NL8602524A - Pneumatisch koppelapparaat. - Google Patents

Description

Pneumatisch koppelapparaat.

Pneumatische interface- of koppelapparaten worden veelvuldig toegepast voor het sturen van de giet- en boiler-temperatuur, stroom- of luchtleidingdruk, stroombesturing in fluidum overbrengende pijpsystemen, tankvloeistof niveau-5 besturing, pH besturing in chemische processen, en besturingen voor het verwarmen, ventileren en de air-conditioning. Pneumatische besturing wordt ook vaak toegepast in petrochemiecheprocessystemen waarin ontvlambare fluida ontstoken zouden kunnen worden door elektrische stuurinrichtingen. Ten behoeve van illustratie, en 10 niet ter beperking, wordt de uitvinding beschreven aan de hand van een systeem voor verwarming, ventilatie en airconditioning.

Een bepaald type van zo1 n systeem heeft een luchtbehandelingseenheid met een aantal door een aandrijforgaan bediende schuiven voor het besturen van de buitenluchtstroom 15 naar het gebouw, voor het besturen van de luchtstroom die uit het gebouw wordt af gevoerd, en voor het leiden van verwarmde of gekoelde en gerecirculeerde lucht. Andere mechanismes die zijn verbonden met luchtbehandelingsinstallaties hebben tevens door een aandrijforgaan bediende kleppen voor het 20 besturen van de stroom van afgekoeld of verwarmd water door warmtewisselaars die in het kanaalstelsel zijn opgesteld voor het besturen van de temperatuur van de lucht die erdoorheen stroomt.

8602524 ï ' . _ - - 2 -

Een bepaald type aandrijforgaan in dergelijke luchtbehandelingsinstallaties wordt gebruikt heeft een veerbelaste pneumatische cylinder waarvan de stand is gekoppeld aan een schuif of klep. Besturing vindt plaats door het oplossen van 5 bekende algoritmen binnen een pneumatisch stuurorgaan en het genereren van analoge pneumatische uitgangssignalen die naar de cylinders worden gevoerd.

De relatief recente opkomst van gecomputeriseerde stuurapparaten die direkt digitaal werken, en de wens van 10 eigenaren van gebouwen om dergelijke gecomputeriseerde installaties op te nemen in nieuwe of bestaande airconditioningssystemen die gebruik maken van betrouwbare pneumatische aandrijforganen, vereist dat een digitaal-tot-pneumatiek koppelsysteem wordt gebruikt voor het ontvangen van digitale signalen uit het 15 besturingsapparaat en het omzetten daarvan in pneumatische signalen voor positionering door middel van een cylinder of ander aandrijf orgaan. Deze direkt digitale stuurorganen kunnen zijn ingericht voor het herhalend oplossen van een willekeurige of meerdere verschillende békende stuuralgoritmen voor het 20 opwekken van commandosignalen en om redenen die geen verband houden met de uitvinding, heeft het vaak de voorkeur om het digitale stuurorgaan te voeden met commandosignalen die de cylinder een berekende cylinderdrukverandering laten ondergaan in de plaats van te bewegen naar een nieuwe stand, zoals 25 vertegenwoordigd door een nieuwe absolute druk. Met andere woorden heeft het vaak de voorkeur om het digitale stuurorgaan en het daarmede verbonden systeem zodanig in te richten dat de nieuwe door een cylinder in te nemen stand een funktie is van de tijdsduur van het digitale uitgangssignaal van het 30 stuurorgaan en geen funktie van de cylinderdrukverandering.

In gewoonlijk toegepaste pneumatische stuursystemen kan het ook gewenst zijn om bepaalde cylinders binnen het systeem een volle slag te laten maken over drukgebieden die van cylinder tot §602524 . % - 3 - cylinder kunnen verschillen en vaak toegepaste drukgebieöen voor volle slagen liggen tussen 3 en 8 psig, 8-13 psig en 13-18 psig.

Een voorbeeld van een koppelsysteem dat bruikbaar is voor het besturen van de stand van een enkelvoudig aandrijf-5 orgaan of voor het gelijktijdig besturen van de stand van meerdere aandrijf organen van dezelfde afmeting, drukgebied voor volle slag en belasting is weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 4 261 509. Dit systeem heeft twee elektrisch aangedreven solenoidekleppen met twee standen voor het ontvangen van digitale 10 signalen en het besturen van de fluidumstroom naar en uit het aandrijf orgaan. Pneumatische weerstanden, vaak smoororganen genoemd, hebben openingen met een diameter van enige duizenden van een inch en zijn opgenomen in de pneumatische leidingen voor het besturen van de afstand van de aandrijforgaanslag per 15 tijdseenheid, dat wil zeggen voor het besturen van de hellingen van de druk-tijdsgrafieken van het aandrijforgaan die kenmerkend zijn voor aandrijforgaanslagkarakteristieken in beide bewegingsrichtingen.

Een koppelapparaat volgens Amerikaans octrooischrift 20 4 440 066 omvat een paar solenoidekleppen voor het besturen van de luchtstroom uit een drukbron naar een gebied van tussen-gelegen inhoud en uit het gebied naar een gebied van omgevings-druk. Een instelbare stroomdoorgang is aangebracht voor het besturen van de stroomhoeveelheid naar en uit een cylinder.

25 Amerikaans octrooischrift 3.266.380 toont het gebruik van een reservoir als een integrerende capaciteit in een pneumatische rekeninrichting, die ongeschikt is voor gekoppelde besturing, hetgeen variabele ingangsdrukken veronderstelt en die, zoals de inrichting van het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 30 4 440 066, een terugkoppeleigenschap (gesloten baan) hebben.

