DE10116698A1

DE10116698A1 - Regelvorrichtung für pneumatisch betriebene Ejektoren und Ejektoren mit derartigen Regelvorrichtungen

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Publication number: DE10116698A1
Application number: DE2001116698
Authority: DE
Original assignee: AIRTEC PNEUMATIC GmbH
Current assignee: AIRTEC PNEUMATIC GmbH
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung (1) zur Regelung eines pneumatisch betriebenen Ejektors (4), der mindestens ein Saugelement (17) mit Vakuum beaufschlagt. Des weiteren betrifft die Erfindung ein System mit einem Ejektor (4), mindestens einem Saugelement (17) und einer Regelvorrichtung (1). DOLLAR A Es soll eine Regelvorrichtung (1) bzw. ein System der genannten Art vorgestellt werden, mit der bzw. mit dem auch bei Stromausfall die Funktionstüchtigkeit des mindestens einen Saugelementes (17) gewährleistet ist. DOLLAR A Erreicht wird dies durch eine Regelvorrichtung (1) zur Regelung eines Ejektors (4), der zwischen einer Arbeitsposition, in der er über eine Versorgungsleitung (3) mit Druck beaufschlagt wird, und einer Ruheposition, in der er von der Versorgungsdruckleitung (3) getrennt ist, schaltbar ist, mit einer Unterdruckkammer (6), bei der die Unterdruckkammer (6) mit dem Unterdruck p¶unter¶ beaufschlagt ist, der in dem mindestens einen Sauglelement (17) vorliegt und in Abhängigkeit vom Druckniveau p¶unter¶ in der Unterdruckkammer (6) die Versorgungsleitung (3), in der der Versorgungsdruck p¶ver¶ herrscht und welche zur Versorgung des pneumatisch betriebenen Ejektors (4) dient, mittels eines Schließkolbens (2) und eines Stellgliedes (10, 12), das mit dem in der Unterdruckkammer (6) herrschenden Unterdruck p¶unter¶ kraftbeaufschlagt ist, in der Ruheposition geschlossen und in der Arbeitsposition geöffnet ist und ein System mit einer derartigen Regelvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Regelung eines pneumatisch betriebenen Ejektors, der mindestens ein Saugelement mit Vakuum beaufschlagt. Dieser Ejektor ist zwischen einer Arbeitsposition, in der er über eine Versorgungsleitung mit Druck beaufschlagt wird, und einer Ruheposition, in der er von der Versorgungsleitung getrennt ist, schaltbar.

Des weiteren betrifft die Erfindung ein System, das einen Ejektor, mindestens ein Saugelement und eine Regelvorrichtung der beschriebenen Art umfaßt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen unter dem Begriff Ejektoren Vorrichtungen verstanden werden, die in der Lage sind, Unterdruck aufzubauen bzw. zu erzeugen. Damit sind auch Vakuumpumpen, Unterdruck erzeugende Kolbenarbeitsmaschinen und dergleichen erfaßt.

Hierbei sollen nur pneumatisch betriebene Ejektoren betrachtet werden, d. h. Ejektoren, die durch Beaufschlagung mit einem Druckmedium in Betrieb genommen werden. Beispielsweise kann dies eine Turbopumpe sein, bei der eine auf einer Welle gelagerte Turbine als Antrieb dient und eine Pumpe antreibt.

Die in Rede stehenden Ejektoren generieren einen Unterdruck, mit dem dann mindestens ein Saugelement beaufschlagt wird. Die mit Unterdruck beaufschlagten Saugelemente weisen eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten auf und werden beispielsweise als Hebewerkzeuge verwendet. Zahlreiche Einsatzmöglichkeiten bestehen auch bei Verwendung von mit Unterdruck beaufschlagten Saugelementen als Transport- und/oder Haltevorrichtung. Als vorteilhaft erweist sich dabei die einfache Handhabung dieser Saugelemente und ihre im Vergleich zu Greifern und dergleichen schonende und absolut zerstörungsfreie Fixierung des zu fixierenden Gegenstandes.

Aus den genannten Gründen ist ein Haupteinsatzgebiet von mit Unterdruck beaufschlagten Saugelementen die glasverarbeitende Industrie, die aufgrund der überaus zerbrechlichen Glasprodukte ein Interesse an schonenden Hebe-, Transport- und Haltewerkzeugen hat.

Ebenfalls weit verbreitet ist der Einsatz von mit Unterdruck beaufschlagten Saugelementen in der Automobilindustrie, die bei der Fertigung von Kraftfahrzeugen und hier insbesondere beim Handling von lackierten Karosserieteilen unter Qualitätsgesichtspunkten auf einen schonenden Umgang bei diesen Teilen angewiesen ist.

Ein grundsätzliches Problem beim Umgang mit Vakuum ist die Aufrechterhaltung des Unterdruck-Zustandes. Infolge der Tatsache, daß Leckagen grundsätzlich nicht völlig vermieden, sondern nur mit entsprechendem Aufwand minimiert werden können, wird sich das Vakuum ohne ein Zutun von außen über die Zeit mehr oder weniger schnell abbauen.

Im vorliegenden Fall, bei dem ein pneumatisch betriebener Ejektor einen Unterdruck generiert und zumindest ein Saugelement mit diesem Unterdruck beaufschlagt, bedeutet dies, daß sich das einmal vom Ejektor generierte Vakuum über die Zeit abbaut, wenn dieses nicht ständig durch den Ejektor erneuert bzw. regeneriert wird.

Die Saugkraft des mindestens einen Saugelementes hängt aber entscheidend vom Druckniveau des Vakuums bzw. des Unterdruckes ab, wobei bei Unterschreiten eines gewissen Unterdruckes der von dem Saugelement zu fixierende Gegenstand nicht mehr gehalten werden kann und es zu einem Versagen bzw. Ausfallen des Saugelementes kommt.

