EP2493705A1 - Vorrichtung zur sensortechnischen ermittlung einer druckdifferenz in einer druckluftdurchströmten arbeitsleitung - Google Patents

Vorrichtung zur sensortechnischen ermittlung einer druckdifferenz in einer druckluftdurchströmten arbeitsleitung

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EP2493705A1
EP2493705A1 EP10795920A EP10795920A EP2493705A1 EP 2493705 A1 EP2493705 A1 EP 2493705A1 EP 10795920 A EP10795920 A EP 10795920A EP 10795920 A EP10795920 A EP 10795920A EP 2493705 A1 EP2493705 A1 EP 2493705A1
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EP
European Patent Office
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pressure
pressure difference
throttle
switch unit
unit
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EP10795920A
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English (en)
French (fr)
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EP2493705B1 (de
Inventor
Janos TÓTH
Michael Muser
Kornél Kántor
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/24—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow
    • H01H35/38—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow actuated by piston and cylinder
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H35/24—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow
    • H01H35/247—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow the switch being of the reed switch type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/04—Measuring pressure
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/24—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow
    • H01H35/34—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow actuated by diaphragm

Definitions

  • the present invention relates to a device for sensor-related determination of a pressure difference occurring between a first point and a second point arranged spaced therefrom in the flow direction in the region of a throttle inserted in a compressed-air-flowed working line.
  • the field of application of the present invention extends to fluid-technical applications in which the presence of a flow of pressure medium in a line and the direction thereof are to be detected in order to signal-process this information in a superordinate control unit.
  • Possible applications are, for example, tire pressure monitoring devices in which the pressurization of at least one air-sprung tire of a motor vehicle is controlled. In this case, the higher-level control needs information about the current pressure of the connected air-sprung tires to be determined by sensor technology.
  • other applications are conceivable, for example in pneumatic door actuation systems or in the field of internal combustion engine technology.
  • EP 0 003 188 A1 discloses a technical solution for determining a pressure difference in the region of a throttle inserted in a working fluid line leading to a pressure medium.
  • the working line leads here combustion air whose supply is to be controlled.
  • the presence of an air flow through the working line is by their tapping at two - -
  • DE 2 318 973 AI discloses another device for sensor-related determination of a pressure difference, in which this pressure difference is used on both sides of a piston in size and sign to obtain switching signals for a higher-level control.
  • the piston is arranged to be axially displaceable in a housing which forms a pressure chamber provided with a pressure medium connection on both sides of the piston displaceably mounted longitudinally against spring forces.
  • the piston is assigned for its two Verschiebraumen two spring arrangements, which are supported with their abutting first ends permanently on stops on the housing and with their second ends on the component mounted stop discs.
  • the end faces facing away from the abutment discs of the respective spring are associated, depending on the abutment on the piston and on the housing, in such a way that, in a neutral position of the piston deviating from the end positions, both abutment discs rest on the associated abutments on the piston and housing, while in the case of displacements the piston in the direction of the respective displacement existing stop plate only on the associated system on the piston, on the other hand, in the direction of the respective displacement rear stop disc rests only on the associated system on the housing.
  • the piston is provided with means for the position-dependent actuation of electrical switching means. As electrical switching means two oppositely arranged tip switch are provided, the mutual actuation takes place via a driver arm, which is mechanically connected to the piston of the differential pressure sensor.
  • a disadvantage of this prior art is the rather high number of components caused by the stop discs, compression springs, seals and the like. - -
  • the invention includes the technical teaching that the pressure at the first point in the flow direction before and at the second point in the flow direction - not at-but-branched off after the throttle to the pressure difference across the integrated throttle in the working line on both sides of a parallel thereto fed switched pressure balance unit.
  • the pressure compensator unit reports in cooperation with an electrical switch unit , ,
  • a binary ventilation signal if the pressure compensator unit detects a significant positive or negative pressure difference across the throttle, which serves within the scope of the device according to the invention in this respect as a kind of measuring throttle.
  • the advantage of the solution according to the invention is, in particular, that the special juxtaposition of measuring throttle to pressure compensator unit to electrical switch unit with few components can be easily implemented.
