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Einrichtung an pneumatischen oder hydraulischen Relais zur Behebung
des Ubersetzungsfehlers Die Erfindung bezieht sich auf Relais, welche einen pneumatischen
oder hydraulischen Druck im Verhältnis 1 : 1 abbilden sollen und bei denen die Mittelsenkrechte
derjenigen Membranen, .die von dem Eingangs-und Ausgangsdruck beaufschlagt werden,
zusammenfallen. Derartige Relais werden häufig in Verstärkereinrichtungen und Steuereinrichtungen
verwendet, die mit einem Druckmittel als Hilfskraft arbeiten. Sie haben die Aufgabe,
eine Verstärke- oder #-teuereinrichtung mit dem gleichen Druck zu versargen, welcher
ihrem Eingangsdruck entspricht. Hierbei tritt auf der Eingangsseite kein Verbrauch
des Druckmittels ein, während auf der Ausgangsseite der Druck des zugeführten Druckmittels
auf einen dem Eingangsdruck gleichen Wert .reduziert wird.
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Bekanntgewordene Ausführungen solcher Relais haben im allgemeinen
die Eigenschaft, daß der Ausgangsdruck nicht genau im Verhältnis 1 : 1 zum Eingangsdruck
steht. Die Abweichungen von diesem gewünschten Übersetzungsverhältnis rühren daher,
däß eine Änderung des Eingangsdruckes nur dann eine Änderung des Ausgangsdruckes
hervorrufen kann, wenn die zur Aussteuerung des Relais dienenden, vom Druck beaufachlagten
Membranen etwas angehoben oder abgesenkt werden. Für das Anheben, oder Absenken
der Membranen werden zusätzliche Kräfte benötigt, weil die Membranen nicht beliebig
weich hergestellt werden können. Diese zusätzlichen Kräfte addieren sich zu den
Kräften, welche der Eingangsdruck und der Ausgangsdruck auf die Membranen ausüben
in dem Sinne, daß das Übersetzungsverhältnis des Relais verändert wird. Unter Membranen
sind hierbei elastische Wandungen zu verstehen, welche unter der Einwirkung eines
Druckes eine Auslenkung erfahren, wie z. B. Plattenfedern, oder Balgfedern aus Metall,
Gummi oder einem anderen elastischen Werkseff.
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Erfindungsgemäß kann man den Übersetzungsfehler an pneurnatischm oder
hydraulischen Relais mit einem Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck von
1 :1 dadurch beheben, daß man die wirksame Fläche der Membran, auf welche der Ausgangsdruck
einwirkt, etwas kleiner macht als die Fläche, auf die der Eingangsdruck wirkt.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Das in Abb. 1 gezeigte pneumatische Relais erfüllt die Aufgabe, die
Druckluftzufuhr zu einem Verbraucher auf einen, Wert als Ausgangsdruck zu reduzieren,
der mit dem angelegten Eingangsdruck übereinstimmt. Das Relais besteht aus d_en
beiden Druckräumen 1 und 2, welche durch die Balgfeder 3 voneinander getrennt sind.
Im Boden 4 der Balgfeder 3 ist eine rohrförmige Auslaßdüse 5 angebracht. Die AuslaBdüse
5 ist mit Hilfe des Wehrohres 6 druckdicht mit der Außenwand 7 des Druckraumes 1.
verbunden. Über die Rohrleitung 8 wird der Druckraum l dem Eingangsdruglc P, 'ausgesetzt.#
Dem Druckraum 2 wird über die Rohrleitung 9 und die Einlaßdüse 10 Zuli4ft mit dem
Druck- P, zugeführt. Die Schließplatte@11 ist im Punkt 12 drehbar gelagert. Das
freie Ende der Schiießplatte 11 liegt auf der Einlaßdüse 10 auf. Ein an der Schließplatte
11 angebrachter Kegel 13 greift in. die Öffnung der Aüslaßdüse 5 ein. Durch die
Feder 14 wird die Schließplatte 11 gegen die Einläßdüse 10 gedrückt. Die Außenwand
15 des Druckraumes 2 ist durch das Wellrohr 16 druckdicht mit der Schließplatte
11 verbunden. Hierdurch wird eine dem OOuerschntt des Wellrohres entsprechende Fläche
der Schließplatte dem Außendruck in der Umgebung des Relais ausgesetzt und damit
in bekannter Weise ein Umsteuerfehder des Relais b.ehpben, wie er als sprunghafte
Druckänderung in Erscheinung treten würde, wenn ein Übergang von einer Abgabe des
Druckmittels zu einer Aufnahme des Druckmittels auftritt. Der Ausgangsdruck P, des
Relais wird an der Rohrleitung 17 abgenommen. . .
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Die Einrichtung ist zunächst so justiert, daß sich bei einem bestimmtere
mittleren. Druck am Eingang 8 der gleiche Druck am Ausgang 17 der Anordnung einstellt.
