Pneumatisches Druckmittel-Steuergerät Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein pneumatisches Druckmittel-Steuergerät, das zusam men mit einem pneumatischen Regler in einem auto matischen Steuersystem verwendet werden kann.
In einem solchen System wird gewöhnlich ein Messdruck in der Form eines Luftdruckes (oder eines Druckes eines anderen gasförmigen Mediums), der ein Mass für eine physikalische Grösse wie beispiels weise Temperatur, Druck, Durchflussgeschwindigkeit, Flüssigkeitsstand oder andere veränderliche Vorgänge ist, ins Steuergerät geführt und darin mit einem ge wünschten Wert verglichen, der ebenfalls ein Luft- oder Gasdruck ist, wobei jeder Unterschied der beiden Drücke eine Veränderung eines dem pneuma tischen Regler zugeführten Druckes bewirkt, so dass dieser Regler einen Vorgang, in welchem die ge nannte physikalische Grösse auftritt, reguliert,
um den Messdruck auf den gewünschten Wert steigen oder absinken zu lassen. Normalerweise wird in solchen Systemen der Messdruck von einem pneuma tischen Signalgeber an das Steuergerät geliefert.
Bekannte Druckmittel-Steuergeräte der für diesen Zweck geeigneten Art werden aus einer Druckluft zufuhrquelle mit Druckluft gespiesen, die aus einer Düse austritt, wobei die austretende Luftmenge minim ist. Bei den bekannten Geräten bläst die Düse in einen Raum aus, in welchem ein Druck herrscht, der gleich dem dem Regler zugeführten Ausgangsdruck des Gerätes ist. Dabei wird voraus gesetzt, dass der Druck in der Düse immer um eine konstante Differenz über dem im genannten Raum herrschenden Ausgangsdruck gehalten wird.
In Wirklichkeit nimmt jedoch diese Differenz ab, wenn der Ausgangsdruck des Gerätes steigt und sich dem Lieferdruck der Druckluftzufuhrquelle nä hert. Diese Schwierigkeit kann überwunden werden, indem man einen Lieferdruck verwendet, der viel höher ist als jeder im Betrieb auftretende Ausgangs druck des Steuergerätes. Durch diese Massnahme wird jedoch der Fehler, welcher die Empfindlichkeit des Steuergerätes bei steigendem Ausgangsdruck herabsetzt, nur verringert und nicht behoben.
Der Zweck vorliegender Erfindung ist die Schaf fung eines verbesserten Druckmittel-Steuergerätes, mit dem dieser Fehler und gewisse andere Nachteile der bisher bekannten Steuergeräte vermieden werden: können.
Das pneumatische Druckmittel-Steuergerät ge mäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Fühlvorrichtung mit einer Platte, auf deren gegen überliegenden Seiten ein Gasdruck von gewünschtem Wert und ein Messd'ruck einander entgegenwirken, wobei diese gegenüberliegenden Seiten der Platte gegeneinander durch einen Balg abgedichtet sind, so dass eine Abweichung zwischen den zwei Drücken eine Bewegung der Platte bewirkt, um einen Spalt an der Mündung einer Düse zu verändern, die mit komprimiertem Gas gespiesen ist und in die At mosphäre ausbläst, wobei eine Veränderung des Spaltes eine Veränderung des Düsendruckes bewirkt,
und Relais- oder Gegendruckventilmittel, die auf den Düsendruck ansprechen, um die Zufuhr von Druckgas zu einem pneumatischen Regler zu steuern.
Die Platte ist vorzugsweise steif, damit deren Durchbiegung im Betrieb vernachlässigbar ist, und sie kann einen zentral angeordneten Bolzen tragen, dessen eines Ende mit der Düse zusammenarbeiten kann, um die Veränderung des Spaltes zu bewirken, wobei der Bolzen bei seinem anderen Ende durch einen zweiten Balg gestützt sein kann. Ein kolcher zweiter Balg kann an den ersten Balg anschliessen und mit diesem koaxial angeordnet, jedoch von ihm durch eine Wand getrennt sein.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Aus führungsform des pneumatischen Druckmittel-Steuer- gerätes gemäss der Erfindung im Axialschnitt und zusammen mit einem Teil des Druckgaszufuhrkreises schematisch dargestellt.