8302524 J -S’ - 4 -

Koppelsysternen van het bovengenoemde type hebben bepaalde nadelen. Indien bijvoorbeeld smoororganen worden gebruikt voor het besturen van de slag van een enkej. aandrijforgaan of een groep van aandrijforganen met 5 dezelfde afmeting, moeten de smooropeningafmetingen imperatief worden vastgesteld, omdat de aanslagtijdstippen afhankelijk zijn van aandrijforgaanafmeting, veergebied, belading en het fluidumvolume dat zich bevindt binnen het aandrijforgaan en de pneumatische verbindingen. Deze 10 parameters zijn vaak moeilijk of onmogelijk te bepalen voorafgaande aan de werkelijke installatie. Indien het Airconditioningssysteem aandrijforganen met verschillende volumetrische afmetingen, veergebieden en/of beladingen bevat, zal het systeem in hoge mate niet-rechtlijnige 15 versterkingskarakteristieken vertonen en het stuursysteem wordt nog ingewikkelder. Gebruikmaking van bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 4 261 509, en aannemende dat een aantal evenwijdig verbonden ongelijksoortig geconfigureerde aandrijforganen moet worden bestuurd, 20 zal het percentage van positieverandering voor elk aandrijforgaan op een bepaald tijdstip afwijkend zijn als een solenoide wordt bekrachtigd voor het toevoeren van fluïdum aan of het af voeren van fluidum uit de aandrijforganen. Dit is een gevolg van het feit, dat 25 een verandering in het fluidumvolume dat aanwezig is in een aandrijforgaan, de slagafstand per tijdseenheid zal beïnvloeden van andere aandrijforganen in overeenstemming met de evenwichtstoestand van een ideaal gas.

Indien smoororganen worden gekozen voor het besturen 30 van de slagrijg of bijvoorbeeld een klein, licht beladen aandrijforgaan, zal de systeemrespons onaanvaardbaar ________Λ 8002524 ♦ - 5 - traag zijn voor het positioneren van grotere of zwaarder belaste aandrijf organen. Indien omgekeerd smoororganen worden gekozen voor de juiste besturing van aandrijf-organen van het laatste type, kunnen instabiliteiten 5 in het systeem optreden. Zelfs door het aan enige of alle aandrijforganen toevoegen van een inrichting die een stuurpositioneerorgaan wordt genoemd, moet de smoor-orgaankeuze imperatief plaatsvinden of door het meten en berekenen van het volume van samengeperst fluidum 10 dat zich bevindt binnen de pneumatische leidingen en de stuurpositioneerdrukkamers.

Een verder nadeel van systemen van het bovengenoemde type is, dat zij onderworpen zijn aan aanzienlijke lekkages van pneumatisch fluidum. Bijvoor-15 beeld heeft elke pneumatische verbinding van een 1/4 inch buis een lekhoeveelheid van ongeveer 0,1 standaard kubieke inch per min. (SCIM) bij 20 psig, terwijl een bepaald stuurpositioneerorgaan een lekhoeveelheid heeft van 0,3 SGIM. In een systeem met een constant volume-20 reservoir, waarin het systeem een relatief klein fluidum-volume heeft en/of een groot aantal verbindingspunten en stuurpositioneerorganen, kunnen de veranderingen in de stuurdruk ten gevolge van lekkages binnen het systeem en over het tijdsinterval tussen parameter afvoertijd-25 stippen, zoals geconditioneerde afstand, temperatuur verzameltijdstippen, ontoelaatbaar groot zijn.

Daarom zou een koppelsysteem dat preselectie van weerstandsafmetingen toestaat die onafhankelijk is van de configuratie van de betreffende pneumatische leidingen 30 en aandrijforganen, welk systeem kan worden gebruikt voor het besturen van aandrijforganen met een grote verscheidenheid 86 0 2 5-2 5 3* % - 6 - van zich daarin bevindende fluidumvolumes en dat een instelmogelijkheid heeft dat zijn toepassing toestaat met aandrijf-organen die kunnen werken over willekeurige drukgebieden, een aanzienlijke vooruitgang ten opzichte van de stand der 5 techniek zijn.

Het koppelapparaat volgens de onderhavige uitvinding bestaat in hoofdzaak uit een pneumatisch stroomstuur-orgaan voor het besturen van het aantal molekulen van een gas dat zich bevindt binnen een in hoofdzaak constant gasvolume 10 op een eerste druk. Een volumerelais heeft een eerste kamer die gekoppeld is aan het stuurorgaan door het opgesloten gasvolume, en een tweede kamer voor het koppelen aan een pneumatisch aandrijforgaan dat wat zijn stand betreft moet worden bestuurd, welke eerste kamer en welke tweede kamer 15 in fluidumstroom isolatie van elkaar zijn. at volumerelais levert een tweede druk aanzijn tweede kamer, die een tevoren bepaalde verhouding heeft tot de eerste druk. Organen met een in hoofdzaak constant opgesloten volume zijn geplaatst tussen het stroomstuurorgaan en het relais en werken samen 20 met het stroomstuurorgaan voor het bepalen van de hellingen van de druk-tijdgrafieken van het aandrijforgaan. Het stroomstuurorgaan kan middelen hebben voor het instellen van de stroomhoeveelheid van het gas uit het in hoofdzaak constante volume naar een gebied van omgevingsdruk.

25 Het is een oogmerk van de uitvinding om een nieuw en verbeterd koppelapparaat te leveren voor het positioneren van pneumatische aandrijforganen dat nadelen van de stand der techniek opheft.

