Steuervorrichtunz für Reuel- oder Messaeräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung zur indirekten .Steuerung von Regel- oder Messgeräten aller Art mit Hilfe einer hydraulischen oder pneumatischen Hilfsener gie, die in Abhängigkeit von der Stellung eines Impulsgebers die Einstellung des Regel- oder Messgerätes bewirkt.
Es ist. bekannt., zu diesem Zweck ein flüssiges oder gasförmiges Druckmittel, wie z. B. Pressluft, über düsen förmige, von dem Impulsgeber gesteuerte Ven tile in einen Druckraum der Steuervorrich tung einströmen bzw. aus demselben ausströ- inen zu lassen, wobei die dadurch in dem Druckraum und dem gegebenenfalls an diesen an-es,chlossenen Drucksystem hervorgerufenen Drucksteigerungen bzw.
Drucksenkungen zur Betätigung eines auf Druckschwankungen an <B>s</B> sprechen den Regel- oder Verstellorgans, z. B.
der Arbeitsmembran eines Regelventils, ver wendet wierden.
Durch die Erfindung wird. bezweckt, die bisher bekannten Düsenkraftschal.ter dieser Art hinsichtlich ihrer Ausbildung, ihrer Wir- kungsweise und ihrer praktischen Hand habung zu verbessern.
Die Erfindung besteht darin, dass ein im Druckraum der Vorrichtung angeordneter, an zwei Aufl'ägerstellen mit gleiehgerlchteten Düsenverschlussflächlen versehener Kipphebel, welcher im Gleichgewichtszustand mit seinen beiden Düsenverschlussflächen auf den beiden ihm gegenüberliegenden Mündungen einer Einlassdüse und einer Auslassdüse aufruht und dadurch beide Düsen verschlossen hält,
von dem mit !ihm verbundenen Impulsgeber je nach dessen Ausschlagriehtung entweder zwecks. Öffnung der Einlassdüse um die Mün dung der Auslassdüse oder umgekehrt zwecks Öffnung der Auslassdüse um die Mündung der Einla.ssdüse kippbar ist.
Eine erfindungsgemäss ausgebildete Steuer vorrichtung arbeitet äusserst sparsam, weil im Gleichgewichtszustand, wenn beide Düsen ge schlossen sind, keinerlei Energieverbrauch auftritt, vielmehr Druckmittel nur dann ver braucht wird, wenn die Impulskraft zu hoch wird. .Die Abdichtung der Düse kann eben falls leicht z.
B. mit Hilfe von. Gummidichtun gen oder dergleichen vorgenommen werden, weil es dank der Anordnung des Kipphebels gegenüber den Düsenmündungen nicht erfor- dierlieh ist, eine Verschlussbetätibgun,gsstange durch die Düsenbohrung hindurchzuführen, was bei :der geringen Weite dieser Bohrung die Anwendung einer Gummidichtung sehr schwierig machen würde.
In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen beisp ieIs-weiseveranschaulicht.
Fig. 1 zeigt in schematischem Längsschnitt eine mit membranförmigem Impulsgeberorgan und U-förmigem Kipphebel im Gleichgewichtszustand. Fig. 1a zeigt einen Kipphebel in Drauf sicht.
Fg. la' zeigt den Kipphebel nach Fig. 1n im Längsschnitt.
Fig. 1b zeigt eine abgeänderte Ausfüh rungsform des Kipphebels im Schnitt.
Fig. 1b' zeigt den Kipphebel nach Fig. 1b in Draufsicht.
Fig. 1b" zeigt den Kipphebel nach Fig. 1b in einem senkrecht zur Fig. 1b stehenden Schnitt..
Fig. 2 zeigt einen schematischen, teilweise abgebrochenen Längsschnitt nach der Linie A.-B der Fig. 1.
Pig. 3 zeigt für sieh herausgezeichnet den Kipphebel mit geöffneter Einlassdüse.
Fig. 4 zeigt entsprechend den Kipphebel. mit geöffneter Auslassdüse.
Fig. 5 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform der Steuervorrichtung mit geradem Kipphebel, und Fig. 6 bis 10 zeigen schematisch verschie dene Anwendungsformen einer Steuervorrich tung.