  • the existing pressure difference is converted into a position with the first pairing of metering restrictor to pressure compensating unit. With the pairing pressure compensator unit to electrical switch unit of the position thus generated is used as an actuating force for the electrical switch unit.
  • the electrical signal generated in this way on the basis of a pressure difference can be used to initiate and terminate applications based on compressed air flows in working lines.
  • the pressure compensator which is used to implement the measured pressure difference in a travel, preferably consists of a cylindrical housing with end pressure connections for connection to the first and second position before / after the throttle and contains a by the pressure difference axially and bidirectionally adjustable balance piston, which is dynamically sealed against the wall of the housing.
  • the balance piston For positioning the balance piston in a center differential position defined as differential pressure-free starting position, the balance piston is arranged on both sides of two spring elements, which come into abutment with the end respectively applied to the balance piston on the front sides of the housing.
  • two opposite the balance piston and acted upon by spring forces pressure chambers are created.
  • Such a pressure balance unit is simple and robust and consists of the above-mentioned few individual components.
  • magnetic coupling means are used.
  • a magnetic coupling agent preferably acts in the Waa- - -
  • the balance piston can also consist entirely of permanent magnet material.
  • the Druckwaa- ge unit interacts via mechanical coupling means with the electrical switch unit.
  • the balance piston connecting to the switch unit actuating tappet can be provided, which extends transversely to the axis of movement of the balance piston in the direction of electrical switch unit.
  • the actuating plunger can either be part of the balance piston or part of the switch unit.
  • the electrical switch unit can be formed as a conventional multi-pole toggle switch, which is available as a standard component.
  • the balance piston is disposed between two elastomeric membranes, each delimiting a pressure chamber, which is connected to the first and second position of the throttle.
  • the distal end of the actuating plunger acts together with a radial recess on the balance piston for switch actuation. Thanks to the two elastomeric diaphragms enclosing the balance piston, the transition area cooperating with the actuating plunger and the electrical switch is not under pressure, so that no further sealing measures have to be taken.
  • the elastomeric material of the elastomeric membranes is made so thick that, in the case of a pressure equilibrium, ie in the absence of pressure difference, the neutral center position is established without the need for additional spring elements.
  • the electrical switch unit is preferably equipped with three switch positions and signals the superordinate-preferably electronic-control unit in the said center position of the balance piston no pressure requirement. - -
  • the working line equipped with the device according to the invention for sensor-related determination of a differential pressure can be acted upon by an electropneumatic valve with compressed air on the input side in order to fill a preferably closed container at the end.
  • the device according to the invention determines whether compressed air flows into the container and when a flow compensation occurs and reports a corresponding electrical signal to the higher-order control unit, which in turn controls the control valve.
  • the electronic control unit can receive a desired pressure level manually or automatically. This example of application can be used when filling air-sprung tires of a motor vehicle, the filling of boiler-like compressed air storage tanks and the like.
  • Figure 1 is a circuit-diagram-like representation of a device for determining a differential pressure in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a device for determining a differential pressure in a second embodiment.
  • electro-pneumatic control valve 1 flows a compressed air flow through a working line 2 in a - also indicated only schematically - closed container 3, which is to be filled with compressed air.
  • working line 2 is an effective flow cross-section narrowing - -
  • Throttle 4 inserted. At a first point 5a in front of the throttle 4 and a second point 5b after the throttle 4 is at the flow through the working line 2 with compressed air to a different high pressure.
  • a parallel to the throttle 4 connected pressure compensating unit 6 determines the pressure difference resulting from the different pressures at the first point 5a and the second point 5b, in which the said pressures are diverted from the working line 2.
  • the pressure compensator 6 consists essentially of a cylindrical housing 7 with each end face side pressure connections for connection to the first and second points 5a and 5b of the working line 2.
  • an axially bidirectionally adjustable balance piston 8 is integrated within the housing 7, an axially bidirectionally adjustable balance piston 8 is integrated.
  • the balance piston 8 is by applying two oppositely acting thereon spring elements 9a and 9b in the differential pressure initial state in the middle position shown.