Een ander oogmerk van de uitvinding is het 30 leveren van een koppelapparaat dat de preselectie toestaat van stroom- 8302524 ........................- - - ..... ......... <ék * - 7 - s tuursmoororganen.

Een ander oogmerk van de uitvinding is het leveren van een koppelapparaat dat aandrijforgaanpositioneerkarakteristieken levert die onafhankelijk zijn van de afmeting of het aantal van 5 de aandrijforganen dat erop is aangesloten.

Een nog ander oogmerk van de onderhavige uitvinding is het leveren van een koppelapparaat dat middelen kan bezitten voor instelling ter plaatse van de stroomhoeveelheid van een gas uit een in hoofdzaak constant opgesloten volume naar een gebied 10 van omgevingsdruk.

Een ander oogmerk van de onderhavige uitvinding is het leveren van een koppelapparaat dat bruikbaar is met direkte digitale stuurorganen.

Een nog ander oogmerk van de onderhavige Uitvinding 15 is het leveren van een koppelapparaat dat leidt tot beweging van een aandrijfcylinder naar een nieuwe stand die een berekende funktie is van de tijdsduur van een digitaal signaal uit een direkt digitaal stuurorgaan.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht 20 aan de hand van de tekening, waarin bij wijze van voorbeeld een aantal uitvoeringsvormen van een apparaat volgens de uitvinding is weergegeven. In de tekening toont: fig. 1 het verloop van de stijg- en daalkarakteris-tieken van de druk binnen een in hoofdzaak constant begrensd 25 gasvolume, fig. 2 schema van het koppelapparaat volgens de uitvinding samen met een processtuursysteem voor een luchtbehandelingseenheid, fig. 3 een schema van een eerste uitvoeringsvorm 30 van het koppelapparaat van fig. 2, waarbij gedeelten in dwarsdoorsnede zijn weergegeven en andere gedeelten in volledig aanzicht, fig. 4 een schema van een tweede uitvoeringsvorm 8502524 - 8 - van het koppelapparaat van fig. 2 met weggelaten onderdelen, onderdelen die in dwarsdoorsnede zijn weergegeven en andere onderdelen die in volledig aanzicht zijn getekend, fig. 5 een dwarsdoorsnede van het volumerelais-5 gedeelte van het koppelapparaat volgens de lijn V-V van fig. 3, fig. 6 een bovenaanzicht van een commerciële uitvoeringsvorm van het uitgevonden apparaat, fig. 7 een doorsnede volgens de lijn VII-VII van fig. 6, 10 fig. 8 een bovenaanzicht van de buighefboom van het apparaat van fig. 7, fig. 9 een doorsnede volgens de lijn IX-IX van fig. 8, fig. 10 een dwarsdoorsnede van de middenplaat 15 van het apparaat, waarbij onderdelen zijn toegevoegd in uit elkaar getrokken aanzicht, en fig. 11 een elektrisch schema van het apparaat.

Het begrip van de uitvinding zal worden vergemakkelijkt door een toelichting van de relevante gaswet en het gebied 20 van de fysica, waarbij de toestandsvergelijking van een ideaal gas wordt uitgedrukt als:

pV = nRT

waarin p = gasdruk in een in hoofdzaak stijf, begrenzend volume of vat; 25 V = het begrensde volume van het vat, n = het aantal gasmolekulen binnen het vat, R = de universele gasconstante, en T = de temperatuur van het gas in °K.

Uit de vergelijking zal duidelijk zijn, dat 30 indien de temperatuur van het door het vat omsloten gas constant 8602524 - 9 - wordt gehouden, een redelijke aanname voor deze analyse, en indien het volume van het vat onveranderd blijft, de gasdruk een direkte verhouding tot het aantal gasmolekulen in het vat zal hebben.

5 Fig. 1 toont de stijf- en daalkarakteristieken van de gasdruk binnen een in hoofdzaak constant begrensd gasvolume.

Kromme A toont de drukstijging ten opzichte van de tijd indien gas: ih het omsloten volume wordt gebracht een door bron van constante druk, bijvoorbeeld 20 psig, en door een bepaalde stroombeperkende 10 opening. De begindruk in het volume wordt aangenomen 0 psig te zijn. Kromme B toont de drukdaling ten opzichte van de tijd indien het binnen het volume samengeperste gas wordt toegestaan om uit het volume te stromen naar een gebied van omgevingsdruk, bijvoorbeeld een gebied op 0 psig, waarbij het naar buiten 15 komt door een stroombeperkende opening van bepaalde afmeting. Besturing van de gasstroom naar en uit het volume kan geschieden door een paar normaal gesloten, tweestandssolenoidekleppen.

Aangezien de krommen A en B beide niet rechtlijnig zijn, is het duidelijk dat indien men een cylinder wenst 20 te besturen over bijvoorbeeld het gebied C van 3 tot 8 psig, het in hoofdzaak rechtlijnige gedeelte van kromme A dat binnen het gebied C valt, een helling heeft die tenzeerste afwijkt van het enigszins gebogen gedeelte van kromme B dat valt binnen het gebied C indien het wiskundige teken van de hellingen wordt 25 genegeerd. Met een cylinderdruk binnen gebied C en stijgend volgens kromme A, wijkt de grootte van de druksverandering per tijdseenheid af van dit van een dalende cylinderdruk volgens kromme .B binnen gebied C. Dit kan een ontoelaatbaar resultaat zijn indien de cylinder dient te worden bestuurd door signalen 8 5 n ^ O r.

0 V L 0 l 4 -10- uit een digitaalstuurorgaan waarin de cylinder positionering bij voorkeur plaats vindt door een berekende signaalduur en dus niet door het meteivan drukveranderingen of door andere middelen.