Die Steuervorrichtung gemäss Fig. 1 bis 4 besitzt beispielsweise ein topfförmiges Gehäuse 1 mit einem abnehmbaren Deckel 2 und einem Boden 3, der zwecks Bildung eines Lager kastens 4 nach innen eingezogen ist. Die Ge häuseteile 1, 2, 3, 4 umschliessen einen Druck raum 5, aus dem eine z. B. aus dem Deckel 2 herausgeführte Druckleitung 6 zu einem be liebigen, auf Druckschwankungen ansprechen den Betätigungs- oder Verstellorgan eines Regelgerätes oder dergleichen verläuft.
In die Seitenwandung d es Gehäuses 1 sind zwei parallel gerichtete und in diesem Falle in einer gewissen Entfernung senkrecht unter einander angeordnete Düsen 7 und 8 einge schraubt, von denen die Einlassdüse 7 an eine Druckmittelleitung, z. B. eine Pressluftleitung, angeschlossen wird, während die Auslassdüse S an eine drucklose Ableitung angeschlossen wird oder ins Freie führt.
Gegenüber den in den Druckraum 5 ragen den Mündungen 9 bzw. 10 der Düsen 7 und 8 ist. ein mit korrespondierenden Düsenver- schlussflächen 11 und 12 versehener Kipp- hebel 13 gelagert, welcher gemäss Fig. 1 bis 4 aus einem U-förmig gekröpften Rahmen be steht, der an den abgewinkelten Enden seiner Schenkel die vorzugsweise mittels Schrauben 14 justierbaren Verschlussflächen, zum Bei spiel Gummischeiben, trägt.
Der Kipphebel- rahmen wird durch eine zwischen dem Ste- des Rahmens und einem ortsfesten Stift 15 e'ingespa.nnte Zugfeder 16 mit seinen Ver- schlussflächen 11, 12 auf die Mündungen 9, 10 der Düsen 7, 8 gezogen, wobei die Feder je doch Kippbewegungen des Kipphebelrahmens entweder um die Düsenmündung 9 oder um die Düsenmündung 10 zulässt.
Um hierbei Verschiebungen des Kipphebelrahmens zu vermeiden und eine reine Kippbewegung zu gewährleisten, sind die abgewinkelten Enden des .U-förmigen Rahmens durch eine Blatt feder 17 mit dem ortsfesten Stift 15 verbun den.
Die Kräfte, welche auf den Kipphebel rahmen ein Kippmoment in dem einen oder andern Kippsinn ausüben sollen, können mit Hilfe eines Gelenkhebelsystems von einem ausserhalb des Gehäuses 1 befindlichen Be- tät.",nzngsorgan eines Impulsgebers über eine abgedichtete 'Durchführung in den Druck raum 5 und auf den Kipphebel 13 übertragen werden. Zu diesem Zweck ist. das freie Ende des von den Rahmenschenkeln gebildeten Kipphebelarmes, das heisst der Steg des Rah mens des Kipphebels 13 mittels eines federn den Gelenkstückes, z.
B. einer Blattfeder 18, mit dem freien Ende eines U-förmigen Schwinghebelarmes 19 verbunden, dessen gegenüberliegende Enden fest mit einer durch den Lagerkasten 4 verlaufenden Hebelwelle 20 verbunden sind. Die Hebelwelle 20 ist in Führungshülsen 21 gelagert, welche beider seits des Lagerkastens ein Stück in den Druckraum 5 hineinragen. Über diese Hülsen 21 und den aus letzterem vorstehenden Teil der Hebelwelle 20 ist. jeweils ein Gummi schlauch 22 gezogen, welcher die druckdichte Durchführung der I3.ebelwelle nach aussen be wirkt.
In dem ausserhalb des Druckraumes 5 liegenden Hohlraum des Lagerkastens ist auf der Hebelwelle 20 ein Hebelarm 23 befestigt, dessen freies Ende zum Beispiel unter der Wirkung einer Feder 24 mit dem Kopf eines vom Impulsgeber betätigten Arbeitsstiftes 25 in Berührung gehalten wird.