Dieses Versagen des mindestens einen Saugelementes soll in der Praxis vermieden werden, da ein Ausfall des Saugelementes in der Regel zu einer Zerstörung des durch das Saugelement fixierten Gegenstandes führt. Des weiteren ist ein Ausfall des Saugelementes unter Sicherheitsaspekten kritisch zu beurteilen, da durch plötzlich nicht mehr fixierte Gegenstände weiterer Schaden, insbesondere Verletzung von Menschen, zu befürchten ist.

In diesem Zusammenhang wird als Standzeit des Saugelementes die Zeitspanne verstanden, in welcher das Saugelement ohne ständige Erneuerung des Vakuums, d. h. nach einmaliger Generierung des Unterdruckes, eine vorbestimmte Kraft aufbringen kann.

In der Regel sind die beschriebenen Saugelemente an Ejektoren der eingangs beschriebenen Art angeschlossen, wodurch das einmal in ihnen erzeugte Vakuum bei Bedarf ständig erneuert werden kann.

Damit sind aber nach dem Stand der Technik die oben beschriebenen Probleme und die sich daraus ergebenen Folgen nicht beseitigt. So kann bei elektrisch betriebenen Ejektoren ein Stromausfall zur Nichtverfügbarkeit des Ejektors führen, so daß dann bei Überschreiten der Standzeit ein Versagen des Saugelementes auftritt.

Aus diesem Grunde sollen im Rahmen der Erfindung nur pneumatisch betriebene Ejektoren betrachtet werden, die nicht die Gefahr in sich bergen, infolge eines Stromausfalles im Bedarfsfalle selbst nicht mehr verfügbar zu sein.

Ein weiterer Grund für die Beschränkung des Gegenstandes der Erfindung ist in der Tatsache begründet, daß Druckluft preiswert ist, Druckluftleitungen leicht und preiswert verlegbar sind und der Umgang mit Druckluft unter Sicherheitsaspekten günstig erscheint.

Ein weiterer Nachteil bei den nach dem Stand der Technik verwendeten Saugelementen bzw. bei den nach dem Stand der Technik zur Generierung des Vakuums verwendeten Ejektoren ist die Regelung.

Diese Regelung muß einerseits den Unterdruck im Saugelement überwachen und andererseits den Ejektor in Abhängigkeit von diesem Unterdruck regeln, d. h. anschalten oder abschalten. Dabei wird der Regelung grundsätzlich ein unterer Unterdruck-Schwellwert p_s,unten und ein oberer Unterdruck-Schwellwert p_s,oben vorgegeben, zwischen denen der Unterdruck im Saugelement variieren kann, ohne die Funktionstüchtigkeit des Saugelementes zu gefährden, wobei der Unterdruck nicht größer als der obere Unterdruck-Schwellwert p_s,oben und nicht kleiner als der untere Unterdruck-Schwellwert p_s,unten werden darf. In Abhängigkeit von dem im Saugelement vorliegenden Unterdruck soll dabei der Ejektor abgeschaltet bzw. eingeschaltet werden.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit Unterdruck, insbesondere mit dem oberen und unteren Unterdruck- Schwellwert, nicht der absolute Druck im Saugelement bezeichnet wird, sondern die betragsmäßige Differenz zwischen dem im Saugelement vorherrschenden, absoluten Druck und dem Umgebungs- bzw. Atmosphärendruck.

Nach dem Stand der Technik arbeiten aber diese Regelungen zumindest teilweise elektrisch, weshalb das Versagen der Regelung und damit des Gesamtsystems bei Stromausfall ebenfalls nicht verhindert werden kann.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelvorrichtung zur Regelung eines pneumatisch betriebenen Ejektors, der mindestens ein Saugelement mit Vakuum beaufschlagt, bereitzustellen, die nach rein mechanischen bzw. pneumatischen Prinzipien arbeitet und auch bei Stromausfall die Funktionstüchtigkeit des mindestens einen Saugelementes gewährleistet.

Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein System der gattungsbildendn Art bereitzustellen, das auch bei Stromausfall funktionstüchtig bleibt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Regelvorrichtung zur Regelung eines pneumatisch betriebenen Ejektors, der mindestens ein Saugelement mit Vakuum bzw. Unterdruck p_unter beaufschlagt und zwischen einer Arbeitsposition, in der er über eine Versorgungsleitung mit Druck beaufschlagt wird, und einer Ruheposition, in der er von der Versorgungsdruckleitung getrennt ist, schaltbar ist, mit einer Unterdruckkammer, bei der:

- die Unterdruckkammer, mit dem Unterdruck p_unter beaufschlagt ist, der in dem mindestens einen Saugelement vorliegt
- und in Abhängigkeit vom Druckniveau p_unter in der Unterdruckkammmer die Versorgungsdruckleitung, in der der Versorgungsdruck p_ver herrscht und welche zur Versorgung des pneumatisch betriebenen Ejektors dient, mittels eines Schließkolbens und eines Stellgliedes, das mit dem in der Unterdruckkammer herrschenden Unterdruck p_unter kraftbeaufschlagt ist, in der Ruheposition geschlossen und in der Arbeitsposition geöffnet ist.

Die Regelung arbeitet nach mechanischen und pneumatischen Prinzipien und ist damit unabhängig von der Verfügbarkeit elektrischer Energie.