Aan de andere kant zijn de hellingen van 5 krommen A en B in het gebied D van 8 tot 13 psog in hoofdzaak gelijk aan elkaar indien het wiskundige teken wordt genegeerd en dit demonstreert dat de bepaalde opening wordt gebruikt in het systeem waarop de krommen zijn gebaseerd, waarschijnlijk tevredenstellend zal zijn voor de werking van de cylinder binnen het 10 gebied van 8 tot 13 psig met een digitaal stuurorgaan. j i

In fig. 2 is het koppelapparaat 10 opgenomen in een proces-stuursysteem voor een luchtbehandelingseenheid 11 die in verbinding staat met een te conditioneren ruimte 12.

De behandelingseenheid 11 heeft een inlaatkanaal 13 voor het 15 toevoeren van omgevingslucht aan de ruimte 12, een uitlaatkanaal 14 voor het verwijderen van lucht uit de ruimte, en een dwarskanaal 14a tussen het inlaatkanaal 13 en het uitlaatkanaal 14. Ventilatoren 15 zijn aangebracht voor geforceerde luchtbeweging. Elk kanaal 13, 14, 14a heeft een beweegbare schuif 16 voor het besturen van de luchtstroom.

20 Het inlaatkanaal 13 heeft ook een koelspiraal 17 waardoorheen koud water stroomt,en een verwarmingsspiraal 18 waardoorheen heet water i of stoom gaat, welke spiralen 17 en 18 zijn aangebracht voor het i besturen van de temperatuur van de lucht die naar de ruimte 12 wordt gevoerd. Kleppen 19 en 20 moduleren de vloeistofstroom door 25 de spiralen. De behandelingseenheid 11 heeft verder pneumatische amzetters voor het omzetten van signalen naar een andere energie-toestand, zoals van een pneumatisch naar een elektrisch of mechanisch signaal.

β o ü 2 3 2 4 __________Λ « i» -11-

Deze kunnen bestaan uit een aantal pneumatisch aandrijforganen of cylinders 21 omvatten, waarbij elk mechanisch aandrijforgaan met zijn bijbehorende schuif 16 of klep 20 is gekoppeld voor het bestuurbaar positioneren daarvan. De omzetters 21 kunnen zijn 5 gekoppeld met een (niet weergegeven) leiding die een bestuurde pneumatische druk levert voor het positioneren van de aandrjjf-organen 21 en bijbehorende schuiven 16 en klep 20. Een direct werkend digitaal systeemstuurorgaan 27 is gekoppeld aan een parameter signaleringsinrichting zoals een thermostaat 29 voor het 10 ontvangen van signalen daarvan. Het systeemstuurorgaan 27 verzamelt periodiek een systeeraparameter, zoals de ruimtetemperatuur die wordt aangegeven door de thermostaat 29, vergelijkt deze met de ingevoerde temperatuur instelling, zoals symbolisch weergegeven door de pijl 31, die wordt bewaard in zijn computergeheugen, lost 15 digitaal een stuuralgoritme op en geeft digitale electronische ccmmandosignalen af voor het besturen van een omzetterstand. De uitvinding wordt beschreven aan de hand van pneumatische cylinde 25 die met het apparaat 10 is verbonden door een leiding 26, waarbij opgemerkt wordt dat temperatuur slechts één van de parameters is, 20 waarvan de besturing met het koppelapparaat kan worden vergemakkelijke.

In de fig. 2 en 3 is het koppelapparaat 10 verbonden met een pneumatisch omzetter die bestaat uit de veer-belaste pneumatische gepositioneerde cylinder 25 die met een 25 zwenkbare luchtschuif 16 is gekoppeld voor hethesturen van de positie ervan. Het apparaat 10 heeft een pneumatisch stroom-stuurorgaan 33 dat y c ^ 2 5 2 4 \ __ y t -12- is aangesloten op een eerste compressor 35 die op een bepaalde druk is ingesteld via een eerste einde 37 van een leiding 38, waarvan een tweede einde 39 in verbinding staat met de buitenlucht. De regeldruk is afhankelijke van de omstandigheden, 5 maar voor de besturing van airconditioningssystemen wordt gewoonlijk een drukbron van ongeveer' 20 psig gebruikt. Een normaal gesloten , electrisch bediende ingangsklep 41 en uitgangsklep 43 liggen achter elkaar voor het besturen van de stroom samengeperst fluïdum en uit het ertussen geplaatste 10 vat 45 . De solenolden van dekLejpai 41 en 43 hebben elk hun electrische geleiders 47 die zijn gekoppeld aan het systeem-stuurorgaan 27 voor het daaruit ontvangen van commandosignalen.

Het stroomstuurorgaan 33 heeft een eerste weerstand 49 die zich bevindt in de leiding grenzend aan de eerste klep 41, en een 15 tweede, derde en vierde weerstand 51,53 resp- 55, die zich bevinden in het einde 39 grenzend aan de tweede klep 43. Elke weerstand 49, 5.1, 53, 55 heeft een doorgang 57 voor het besturen van de stroomhoeveelheid samengeperst gas naar en uit het omsloten volume 45. Bij het bedienen van de eerste klep 20 41, zal de eerste weerstand 49 fluïdum toestaan om op beperkte wijze uit de bron 35 naar het omsloten volume 45 te stromen, terwijl het bedienen van de tweede klep 43 fluïdum zal toestan cm uit het omsloten volume 45 te worden afgevoerd via de tweede weetand 51, door de derde en/of vierde weerstanden 53, 55 en ver-25 volgens naar de buitenlucht. De weerstanden 53 en 55 kunnen vaste openingsafmetingen te hebben die in hoofdzaak identiek zijn of die van elkaar afwijken teneinde de gewenste flexibili- 6602524 ........ Λ -13- teit tijdens de werking te leveren. De weerstanden 53 en 55 kunnen worden vervangen door een instelbare vernier weerstand stroomafwaarts van de solenoïdeklep 43, doch deze opstelling zal waarschijnlijk calibrering in de werkplaats of ter plaatse 5 vereisen, een eventueel kostbare procedure. Weerstanden 53, 55 met vaste openingsafmetingen kunnen permanent zijn aangebracht of van het verwijderbare, insteekbare plugtype zijn. Bij een ander alternatief kan het tweede einde 39 een enkelvoudige niet weergegeven afvoerpoort met een vaste weerstand zijn.