  • the pressure compensator unit 6 cooperates via this embodiment via magnetic coupling means with an electrical switch unit 10 positioned close to it.
  • a magnetic coupling means of the balance piston 8 here consists of a permanent magnet, whereas the hereby cooperating electrical switch unit 10 is formed as an inductive reed switch.
  • the pressure compensating unit 6 detects a significant positive or negative pressure difference across the throttle 4, depending on the direction of flow of the working line 2, then this sensor-related detected event can be reported via the electrical switch unit 10 to a higher-level control unit 11, which operates as a function of predetermined control values and determined pressure difference value, the electro-pneumatic control valve 1 drives. If after opening the electro-pneumatic control valve 1 compressed air as long as flows into the connected container 3 until it is completely filled, finally no pressure difference can be determined via the throttle 4, so that the electronic control unit 11 then the electropneumatic valve 1 from the open in the can bring closed position.
  • a balance piston 8 'between two elastomeric membranes 12a and 12b is arranged, each having a pressure chamber 13a and 13b - -
  • actuating a balance piston 8 'associated electrical switch unit 10' is a mechanical coupling means which comes as an actuating plunger 14 with a corresponding radial recess 15 on the balance piston 8 'for engagement.
  • the axial movement of the balance piston 8 'generated due to the pressure difference thus leads to a tilting switching of the actuating plunger 14 of the electrical switching unit 10' to the purpose already mentioned in connection with the above description of the first embodiment.
  • the invention is not limited to the two preferred embodiments described above. On the contrary, modifications are conceivable which are included in the scope of protection of the following claims.
  • the device according to the invention for sensor-related determination of a pressure difference for a purpose other than for pressurizing a closed container.
  • Particularly advantageous is the use in connection with a tire pressure monitoring device for air-sprung tires of a motor vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung einer zwischen einer ersten Stelle (5a) und einer in Strömungsrichtung beabstandet hierzu angeordneten zweiten Stelle (5b) auftretenden Druckdifferenz im Bereich einer in einer druckluftdurchströmten Arbeitsleitung (2) eingefügten Drossel (4), wobei der Druck an der ersten Stelle (5a) in Strömungsrichtung vor und an an der zweiten Stelle (5b) in Strömungsrichtung nach der Drossel (4) abgezweigt wird, um die Druckdifferenz über der Drossel (4) beidseits einer hierzu parallel geschalteten Druckwaageeinheit (6; 6') zuzuführen, welche im Zusammenwirken mit einer elektrischen Schaltereinheit (10; 10') einer übergeordneten Steuereinheit (11) ein binäres Be- oder Entlüftungssignal meldet, falls die Druckwaageeinheit (6; 6') eine signifikante positive bzw. negative Druckdifferenz über der Drossel (4) detektiert.

Description

Vorrichtung zur sensortechnischca Ermittlung einer Druckdifferenz
in einer druckluftdurchströmten Arbeitsleitung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung einer zwischen einer ersten Stelle und einer in Strömungsrichtung beabstandet hierzu angeordneten zweiten Stelle auftretenden Druckdifferenz im Bereich einer in einer druckluftdurchströmten Arbeitsleitung eingefügten Drossel. Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf fluidtechnische Anwendungsfälle, bei denen das Vorhandensein einer Druckmittelströmung in einer Leitung sowie deren Richtung festgestellt werden soll, um diese Informationen in einer übergeordneten Steuereinheit signalzuverarbeiten. Mögliche Anwendungsfälle sind beispielsweise Reifen- dmcküberwachungseinrichtungen, bei denen die Druckbeaufschlagung mindestens eines luft- gefederten Reifens eines Kraftfahrzeuges gesteuert wird. Hierbei benötigt die übergeordnete Steuerung eine sensortechnisch zu ermittelnde Information über den aktuellen Druck der angeschlossenen luftgefederten Reifen. Es sind jedoch auch anderen Anwendungsfälle denkbar, beispielsweise bei pneumatischen Türbetätigungsanlagen oder im Bereich der Verbrennungsmotorentechnik.
