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Pneumatischer Kraftschalter Die Erfindung betrifft einen pneumatischen
Kraftschalter nach dem Prinzip der alternativen Einlaß-Auslaß-Ventilsteuerung, bei
dem der dem Auslaß- und der dem Einlaßventil zugeordnete Ventilabschlußkörper durch
ein Steuerglied gleichzeitig verstellbar sind, das mit einem die Steuerdruckkammer
nach außen abschließenden, elastischen Körper (z.. B. Wellrohr) verbunden ist und
den Ventilsitz des Auslaßventils aufweist. In Abb. i der Zeichnung ist eine bekannte
Anordnung dieser Art angedeutet: Bei z. B. zunehmender Steuerkraft P1 wird die Steuernadel
i, welche die dem Einlaß- und Auslaßventil zugehörigen Ventilabschlußkörper 2 und
9 trägt, mittels des Steuergliedes ii um den Weg s nach unten bewegt. Das Steuerglied
ii ist mit einem die Steuerdruckkammer 5 nach außen abschließenden Wellrohrkörper
6 verbunden und weist den Ventilsitz 8 des Auslaßventils auf sowie eine ins Freie
führende Bohrung io. Mit 3 ist der Ventilsitz des Einlaßventils bezeichnet, dem
Luft konstanten Druckes aus der Leitung q.. zuströmt. Bei der Abwärtsbewegung der
Steuernadel i hebt sich der Abschlußkörper 2 von seinem Sitz 3 ab, so daß Luft aus
dem Druckluftnetz q. in die Kammer 5 strömen kann. Hierbei wird auch das Wellrohr
6 beaufschlagt und gibt eine Kraft -P2 ab, die der Eingangskraft P1 entgegengerichtet
ist.
Die Öffnung des Ventils 2 erfolgt so lange; bis der Luftdruck
in der Kammer 5 und der Steuerleitung 7, an die die Verbraucher (z. B. Regler, Meß-
und Schreibgeräte) angeschlossen sind, einen Wert erreicht hat, bei welchem sich
die Kräfte P1 und P2 das Gleichgewicht halten. Wird die .Kraft PI kleiner als die
augenblickliche. Kraft P2, so bewegt sich der Sitz 8 in Richtung der Kraft P, und
hebt sich von dem Abschlußkörper .9 ab, da der Abschlußkörper 2 auf seinem Sitz
3 verbleibt. Aus der Kammer 5 kann jetzt Druckluft durch die Bohrung =o ins Freie
abströmen, was eine Senkung des Druckes in der Kammer 5 und damit auch eine Verringerung
der Kraft P2 des Wehrohres zur Folge hat. Das Abblasen der Luft wird beendet, sobald
wieder Gleichgewicht zwischen den- Kräften P1 und P, herrscht.
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Diese bekannten Anordnungen sind durch die Eigenart ihres Aufbaues
nicht generell einsetzbar. -Sie sind dann nicht brauchbar, wenn keine Steuerungskräfte,
sondern nur Steuerungswege für die Betätigung zur Verfügung stehen. .Die Erfindung
weist einen Weg, die bekannten Anordnungen so abzuwandeln, daß dieser Einsatz möglich
wird. Nach dem Erfindungsvorschlag ist. das an dem -elastischen Körper (z. B. Wellrohr)
befestigte und den Ventilsitz des Auslaßventils aufweisende Steuerglied als Schwenkhebel
ausgebildet und besitzt eine Lagerung, welche die Kräfte des durch die Druckluft
beaufschlagten elastischen Körpers aufnimmt. Hierbei ist dann das die Ventilabschlußkörper
tragende bewegliche Teil (Steuernadel) quer zu dem Steuerhebel angeordnet.
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Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Teile
sind - im Vergleich mit Abb. i - in der Weise gekennzeichnet, daß die gleichen Ziffern
apostrophiert verwendet werden. Wie ersichtlich; ist die Bewegungsrichtung der Steuernadel
i' gegenüber der Längsachse des Wellrohrkörpers 6' um 9o° gedreht worden. Das den
Sitz 8' und die Ausblasebohrung =o' tragende Steuerungsglied z=' besitzt eine Lagerung
iz', welche die Kraft P2 aufnimmt. Die- Steuerung der Nadel i' erfolgt jetzt also
in einer zur Kraft P2 senkrecht liegenden Richtung 13' nach rechts und links. Hierdurch
ist es unter Beibehaltung der Funktion der Ein- und Auslaßventile gelungen, eine
praktisch völlig kräftefreie Steuerung derselben zu erzielen. In den Abb. 3 und
4 sind zwei Anwendungsbeispiele des neuen rückwirkungsfreien Kraftschalters in stark
schematisierter Darstellung wiedergegeben. Abb. 3 zeigt als Anwendungsbeispiel -einen
»Stellmacher« (Stellrelais) für ein Membranventil 2o, dessen Aufgabe darin besteht,
den in der Leitung 21 vom. pneumatischen Druckregler 22 kommenden Druck in eine
völlig verhältnisgleiche Bewegung der Ventilspindel 23 umzuwandeln und alle
Stellungsungenauigkeiten derselben - hervorgerufen durch Reibung in der Stopfbuchsenabdichtung
od. a. - zu kompensieren.