Bei dieser Regelung handelt es sich im Grunde genommen um einen geschlossenen Regelkreis, der in vielen technischen Prozessen Anwendung findet und dessen Aufgabe es ist, eine Regelgröße auf einem vorgegebenen Sollwert zu halten, auch wenn Störgrößen dies störend beeinflussen. Dabei ist Regeln ein Verfahren, bei dem die Regelgröße fortlaufend erfaßt und mit dem Sollwert bzw. der Führungsgröße verglichen wird, wobei abhängig von diesem Vergleich über entsprechende Änderungen der Stellgröße die Regelgröße an die Führungsgröße angepaßt wird.

Im vorliegenden Fall, der Regelung eines mit Unterdruck p_unter beaufschlagten Saugelementes, ist die Regelgröße der Unterdruck p_unter. Dieser wird fortlaufend erfaßt, indem die Unterdruckkammer mit diesem über eine Zuleitung vom Saugelement her beaufschlagt ist.

Ein Vergleich der Regelgröße p_unter mit einer vorgegebenen Führungsgröße im herkömmlichen Sinne findet nicht statt. Erfindungsgemäß wird der als Stellgröße fungierende Versorgungsdruck p_ver nicht in Abhängigkeit einer im Rahmen eines Vergleiches der Regelgröße mit einer Führungsgröße ermittelten Druckdifferenz beeinflußt, sondern direkt in Abhängigkeit von dem in der Unterdruckkammer bzw. dem Saugelement vorliegenden Unterdruck p_unter. Im Ergebnis ist diese Vorgehensweise der herkömmlichen Vorgehensweise der eingangs beschriebenen, geschlossenen Regelkreise gleichwertig bzw. gleichzusetzen.

In Abhängigkeit von dem fortlaufend erfaßten Unterdruck p_unter (Regelgröße) wird Einfluß auf den Versorgungsdruck p_ver, der als Stellgröße dient, genommen, wobei der Versorgungsdruck p_ver, welcher zur Versorgung des pneumatisch betriebenen Ejektors dient, seiner Aufgabe entsprechend Einfluß auf den im Saugelement und damit in der Unterdruckkammer vorliegenden Unterdruck p_unter nimmt.

Die Änderung des Versorgungsdruckes p_ver in Abhängigkeit vom Unterdruck p_unter erfolgt dabei mittels eines Schließkolbens und eines Stellgliedes.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Regelvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Regelvorrichtung eine Überdruckkammer und eine Zwischenkammer, die mit der Atmosphäre verbunden ist, umfasst, und

- die Unterdruckkammer eine flexible Membran aufweist und in der Unterdruckkammer ein sich an dieser Membran abstützendes Federelement angeordnet ist,
- die Überdruckkammmer, die mit der Zwischenkammer zumindest dann verbunden ist, wenn in der Unterdruckkammer ein unterer Unterdruck-Schwellwert p_S,unten herrscht, und von der Zwischenkammer zumindest dann getrennt ist, wenn in der Unterdruckkammer ein oberer Unterdruck-Schwellwert p_S,oben herrscht, und in der ein Federelement angeordnet ist, mittels einer Überdruckleitung mit Überdruck p_über beaufschlagt ist,
- und in Abhängigkeit vom Druckniveau p_über in der Überdruckkammmer die Versorgungsdruckleitung mittels eines Schließkolbens in der Ruheposition geschlossen und in der Arbeitsposition geöffnet ist,
- in der Art, daß das Stellglied einerseits über das in der Unterdruckkammer angeordnete Federelement und infolge der Druckdifferenz über die Membran der Unterdruckkammer kraftbeaufschlagt ist und andererseits über das in der Überdruckkammer angeordnete Federelement und infolge des in dieser Kammer herrschenden Druckes p_über kraftbeaufschlagt ist, und
- der Schließkolben einerseits kraftbeaufschlagt ist über den an einer Membran einer Nebenkammer der Überdruckkammer anliegenden Druck p_über und andererseits über den in der Versorgungsdruckleitung herrschenden Druck p_ver,
- wobei abhängig vom Unterdruck p_unter in der Unterdruckkammer, bei Erreichen des oberen Unterdruck-Schwellwertes p_S,oben das Stellglied in der Art die Position wechselt, daß die Überdruckkammer von der Zwischenkammer getrennt wird, sich folglich in der Überdruckkammer und der zugehörigen Nebenkammer ein Druck p_über aufbauen kann, der über die Membran auf den Schließkolben wirkt und bei Erreichen einer vorbestimmten Größe mittels des Schließkolbens die Versorgungsdruckleitung schließt, und
- bei Erreichen eines unteren Unterdruck-Schwellwertes p_S,unten das Stellglied in der Art die Position wechselt, daß die Überdruckkammer mit der Zwischenkammer verbunden wird, sich folglich in der Überdruckkammer und der zugehörigen Nebenkammer Atmosphärendruck einstellt, der über die Membran auf den Schließkolben wirkt, wodurch die Versorgungsdruckleitung geöffnet wird.

Bei diesen Ausführungsformen findet die Koppelung der Regelgröße p_unter und der Stellgröße p_ver mittels des Schließkolbens und des Stellgliedes in der Art statt, daß das Stellglied im wesentlichen durch vier Kräfte beaufschlagt wird.

Einerseits wirkt auf das Stellglied der in der Unterdruckkammer herrschende Unterdruck p_unter, der auf der gegenüberliegenden Membranseite anliegende Umgebungsdruck und die Federkraft eines in der Unterdruckkammer angeordneten Federelementes. Andererseits wirkt auf das Stellglied der in der Überdruckkammer herrschende Überdruck p_über und die Federkraft eines in dieser Überdruckkammer angeordneten Federelementes. Die Rückstellkräfte in der Membran der Unterdruckkammer, welche kontinuierlich elastisch verformt wird, können in der Regel bei der Betrachtung des kräftebeaufschlagten Stellgliedes vernachlässigt werden. Jedoch besteht die Möglichkeit, über Verwendung einer entsprechenden Membran die Rückstellkräfte der elastisch deformierten Membran zu nutzen, um Einfluß auf das Kräftegleichgewicht des Stellgliedes zu nehmen.