Aus der EP 0 003 188 AI geht eine technische Lösung zur Ermittlung einer Druckdifferenz im Bereich einer in einer druckmittel führenden Arbeitsleitung eingefügten Drossel hervor. Die Arbeitsleitung führt hier Verbrennungsluft, deren Zufuhr gesteuert werden soll. Das Vorhandensein einer Luftströmung durch die Arbeitsleitung wird durch deren Anzapfen an zwei - -
beabstandet zueinander angeordneten Stellen ermittelt. Im Bereich einer eine Drosselwirkung hervorrufenden Engstelle sowie in Strömungsrichtung gesehen vor dieser Engstelle wird der dort herrschende Druck beidseits einer in einem geschlossenen Gehäuse untergebrachten Elastomermembran zugeführt. Dabei lässt sich eine untere Anschlagstellung durch eine Ein- steilschraube justieren. Über einen Hebelmechanismus wird die sich je nach Druckdifferenz zwischen beiden Stellen ergebende Position der Elastomermembran abgegriffen. Über die aktuelle Position der Elastomermembran lassen sich somit Rückschlüsse über die herrschende Druckdifferenz im Bereich der Drossel ziehen. Die DE 2 318 973 AI offenbart eine andere Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung einer Druckdifferenz, bei welcher diese Druckdifferenz zu beiden Seiten eines Kolbens nach Größe und Vorzeichen zur Gewinnung von Schaltsignalen für eine übergeordnete Steuerung herangezogen wird. Der Kolben ist axial verschiebbar in einem Gehäuse angeordnet, das beidseits des gegen Federkräfte längs verschieblich gelagerten Kolbens je eine mit einem Druckmittelanschluss versehene Druckkammer bildet. Der Kolben ist für seine beiden Verschiebrichtungen zwei Federanordnungen zugeordnet, die sich mit ihren einander abkehrenden ersten Enden dauernd auf Anschlägen am Gehäuse und mit ihren zweiten Enden an auf das Bauteil aufgezogene Anschlagscheiben aufstützen. Die den Anschlagscheiben der jeweiligen Feder abgekehrten Stirnflächen sind je nach Anlage an dem Kolben und an dem Gehäu- se derart zugeordnet, dass in einer von den Endstellungen abweichenden neutralen Stellung des Kolbens beide Anschlagscheiben auf den zugeordneten Anlagen an Kolben und Gehäuse aufliegen, während bei Verschiebungen des Kolbens die in Richtung der jeweiligen Verschiebung vorhandene Anschlagscheibe nur auf der zugeordneten Anlage am Kolben, dagegen die in Richtung der jeweiligen Verschiebung hintere Anschlagscheibe nur auf der zugeordneten Anlage am Gehäuse aufliegt. Der Kolben ist mit Mitteln zur von seiner Stellung abhängigen Betätigung von elektrischen Schaltmitteln versehen. Als elektrische Schaltmittel sind zwei einander gegenüberliegend angeordnete Tippschalter vorgesehen, deren wechselseitige Betätigung über einen Mitnehmerarm erfolgt, der mechanisch mit dem Kolben des Differenz- drucksensors verbunden ist.
Nachteilhaft bei diesem Stand der Technik ist die recht hohe Anzahl von Bauelementen, verursacht durch die Anschlagscheiben, Druckfedem, Dichtungen und dergleichen. - -
Aus der DE 42 26 941 AI geht eine andere technische Lösung für einen Differenzdruckschalter hervor, bei der die vorstehend geschilderte Problematik dadurch gelöst wird, dass wenige funktionsintegrierte Bauteile mit einem berührungslos arbeitenden Schalter kombiniert wer- den. In einem quaderförmigen Gehäuse, in dem ein einseitig eingespanntes Band angeordnet ist, hängt die Position des freien Endes dieses Bandes von einem Differenzdruck ab. Die zu vergleichenden Druckquellen münden auf den gegenüberliegenden zu dem Band parallelen Wandungen des Gehäuses. Mit Hilfe eines berührungslosen Sensors wird die Bewegung oder Position des freien Endes des Bandes in entsprechend elektrische Signale umgesetzt. Wenn das Band als ein Metallband ausgeführt ist, kann der Sensor nach Art eines induktiven Sensors ausgebildet sein. Ferner wird vorgeschlagen, zumindest das bewegliche Teil des Bandes zu magnetisieren, um eine zuverlässige Messung sicherzustellen.
