DE1040862B - Return suspension for pneumatic control valves - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

Rückführfederung für pneumatische RegelventileFeedback suspension for pneumatic control valves

Anmelder:Applicant:

Westinghouse Bremsen-Gesellschaft m.b.H., Hannover, Am Lindener Hafen21Westinghouse Bremsen-Gesellschaft m.b.H., Hanover, Am Lindener Hafen21

Josef Frania und Rudi Nowack, Hannover,
sind als Erfinder genannt wordenJosef Frania and Rudi Nowack, Hanover,
have been named as inventors

Die Rückstellkraft der üblichen, aus elastischen Werkstoffen hergestellten Federn wird bestimmt nach der Formel P = c-f, worin P die Rückstellkraft, c die Federkonstante und f das Maß der elastischen Durchbiegung der Feder ist. Die Federkonstante c ist eine linear vom Werkstoff und in höherer Potenz von der Gestalt der Feder abhängige Größe mit der Dimension kg/cm. Sie liegt für jede einzelne Feder von Anfang an fest und gibt an, welche Kraft zum Durchbiegen der Feder um 1 cm erforderlich ist.The restoring force of the usual springs made of elastic materials is determined according to the formula P = cf, where P is the restoring force, c is the spring constant and f is the amount of elastic deflection of the spring. The spring constant c is a variable that is linearly dependent on the material and, to a higher power, on the shape of the spring with the dimension kg / cm. It is fixed for each individual spring from the start and indicates the force required to bend the spring by 1 cm.

Für viele Zwecke in der Regeltechnik sind oft Federungen mit änderbaren Federungseigenschaften erwünscht, beispielsweise um das Regelglied in feineren Abstufungen zu beeinflussen, um das Gerät leichter wechselnden Betriebsbedingungen anzupassen oderFor many purposes in control technology there are often suspensions with changeable suspension properties desirable, for example, to influence the control element in finer steps to make the device easier adapt to changing operating conditions or

um es universeller verwendbar zu machen. Diese to make it more universally usable. These

Forderung konnte bisher nicht erfüllt werden; man „The requirement could not be met so far; one "

war gezwungen, Federn mit verschiedenen Federkon- ^was forced to use feathers with different cones of feathers

stanten gegeneinander auszutauschen. Der Austausch von der Wälzhaut begrenzte druckmittelbeaufschlagte der Federn kann aber immer nur nach Abschalten des 20 Kammer auf ihrer gegenüberliegenden Seite von betreffenden Gerätes erfolgen, was sich oft aus be- einem Kolbenglied begrenzt, das mit der Wälzhautto exchange stants against each other. The exchange of the rolling skin limited the pressurized medium the springs can only be activated after switching off the 20 chamber on the opposite side of the relevant device take place, which is often limited to a piston member with the rolling skin