Gemäss der Zeichnung weist das gezeigte Steuer gerät 10 mehrere aufeinandergestapelte Abschnitte auf und enthält einen hohlen Körper 11, dessen eines Ende ein Gehäuse für eine Fühlvorrichtung 12 bildet und dessen entgegengesetztes Ende Relais- oder Ge- gendruckventilmittel in Form einer Einheit 13 ent hält. Die Fühlvorrichtung 12 besteht im wesentlichen aus einer steifen Platte 14, die das. freie Ende eines Balges 15 abschliesst, dessen entgegengesetztes Ende auf einer Querwand 16 befestigt ist, die das obere Ende des Körpers 11 vom Rest abtrennt, um eine Kammer 17 zu bilden.
In einer Mittelöffnung 18 in der Platte 14 ist ein Bolzen 19 befestigt, wobei das entgegengesetzte Ende des Bolzens in einer Öff nung 20 gehalten ist, die in einer Platte 21 ausgebil det ist, welche das freie Ende eines zweiten Balges 22 abschliesst, dessen anderes Ende auf der Quer wand 16 befestigt ist, so dass die Bälge 15 und 22 aneinander anschliessen und zueinander koaxial sind. Eine Anzahl koaxial angeordneter Bälge 23, 24, 25 und 26 bilden einen Kanal 27, der am einen Ende eine in die Atmosphäre offene Öffnung 28 aufweist und in dem der Bolzen 19 so angeordnet ist, dass er sich in diesem axial bewegen kann.
Gasdruck von gewünschter Höhe aus einer Luft lieferquelle 29 wird durch eine Verengung und einen Kanal 30 ins Innere der Kammer 17 geliefert, so dass die Aussenseite der Platte 14 und des Balges 15 diesem Druck ausgesetzt ,sind. Ins Innere des Balges 15 wird, zum Beispiel von einem pneumatischen Signalgeber, ein Messdruck durch einen Kanal 31 in der Querwand 16 eingeführt, so dass die andere Seite der Platte 14 dem Messdruck ausgesetzt ist.
Die Fühlvorrichtung 12 weist auch eine Düse 32 auf, die auf einer Abschlusswand 33 des Körpers 11 abgestützt ist, wobei die Düse über eine Verengung 34 in einer Lieferleitung 35, 35a aus der Luftliefer- quelle 29 mit einem konstanten Druck von beispiels weise 1,2 kg/cm2 beliefert wird. Ein abgesetztes Ende 19a des Bolzens 19 arbeitet mit der Düse 32 zusammen, um auf deren Austrittsseite einen Luftspalt 36 zu begrenzen.
Wenn der Messdruck im Inneren des Balges 15 kleiner als der in der Kammer 17 herrschende gewünschte Druck ist, dann ver schiebt sich der Bolzen 19, um den Balg 15 zusam menzudrücken, und, dank der Stellung der Düse 32, vergrössert die dadurch erzeugte Bewegung der Platte 14 und des Bolzens 19 den Spalt 36 an der Mündung der Düse.
Die Verengung 34 in der Lieferleitung 35, 35a zur Düse 32 erzeugt einen Druckabfall der an die Düse gelieferten Luft, wenn sich die Luftdurchfluss- geschwindigkeit erhöht. Wenn der Spalt 36 an der Düsenmündung der Düse 32 vergrössert wird, nimmt der N@'iderstand gegen den Luftstrom aus der Düse ab, und entsprechend ergibt sich ein Druckabfall in der Verengung 34, so dass der Druck im Teil 35a der Lieferleitung, zwischen der Verengung und der Düse, vermindert wird. In gleicher Weise steigt, wenn der Düsenspalt 36 verkleinert wird, der Druck in der Lieferleitung 35a zwischen der Verengung 34 und der Düse 32, und dieser veränderliche Druck in diesem Teil der Lieferleitung soll in der Folge als Düsendruck bezeichnet werden.