Auch mit dieser technischen Lösung lässt sich ein Differenzdruck messen und in ein Schalt- signal umwandeln. Dieser Differenzdruckschalter wird vorzugsweise in der Fahrwerksrege- lung, bei der sich in den Schwingungsdämpfern der Druck durch Übergang von zug- auf druckperiodisch ändert, eingesetzt. Nachteilhaft hierbei ist jedoch der recht empfindliche Aufbau, der den Einsatzumfang dieser technischen Lösung beschränkt. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung eines Differenzdrucks zu schaffen, die mit einfachen Bauteilen robust aufgebaut ist und stets zuverlässige Messwerte liefert.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Druck an der ersten Stelle in Strömungsrichtung vor und an der zweiten Stelle in Strömungsrichtung - nicht bei sondern -nach der Drossel abgezweigt wird, um die Druckdifferenz über der in der Arbeitsleitung integrierten Drossel beidseits einer hierzu parallel geschalteten Druckwaageeinheit zuzuführen. Die Druckwaageeinheit meldet im Zusammenwirken mit einer elektrischen Schaltereinheit einer . .
übergeordneten Steuereinheit ein binäres Be- oder Entlüftungssignal, falls die Druckwaageeinheit eine signifikante positive bzw. negative Druckdifferenz über der Drossel detektiert, die im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung insoweit als eine Art Messdrossel dient. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass sich die spezielle Nebeneinanderordnung von Messdrossel zu Druckwaageeinheit zu elektrischer Schaltereinheit mit wenigen Bauteilen einfach umsetzen lässt. Dabei wird mit der ersten Paarung von Messdrossel zu Druckwaageeinheit die bestehende Druckdifferenz in einen Stellung umgesetzt. Mit der Paarung Druckwaageeinheit zu elektrischer Schaltereinheit wird der so erzeugte Stellung als Betätigungskraft für die elektrische Schaltereinheit genutzt. Das so ausgehend von einer Druckdifferenz erzeugte elektrische Signal kann zur Einleitung und Beendigung von auf Druckluftströmungen in Arbeitsleitungen basierenden Anwendungsfällen genutzt werden. Die Druckwaageeinheit, welche zur Umsetzung der gemessenen Druckdifferenz in einen Stellweg dient, besteht vorzugsweise aus einem zylindrischen Gehäuse mit endseitigen Druckanschlüssen für den Anschluss mit der ersten bzw. zweiten Stelle vor/nach der Drossel und enthält einen durch die Druckdifferenz axial und bidirektional verstellbaren Waagekolben, der gegenüber der Wandung des Gehäuses dynamisch abgedichtet ist. Zur Positionierung des Waagekolbens in eine als differenzdrucklose Ausgangsstellung definierte Mittelstellung ist der Waagekolben beidseits zweier Federelemente angeordnet, die mit dem dem Waagekolben jeweils angewandten Ende an den Stirnseiten des Gehäuses zur Anlage kommen. Somit werden zwei den Waagekolben gegenüberliegend und gegen Federkräfte beaufschlagbaren Druckkammern geschaffen. Eine solche Druckwaageeinheit ist einfach und robust aufgebaut und besteht aus den vorstehend erwähnten wenigen Einzelbauteilen.
Das Zusammenwirken dieser Druckwaageeinheit mit der ihr zugeordneten elektrischen Schalteeinheit erfolgt vorzugsweise nach den beiden nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen:
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass magnetische Koppelmittel zum Einsatz kommen. Als magnetisches Koppelmittel wirkt dabei vorzugsweise ein im Waa- - -
gekolben integrierter Permanentmagnet mit der als induktiver Reedschalter ausgebildeten Schaltereinheit zusammen. Dabei kann der Waagekolben auch gänzlich aus Permanentmagnetmaterial bestehen. Diese magnetischen Kuppelmittel ermöglichen ein berührungsloses Betätigen der elektrischen Schaltereinheit, welche eine druckdichte Unterbringung der Bauteile der Druckwaageeinheit innerhalb eines vollkommen geschlossenen Gehäuses gestattet. Somit werden Abdichtungsprobleme vermieden und dank der magnetischen Koppelmittel lässt sich die Vorrichtung insgesamt recht kompaktbauend realisieren.