Aufgrund der Tatsache, daß sich das Stellglied während des Regelvorganges bewegt, dabei die Federelemente deformiert und die Federkräfte verändert werden und sowohl der Unterdruck p_unter in der Unterdruckkammer als auch der Überdruck p_über in der Überdruckkammer variieren, handelt es sich bei den am Stellglied angreifenden Kräften um zeitlich veränderliche Größen und damit um ein dynamisches Kräftegleichgewicht.

Infolge der am Stellglied angreifenden Kräfte wechselt das Stellglied kontinuierlich zwischen zwei End- bzw. Anschlagpositionen, wobei in der oberen Anschlagposition die Überdruckkammer von der Zwischenkammer getrennt ist, so daß sich in dieser ein Überdruck aufbauen kann.

Der sich langsam aufbauende Überdruck p_über in der Überdruckkammer wirkt auch in einer Nebenkammer der Überdruckkammer, in der dieser Überdruck p_über auf eine Membran wirkt, die wiederum einen Schließkolben mit Kraft beaufschlagt, so daß der Schließkolben auf seiner einen Seite dem Überdruck p_über der Überdruckkammer bzw. der Nebenkammer ausgesetzt ist, während auf der anderen Seite der Versorgungsdruck p_ver der Versorgungsdruckleitung anliegt. In Abhängigkeit von der Größe der Flächen, an denen die Drücke p_über und p_ver angreifen und in Abhängigkeit der Größe dieser Drücke selbst, bewegt sich der Schließkolben und verschließt die Versorgungsdruckleitung, wenn der Überdruck p_über in der Nebenkammer einen bestimmten, vorgebbaren Druckwert erreicht.

Infolge der verschlossenen Versorgungsdruckleitung fehlt der für den Antrieb des Ejektors erforderliche Versorgungsdruck, wodurch der Ejektor in die Ruheposition geschaltet wird und somit keinen Unterdruck im Saugelement generieren bzw. regenerieren kann. Infolge des abgeschalteten Ejektors und nie ganz zu vermeidenden Leckagen wird der Unterdruck im Saugelement und somit in der Unterdruckkammer abnehmen.

Infolge des abnehmenden Unterdrucks nimmt die in das Stellglied von Seiten der Unterdruckkammer eingeleitete Kraft mit der Zeit zu, so daß die Überdruckkammer mit der Zwischenkammer bei Unterschreiten eines bestimmten Unterdruckes wieder verbunden wird. Folglich kann sich der in der Überdruckkammer aufgebaute Überdruck p_über über die mit der Atmosphäre verbundene Zwischenkammer abbauen, der Schließkolben sich infolge des sinkenden Überdruckes p_über in der Nebenkammer und des ständig anliegenden Versorgungsdruckes p_ver in der Art bewegen, daß die Versorgungsdruckleitung freigegeben wird und der Ejektor in die Arbeitsposition geschaltet wird. Der wieder arbeitende Ejektor wirkt dem Abbau des Unterdruckes im Saugelement und damit dem Abbau des Unterdruckes in der Unterdruckkammer entgegen.

Infolge der beschriebenen Vorgänge schwankt der Unterdruck p_unter kontinuierlich zwischen einem oberen Unterdruck-Schwellwert p_S,oben und einem unteren Unterdruck-Schwellwert p_S,unten.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Regelvorrichtung, bei denen die Überdruckleitung mittels einer Verbindungsleitung mit der Versorgungsdruckleitung verbunden ist.

Günstig an dieser Ausführungsform ist, daß die Überdruckleitung, über die die Überdruckkammer den Überdruck p_über beaufschlagt ist, von der Versorgungsdruckleitung gespeist wird. Dadurch entfallen zusätzliche Druckleitungen bzw. das Bereitstellen mehrerer Druckmedium-Reservoirs.

Günstig sind dabei Regelvorrichtungen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß in der Verbindungsleitung eine Drosselstelle angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Düse als Drosselstelle dient.

Vorteile bieten diese Ausführungsformen im Rahmen der Regelung zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Überdruckkammer wieder mit der Zwischenkammer verbunden wird und sich der in der Überdruckkammer aufgebaute Überdruck p_über über die Zwischenkammer, die mit der Atmosphäre verbunden ist, abbauen soll.

Die Drosselstelle sorgt dafür, daß das in der Überdruckkammer vorhandene Druckmedium schneller und einfacher über die Zwischenkammer in die Atmosphäre entströmen kann, als neues Druckmedium über die Versorgungsleitung der Überdruckkammer zugeführt wird, weil die Drosselstelle zu einem Druckverlust führt und das ungehinderte Einströmen von Druckmedium bremst bzw. verlangsamt.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Regelvorrichtung, bei denen das Stellglied modular aufgebaut ist. Dadurch können einzelne Bauteile in verschiedenen Baureihen verwendet werden und eine Justierung des Gesamtsystems durch Austausch einzelner Teile erfolgen. Des weiteren hat der modulare Aufbau des Stellgliedes auch Vorteile hinsichtlich der Montage, wobei vorzugsweise das Stellglied einen Stempel und eine Buchse umfaßt. Stempel und Buchse können dabei wiederum modular aufgebaut sein.

Der Stempel besteht üblicherweise aus einem Teller und einem Stempelbein, wobei das Stempelbein und der Stempelteller jeweils ein eigenständiges Bauteil sein können. Das Stempelbein ist dabei in der Buchse, welche in der Überdruckkammer angeordnet ist, gelagert und in manchen Ausführungsformen mit dieser über einen Preßsitz verbunden.