Das Übersetzungsverhältnis des Hebel systems kann in einfacher Weise, z. B. da durch geändert werden, da.ss die Blattfeder 18 über auswechselbare, verschieden lange Zwi schenstücke oder Unterlegscheiben 26 mit dem Rahmen des Kipphebels 13 bzw. mit dem Schwinghebelarm 19 verbunden wird. In Fig. 1 ist mit gestrichelten Linien eine solche veränderte Übersetzung angedeutet worden. Die Grösse der Ventilhübe kann dadurch den jeweiligen Verhältnissen angepasst werden.
Gemäss Fig. 1 bis 4 wirkt. :die Kraft, wel che zwecks Erzeugung des Kippmomentes über die Blattfeder 18 auf den Kipphebel 13 übertragen wird, im wesentlichen senkrecht zu der Kipprichtung, in der die Verschluss- flächen 11, 12 von den Düsenmündungen 9, 10 abgehoben werden.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 5 unterscheidet sich von der vor stehend genannten im wesentlichen nur da durch, dass die Kraft zur Erzeugung des Kippmomentes parallel oder annähernd par allel zu der erwähnten Kipprichtung auf den Kipphebel wirkt.
In diesem Falle besteht d'er Kipphebel aus einer geraden Platte 27, die im Gleichgewichtszustand mit ihren Ver- selilussflä:chen 11, 12 auf den Mündungen 9, 10 der von unten in den Gehäuseboden 3 ein- gesc-hra#ubten Düsen 7, 8 aufliegt und von einer Feder 28 ,gegen diese Mündungen ge zogen wird.
Die Hebelplatte 27 ist an einer Seite mit einem verlängerten Hebelarm ver sehen, der an seinem freien Ende 29 an das freie Ende des rahmenförmigen Schwing- liebela.rmes 19 angelenkt ist. Wird der Ge lenkpunkt 29 der Platte 27 nach unten be wegt, so kippt die Platte 27 um die Düsen- mündung 9 und öffnet die Düsenmündung 10.
Wenn dagegen der Gelenkpunkt 29 nach oben : bewegt wird, so kippt die Platte 27 -um die Düsenmündung 10 und gibt die Düsenmün- clung 9 mehr oder weniger frei. Eine Ände rung des Übersetzungsverhältnisses kann auch hier ähnlich wie bei Fig. 1 bis 4 vorgenommen werden.
Der Arbeitsstift 25 oder das sonstige, auf den Ilebel 23 wirkende Betätigungsglied. kann von irgendeinem Impulsgeber in an sich be liebiger Weise angetrieben werden. Bei den in Fig. 1 und 5 veranschaulichten Ausfüh rungsformen der Erfindung dient .beispiels weise eine unterhalb des Kraftschaltergehäu- ses 1 angeordnete Membran 30 als Messglied eines Impulsdruckes, der z.
B. zu einer in direkten Druckregelung vermittels des Kraft schalters aus einer Rohrleitung über eine Im pulsleitung 32 in einen Impulsraum 31 unter halb der Membran 30 übertragen wird. Die mit dem Arbeitsstift 2'5 verbundene Membran 30 wird von einer einstellbaren Feder 33 mit einer bestimmten Kraft nach unten gedrückt.
In Verbindung mit Fig. 10, in der eine solche Druckregeleinrichtung schematisch dargestellt ist, sei die Wirkungsweise der Steuervorrich tung kurz beschrieben: Die Impulsleitung 32 ist auf der Aus gangsseite eines Ventils 34 an eine Rohrlei tung 35 angeschlossen. Steigt der Druck auf der Ausgangsseite über ein bestimmtes Mass, so bewegt sich die Membran 30 entgegen der Wirkung' der Feder 33 nach oben und drückt über den Arbeitsstift 25 den äussern Hebel arm<B>23</B> ebenfalls hoch.
Dadurch wird die Hebelwelle 20 gedreht und der innere Sehwinghebela.rin 19 an seinem freien Ende angehoben. Die damit verbundene Blattfeder 18 übt hierbei auf den Kipphebel 13 ein Mo ment aus, welches den Kipphebel 13 an seinem Auflager 12 um die Mündung 10 der Auslassdüse 8 kippt. Dabei wird die Ver- sch lussfläc'he 11 vorn der Mündung 9 der Ein lassdüse 7 abgehoben, während die Ausla.ss- düse 8 praktisch abgeschlossen bleibt.