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausruhrungsform wird vorgeschlagen, dass die Druckwaa- geeinheit über mechanische Koppelmittel mit der elektrischen Schaltereinheit zusammenwirkt. Als geeignetes mechanisches Koppelmittel kann dabei ein den Waagekolben mit der Schaltereinheit verbindender Betätigungsstößel vorgesehen werden, der sich quer zur Bewegungsachse des Waagekolbens in Richtung elektrischer Schaltereinheit erstreckt. Der Betätigungsstößel kann dabei entweder Bestandteil des Waagekolbens sein oder Bestandteil der Schaltereinheit. Letzterenfalls lässt sich die elektrische Schaltereinheit als herkömmlicher mehrpoliger Kipphebelschalter ausbilden, der als Standardbauteil zur Verfügung steht.
Gemäß einer die Betätigung einer als Kipphebelschalter ausgebildeten elektrischen Schaltereinheit verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Waagekolben zwischen zwei Elastomermembranen angeordnet ist, die je einen Druckraum begrenzen, welcher mit der ersten bzw. zweiten Stelle der Drossel verbunden ist. Das distale Ende des Betätigungsstößels wirkt dabei mit einer radialen Ausnehmung am Waagekolben zur Schalterbetätigung zusammen. Dank der beiden den Waagekolben einschließenden Elastomermembranen steht der mit dem Betätigungsstößel und dem elektrischen Schalter zusammenwirkende Übergangsbereich nicht unter Druck, so dass keine weiteren Dichtungsmaßnahmen getroffen werden müssen. Das Elastomermaterial der Elastomermembranen ist so dick ausgeführt, dass sich im Falle eines Druckgleichgewichts, also bei nicht vorhandender Druckdifferenz, die neutrale Mittelstellung einstellt, ohne dass zusätzliche Federelemente benötigt werden. Vorzugsweise ist die elektrische Schaltereinheit im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit drei Schaltstellungen ausgestattet und signalisiert der übergeordneten - vorzugsweise elektronischen - Steuereinheit in der besagten Mittelstellung des Waagekolbens keinen Druckbedarf. - -
Wird dagegen eine der Endanschlagstellungen des Waagekolbens, linksseitig oder rechtsseitig, angenommen, so lässt sich hierdurch ein Belüftungsbedarf bzw. Entlüftungsbedarf signalisieren. Hierdurch lässt sich eine 3/n- Ventilfunktion umsetzen. Eine 2/2 -Ventilfunktion kann aus der Summe der vorhandenen Möglichkeiten dadurch realisiert werden, dass lediglich die neutrale Mittelstellung als Abschlussstellung und der Belüftungsbedarf oder Entlüftungsbedarf signalisiert wird.
Gemäß eines bevorzugten Anwendungsfalls ist die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung eines Differenzdruckes ausgestattete Arbeitsleitung ein- gangsseitig von einem elektropneumatischen Ventil mit Druckluft beaufschlagbar, um endsei- tig einen vorzugsweise geschlossenen Behälter zu befüllen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermittelt hierbei, ob Druckluft in den Behälter strömt und wann sich ein Strömungsausgleich einstellt und meldet ein dementsprechendes elektrisches Signal an die übergeordnete Steuereinheit weiter, die wiederum das Steuerventil ansteuert. Der elektronischen Steuerein- heit kann ein gewünschtes Drucklevel manuell oder automatisch vorgegeben bekommen. Dieses Einsatzbeispiel lässt sich bei der Befüllung luftgefederter Reifen eines Kraftfahrzeuges, der Befüllung kesselartiger Druckluftspeicherbehälter und dergleichen anwenden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine schaltbildartige Darstellung einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Differenzdrucks in einer ersten Ausfuhrungsform, und
Figur 2 eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Differenzdrucks in einer zweiten Ausführungsform.