zwangläufig durch eine gemeinsame Kolbenstange verbunden ist. Mit der bekannten Vorrichtung ist es nicht möglich, bei druckbeaufschlagter Kammer eine neu-25 trale Mittelstellung zu erreichen, derart, daß im Grenzfall die Rückstellkraft der Druckmittelfeder gleich Null ist. In einem Diagramm, auf dessen Abszisse der Federhub und auf dessen Ordinate die Federkraft aufgetragen ist, sollen die Federkraftkur-Die Erfindung besteht bei Rückführfederungen für 30 ven durch den Koordinatennullpunkt gehen. Bei der pneumatische Regelventile mit einer druckmittelge- bekannten Vorrichtung· ist der Anfangspunkt der füllten Kammer in zwei einander gegenüberliegenden, Kraftkurven auf der Ordinate nach oben verlegt; er sich an kegeligen Gehäuseflächen abwälzenden, durch fällt nicht mit dem Koordinatennullpunkt zusammen. Kolben beaufschlagten kegeligen Membranen, die die Dies hat aber erhebliche praktische Bedeutung, z. B. druckmittelgefüllte Kammer derart abschließen, daß 35 für die pneumatische Steuerung der Bremse von Kradie wirksame Fläche der Membranen sich beim Ab- nen mittels eines Feinregelventils. Wenn die Kraftwälzen verändert. Weiterhin besteht die Erfindung
darin, daß die beiden Membranen zwangläufig durch
eine gemeinsame Kolbenstange verbunden sind und
daß die Membranen spiegelbildlich zueinander gegen 4°
die Kegelflächen der Kolbenstange und des den Rand
der Membranen haltenden Gehäuses derart anliegen,
daß bei einer Verschiebung der Kolbenstange die
Größe der wirksamen Fläche der einen Membran sich
umgekehrt wie die wirksame Fläche der anderen 45
Membran ändert.is necessarily connected by a common piston rod. With the known device it is not possible to achieve a neutral central position when the chamber is pressurized, such that in the limit case the restoring force of the pressure medium spring is equal to zero. In a diagram, on the abscissa of which the spring stroke is plotted and on the ordinate of which the spring force is plotted, the spring force curve should go through the coordinate zero point for return springs. In the case of the pneumatic control valve with a device known to pressure medium · the starting point of the filled chamber is shifted upwards on the ordinate in two opposing force curves; it rolling on conical housing surfaces, does not coincide with the coordinate zero point. Piston acted on conical diaphragms, which this has however considerable practical importance, z. B. close the pressure medium-filled chamber in such a way that 35 for the pneumatic control of the brake of the Kradie effective area of the membranes are at the decrease by means of a precision control valve. When the force rolls changed. The invention also exists
in that the two membranes inevitably through
a common piston rod are connected and
that the membranes are mirror images of each other against 4 °
the conical surfaces of the piston rod and the edge
the housing holding the membranes are in contact in such a way that
that with a displacement of the piston rod
Size of the effective area of a membrane itself
reverse of the effective area of the other 45
Diaphragm changes.

Bekannt ist es, ein Ventil durch eine druckmittelgefüllte Kammer abzufedern. Weiterhin sind Federn bekannt, deren Rückstellkraft durch ein DruckmittelIt is known to cushion a valve by means of a pressure medium-filled chamber. Furthermore are feathers known, the restoring force by a pressure medium

erzeugt wird, das auf eine kegelige Wälzhaut ein- 50 tilsitzgliedes 5, z. B. mittels eines Fußhebels, schließt wirkt, die sich auf einer entsprechenden kegeligen zunächst das Auslaßventil 7 durch Aufsitzen auf die Gehäusefläche abwälzt, so daß die wirksame Größe die Verbindung zur Atmosphäre herstellende hohle der Wälzhaut veränderlich ist. Demgegenüber wird Kolbenstange 8. Hiernach öffnet das Einlaßventil 9, beim Erfmdungsgegenstand die auf ihrer einen Seite und Druckluft strömt aus der Kammer 3 in die an dieis generated, which is on a tapered rolling skin one 50 tilsitzgliedes 5, z. B. by means of a foot lever closes acts on a corresponding tapered first the exhaust valve 7 by sitting on the Housing surface rolls off, so that the effective size of the connection to the atmosphere producing hollow the rolling skin is variable. On the other hand, the piston rod is 8. After this, the inlet valve 9 opens, when the subject of the invention is on one side and compressed air flows from the chamber 3 into the to

809 657/253809 657/253

trieblichen Gründen nicht durchführen läßt. Ein Wechsel in der Federkonstanten ist nach dieser Methode auch nur in verhältnismäßig groben Stufen möglich.instinctual reasons cannot be carried out. A change in the spring constant is after this method also only possible in relatively coarse stages.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rückführfederung für pneumatische Regelventile mit durch ein pneumatisches Druckmittel stufenlos änderbarer Federkonstante zu schaffen.The object of the invention is to provide a return suspension for pneumatic control valves with a to create pneumatic pressure medium continuously changeable spring constant.