Dabei bestimmt dann die äußere Gestalt der Buchse die Fläche, an der der in der Überdruckkammer herrschende Überdruck p_über angreift, und damit bestimmen die geometrischen Abmessungen der Buchse die vom Überdruck p_über auf den Stempel bzw. das Stellglied ausgeübten Kräfte.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Regelvorrichtung, bei denen eine Einstellschraube zur Vorspannung des in der Unterdruckkammer angeordneten Federelementes vorgesehen ist. Mittels dieser Einstellschraube wird auf die vom Federelement auf das Stellglied wirkende Federkraft Einfluß genommen, wodurch eine Einstellung des Druck-Fensters, welches durch den oberen Unterdruck-Schwellwert p_S,oben und den unteren Unterdruck-Schnellwert p_S,unten aufgespannt wird, möglich ist.

Günstig sind Ausführungsformen der Regelvorrichtung, bei denen eine Dichtung am Stellglied vorgesehen ist, welche die Überdruckkammer gegen die Zwischenkammer abdichtet, wenn diese voneinander getrennt sind.

Die zweite Teilaufgabe der Erfindung wird durch ein System gelöst, das einen Ejektor, mindestens ein Saugelement und eine Regelvorrichtung umfaßt, bei dem der Ejektor eine Turbopumpe umfaßt und die Regelvorrichtung eine Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.

Ebenfalls wird diese Teilaufgabe durch ein System gelöst, das einen Ejektor, mindestens ein Saugelement und eine Regelvorrichtung umfaßt, bei dem der Ejektor eine Venturi-Düse umfaßt und die Regelvorrichtung eine Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß der Zeichnungsfiguren 1 bis 4 erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Gesamtsystems in der Seitenansicht im Schnitt,

Fig. 2 die Regelvorrichtung des in Fig. 1 dargestellten Gesamtsystems in der Arbeitsposition,

Fig. 3 die Regelvorrichtung des in Fig. 1 dargestellten Gesamtsystems in der Ruheposition und

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Unterdruckes p(t) in der Unterdruckkammer.

Fig. 1 zeigt das Gesamtsystem, welches eine Regelvorrichtung 1, einen Ejektor 4 und ein Saugelement 17 umfaßt.

Der Ejektor 4 ist als Venturidüse ausgebildet und wird in dem in Fig. 1 dargestellten Zustand über eine Versorgungsdruckleitung 3 mit einem Druckmedium, welches den Druck p_ver aufweist, versorgt. Das Druckmedium durchströmt den Ejektor bzw. die Venturidüse 4, wobei durch die Expansion des Druckmediums beim Verlassen der Venturidüse 4 ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser Unterdruck sorgt dafür, daß das Rückschlagventil 5, welches im geschlossenen Zustand den Ejektor 4 und das Saugelement 17 voneinander trennt, geöffnet wird, wenn der Druck auf der Ejektorseite soviel kleiner ist als der Druck p_unter auf der Seite des Saugelementes 17, daß die Rückstellkraft im Rückschlagventil 5 überwunden wird. Der Ejektor 4 erzeugt bei geöffnetem Rückschlagventil 5 einen Unterdruck p_unter, wobei das Rückschlagventil schließt, wenn der im Saugelement 17 herrschende Unterdruck p_unter einen bestimmten Wert erreicht.

Das Saugelement 17 ist mit der Regelvorrichtung 1 in der Art verbunden, daß eine Zuleitung 18 das Saugelement 17 mit der Unterdruckkammer 6 verbindet, wodurch die Unterdruckkammer 6 mit dem im Saugelement 17 herrschenden Unterdruck p_unter beaufschlagt wird.

Die Unterdruckkammer 6 verfügt über eine flexible Membran 7 und ein Federelement 8 in Form einer Schraubenfeder. Die Schraubenfeder 8 kann mit Hilfe einer Einstellschraube 9 vorgespannt werden.

Diese Schraubenfeder 8 stützt sich an ihrem einen Ende an der Einstellschraube 9 ab und mit ihrem anderen Ende über einen Teller 26 am Stempel 10. Der Stempel 10 wiederum sitzt selbst in der Buchse 12, welche in der Überdruckkammer 13 angeordnet ist und an der sich ein Federelement 22 abstützt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesem Federelement 22 ebenfalls um eine Schraubenfeder, die sich mit ihrem zweiten Ende an den Innenwänden der Überdruckkammer 13 abstützt.

Die Überdruckkammer 13 weist eine Nebenkammer 14 auf, über die eine Membran 23 zugänglich ist. Auf der anderen Seite der Membran 23 ist ein Schließkolben 2 angeordnet, der in Abhängigkeit der Druckverhältnisse die Versorgungsdruckleitung 3 verschließt (Fig. 3) oder freigibt (Fig. 2).

Die Überdruckkammer 13 wird über eine Überdruckleitung 24 mit Druck beaufschlagt. Im vorliegenden Ausführungsgbeispiel ist diese Überdruckleitung 24 mittels einer Verbindungsleitung 21 mit der Versorgungsdruckleitung 3 verbunden. Damit dient die Versorgungsdruckleitung 3 sowohl der Versorgung des Ejektors 4 mit Druckmedium als auch der Versorgung der Überdruckkammer 13. In der Verbindungsleitung 21 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Düse 19 angeordnet, welche das der Überdruckkammer 13 zugeführte Druckmedium drosselt.