Gemäß Figur 1 fließt ausgehend von einem - hier nur schematisch angedeuteten - elektro- pneumatischen Steuerventil 1 eine Druckluftströmung durch eine Arbeitsleitung 2 in einem - ebenfalls nur schematisch angedeuteten - geschlossenen Behälter 3, der mit der Druckluft zu befüllen ist. In die Arbeitsleitung 2 ist eine den wirksamen Strömungsquerschnitt verengende - -
Drossel 4 eingefügt. An einer ersten Stelle 5a vor der Drossel 4 sowie einer zweiten Stelle 5b nach der Drossel 4 steht bei der Durchströmung der Arbeitsleitung 2 mit Druckluft ein unterschiedlich hoher Druck an. Eine parallel zur Drossel 4 geschaltete Druckwaageeinheit 6 ermittelt die aus den unterschiedlichen Drücken an der ersten Stelle 5a und der zweiten Stelle 5b resultierende Druckdifferenz, in dem die besagten Drücke von der Arbeitsleitung 2 abgezweigt werden.
Die Druckwaageeinheit 6 besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 7 mit je stirnflächenseitigen Druckanschlüssen für den Anschluss mit der ersten und zweiten Stelle 5a und 5b der Arbeitsleitung 2. Innerhalb des Gehäuses 7 ist mittig ein axial bidirektional verstellbarer Waagekolben 8 integriert. Der Waagekolben 8 ist durch Beaufschlagung zweier gegensinnig hierauf einwirkender Federelemente 9a und 9b im differenzdrucklosen Ausgangszustand in der gezeigten Mittelstellung. Die Druckwaageeinheit 6 wirkt über diese Ausführungsform über magnetische Koppelmittel mit einer ortsnah hierzu positionierten elektrischen Schaltereinheit 10 zusammen. Als magnetisches Koppelmittel besteht der Waagekolben 8 hier aus einem Permanentmagneten, wogegen die hiermit zusammenwirkende elektrische Schaltereinheit 10 als induktiver Reedschalter ausgebildet ist. Detektiert die Druckwaageeinheit 6 je nach Durchströmungsrichtung der Ar- beitsleitung 2 eine signifikante positive bzw. negative Druckdifferenz über der Drossel 4, so lässt sich dieses sensortechnisch ermittelte Ereignis über die elektrische Schaltereinheit 10 an eine übergeordnete Steuereinheit 11 melden, die in Abhängigkeit vorgegebener Steuerwerte und des ermittelten Druckdifferenzwertes das elektropneumatische Steuerventil 1 ansteuert. Wenn nach Öffnen des elektropneumatischen Steuerventils 1 Druckluft solange in den angeschlossenen Behälter 3 strömt, bis dieser vollständig gefüllt ist, lässt sich über die Drossel 4 schließlich keine Druckdifferenz mehr feststellen, so dass die elektronische Steuereinheit 11 anschließend das elektropneumatische Ventil 1 von der geöffneten in die geschlossene Stellung bringen kann.
Nach der in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsform ist ein Waagekolben 8' zwischen zwei Elastomermembranen 12a und 12b angeordnet, die je einen Druckraum 13a bzw. 13b - -
begrenzen, welcher mit der - nicht dargestellten - ersten bzw. zweiten Stelle der Arbeitsleitung verbunden ist, analog zu der vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsform.
Zur Betätigung einer dem Waagekolben 8' zugeordneten elektrischen Schaltereinheit 10' dient ein mechanisches Koppelmittel, das als Betätigungsstößel 14 mit einer korrespondierenden radialen Ausnehmung 15 am Waagekolben 8' zum Eingriff kommt. Die aufgrund der Druckdifferenz erzeugte Axialbewegung des Waagekolbens 8' führt somit zu einem kippenden Schalten des Betätigungsstößels 14 der elektrischen Schalteinheit 10' zu dem bereits in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung der ersten Ausführungsform genannten Zweck.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beiden vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch mög- lieh, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung einer Druckdifferenz zu einem anderen Zweck als zum Druckbeaufschlagen eines geschlossenen Behälters zu verwenden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung im Zusammenhang mit einer Reifendrucküberwachungseinrichtung für luftgefederte Reifen eines Kraftfahrzeuges.