Nun mehr strömt durch :die Düse 7 Pressluft oder ein sonstiges Druckmittel in den Druckraum 5 der Stenervorriehtungein. Die dadurch er zielte Drucksteigerung wird durch die Druck leitung 6 in den Arbeitsdri-ickraum 36 einer Arbeitsmembran 37 übertragen, welche den Ventilkegel 38 des Ventils 34 entgegen der Wirkung einer Feder 39 in seine Sehliessstel- lang bringt. Infolgedessen fällt der Diaeck in der Rohrleitung 35 auf der Ausgangsseite, die Membran 30 bewegt sieh.
abwärts, und der Schwinghebelarm 19 zieht die Blattfeder 18 nach unten, so d'ass der Kipphebel 13 aus seiner in Fig. 3 dargestellten Kipplage wieder in seine in Fig. 1 veranschaulichte Ausgangs stellung zurückgekippt wird, in der beide Düsen 7 und 8 geschlossen sind. In diesem Augenblick isst der Gleichgewichtszustand er reicht und der gewünschte Minderdx uek hinter dem Hauptventil 34 eingeregelt.
Sinkt der Minderdruck noch weiter, so wird die Membran 30 von der Feder 33 weiter her untergedrückt, und die über das Hebelsystem 23, 20, 19 ebenfalls weiter herabgehende Blattfeder 18 kippt den Kipphebel 13 aus der C'Tleiehgewiehtsstellung gemäss Fig. 1 in die in Fig. 4 dargestellte Lage, in der die Einlass- düse 7 geschlossen und die Auslassdüse 8 ge öffnet ist.
Infolgedessen strömt aus dem Druckraum 5 Pressluft ins Freie, der Druck im Membrandruckraum 36 des Hauptventils sinkt ab, und die Feder 39 öffnet das Ventil 3-t durch entsprechendes Anheben des Kegels 33. Dadurch steigt der Minderdruck hinter dem Ventil wieder an, und der Regelvorgang kann von neuem beginnen.
Praktisch kann sieh natürlich ein Gleiehgewiehtszu stand ein stellen, bzw. brauchen ntir geringe Korrektur- bewegungen der Steuei--orrieht.ung und des Ilaiiptv entils stattzufinden. Eine Veränderung des gewünschten Minderdruckes hinter dem Hauptventil kann durch Verkürzung öder Verlängerung der Feder 33 herbeigeführt werden.
Die Düsen 7 und 8 sind, wie die Zeieli- nunm klar erkennen lässt, leicht von aussen ein- und a,ussehraubbar. Ihre Funktion kann nach Abheben des Gehäusedeckels 2 während des Betriebes kontrolliert werden.
Weitere Anwendungsbeispiele der Steuer- vorriehtung zeigen die Fig. 6 bis 9 der Zeieh- nting1.
Fi-. 6 veranschaulicht die Betätigung der Steuei--orriehtung 1 durch ein Temperatur- niesswerk. Ein mit Ausdehnungsflüssigkeit gefüllter Temperaturfühler 40 drückt z. B. bei steigender Temperatur hydraulisch das Federrohr- 41 eines Arbeitskörpers 42 zusam men, wodurch der Arbeitsstift 25 hochge - drUlekt. 2uid .die Einla.ssdüst 7 des Kraftschal ters geöffnet wird.
Die dadurch in den Druck raum 5 eingespeiste Pressltüt kann beispiels weise zum Öffnen oder Schliessen eines feder gefesselten Kolben- oder Membranventils ver wendet werden.
Gemäss Fig. 7 wird der Arbeitsstift 25 der Steuervorrichtung 1 über einen Hebel 43 von einem Elektroma;#neten 44 gesteuert, wo durch wie oben z. B. ein Ventil über der Steuervorriehtiing geöffnet bzw. geschlossen erden kann.
Fig. 8 zeigt die Steuervorrielitung 1 durch einen Schwimmer 45 betätigt. Steigt der Schwimmer 45 nach oben, so wird Pressluft von dem Kraftschalter 1 abgelassen, sinkt der Schwimmer, so wird Press.luft eingespeist., und entsprechend kann ein Regelventil betätigt werden.