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Der vom Regler 22 abgegebene Druck 21 wird in dem Wehrohrsystem 24
in eine Kraft (Pfeil 25) umgewandelt und wirkt auf denn Hebel 26. Je nach
der Stellung der Ventilspindel 23 wird eine Zugfeder 27 über den Hebel 28 verschieden
stark gespannt, wobei die Feder 27 ebenfalls auf den Hebel 26 wirkt, jedoch in entgegengesetzter
Richtung. Die Steuerung befindet sich im Gleichgewicht, wenn sich die Drehmomente
am Hebel 26, ausgeübt durch die Kraft 25 des Wellrohres 24 und die der Feder 27,
aufheben. In diesem Zustand sind auch- die Ventilsitze 3' und 8' am pneumatischen
Kraftschalter 29 geschlossen. Ändert sich der Luftdruck im Wellrohr 24 um einen
geringen Betrag im steigenden oder fallenden Sinne, so wird über den Hebel 26 und
das Schwenk-Steuerglied =i' die Ventilsteuerung des Kraftschalters derart betätigt,
daß über die Leitung 7' der Membranmotor 2o mit zu- oder abnehmendem Druck beaufschlagt
wird. Bei dieser Anordnung muß also bereits eine geringe Abweichung der Stellung
der Ventilspindel 23 von ihrem Sollwert genügen, um eine Steudrung der Druck-'luft
an der Nadel i' des Kraftschalters einzuleiten. Bei solch kleinen Stellungsänderungen
sind natürlich auch die Unterschiede der Drehmomente am Hebel ä6 (Kraft des Wehrohres
24 bzw. der Feder 27) und somit die Kräfte am Steuerhebel =i' des Xraftschalters
zum Anheben der Nadel i' äußerst gering. Die -Anwendung der bisher bekannten Kraftschalter
gemäß Abb. i wäre in dem vorstehend skizzierten Falle nicht möglich.
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Im zweiten Anwendungsbeispiel gemäß Abb.4 bildet der neue pneumatische
Kraftschalter 39 den Bestandteil eines Gas-Luft-Verhältnisreglers 30. Es wird das
Verhältnis eines Gas- und Luftdurchflusses dadurch geregelt, daß der Luftdurchfluß
-gemessen und der Gasdurchfluß hiernach eingestellt wird. @ Durch Blenden 31 und
32 in den luft- bzw. gasführenden Leitungen 33, 34 werden in bekannter Weise die
Durchsätze erfaßt, wobei die jeweiligen Differenzdrucke auf die Vordar- und Rückseite
je einer Membran 35, 36 geleitet werden. Die- von den Membranen abgegebenen Kräfte,
die dem Gas- und Luftdurchfluß proportional sind, müssen sich, solange das richtige
Verhältnis zwischen den Mengen der Medien herrscht, das Gleichgewicht _ halten.
Tritt eine geringe Abweichung des vorgegebenen Verhältnisses auf, so wird über die
Hebelanordnung 37 und das Steuerglied =i' die Steuernadel i' entsprechend der bereits
geschilderten Funktionsweise gesteuert, so daß der Kolbenmotoi4o, welcher mit der
Klappe 38:in der Leitung 34 verbunden ist, arbeitet. Mit 41 ist ein zwischen Regler
30, 39 und Kolbenmotor 4o geschalteter pneumatischer Verstärker angedeutet.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daB der neue Kraftschalter sich auch
als pneumatischer Meßwertwandler (Transmitter) verwenden läßt, der--einen Meßimpuls
in einen diesem proportionalen Luftdruckimpuls um- _ wandelt, wo also jeder Stellung
des (den Sitz des Ausflußventils aufweisenden) Steuergliedes ein bestimmter proportionaler
Luftdruckimpuls in der Steuerdruckkammer zugeordnet ist. Man braucht nur (vgl. Abb.
2) durch eine an die Steuerleitung 7' angeschlossene Zweigleitung 47 den ausgesteuerten
Druck mittels eines elastischen Systems 48 -(gembransystem, Wellrohr usw.) in eine
Kraft (Pfeil 49) umzuwandeln, die über das Steuerglied der Meßkraft (Pfeil 59) entgegenwirkt.
Dieses elastische System übernimmt dann gewissermaßen die Funktion des elastischen
Systems in Abb. i hinsichtlich der Erzeugung der Gegenkraft P2. Wie es bereits bekannt
ist, kann man durch eine
Drosselstelle 51 in der Zweigleitung 47
Schwingungen des Meßwertwandlers weitgehend unterbinden.