10 Het naar keuze bedienen van de eerste of de tweede klep vergemakkelijkt de regeling van een eerste sruk binnen het omsloten volume 45. Indien geen van beide kleppen 41 en 43 wordt bediend, blijft de druk in het volume 45 in hoofdzaak constant cm redenen die hieronder meer in detail 15 worden toegelicht. Het koppelapparaat 10 zal even goed werken, onafhankelijk of er een weerstand 49, 51 is opgenomen in de leiding 38 aan de stroomopwaartse of de stroomafwaartse zijde van de bijbehorende klep 41, 43.

In de fig. 3 en 5 is het stroomstuur-20 orgaan 33 door een leiding 59 aangesloten op een ingangskamer 61 van een volumerelais 63, waarvan een uitgangskamer 65 door een uitgangsleiding 67 is aangesloten op één of meer te positioneren cmzetters, zoals omzetter 25. Tussen de kamers 61 en 65 is een veerkrachtig membraan 71 opgesteld dat de kamers 61 en 65 25 van elkaar gescheiden houdt.

8302524 -14-

Het volumerelais 63 is zodanig ontworpen dat de druk in de uitgangskamer 65, en dus in de uitgangsleiding 67 en de omzetter 25,een te voren bepaalde verhouding zal hebben tot de druk in de eerste ingangskamer 61, onafhankelijk van 5 veranderingen in de laatste.

Om redenen van eenvoud van relais-constructie en gemak van installatie, beproeven en het opsporen van defecten, heeft het de voorkeur dat deze verhouding lineair is en in de verhouding van 1:1. Opgemerkt wordt, dat 10 tEwijl de buiging van membraan 71 zal leiden tot kleine ogenblikkelijke veranderingen van het gasvolume dat door de eerste kamer 61 wordt begrensd, dergelijke veranderingen vrij klein zijn en geen «zenlijk effect zullen hebben op het vermogen van het koppelapparaat 10. In de eerste uitvoeringsvorm 15 van fig. 3 is het omsloten volume 45 dat is omsloten door de eerste kamer 61 van het volumerelais 63 en het gedeelte van de leidingen 38, 59 aan de rechter zijde van de solenoidekleppen 41, 43. Andere details van één type volume-relais 63 dat bruikbaar is in de onderhavige uitvinding, zijn weergegeven en 20 beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.207.914.

De gedeeltelijk in fig. 4 weergegeven tweede uitvoeringsvorm van het koppelapparaat 10 wijkt slechts van de eerste uitvoeringsvorm af, doordat een reservoir 73 is aangesloten op de leiding 59, De volumetrische omvang van het 25 omsloten volume 45, de "V" component van de ideale gasvergelijking, kan het gezamenlijk omsloten volume 45 zijn zoals, inde eerste uitvoeringsvorm, of, zoals weergegeven in fig. 4, tevens het gedeelte bevatten dat door het 8502524 ........... Λ -15- reservoir 73 wordt csnsloten, afgetakt van de leiding, zoals weergegeven, of in serie daarmee.

Het dient te worden begrepen, dat het koppelapparaat 10 gemakkelijk kan worden vervaardigd uit 5 beschikbare buis-, koppel-, weerstands-, klep- en volume-relaiscomponenten. Bij hogere productiehoeveelheden kunnen de componenten worden samengebouwd tot een enkel stelsel dat fluidumgeleidende doorgangen heeft en een omsloten volume 45 dat geëtst is of op andere wijze daarbinnen is gevormd.

10 Terwijl gereedschaps- en ontwerpinvesteringen bij deze laatste benadering uiteraard hoger zullen zijn, kunnen de montage-kosten aanzienlijk worden verminderd.

Bij het kiezen van de volumetrische waarde van het omsloten volume 45 wordt bij voorkeur rekening 15 gehouden met meerdere ontwerpparameters die worden gekozen ten aanzien van de hierboven genoemde toestandsvergelijking van een ideaal gas. Eén zorn parameter is de waarde van het werkzame volume van samengeperst fas dat zich bevindt binnen dat gedeelte van het koppelapparaat 10 en dat in hoofdzaak 20 constant wordt gehouden. Het werkzame volume is het totale volume 45 samengeperst gas zoals beschreven in de eerste uitvoeringsvorm, opgesloten binnen een willekeurig reservoir 73 en binnen de eerste kamer 61 tezamen met het volume van eventueel parasitair gas. Parasitair gas is gas dat achterblijft 25 in die gedeelten van het stroomstuurorgaan 33 tussen een' weerstand 49 of 51 en zijn bijbehorende solenoideklep 41 resp. 43. Indien de kleppen 41., 43 zijn opgebouwd met erin opgenomen weerstanden, kan dit parasitaire volume praktisch worden vermeden. Een andere ontwerpparameter waarmee 30 rekening moet worden gehouden, is dat elk van de openingen 57 in de weerstanden 49, 51, 53, 55 een praktische minimumdiameter zal hebben, bijvoorbeeld van de orde van 125 ym om 8602524 - 16 - verstoppen van de opening door in het gas meegesleepte kleine deeltjes te voorkomen en om de weerstanden 49, 51, 53, 55 goedkoop te kunnen vervaardigen met behulp van bekende technieken. Een nog andere parameter waarmede rekening moet worden gehouden is de 5 eventuele lekkage van de pneumatische verbindingspunten. Deze lekkage kan worden verminderd of geheel worden opgeheven door het gemonteerde koppelapparaat 10 in een voor gas ondoorlaatbaar mengsel té verpakken. Ook moet rekening worden gehouden met de gewenste hellingen van de krommen A, B na het bedienen van 10 de kleppen 41, 43.