Die Relaisventileinheit 13 weist eine Kammer 37 auf, die vom Rest des Körpers 11 durch eine untere Querwand 38 abgetrennt ist. In der gezeigten Aus führung weist die Relaisventileinheit auch einen Balg 39 auf, der in der Kammer 37 befestigt ist und dessen eines Ende an der Querwand 38 angebracht ist, während sein entgegengesetztes Ende an der einen Seite einer Platte 40 befestigt ist, deren andere Seite einen Ausdehnungsbalg 41 trägt, der mit dem Balg 39 koaxial ist und sich zwischen dieser anderen Seite der Platte und einer Abschlusswand 42 des Körpers 11 erstreckt.
Die Innenräume der Bälge 39 und 41 sind über Öffnungen 40b miteinander ver bunden, die in einem verdickten Teil 40a der Platte 40 angeordnet sind, so dass in beiden Innenräumen der gleiche Druck herrscht. Der erwähnte Düsen druck wird durch einen Kanal 43 in die Kammer 37 und daher auf die Aussenseite des grösseren Balges 39 geliefert. Wenn der Druck in der Kammer 37 steigt, bewegt sich die Platte 40 einwärts, um auf ein Einlassventil 44 zu drücken, das am inneren Ende eines Kanals 45 in der Wand 38 angeordnet und mit der Luftlieferquelle 29 verbunden ist.
Ein solcher Druck bewirkt das Öffnen des Ventils 44 und ge stattet den Eintritt von komprimierter Luft ins Innere der zwei Bälge 39 und 41 und von dort in eine Lei tung 46, die von der Relaisventileinheit 13 ins Innere des Balges 22 führt, der als proportionierender Balg dient. Wenn der Druck in der Kammer 37 und im Balg 39 ausgeglichen ist, schliesst sich das Einlassventil 44.
Anderseits bewegt sich, wenn der Druck in der Kammer 37 abnimmt, die Platte 40 nach aussen gegen ein in der Abschlusswand 42 befestigtes Auslassventil 47, um dieses zu öffnen und durch einen Kanal 48 Luft aus dem Innern der Bälge 39 und 41 und einem mit diesen verbundenen pneumatischen Regler 49 in die Atmosphäre abzulassen, bis die Drücke in den Bälgen 39 und 41 und in der Kammer 37 wieder ausgeglichen sind.
Das Steuergerät arbeitet in folgender Weise: Es sei angenommen, dass es bei einer Erhöhung des Messdruckes nötig wird, dem pneumatischen Reg ler 49 einen erhöhten Druck zuzuführen. Der erhöhte Messdruck bewirkt eine Verkleinerung des Spaltes 36 an der Düse 32 der Fühlvorrichtung 12, wodurch der in die Kammer 37 der Relaisventileinheit 13 gelieferte Druck erhöht wird.
Dadurch wird das Einlassventil 44 geöffnet, um den Zutritt von Luft ins Innere der Bälge 39 und 41 der Relaisventilein- heit 13 zu gestatten, bis der Druck auf beiden Seiten der Bälge ausgeglichen ist. Luftdruck wird auch aus dem Inneren des Balges 39 der Relaisventileinheit in die Leitung 46 geliefert, die letztere mit dem proportionierenden Balg 22 verbindet. Diese Leitung 46 weist eine Abzweigleitung 50 zum pneumatischen Regler 49 auf, und der Druck in der Abzweigleitung 50 stellt den Ausgangsdruck des Steuergerätes dar.
Gleichzeitig mit dem Vorstehenden wird der Druck in der Relaisventileinheit 13 durch die Leitung 46 ins Innere des proportionierenden Balges 22 der Fühlvorrichtung 12 zurückgeleitet, wo er auf die Platte 21 im Gegensinne zum anfänglich ansteigenden Messdruck einwirkt und den Spalt 36 an der Düse 32 der Fühlvorrichtung vergrössert. Immerhin kann der Spalt 36 nicht auf sein ursprüngliches Mass zu rückkehren, da dies bedeuten würde, dass der Druck im proportionierenden Balg 22 nicht verändert wurde.
Damit die Reaktion des Steuergerätes auf eine bestimmte Veränderung des Messdruckes verändert werden kann, wird auch ein veränderlicher Teil des Druckes aus der Relaisventileinheit 13 in eine Kam mer 51 geliefert, die den proportionierenden Balg 22 umgibt und zwischen der Querwand 16 und einer zentralen Querwand 52 ausgebildet ist.