Wird nun der Eingangsdruck P, gesteigert, so wird als Folge der Druckzunahme im
Druckraum 1 der Spden 4 der Balgfeder 3 angehoben. Die rohrförmige Auslaßdüse 5
drückt gegen den. Kegel 13 und hebt damit die Schließplatte 11 von der Einlaßdüse
10 ab, so daß Zuluft nachströmen kann. Das Wehrohr 6, welches den, Boden 4 des Federbalges
druckdicht mit der Außenwand des. Druckraumes 1 verbindet, hat die
erfindungsgemäße
Aufgabe, das Auftreten eines Übersetzungsfehlers zwischen, dem Eingangsdruck P,
und dem Ausgangsdruck P" zu vermeiden. Wie die Abbildung erkennen läßt, ist die
wirksame Querschnittsfläche des Wellrohres 6 kleiner ausgeführt als die Auflagefiäche
des Kegels 13 am oberen Rand der Auslaßdüse 5. Durch diese Maßnahme ist die für
die Auslemkung wirksame Fläche des Federbalges 3, welche dem Druck P, im Druckraum
2 ausgesetzt wird, etwas kleiner gehalten als die für die Ausrenkung, wirksame Fläche,
welche unter Einwirkung des Druckes P, im Druckraum 1 steht. Durch diese Maßnahme
wird eine Übereinstimmung zwischen Ausgangsdruck und Eingangsdruck erzielt. Bei
Gleichheit der wirksamen Flächen wäre diese Übereinstimmung in Frage gestellt. Die
selbsttätige Ausbildung des Gleichgewichtes der Kräfte würde infolge der zu überwindenden
Federkonstante des Federbalges 3 bei Gleichheit der wirksamen Flächen Unterschiede
zwischen Ausgangs-und Eingangsdruck bedingen. Die Richtigkeit dieser Überlegung
sei an Hand der folgenden mathematischen Erklärung bewiesen.
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Es sei .
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F1 die gesamte wirksame Fläche des Federbalges 3 bei voll durchgehendem
Boden 4, F2- die7wirksame Fläche der Verbindung 6, F" die wirksame Fläche der Auslaßdüse
5, d p, eine Druckänderung am Eingang 8, d p" eine Druckänderung am
Ausgang 17, h der Hub des Federbalges 3 zufolge von Druckänderungen, c die Summe
der Federkonstante des Federbalges und aller mitbewegten Elemente (Wellrohr 6 und
16, Feder 14).
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Es gilt für das Gleichgewicht der Kräfte am Federbalg 3 d p, (F,-F2)
='J p. (F,- F3) + hc, (1)
also
Man kann nun bei den kleinen Hüben des Federbalges 3 setzen: h=dpe#k,
(3)
wobei k eine Konstante ist.
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Setzt man Gleichung (3) in Gleichung (2) ein, so wird
Wie man sieht, muß man, damit d p" = d p, wird; setzen F2 -I- c k
= F3. (S) Das bedeutet aber, daß die Fläche F3 - das ist also die wirksame Fläche
der Auslaßdüse 5 auf der Seite des Druckraumes 2 - größer sein muß als der wirksame
Querschnitt F2 des Wellrohres 6.
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In Abb. 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
gezeigt. Mit Hilfe dieser Anordnung soll ebenfalls der Druck P, am Eingang im Verhältnis
1:1 am Ausgang nachgebildet werden.
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Die beiden Druckräume 1 und 2 des Relais bestehen aus den Federbälgen
18 und 19; sie sind durch die Wand 20 voneinander getrennt. Durch die Böden 21 und
22 sind sie nach außen; abgeschlossen. Die beiden Bädern. 21 und 22 sind durch den
Rahmen 23 starr miteinander verbunden.
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Der Druckraum 1 ist über die Zuleitung 8 dem Eingangsdruck P, ausgesetzt.
Am Boden 22 des Druckraumes 2 ist die Ausgangsdüse 5 angebracht. Die Zuruft wird
über die Rohrleitung 9 und die Drossel 24 mit einem Dru.ckPZ zugeführt. Der AusgangsdruckPQ
wird über die Rohrleitung 17 dem Druckraum 2 entnommen:. Die Anordnung ist so justiert,
daß sich im drucklosen Zustand die Wand 20 unmittelbar vor der Öffnung der Ausströmdüse
5 befindet. Unter der Einwirkung des Eingangsdruckes P, auf dem. Druckraum 1 wird
dann im Druckraum 2 ein Druck P, aufgebaut. Dies geschieht in der Weise, daß die
unter dem Druck P, zugeführte Zuruft über die Drossel 24 zunächst in den Raum 2
und von dort über die Ausströmdüse 5 nach außen, strömt.
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Bei Änderungen des Druckes im Druckrauen 1 wird die Wand 20 zwischen
den beiden Druckräumen 1 und 2 mehr oder weniger gegen die Ausströmdüse 5 gedrückt.
Hierdurch wird der Druck im Druckraum 2 bei richtiger Justierung und bei sehr weichen
Federbälgen auf der gleichen Höhe wie im Raum 1 gebildet. Wegen der unvermeidlichen
Steifigkeit der Federbälge 18 und 19 stimmt Jedoch der Ausgangsdruck P" nicht genau
mit dem Eingangsdruck P, überein, obwohl die wirksamen Querschnitte der Federbälge
18 und 19 einander gleich sind.
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In Befolgung des Erfindungsgedankens läßt sich die für die Aussteuerung
des Druckraumes. 2 wirksame Fläche der Wand 20 dadurch verkleinern, daß man dem
Querschnitt der Auss.trömdüse 5 an ihrer oberen Öffnung entsprechend groß ausbildet.
Es ist dann ein kleiner Teil der als Prallplatte wirkenden Wand 20 nicht mehr dem
Ausgangsdruck P., sondern dem äußeren Luftdruck in der Umgebung der Anordnung ausgesetzt.
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Eine zusätzliche Möglichkeit der Korrektur des Übersetzungsverhältnisses
ist bei dieser Anordnung dadurch gegeben, daß man den Strömungswiderstand der Drossel
24 etwas höher oder niedriger justiert. Ist der Strömungswiderstand der Drossel
24 hoch, so ist die Weite des Spaltes zwischen der Auslaßdüse 5 und der Wand 20
von vornherein klein und damit die Steuerwirkung zwischen, beiden Elementen kräftiger
als in dem Fall, wo der Spalt von vornherein. weit und damit auch der Strömungswiderstand
an der Drossel 24 klein sein muß.