In het geval van een koppelapparaat 10 dat verbindingspunten heeft die worden gekenmerkt door kleine doch waarneembare lekkages, is de minimumafmeting van het omsloten volume 45 bij voorkeur het volume dat zal leiden tot een 15 drukverandering in het gas in het omsloten volume 45 met minder dan ongeveer 1% over het maximale tijdsinterval gedurende welke het apparaat 10 in een evenwichtstoestand zal worden gehouden indien noch de klep 41 noch de klep 43 wordt bediend. Dit zal gewoonlijk het maximale tijdsinterval zijn 20 tussen de tijdstippen dat het systeemstuurorgaan 27 een parameter, zoals een temperatuursignaal zal vergaren en corrigerende commando's zal afgeven. Voor zo hoog mogelijke nauwkeurigheid van de positionering van de cylinder gedurende lange werkingsperioden heeft het de voorkeur dat deze drukverandering 25 wordt beperkt tot een half of 1% of minder. Indien het koppelapparaat 10 is ingericht voor het volledig opheffen van koppel-lekkages, krijgt de stuurparameter voor het kiezen van het minimale kubische inhoud van het omsloten volume 45 de gewenste maximale hellingen van de krommen A, B berekend ten opzichte 30 van de bovengenoemde vergelijking en ten opzichte van de minimale openingsafmetingen die verkrijgbaar zijn of gewenst zijn 8202524 . . 1 ......Λ - 17 - om te worden gebruikt. Het zal ook. worden begrepen, dat één van de aspecten van het apparaat 10 een instelmaatrege1 is die iemand in staat stelt om een helling te kiezen voor een bepaald gedeelte van kromme A dat samenvalt met de helling van een 5 gedeelte van kromme B, waarbij het wiskundige teken wordt genegeerd.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding werden korte buislengten met een binnendiameter van ongeveer 1,6 mm en een totaal omsloten volume van ongeveer 8 mm3 gebruikt om de solenoidekleppen 41, 43, een volumerelais 63 met een eerste 10 kamer van ongeveer 36 mm3 en een reservoir 73 te verbinden, alle zoals af geheeld in fig. 4. Verder bedroegen de parasitaire volumes van samengeperst gas in totaal ongeveer 0,003 mm3. Voor een eerste drukbron 35 die was geregeld op een druk van 20 psig, een eerste weerstand 49 opening ingesteld op een berekende 15 diameter van 0,011 mm en een tweede weerstand 51 opening ingesteld op een berekende diameter van 0,012 mm, werd de kubische inhoud van het volume gekozen op ongeveer 216 cm3 en dit leverde een hoge nauwkeurigheid van het systeem voor temperatuurverzamel-tijdstippen die ongeveer 3 min. van elkaar af lagen.

20 De fig. 6 en 7 tonen een commerciële uitvoeringsvorm van het apparaat 10 met een in hoofdzaak cylindrisch deksel 75, een bovenlichaam 77, een middenplaat 79 en. een onderlichaam 81.

De lichamen 77 en 81, dé plaat 79 en de erin gelegen onderdelen werken samen om te funktioneren op de wijze van het volumerelais 25 63 van fig. 5. Eén in het midden gelegen nippel 83 kan worden aangesloten op een luchtbron 69 van in hoofdzaak constante druk (fig. 3), terwijl een radiaal opgesteld koppelstuk (niet weergegeven) is aangebracht voor het verbinden van de uitgangsleiding 67 en de cylinder 25 van fig. 3.

5 50 2 ci-i V ' · - 18 -

De plaat 79 en het onderlichaam 81 zijn inwendig zodanig gevormd dat bron 69 tevens kan werken als de bron 35 van fig. 3, waarbij de toevoer naar de ingangsklep 41 plaats vindt via een klein filter 85. De ingangsklep 41 en de uitgangsklep 43 zijn 5 indentiek, zodat slechts de ingangsklep 41 in detail behoeft te worden beschreven. Tevens verwijzend naar fig. 8 en 9 omvat de ingangsklep 41 een toevoersolenoide 87, een stuurmondstuk 89 en een verlangsstuk 91 van een buighefboom 93 die zich tussen de solenoide 87 en het mondstuk 89 bevindt voor het op bestuur-10 bare wijze laten stromen van lucht door de laatste. Het stuur-mondstuk 89 heeft een bovenste afgeknot kegelvormige sectie 95 en heeft een in langsrichting lopende doorgang 97 die is voor zien van een stuuropening 99. In de de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm en in tegenstelling tot de meer gewone kunststof-15 openingen 49, 51, 53, 55 met de hierboven beschreven typische minimale opening, is de opening 99 gevormd van saffier en heeft een doorgang die nominaal 0,76 mm is. Door gebruik te maken van een opening van dit type, waardoor lucht relatief langzaam kan stromen, kan de fysische afmeting van het in hoofdzaak constante 20 volume 45 worden verkleind.