Die Regelvorrichtung 1 wird im Detail im Rahmen der Beschreibung der Fig. 2 und 3 erläutert. In diesem Zusammenhang wird dann auch über die sich zeitlich ändernden, mechanischen und pneumatischen Kräfte Näheres ausgeführt. Dabei zeigen die Fig. 2 und 3 die Regelvorrichtung 1 in den beiden für die Regelvorrichtung 1 charakteristischen Zuständen.

Fig. 2 zeigt die Regelvorrichtung 1 in der Arbeitsposition des Ejektors 4, in der der Schließkolben 2 die Versorgungsdruckleitung 3 freigibt.

Der Ejektor generiert im Saugelement und damit in der Unterdruckkammer 6 einen zunehmenden Unterdruck p_unter. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Zustand der Regelvorrichtung 1 ist der Unterdruck p_unter in der Unterdruckkammer 6 noch so gering, daß die Membran 7 nach außen gewölbt ist. An dem Teller 10' des Stempels greift zum einen die Federkraft des Federelementes 8 an und zum anderen die Druckkraft, welche sich aus dem Produkt aus druckbeaufschlagter Membranfläche und Druckdifferenz über die Membran 7 ergibt. Dabei ist die Membran 7 einerseits von dem in der Unterdruckkammer 6 herrschenden Unterdruck p_unter beaufschlagt und andererseits unter dem Einfluß des mittels der Zuleitung 15 zugeführten Umgebungsdrucks p_Umgebung.

Diese am oberen Ende des Stempels angreifenden Kräfte bewegen den Teller 10' des Stempels nach unten, wobei dieser über ein Bein 10" eine Buchse 12 gegen die Federkraft eines Federelementes 22 nach unten verlagert. Dadurch, daß der Teller 10' und das Bein 10" des Stempels die Buchse 12 entgegen der Federkraft des Federelementes 22 verschieben, wird die Überdruckkammer 13, in der die Buchse 12 und das Federelement 22 angeordnet sind, mit der Zwischenkammer 16, welche über eine Zuleitung 20 zur Atmosphäre verfügt, verbunden.

Infolge der Verbindung von Überdruckkammer 13 und Zwischenkammer 16 und der damit bestehenden Verbindung der Überdruckkammer 13 mit der Atmosphäre, herrscht in der Überdruckkammer 13 annähernd Umgebungsdruck, obwohl die Überdruckkammer 13 ständig über eine Überdruckleitung 24, welche mittels einer Verbindungsleitung 21 mit der Versorgungsdruckleitung 3 verbunden ist, druckbeaufschlagt wird.

In diesem Zustand herrscht in der Nebenkammer 14, die Teil der Überdruckkammer 13 ist, ebenfalls annähernd Umgebungsdruck, so daß der Schließkolben 2 auf der Seite, die zu der Überdruckkammer 13 hin gerichtet ist, über die Nebenkammer 14 bzw. über die diese Nebenkammer 14 teilweise begrenzte Membran 23 mit annähernd Umgebungsdruck beaufschlagt wird und andererseits auf der Seite, die zu der Versorgungsleitung 3 hingerichtet ist, mit dem Versorgungsdruck p_ver beaufschlagt ist. Dadurch wird der Schließkolben 2 in seiner oberen Position gehalten, wodurch die Versorgungsdruckleitung 3 freigegeben wird.

Nach einer gewissen Zeitspanne ist der Unterdruck p_unter in der Unterdruckkammer 6 genügend groß, so daß der mit der Membran 7 verbundene Teller 10' des Stempels infolge der vergrößerten Druckdifferenz über der Membran 7 entgegen der auf ihn wirkenden Federkraft des Federelementes 8 unter Kompression des Federelementes 8 angehoben wird. Dadurch wird das Bein 10" des modular aufgebauten Stempels von seiten der Unterdruckkammer 6 bzw. des Tellers 10' nicht länger kraftbeaufschlagt.

Die Membran 7 ist nach innen, d. h. in die Unterdruckkammer 6 hinein gewölbt, wie in Fig. 3 dargestellt. Das in der Überdruckkammer 13 angeordnete Federelement kann nun die Buchse 12, an der sich das Federelement 22 abstützt, aufgrund der fehlenden Gegenkräfte des bzw. des Fehlens des von der Unterdruckkammer 6 erzeugten Widerstandes unter Expansion des Federelementes 22 verschieben. Dabei wird die Buchse 12 in Anschlag mit einer weiteren Buchse 25 gebracht, so daß die Überdruckkammer 13 von der Zwischenkammer 16 und damit von der Umgebung getrennt wird.

Das über die Überdruckleitung 24 zugeführte Druckmedium kann nun nicht mehr über die Zwischenkammer 16 und die Zuleitung 20 in die Umgebung entweichen. Hingegen baut das in die Überdruckkammer 13 zuströmende Medium nun einen kontinuierlich wachsenden Überdruck p_über auf. Dieser Überdruck p_über hat zur Folge, daß einerseits die Buchse 12 mit der in ihr angeordneten Dichtung 11 unter immer größerer Kraft gegen die Buchse 25 gedrückt wird, wodurch die Abdichtung der Überdruckkammer gegenüber der Zwischenkammer 16 und damit gegenüber der Atmosphäre verbessert wird.

Andererseits sorgt der kontinuierlich zunehmende Überdruck p_über in der Überdruckkammer 13 und damit in der Nebenkammer 14 dafür, daß sich bei Erreichen eines gewissen Druckniveaus die Membran 23 nach außen wölbt und den Schließkolben 2 entgegen dem auf der Seite der Versorgungsdruckleitung 3 herrschenden Versorgungsdruckes p_ver in der Art verschiebt, daß die Versorgungsdruckleitung 3 verschlossen wird, wie in Fig. 3 dargestellt.