Schliesslich veranschaulicht Fig. 9 die Steuervorrichtung 1 in Zusammenhang mit. einem Stellungsregler. Hierbei wird z. B. durch die Impulsleitung 32 in den Membran, raum 37. ein bestimmter, konstanter Befehls druck gegeben, welcher beispielsweise eine ganz bestimmte Ventilstellung hervorrufen und aufrechterhalten soll, und zwar unab hängig davon, ob auf den Kegel dieses Ven tils wechselnde Drücke wirken. Zu diesem Zweck wird die betreffende Stellung des Ven tils 34 über einen an der Ventilstange 46 angreifenden und im.
Punkte 47 drehbar ge lagerten Hebel 48 und eine am andern Hebel ende angreifende, mit der Membran 30 ver bundene Feder 49 als Kraft an der Membran 30 dargestellt. Solange die im Raum 31 auf die Messmembran 30 \wirkende Kraft, welche hvdra.ulisch oder pneumatisch erzeugt werden kann, mit der durch die Feder 49 ausgeübten Kraft übereinstimmt, befindet sieh die Steuer vorrichtung 1 im Gleiehgewiehtszustand, in dein beide Düsen 7 und 8 geschlossen sind. Wird nun z.
B. das Ila.uptventil: 34 durch eine Änderung des auf den Kegel 38 wirken den Druckes nach unten in Schliessrichtung bewegt, so spannt sich die Feder 49 und über windet die durch den Befehlsdruck auf die Membran 30 ausgeübte Kraft. Der Kipphebel der Steuervorrichtung 1 wird: dadurch in die in Fig. 4 dargestellte Lage gebracht und lässt Pressluft oder dergleichen aus dem Druck raum 5 ab.
Der Druck auf die Arbeitsmem bran 37 des Hauptventils sinkt entsprechend, und die Hauptventilfeder 39 bewegt die Ven- tilsta.nge 46 mit dem Ventilkegel 38 wieder nach oben. Dadurch wird wiederum die Mess- feder 49 entspannt., bis schliesslich die Kraft der Messfeder 49 wieder mit der Kraft der Messmembran 30 übereinstimmt.
Der Kipp- hebel der Steuervorrichtung ist dabei wieder in seine in Fig. 1 dargestellte Lage zurückge führt worden, in der beide Düsen 7 und- 8 geschlossen sind. Damit ist, der Gleichge wichtszustand des Systems wieder erreicht und der Ausgleichsvorgang beendet.
Durch die vorstehenden Beispiele wird das Anwendungsgebiet der Steuervorrichtung gemäss der Erfindung natürlich nicht abge- -rrenzt. Die Steuervorrichtung kann vielmehr auch für beliebige andere Regelzweeke ver wendet werden, in denen eine hydraulische oder pneumatische Hilfsenergie in einen Regelkreis eingesteuert werden soll.
Auch für die Einstellung von Messgeräten oder derglei chen kann die Steuervorrichtung sinngemäss benutzt werden.
Der Kipphebel kann auch gemäss Fig. 1,a und Uc' als Drehteil ausgebildet sein, wo durch die Herstellung sehr einfach wird. Fer ner kann der Kipphebel auch die in Fig. lb dargestellte vereinfachte Form besitzen, wel che aus einer ebenen Platte mit senkrecht dazu in der Mitte angesetztem Hebelarm be stellt. An Stelle von zwei Düsenverschlussflä- ehen ist hier eine einzige, sich über die Unterfläche der ganzen Kipphebelplatte er streckende Dichtfläche 10b vorgesehen, die z.
B. aus einer auf die Kipphebelplatte auf geklebten Gummiplatte besteht. Dies hat den Vorteil, dass die Dichtflächen mit Sicherheit genau in einer Ebene liegen.
An Stelle einer besonderen, den Kipphebel ,egen,die Mündungen der Düsen 7, 8 ziehen- den Feder kann auch eine Blattfeder verwen det. werden, welche die reine Kippbewegung des Kipphebels .gewährleistet und der eine entsprechende Vorspannung gegeben werden kann. Schliesslich kann diese Blattfeder auch gemäss Fig. 1b, lb', 1b" ausgebildet sein. Diese Blattfeder wird an beiden Enden z. B. mittels Schrauben festgehalten und in der Mitte mit dem Kipphebel 13b verbunden.
Die dieser Blattfeder gegebene Vorspannung ist durch die gestrichelte Linie 17b' in Fig. 1b" angedeutet.