kurven nicht am Koordinatennullpunkt beginnen, bedeutet dies, daß der Kranführer nicht in der Lage ist, die Bremse feinfühlig zu lösen.curves do not start at the coordinate zero point, this means that the crane operator is not able to to release the brake sensitively.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands inIn the drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is shown in FIG

Fig. 1 erläutert an Hand eines zur pneumatischen Steuerung der Bremse von Kranen dienenden Feinregelventils mit der neuen Federung;Fig. 1 explains on the basis of a fine control valve used for the pneumatic control of the brake of cranes with the new suspension;

Fig. 2 ist ein Kraft-Hub-Diagramm mit verschiedenen Federkennlinien.Fig. 2 is a force-stroke diagram with different spring characteristics.

Bei dem Ventil nach Fig. 1 herrscht in der Kammer 3 über dem Einlaßventil 9 der Luftdruck eines Vorratsbehälters 13. Nach Abwärtsbewegen des Ven-In the valve according to FIG. 1, the air pressure of a prevails in the chamber 3 above the inlet valve 9 Reservoir 13. After moving the valve down

Steuerleitung angeschlossene Kammer 10,6. Wenn die Steuerleitung Druck hat, wird die Bremse gelüftet; je kleiner die abgebremste Last ist, um so größer muß in der Steuerleitung der Druck werden, damit die Bremse gelöst wird. Der Steuerdruck wirkt in der Kammer 6 auf die Oberseite des Kolben 11, der die Kolbenstange 8 nach Ansteigen des Druckes auf einen bestimmten Wert gegen die Wirkung der Federung nach unten in die Abschlußstellung verschiebt. Der erreichte Steuerdruck steht daher immer in einem be- ίο stimmten Verhältnis zum Weg des Betätigungsgliedes. Dieses Verhältnis läßt sich durch Ändern des Druckes zwischen den Membranen 15,16 der Federung beliebig ändern. Der Raum zwischen den Membranen ist über den Stutzen 14 an ein Feinregelventil 23 und dieses an einen Behälter 24 angeschlossen.Control line connected chamber 10.6. When the control line has pressure, the brake is released; the smaller the braked load, the greater the pressure must be in the control line so that the Brake is released. The control pressure acts in the chamber 6 on the top of the piston 11, which the Piston rod 8 after increasing the pressure to a certain value against the effect of the suspension moves down to the final position. The achieved control pressure is therefore always in a low ίο correct relationship to the travel of the actuator. This ratio can be changed by changing the pressure between the membranes 15,16 of the suspension as desired change. The space between the membranes is connected to a precision control valve 23 and via the connector 14 this is connected to a container 24.

Die wesentlichen Teile der Federung sind die Kolbenstange 8 mit zwei kegeligen Kolben 17,18 und den beiden Membranen 15, 16. Die Membranen 15, 16 sind an ihrem Umfang im Gehäuse und in der Mitte an der Kolbenstange 8 eingespannt, wobei sie sich mit einem Teil ihrer Fläche an die Kegelflächen der Kolben 17,18 und mit dem anderen Teil an die ebenfalls kegelig geformten Innenwände 19,20 des Gehäuses anlegen.The essential parts of the suspension are the piston rod 8 with two conical pistons 17,18 and the two membranes 15, 16. The membranes 15, 16 are clamped at their circumference in the housing and in the middle on the piston rod 8, whereby they are with part of its surface to the conical surfaces of the pistons 17, 18 and the other part to the likewise Put on the conically shaped inner walls 19, 20 of the housing.