Es ist die Ruheposition, in der der Ejektor nicht weiter mit einem Druckmedium über die Versorgungsdruckleitung 3 versorgt wird. Er wird sozusagen abgeschaltet, wodurch das im Saugelement bzw. in der Unterdruckkammer 6 herrschende Vakuum nicht erneuert bzw. regeneriert wird, so daß sich das Vakuum infolge nie ganz zu vermeidender Leckagen mit der Zeit kontinuierlich abbaut.

Infolge des sich verringernden Unterdrucks und einer sich damit verringernden Druckdifferenz über die Membran 7 der Unterdruckkammer 6 ändern sich die Kräfteverhältnisse im Bereich der Unterdruckkammer 6 in der Art, daß das Federelement 8 expandiert und den aus Teller 10' und Bein 10" bestehenden Stempel nach unten drückt. Hierdurch wird die Buchse 12, in der das Bein 10" des Stempels gelagert ist, ebenfalls nach unten entgegen der Federkraft des Federelementes 22 der Überdruckkammer 13 gedrückt. Dies führt zu einer Verbindung der Überdruckkammer 13 mit der Zwischenkammer 16 und somit mit der Atmosphäre, wodurch sich der in der Überdruckkammer 13 aufgebaute Überdruck p_über abbauen kann.

Als Ergebnis dieser Vorgänge geht der Schließkolben 2, wie in Fig. 2 dargestellt, unter der Wirkung des in der Versorgungsdruckleitung 3 herrschenden Versorgungsdruckes p_ver in seine obere Stellung und gibt die Versorgungsdruckleitung 3 frei, während sich die Membran nach innen wölbt. Der Ejektor wird abermals mit einem Druckmedium über die nun vom Schließkolben 2 freigegebene Versorgungsdruckleitung 3 versorgt. Der Zyklus beginnt von neuem.

Fig. 4 zeigt den Verlauf des Unterdruckes p_unter in der Unterdruckkammer über der Zeit. Dieser schwankt innerhalb eines Unterdruckfensters, das von den beiden Schwellwerten p_S,oben und p_S,unten begrenzt wird.

In der Kurve sind beispielhaft die Stellen eingezeichnet, bei denen der Schließkolben öffnet (Zustand 4) bzw. schließt (Zustand 3) und bei denen die Überdruckkammer von der Zwischenkammer getrennt (Zustand 1) bzw. mit dieser verbunden (Zustand 2) wird. Aufgrund des vorliegenden, dynamisch geregelten Gesamtsystems liegen diese Punkte nicht an den Stellen maximalen bzw. minimalen Unterdrucks p_unter, d. h. sie liegen nicht an den Stellen, an denen der Unterdruck p_unter in der Unterdruckkammer seinen oberen Unterdruck-Schwellwert p_S,oben oder seinen unteren Unterdruck-Schwellwert p_S,unten erreicht.

Mit 1 ist der Zeitpunkt auf der Funktionskurve markiert, zu dem die Überdruckkammer von der Zwischenkammer getrennt wird und sich langsam ein Überdruck p_über in der Überdruckkammer aufbaut. Der Aufbau eines genügend großen Überdrucks p_über in der Überdruckkammer, der zum Verschieben des Schließkolbens erforderlich ist, erfordert eine gewisse Zeit. Folglich nimmt der Unterdruck p_unter in der Unterdruckkammer auch dann noch zu, wenn die Überdruckkammer von der Zwischenkammer getrennt ist. Bei Erreichen eines bestimmten Überdruckes p_über in der Überdruckkammer und der Nebenkammer wird der Schließkolben verschoben und die Versorgungsdruckleitung mittels dieses Schließkolbens verschlossen. Dieser Zeitpunkt ist mit 3 gekennzeichnet.

Annähernd liegt der Punkt 3 an der Stelle des maximalen Unterdrucks p_unter = p_S,oben. Eine gewisse, zeitliche Verzögerung stellt sich aber in der Praxis ein, da auch nach Verschließen der Versorgungsdruckleitung der Ejektor nicht direkt ohne zeitliche Verzögerung abschaltet und das Gesamtsystem aufgrund der das Druckmedium führenden Leitung eine gewisse Trägheit aufweist.

Ähnlich, wie für den oberen Unterdruck-Schwellwert p_S,oben beschrieben, verhält es sich im Bereich des unteren Unterdruck-Schwellwertes p_S,unten. Nach Abschalten des Ejektors baut sich der Unterdruck infolge von Leckagen kontinuierlich ab. Bei Erreichen eines gewissen Unterdruckes wird die Überdruckkammer wieder mit der Zwischenkammer verbunden, wodurch sich der in der Überdruckkammer aufgebaute Überdruck p_über abbaut. Auch dieser Abbau des Überdrucks p_über in der Überdruckkammer benötigt Zeit, so daß ein Öffnen des Schließkolbens und damit ein Freigeben der Versorgungsdruckleitung zeitversetzt erfolgt. Die Stelle 2, zu der die Überdruckkammer und Zwischenkammer miteinander verbunden werden, liegt folglich etwas vor Erreichen des unteren Unterdruck-Schwellwertes p_S,unten. Zunächst baut sich der Überdruck P_über in der Überdruckkammer ab, worauf sich zeitlich versetzt der Schließkolben bewegt (Zeitpunkt 4) und der Ejektor das sich abbauende Vakuum im Saugelement regenerieren kann.