Thane in het bijzonder verwijzende naar figuren 8, 9 en 10, is een buighefboom 93 weergegeven met twee verlengstukken 91 en 101 die enigszins bovenwaarts beweegbaar zijn indien de bijbehorende solenoide wordt bekrachtigd. Elk 25 verlengstuk 91, 101 heeft een ijzerhoudend armatuurdeel 103 en een onderste klepschotel 105. In een de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm is de schotel 105 uitgevoerd als een in hoofdzaak cylindrische houder 107 voor het opnemen van een veerkrachtig klepmateriaal 109, welke houder 107 een onderopening 111 heeft 30 voor het in direkte aanraking komen van het materiaal 109 met de kegelvormige sectie 95. De hefboom 93 heeft een in het midden gelegen 86n" Λ - * - 19 - gat 113 voor het ontvangen van het omhoogstekende verlengstuk 115 van het bovenlichaam 77. Volgens fig. 10 heeft het de voorkeur, dat de montagestijl 117 en zijn verlengstuk 115 een schouder 119 begrenzen met een onder een hoek hellend oppervlak, waarbij een 5 de voorkeur verdienende hoek nominaal.4° is. Eeh de voorkeur hebbend klemblok 121 heeft een binnèndiameter die voldoende groter is dan die van de buitendiameter van het verlengstuk 115 teneinde daar ruim om te passen en ertussen een kleine ringvormige ruimte te bepalen. De buitendiameter van het klem-10 blok 121 begrenst een rechthoek met een dimensie tussen tegenover gelegen zijden die bij voorkeur iets minder is dan de diameter van de stijl 117 terwijl de onderrand 123 van het klemblok 121 is afgeschuind onder een hoek die iets groter is dan die van de schouder 119, nominaal 10°. Indien op deze wijze gevormd, 15 zullen er twee aanraakranden zijn tussen de rand 123 van het klemblok 121 en de hefboom 93, en een kleine neerwaartse kracht zal daarbij worden uitgeoefend op de verlengstukken 91 en 101, zodat de kleppen 41 en 43 gesloten worden gehouden bij afwezigheid van bekrachtiging door een solenoide. Een dunne 20 volgring (niet weergegeven) kan zijn geplaatst op het stelsel tussen elke solenoide, zoals solenoide 87, en zijn bijbehorende verlengstuk 91 teneinde een kleine luchtruimte te leveren die leidt tot een op de juiste wijze sluiten van de kleppen, zoals klep 41, indien de solenoide 87 wordt uitgeschakeld. Het plaatje 25 wordt daarna verwijderd.

Weer verwijzende naar figuren 3, 4 en 7 kan in een de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm het in hoofdzaak constante luchtvolume 45 het volume 45' zijn dat is opgesloten tussen het bovenlichaam 77 en het deksel 75. Het op deze wijze kiezen van 30 het volume 45 * vermijdt de noodzaak van het opnemen van een afzonderlijk luchtreservoir 73 en leidt tot een doelmatige vormgeving en produktie. Zoals weergegeven in fig. 6 kan het apparaat 10 op geschikte wijze 8602324 - 20 - een paar montage-oren 125 hebben met een afmeting en een plaats om samen te werken met de lippen van een klikkende montagebaan (niet weergegeven) teneinde gemakkelijk te kunnen worden gemonteerd en onderhouden.

5 Het elektrische circuit van het apparaat 10 kan volgens de figuren 2 en 11 zijn opgebouwd met diodes 127, zodat hetzij de toevoersolenoide 87 of de afvoersolenoide 129 kan worden bekrachtigd uit een direkt digitaal werkend stuurorgaan 27 dat gelijkstroomsignalen van tegengestelde polariteit gebruikt.

10 Gedurende de werking verzamelt het digitale systeem- stuurorgaan 27 een signaal dat een parameter vertegenwoordigt die moet worden bestuurd, zoals het signaal uit de thermostaat 29 dat de werkelijke ruimtetemperatuur vertegenwoordigt, vergelijkt dit met het ingestelde waarde van het geheugen, lost 15 een te voren vast gestelde vergelijking op en geeft een digitaal commandosignaal af voor het bedienen van hetzij de eerste klep 41 of de tweede klep 43. Na het openen van de eerste klep 41 zal samengeperst gas uit de bron 35 of 69 stromen, afhankelijk van de uitvoeringsvorm, via de eerste weerstand 49 of opening 99 20 en de druk binnen het omsloten volume 45 of 45' zal stijgen met een snelheid die wordt bepaald door de hierboven beschreven parameters. De druk in de eerste kamer 61 zal daarbij hoger worden dan die in de tweede kamer 65 en het membraan 71 zal naar rechts in fig. 5 uitbuigen. Het plunjergedeelte 131 dat tegen een 25 kogel 133 rust, zal een beweging veroorzaken van de kogel 133 weg van de afdichtrand 135 en een daarvan het gevolg zijnde opening van de afsluiter, waarbij het oppervlak van de opening in hoofdzaak evenredig is aan de mate van uitbuiging van het membraan. Samengeperst gas uit de bron 69 zal daarom 30 worden toegestaan om via de afsluiter naar de tweede kamer 65 te stromen, de uitgangsleiding 67 en de omzetter 25 totdat de druk . in de tweede kamer 65 stijgt tot de waarde die wordt bepaald door 8602524

.............-............................................... A

- 21 - de ontwerpverhouding van het relais 63, bijvoorbeeld 1:1. Het membraan 61 keert dan terug naar de evenwichtsstand en de controle-kogel 133 wordt teruggebracht naar afdichtende samenwerking met de rand 135. Eventuele lekkage van samengeperst gas uit de aan-5 sluitingen van de uitgangsleiding 67 zullen worden vastgesteld door het volumerelais 63 dat op de hierboven beschreven wijze zal werken voor het handhaven van drukevenwicht.