- -
Bezugszeichenliste
1 elektropneumatisches Ventil
2 Arbeitsleitung
3 Behälter
4 Drossel
5 Stelle
6 Druckwaageeinheit
7 Gehäuse
8 Waagekolben
9 Federelement
10 elektrische Schalteeinheit
11 Steuereinheit
12 Elastomermembran
13 Druckraum
14 Betätigungsstößel
15 Ausnehmung

Claims

A n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur sensortechnischen Ermittlung einer zwischen einer ersten Stelle (5a) und einer in Strömungsrichtung beabstandet hierzu angeordneten zweiten Stelle (5b) auftre- tenden Druckdifferenz im Bereich einer in einer druckluftdurchströmten Arbeitsleitung (2) eingefügten Drossel (4),
dadurch gekennzeichnet, dass der Druck an der ersten Stelle (5a) in Strömungsrichtung vor und an der zweiten Stelle (5b) in Strömungsrichtung nach der Drossel (4) abgezweigt wird, um die Druckdifferenz über der Drossel (4) beidseits einer hierzu parallel geschalteten Druckwaageeinheit (6; 6') zuzuführen, welche im Zusammenwirken mit einer elektrischen Schaltereinheit (10; 10') einer übergeordneten Steuereinheit (11) ein binäres Be- oder Entlüftungssignal meldet, falls die Druckwaageeinheit (6; 6') eine signifikante positive bzw. negative Druckdifferenz über der Drossel (4) detektiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwaageeinheit (6; 6') zur Feststellung der positiven oder negativen Druckdifferenz aus einem zylindrischen Gehäuse (7) mit stirnseitigen Druckanschlüssen für den Anschluss mit der ersten und zweiten Stelle (5a, 5b) der Arbeitsleitung (2) besteht, das einen durch die Druckdifferenz axial bidirektional verstellbaren Waagekolben (8) enthält, der zur Positionierung in eine Mittelstellung als differenzdrucklose Ausgangsstellung beidseits zweier Federelemente (9a, 9b) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenwirken der elektrischen Schaltereinheit (10; 10') mit der Druckwaageeinheit (6; 6') durch mechanische oder magnetische Koppelmittel erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass als magnetische Koppelmittel ein den Waagekolben (8) bildender Permanentmagnet mit der als induktiver Reedschalter ausgebildeter Schaltereinheit (10) zusammenwirkt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass als mechanisches Koppelmittel ein den Waagekolben (8') mit der Schaltereinheit (10') verbindender Betätigungsstößel (14) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Waagekolben (8') zum kippenden Schalten des Betätigungsstößels (14) der Schaltereinheit (10') zwischen zwei Elastomermembranen (12a; 12b) angeordnet ist, die je einen Druckraum (13a; 13b) begrenzen, welcher mit der ersten bzw. zweiten Stelle (5a; 5b) der Arbeitsleitung (2) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das distale Ende des Betätigungsstößels (14) der elektrischen Schaltereinheit (10') in eine korrespondierende radiale Ausnehmung (15) am Waagekolben (8') zum Eingriff kommt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltereinheit (10; 10') drei Schaltstellungen aufweist und der Steuereinheit (11) in einer der Mittelstellung des Waagekolbens (8; 8') ent- sprechenden Mittelstellung keinen Druckbedarf signalisiert, wogegen die beidseits hiervon vorhandenen Endanschlagstellungen einen Belüftungsbedarf bzw. Entlüftungsbedarf signalisieren.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsleitung (2) von einem elektropneumatischen Steuerventil (1) ausgehend mindestens einen geschlossenen Behälter (3) druckbeaufschlagt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Behälter (3) durch einen luftgefederten Reifen eines Kraftfahrzeuges oder einen kesselartigen Druckluftspeicherbehälter ausgebildet ist.
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