Unter der Wirkung eines Überdruckes in der Ringkammer 21 versuchen die Membranen 15,16 nach entgegengesetzten Richtungen auszuweichen. In der gezeichneten Stellung der Kolbenstange 8 sind die am Gehäuse und an der Kolbenstange anliegenden Membranflächen gleich groß. Infolgedessen heben sich die von den Membranflächen auf die Kolbenstange 8 ausgeübten Axialkräfte gegenseitig auf. Wird die Kolbenstange 8 durch eine z. B. auf die Membranen einwirkende Kraft P nach unten verschoben, dann wird die obere Membran 15 durch den Kolben 17 in größerem Maße von der Gehäusefläche 19 abgehoben, während die untere Membran 16 sich von dem Kolben 18 abrollt und sich in entsprechendem Maße gegen die Fläche 20 des Gehäuses legt. Es entsteht dadurch eine nach oben gerichtete Kraftkomponente, die die Kolbenstange 8 wieder in ihre Ruhestellung zurückzuführen sucht.Under the effect of an overpressure in the annular chamber 21, the membranes 15, 16 try to give way in opposite directions. In the illustrated position of the piston rod 8, the membrane areas resting on the housing and on the piston rod are of equal size. As a result, the axial forces exerted by the membrane surfaces on the piston rod 8 cancel each other out. If the piston rod 8 by a z. B. acting on the diaphragms force P shifted down, then the upper membrane 15 is lifted by the piston 17 to a greater extent from the housing surface 19, while the lower membrane 16 rolls off the piston 18 and correspondingly against the surface 20 of the housing sets. This creates an upward force component which seeks to return the piston rod 8 to its rest position.

Die Größe der Rückstellkraft hängt neben dem Maß der Axialverschiebung der Kolbenstange 8 von der Höhe des in der Kammer 21 herrschenden Luftdruckes ab. Durch Ändern dieses Druckes läßt sich die Federkonstante, die ein Maß für die Rückstellkraft darstellt, beliebig ändern. Das Diagramm in Fig. 2 zeigt die Kennlinien der neuen Federung bei verschiedenen Drücken.The size of the restoring force depends on the amount of axial displacement of the piston rod 8 the level of the air pressure prevailing in the chamber 21. By changing this pressure you can the spring constant, which is a measure of the restoring force, can be changed as required. The diagram in Fig. 2 shows the characteristics of the new suspension at different pressures.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Rückführfederung für pneumatische Regelventile, mit einer druckmittelgefüllten Kammer, gekennzeichnet durch zwei einander gegenüberliegende, sich an kegeligen Gehäuseflächen (19, 20) abwälzende, durch Kolben (17, 18) beaufschlagte kegelige Membranen (15,16), die die druckmittelgefüllte Kammer (21) derart abschließen, daß die wirksame Fläche der Membranen sich beim Abwälzen verändert. 1. Return suspension for pneumatic control valves, with a pressure medium-filled chamber, characterized by two opposing, conical housing surfaces (19, 20) rolling, conical diaphragms (15,16) acted upon by pistons (17, 18), which the pressure medium-filled Close chamber (21) in such a way that the effective area of the membranes changes when they roll. 2. Rückführfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Membranen (15, 16) zwangläufig durch eine gemeinsame Kolbenstange (8) verbunden sind.2. return suspension according to claim 1, characterized in that the two membranes (15, 16) are necessarily connected by a common piston rod (8). 3. Rückführfederung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (15,16) spiegelbildlich zueinander gegen die Kegelflächen (17, 18 bzw. 19, 20) der Kolbenstange (8) und des den Rand der Membranen haltenden Gehäuses derart anliegen, daß bei einer Verschiebung der Kolbenstange (8) die Größe der wirksamen Fläche der einen Membran sich umgekehrt wie die wirksame Fläche der anderen Membran ändert.3. return suspension according to claim 2, characterized in that the membranes (15,16) are a mirror image to each other against the conical surfaces (17, 18 or 19, 20) of the piston rod (8) and the The edge of the membrane-holding housing rest in such a way that when the piston rod is displaced (8) the size of the effective area of one membrane is inversely to the effective Area of the other membrane changes. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 259138, 730 271, 287, 885 051;Considered publications:
German Patent Nos. 259138, 730 271, 287, 885 051; USA.-Patentschrift Nr. 2 023 135.U.S. Patent No. 2,023,135. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 809 657/253 9.© 809 657/253 9.