Op soortgelijke wijze zal, indien de tweede klep 43 wordt bediend, samengeperst gas in het omsloten volume 45, 45' 10 op bestuurbare wijze naar buiten worden gevoerd via de tweede weerstand 51 en via één of meer weerstanden 53, 55 of zoals hieronder beschreven naar de atmosferische omgeving. De druk in het koppelapparaat 10 zal daardoor dalen met een tevoren bepaalde snelheid en het daarvan het gevolg zijnde drukverschil 15 tussen de tweede kamer 65 en de eerste kamer 61 zal leiden tot uitbuiging van het membraan 71 naar links in fig. 5.· De membraan-beweging zal de doorgang 137 toestaan om te worden geopend en samengeperst gas in de tweede kamer 65, de uitgangsleiding 67 en de omzetter 25 zal weer op bestuurbare wijze naar buiten 20 worden gevoerd teneinde de drukken in de eerste kamer 61 en de tweede kamer 65 weer in evenwiehtsverhouding te brengen, waarna het membraan 71 weer beweegt om de doorgang 137 te sluiten.

Het zal uit het voorgaande worden begrepen, dat in de uitvoeringsvormen van het apparaat 10 van figuren 3 en 4, 25 de afmeting van de openingen 57 in de weerstanden 53, 55 en de omvang van het omsloten volume 45 van tevoren kunnen zijn bepaald. Daarom kan men weerstanden 53en/of 55 kiezen met openings-afmetingen die de niet van een teken voorziene hellingen van die gedeelten van krommen A en B zullen vereffen waarover 30 het gewenst is om een bepaalde cylinder of groep van cylinders te laten werken, zoals de 3 tot 8 psig gedeelten. Indien één van beide weerstanden 53 of 55 niet wordt gebruikt, kan hij eenvoudig worden afgesloten. In de uitvoeringsvorm van fig. 7 £ 3 $ 0 " 0 & — W - ..

- 22 - ✓ *· wordt de kwestie van het kiezen van afvoerweerstanden bij voorkeur opgelost door het aanbrengen van een insteekbare, verwijderbare weerstand 139 die een afmeting heeft om schuifbaar te passen in het onderlichaam in afdichtende verhouding daarmee. Aangezien 5 het gezameli jke volume van lucht dat in volume 45' en kamer 61 is opgesloten, tevoren kan zijn bepaald op het tijdstip van ontwerp en produktie, kan het apparaat 10 worden voorzien van een aantal weerstanden 139, bij voorkeur drie voor een bepaalde airconditioningstoepassing, welke elk een opening hebben met 10 een verschillend dwarsdoorsnedeoppervlak teneinde te leiden tot krommen A, B die in hoofdzaak gelijke hellingen hebben voor het drukgebied, zoals 3 tot 8 psig, 8 tot 13 psig of 13 tot 18 psig waarover cylinder 25 zal moeten werken.

De minimale volumetrische vermogen van de bronnen 15 35 en/of 69 en de capaciteit van het relais 63 kan op een bekende wijze worden bepaald en in een de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm worden deze grootheden zodanig gekozen, dat de druk in de tweede kamer 65 en de afvoerleiding 67 samenvalt met die van de eerste kamer 61 zonder merkbare tijdsvertraging ertussen. Verder 20 heeft het bij de uitvoeringsvormen van figuren 3 en 4, de voorkeur dat de gereguleerde druk van de tweede bron 69 dicht ligt bij die van de eerste bron 35.

Begrepen zal worden, dat het koppelapparaat 10, indien opgebouwd in overeenstemming met de beschrijving, een 25 uitgangsdruk levert voor de cylinderomzetter 25 die een funktie is van de tijdsduur van het signaal dat door het stuurorgaan 27 wordt gezonden naar één van de kleppen 41, 43 en dat dit resultaat wordt bereikt zonder het toepassen van terugkoppeling.

Verder zal de cylinderdruk niet nadelig worden beïnvloed door de 30 lengte van de leiding 67 die wordt gebruikt voor het koppelen van de omzetter 25 met het volumerelais 63 of door het werken van de omzetter 25 zelf waarvan het omsloten volume wisselt over zijn slaglengte. Door de sélectieve toepassing van weerstanden 53 en/of 8 * 0 9 s» ? 4 ^ ^ 'n aan

____ A

- 23 - 55 of door het kiezen van een geschikte weerstand 139 in de uitvoeringsvorm van fig. 7, kan de helling van de werkzame gedeelten van de krommen ook worden af gestemd op de toepassing.

8502524

Claims (2)

1. 2. Pneumatisch koppelapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het bovenlichaam (77) een centraal uitsteeksel (115) heeft dat een buighefboom (93) ondersteunt, 6802524 ë -A L - 25 - welke hefboom op het uitsteeksel is vastgeklemd door een klemblok (121) en aan beide uiteinden (91, 101) is voorzien van ijzerhoudende door solenoïde bekrachtigbare armstuurdeien (103) en klepschotels (105) die deel uitmaken van de kleppen 5 (41, 43).
2. 3. Pneumatisch koppelapparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de kleppen een opening (99) hebben met een diameter van de orde van 0,76 mm en uit saffier bestaan. -o-o-o-o-o-o-o- 5202324