Dieser ver änderliche Teil des Druckes wird auf die äussere Oberfläche der Platte 21 und auf die Aussenseite des proportionierenden Balges 22 ausgeübt und wirkt in derselben Richtung wie die ursprüngliche Änderung des Messdruckes. Der genannte veränderliche Teil des Druckes wird mittels einer festen Verengung 53 und einem veränderlichen Nadelventil 54 bestimmt, die in einer Leitung 55 angeordnet sind, die das Innere des proportionierenden Balges 22 mit einer Leitung 56 verbindet, welche mit der Luftlieferquelle 29 über eine Verengung 57 verbunden ist.
Der Druck in der Leitung 55 ist derselbe wie der Ausgangsdruck der Relaisventileinheit 13, während, für den vorlie genden Zweck, der Druck in der Leitung 56 als konstant angesehen werden kann. Eine zwischen der Verengung 53 und dem Nadelventil 54 angeordnete Leitung 58 verbindet die Kammer 51 mit der Leitung 55. Der Druck in der Kammer 51 ist somit zum Auslassdruck der Relaisventileinheit proportional, und das Proportionalitäts-Verhältnis kann verändert wer den, indem die Einstellung des Nadelventils 54 ge ändert wird.
Die Einstellung des Düsenspaltes 36 geht weiter, bis der Unterschied zwischen den zwei auf die entgegengesetzten Seiten der Platte 21 des proportionierenden Balges 22 wirkenden Kräften gleich gross wie der Unterschied zwischen den zwei auf die Platte 14 wirkenden Kräften wird, wobei diese Kräfte durch den gewünschten Druck und den Messdruck erzeugt werden.
Diese Anordnung bewirkt eine praktisch sofortige Änderung des Ausgangsdruckes bei einer gegebenen Änderung des Messdruckes. Immerhin ist es oft erwünscht, den Ausgangsdruck entsprechend der Zeitdauer, während welcher der Messdruck vom ge wünschten Wert abweicht, zu verändern. Dies wird erreicht, indem der Ausgangsdruck aus der Relais- ventileinheit 13 durch eine Leitung 62, in der ein Nadelventil 59 vorgesehen ist, in eine Kammer 60 mit vergleichsweise grosser Kapazität in einer Einheit 61 geliefert wird, die zwischen der Fühlvorrichtung 12 und der Relaisventileinheit 13 angeordnet ist.
Der Druck in der Kammer 60 steigt oder sinkt somit allmählich, bis er gleich dem Ausgangsdruck der Relaisventileinheit 13 wird.
Die Einheit 61 weist auch zwei aneinanderlie- gende Kammern 63 und 64 auf, die im unteren Ende der Querwand 52 angeordnet sind, wobei diese Kammern durch eine biegsame Membran 65 von einander getrennt sind. Eine zentrale Öffnung 66 ver bindet die Kammer 63 mit der Kammer 60, so dass der Druck in der letzteren auf die eine Seite der Membran 65 ausgeübt wird. Die Kammer 64 wird über die Verengung 57 und die Leitung 56 mittels eines Kanals 67 mit komprimierter Luft versorgt.
Eine Auslassöffnung 68, die einen erhöhten Sitz 69 aufweist, ist in der Seitenwand der Kammer 64 aus gebildet, wobei diese Öffnung durch einen axialen Kanal 70 im Bolzen 19 mit der Atmosphäre verbun den ist. Ist der Druck in den Kammern 60 und 63 grösser als der Druck in der Kammer 64 auf der andern Seite der Membran 65, so wird sich letztere nach oben bewegen, um die Auslassöffnung 68 zu schliessen, wodurch der Druck in der Kammer 64 steigt, bis die Drücke auf beiden Seiten der Membran gleich sind.