Bezugszeichenliste

1

Regelvorrichtung

2

Schließkolben

3

Versorgungsdruckleitung

4

Ejektor

5

Rückschlagventil

6

Unterdruckkammer

7

Membran

8

Federelement

9

Einstellschraube

10

Stempel

10

' Teller

10

" Bein

11

Dichtung

12

Buchse

13

Überdruckkammer

14

Nebenkammer

15

Zuleitung

16

Zwischenkammer

17

Saugelement

18

Zuleitung

19

Düse

20

Zuleitung

21

Verbindungsleitung

22

Federelement

23

Membran

24

Überdruckleitung

25

Buchse

26

Teller

Claims

1. Regelvorrichtung (1) zur Regelung eines pneumatisch betriebenen Ejektors (4), der mindestens ein Saugelement (17) mit Vakuum beaufschlagt und zwischen einer Arbeitsposition, in der er über eine Versorgungsleitung (3) mit Druck beaufschlagt wird, und einer Ruheposition, in der er von der Versorgungsdruckleitung (3) getrennt ist, schaltbar ist, mit einer Unterdruckkammer (6), bei der
die Unterdruckkammer (6), mit dem Unterdruck (p_unter) beaufschlagt ist, der in dem mindestens einen Saugelement (17) vorliegt
und in Abhängigkeit vom Druckniveau (p_unter) in der Unterdruckkammmer (6) die Versorgungsdruckleitung (3), in der der Versorgungsdruck (p_ver) herrscht und welche zur Versorgung des pneumatisch betriebenen Ejektors (4) dient, mittels eines Schließkolbens (2) und eines Stellgliedes (10, 12), das mit dem in der Unterdruckkammer (6) herrschenden Unterdruck (p_unter) kraftbeaufschlagt ist, in der Ruheposition geschlossen und in der Arbeitsposition geöffnet ist.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Regelvorrichtung (3) eine Überdruckkammer (13) und eine Zwischenkammer (16), die mit der Atmosphäre verbunden ist, umfasst, und
die Unterdruckkammer (6) eine flexible Membran (7) aufweist und in der Unterdruckkammer ein sich an dieser Membran (7) abstützendes Federelement (8) angeordnet ist,
die Überdruckkammmer (13), die mit der Zwischenkammer (16) zumindest dann verbunden ist, wenn in der Unterdruckkammer (6) ein unterer Unterdruck-Schwellwert (p_S,unten) herrscht, und von der Zwischenkammer (16) zumindest dann getrennt ist, wenn in der Unterdruckkammer (6) ein oberer Unterdruck-Schwellwert (p_S,oben) herrscht, und in der ein Federelement (22) angeordnet ist, mittels einer Überdruckleitung (24) mit Überdruck (p_über) beaufschlagt ist,
und in Abhängigkeit vom Druckniveau (p_über) in der Überdruckkammmer (13) die Versorgungsdruckleitung (3) mittels eines Schließkolbens (2) in der Ruheposition geschlossen und in der Arbeitsposition geöffnet ist,
in der Art, daß das Stellglied (10, 12) einerseits über das in der Unterdruckkammer (6) angeordnete Federelement (8) und infolge der Druckdifferenz über die Membran (7) der Unterdruckkammer (6) kraftbeaufschlagt ist und andererseits über das in der Überdruckkammer (13) angeordnete Federelement (22) und infolge des in dieser Kammer (13) herrschenden Druckes (p_über) kraftbeaufschlagt ist, und
der Schließkolben (2) einerseits kraftbeaufschlagt ist über den an einer Membran (23) einer Nebenkammer (14) der Überdruckkammer (13) anliegenden Druck (p_über) und andererseits über den in der Versorgungsdruckleitung (3) herrschenden Druck (p_ver),
wobei abhängig vom Unterdruck (p_unter) in der Unterdruckkammer (6), bei Erreichen des oberen Unterdruck-Schwellwertes (p_S,oben) das Stellglied (10, 12) in der Art die Position wechselt, daß die Überdruckkammer (13) von der Zwischenkammer (16) getrennt wird, sich folglich in der Überdruckkammer (13) und der zugehörigen Nebenkammer (14) ein Druck (p_über) aufbauen kann, der über die Membran (23) auf den Schließkolben (2) wirkt und bei Erreichen einer vorbestimmten Größe mittels des Schließkolbens (2) die Versorgungsdruckleitung (3) schließt, und
bei Erreichen eines unteren Unterdruck-Schwellwertes (p_S,unten) das Stellglied (10, 12) in der Art die Position wechselt, daß die Überdruckkammer (13) mit der Zwischenkammer (16) verbunden wird, sich folglich in der Überdruckkammer und der zugehörigen Nebenkammer (14) Atmosphärendruck einstellt, der über die Membran (23) auf den Schließkolben (2) wirkt, wodurch die Versorgungsdruckleitung (3) geöffnet wird.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Regelvorrichtung (3) die Überdruckleitung (24) mittels einer Verbindungsleitung (21) mit der Versorgungsdruckleitung (3) verbunden ist.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung eine Drosselstelle (19) angeordnet ist.

5. Regelvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (19) als Drosselstelle (19) dient.

6. Regelvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (10, 12) modular aufgebaut ist.

7. Regelvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (10, 12) einen Stempel (10) und eine Buchse (12) umfasst.

8. Regelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellschraube (9) zur Vorspannung des in der Unterdruckkammer (6) angeordneten Federelementes (8) vorgesehen ist.

9. Regelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (11) am Stellglied (10, 12) vorgesehen ist, welche die Überdruckkammer (13) gegen die Zwischenkammer (16) abdichtet, wenn diese (13, 16) voneinander getrennt sind.

10. System, das einen Ejektor (4), mindestens ein Saugelement (17) und eine Regelvorrichtung (1) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor (4) eine Turbopumpe (4) umfaßt und die Regelvorrichtung eine Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.

11. System, das einen Ejektor (4), mindestens ein Saugelement (17) und eine Regelvorrichtung (1) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor (4) eine Venturi-Düse (4) umfaßt und die Regelvorrichtung eine Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.