeitsdruck × Ventilfläche mit der magnetischen Stellkraft des elektrisch ansteuerbaren Proportionalmagneten 6 im Gleichgewicht steht. Um das System entsprechend feinfühlig zu machen, ist der Durchmesser des Ventilsitzes bzw. des Ventiles entsprechend groß. Zum Heranführen des Druckmittels ist die Druckmittelleitung 4, in die sowohl der Arbeitsanschluß A als auch der Versorgungsanschluß P mündet, bis hin zum Ventilsitz 3 entsprechend stufenweise aufgeweitet. Neben der entsprechenden Heranführbarkeit des Druckmittels ist somit auch strömungstechnisch ein entsprechendes Geschwindigkeitsgefälle gegeben. Abgesehen von der etwaigen Kompressibilität des Druckmittels gilt, daß gemäß der allseits bekannten Kontinuitätsgleichung die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Querschnitt abnimmt. Dies hat die Wirkung, daß sich die Gasströmung bis hin zum Ventilsitz entsprechend beruhigt hat, so daß am Ventilsitz das Auftreten von Strömungsturbulenzen vermieden wird. Dies hat außerdem den Vorteil, daß das Ventil insgesamt ruhiger schalten kann. Der vom Ventilsitz 3 bezüglich der Druckmittelleitungslänge weitest entfernte Druckmittelanschluß ist der Versorgungsanschluß P. Dieser mündet über die einstellbare Drossel 5 in die Druckmittelleitung 4, die zwischen dem Anschluß P und dem Arbeitsanschluß A kommunizierend ist und außerdem bis an den Ventilsitz 3 herangeführt ist. Über den elektrisch ansteuerbaren Proportionalmagneten 6 wird im Betriebszustand nun ein Strom eingespeist, der eine magnetische Stellkraft auf das Ventil in Schließrichtung bewirkt. Die Stellkraft wird dabei mechanisch durch den Stößel 7 vom Proportionalmagneten 6 auf den Ventilteller 2 übertragen. Der Steuerstrom ist bemessen nach einer zuvorigen Eichung und so angelegt, daß er im Betriebszustand mit einem darauf abgestimmten Arbeitsdruck die Bedingung ergibt, daß Arbeitsdruck × Ventilfläche im Gleichgewicht mit der magnetischen Stellkraft ist. Wird nun die durch den Druck in der Arbeitsleitung bewirkte Kraft größer als der zuvor über die Strombeaufschlagung des Proportionalmagneten gewählte resultierende Stellkraft, so hebt die durch den Druck bewirkte Kraft das Ventil bzw. den Ventilteller 2 des Ventils entgegen der magnetischen Schließkraft vom Ventilsitz 3 ab und öffnet damit die Arbeitsleitung A in die Entlüftungsleitung R. Die Arbeitsleitung wird damit solange bzw. so weit entlüftet, bis der Druck in der Arbeitsleitung wieder den zuvor im Gleichgewicht eingestellten Druck erreicht. Ist dies der Fall, so ist die magnetische Stellkraft wieder im Gleichgewicht mit der druckmittelbewirkten Stellkraft, und das Ventil kann sich langsam wieder schließen. Um sehr kurzfristige Schwankungen entsprechend mit abzudämpfen, ist die Drossel 5 in der Nähe des Druckmittelversorgungsanschlusses P vorgesehen, über deren Einstellung das Wiederbefüllen der Arbeitsleitung A einstellbar ist. Sinkt der Druck in der Arbeitsleitung nun unter den vorher im Gleichgewicht eingestellten Druck, so wird das Ventil entsprechend stärker gedichtet, d. h. der Ventilteller 2 stärker auf den Ventilsitz 3 gepreßt, wodurch die Entlüftung vollständig unterbunden ist und die Arbeitsleitung A entsprechend durch den Druckmittelversorgungsanschluß P über die Drossel 5 so lange wiederbefüllt wird, bis der Gleichgewichtszustand wieder erreicht ist.

Das gesamte System ist somit selbstregulierend und bedarf keiner elektrischen Messung und Rückkopplung des Druckes in der Arbeitsleitung auf die elektrische Ansteuerung des Proportionalmagneten. Über die Einstellung des dem Proportionalmagneten zugeführten elektrischen Strom ist der Arbeitspunkt der Druckregeleinrichtung einstellbar. Die Selbstregulierung erfolgt dabei, wie bereits gesagt, nicht über eine elektrische Rückkopplung und entsprechend nachgeführter Ansteuerung des Proportionalmagneten, sondern alleine über das Zusammenwirken der mechanischen und elektrischen Elemente der Druckregeleinrichtung mit den in der Druckregeleinrichtung auftretenden druckmitteldynamischen bzw. statischen Verhältnisse.

Auf eine ansonsten nötige Regeleinrichtung mit entsprechendem elektronischem Aufwand kann hierbei gänzlich verzichtet werden. Die gesamte Einrichtung ist baulich sehr einfach und extrem störunanfällig.

Claims (4)

1. Elektropneumatische Druckregeleinrichtung bestehend aus einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Ventil, einem Druckmittelversorgungsanschluß, einem Arbeitsanschluß und einem Entlüftungsanschluß sowie innerhalb des Gehäuses integriert angeordneten Druckmittelleitungen, einem elektrisch ansteuerbaren Proportionalmagneten, über welchen in Abhängigkeit der Druckverhältnisse in den Druckmittelleitungen das Ventil betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Sitzventil (2, 3) ausgebildet und derart angeordnet ist, daß der Arbeitsanschluß (A) und der Versorgungsanschluß (P) gleichzeitig von der Entlüftung (R) abtrennbar oder in die Entlüftung (R) durchschaltbar sind, daß der Durchmesser des Ventilsitzes (3) so gewählt ist, daß das Produkt aus Arbeitsdruck u. Ventilfläche im Gleichgewicht mit der magnetischen Stellkraft des Proportionalmagneten (6) ist, und die über die elektrische Ansteuerung des Proportionalmagneten (6) erzeugbare Magnetkraft in Schließrichtung des Sitzventiles und der Druck in der Arbeitsleitung (A) in Öffnungsrichtung des Sitzventiles wirkend ist.

2. Elektropneumatische Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsanschluß (P) und der Arbeitsanschluß (A) in eine gemeinsame Druckmittelleitung (4) münden, die ihrerseits in den Ventilsitz (3) des Sitzventils mündet.

3. Elektropneumatische Druckregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Versorgungsanschluß (P) und dem Arbeitsanschluß (A) eine innerhalb des Gehäuses (1) integriert angeordnete einstellbare Drossel (5) angeordnet ist.

4. Elektropneumatische Druckregeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelleitung (4) in die sowohl der Versorgungsanschluß (P) als auch der Arbeitsanschluß (A) mündet vom Versorgungsanschluß (P) hin zum Ventilsitz (3) sich stufenweise erweiternd ausgebildet ist.