Wenn der Druck in der Kammer 60 und somit der Druck in der Leitung 56 allmählich steigt, so steigt auch die proportionale Luftzufuhr in die Kammer 51, wodurch der Spalt 36 an der Düse 32 verkleinert und somit der Ausgangsdruck der Relaisventileinheit 13 gesteigert wird. So steigt der Ausgangsdruck des Steuergerätes stetig, bis der Messdruck auf den Wert fällt, den der gewünschte Druck angibt. So wird ein Zustand erreicht, bei dem, dank dem gleichen Druck auf beiden Seiten der Platte 14 der Fühlvorrichtung 12, ein Gleichgewicht entsteht und der Düsenspalt 36 unverändert bleibt.
Es ist klar, dass die Verbindungen zu den Kanälen 30 und 31, durch die der gewünschte Druck und der Messdruck den entgegengesetzten Seiten der Platte 14 zugeführt werden, vertauscht werden können, wenn eine solche Wirkungsweise des Steuergerätes gewünscht ist, bei der es bei einer Steigerung des Messdruckes nötig wird, dem pneumatischen Regler 49 einen verminderten Druck zuzuführen.
Um ein leichtes Einstellen des Luftspaltes 36 zu ermöglichen und um die Düse 32 leicht reinigen und ersetzen zu können, ist die letztere in einem Block 72 befestigt, der an der Abschlusswand 33 befestigt ist, wobei das äussere Ende 32a der Düse massiv ist und ein Gewinde aufweist, das mit einer mit Gewinde versehenen Bohrung 73 im Block zu sammenarbeitet. Durch die Leitung 35a wird Druck luft in eine Kammer 74 im Block 72 und von dort durch eine Querbohrung 75 in die Düse 32 zur Mündung der letzteren geliefert.
Die Ein- und Auslassventile der Relaisventilein- heit 13 sind auf den beiden Seiten des Mittelteils 40a der durch den Balg 39 gehaltenen Platte 40 koaxial zueinander angeordnet. Sie können normale, federbelastete Ventilstifte und -körper der für Motor- fahrzeug-Luftreifen üblichen Art aufweisen, wobei jedes Ventil in einer mit Gewinde versehenen Boh rung 71 befestigt ist, die in der Querwand 38 bzw. in der Abschlusswand 42 ausgebildet ist.
Diese Anord nung gestattet die unabhängige Einstellung der Ven tile 44 und 47 bezüglich der Platte 40, so dass sie auf Druckänderungen in der Kammer 37 und im Inneren des Balges 39 scharf empfindlich sind.
Es ist klar, dass die Ausübung von Drücken auf gegenüberliegenden Seiten eines und desselben Balges automatisch gewährleistet, dass die Flächen der wirk samen Teile der Bälge, die einem solchen Druck aus gesetzt werden, gleich sind, wohingegen bei Verwen dung von getrennten Membranen oder Kapseln ein sorgfältiges Aufeinanderabstimmen der den verschie denen Drücken ausgesetzten Flächen notwendig ist.
Es ist festzuhalten, d'ass bei der dargestellten An ordnung die die Fühlvorrichtung 12, die Relais ventileinheit 13, die Einheit 61 und andere Be standteile miteinander verbindenden Leitungen nicht im Körper 11 ausgebildet sind), sondern durch äussere Leitungen oder Kanäle gebildet werden. Dies er möglicht, wenn gewünscht, die Verwendung des Steuergerätes mit einer getrennten Blockeinheit, welche die nötigen Verbindungsleitungen oder -kanäle enthält, um die gewünschte Schaltung zu erzeugen.
Dank dieser Ausführungsform kann die Schaltung durch Ersetzen des Blockes gewünschtenfalls anders angeordnet werden, um eine gegebene Anwendung zu ermöglichen. Zudem gestattet diese Ausführung auch ein Anpassen des Steuergerätes an ein bestehendes Aufzeichnungs- oder Anzeigegerät oder an eine andere Einheit.
Das beschriebene Druckmittel-Steuergerät ist über den ganzen Bereich von Ausgangsdrücken gleichmässig empfindlich und hat gegenüber bekann ten Steuergeräten zudem den Vorteil, dass die Düse 32 für die Wartung oder Ersetzung leicht zugäng lich ist. Weiter weist das Steuergerät eine bessere Stabilität auf als bekannte Geräte, da die Balganord- nungen eine grössere Elastizität haben als Membrane und gleichzeitig weniger zum Flattern neigen als Kapseln.