DE1902866A1

DE1902866A1 - Pneumatisches Schaltrelais

Info

Publication number: DE1902866A1
Application number: DE19691902866
Authority: DE
Inventors: Delme Gerard Claude Charl Jean
Original assignee: Valves & Produits Ind S A
Current assignee: Valves & Produits Ind S A
Priority date: 1968-01-22
Filing date: 1969-01-21
Publication date: 1970-04-16
Also published as: LU57818A1; BE727283A; NL6900859A; GB1261251A; NL6901043A; BE727246A; FR1568057A; DE1902848A1

Description

VALVES & PRODUITS INDUSTRIELS S.A. PONTARLIER /

Frankreich

Pneumatisches Schaltrelais

Die Erfindung betrifft die Ausbildung und Anwendung eines pneumatischen Schaltrelais, wie sie in zahlreichen Ausführungsformen bekannt sind und zur automatischen Steuerung von gleichzeitig oder nacheinander ablaufenden Schaltvorgängen Verwendung finden. Diese Schaltelemente oder -relais können hierbei in zwei Kategorien eingeteilt werden.

Die einen dieser Elemente sind hierbei komplex aufgebaut und können mehrere Schaltfunktionen erfüllen je nach der Anschlussart ihrer verschiedenen Steuerleitungen. Mit diesen Elementen lassen sich in bestimmter Weise automatisch arbeitende Anlagen herstellen mit Hilfe einer verhältnismässig geringen Anzahl von Einzelelementen. Diese Einzelelemente sind hierbei jedoch ziemlich kompliziert und aufwendig in ihrem Aufbau und erfordern daher hohe Herstellungskosten. Die anderen Schaltrelais bestehen aus Einzelelementen, die nur für einfache Schaltvorgänge Verwendung finden. Diese Elemente von einfachem Aufbau und

009816/1167

1120. S8.12D.12/l2a - BIl/KW/me

-Z-

ge.mgen Herstellungskosten erlauben daher auch nur einen einfachen Schaltvorgang (Durchgang oder Sperrung). Eine Kombination derartiger Einzelelemente nach algebraischen Gesetzen erlaubt indessen sowohl einfache als auch komplexe Schaltfunktionen.

Zur Vereinfachung eines Netzes einer bestimmten, automatischen Anlage und zur Verringerung der Herstellungskosten ist es notwendig, die Verwendung von nur zwei Einzelelementen vorzusehen. Das eine hiervon ist normalerweise geöffnet (NO) und entspricht einer Verneinungs- oder Verbotswirkung. Das andere ist normalerweise geschlossen (NF) und entspricht einer Bejahungswirkung.

Selbstverständlich gibt es schon derartige normalerweise offenen Relais sowie auch normalerweise geschlossene Relais. Diese Relais haben indessen sehr verschiedene Aufgaben und sind daher auch sehr verschieden ausgebildet. Darüber hinaus können diese Relais nicht von identischen Einzelelementen ausgehend hergestellt werden.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines pneumatischen Schaltrelais, welches, ausgehend von identischen Einzelelementen, in einer normalerweise offenen oder normalerweise geschlossenen Form herstellbar ist, und ζν^Άτ durch geringfügige Aenderungen, wie beispielsweise die Bohrung eines Loches und das wahlweise Hinzufügen zweier Verbindungselemente. Die erfindungsgemässen Schaltrelais gestatten über die Herstellung einfacher Schaltungen hinaus die Herstellung von Speichern.

Ein solches pneumatisches Schaltrelais ist hierzu erfindungsgen---';: s gekennzeichnet durch eine oder mehrere Steuerzuleituiigen an. einem Gehäuse zur Verschiebung eines mit Rückstellkraft beaufschlagter Ventilkörpers aus einem Fussteil, einem Führungsteil und e.iac-.i Kopfteil als Ventilkegel, welcher im Ruhezustand auf eir-era Ventilsitz sitzt und die

o ö -4 e ι a /1 '!87

Verbindung zwischen einer Eintrittskammer, in der die Zuleitung mündet und sich der Kopfteil verschiebt, und einer oder mehreren Längsnuten im Führungsteil herstellt, die zu einer zweiten, mit einer Ableitung versehenen Kammer führen, innerhalb welcher der verschiebbare Fussteil in geschlossenem Normalzustand auf einem Ventilsitz sitzt und in angehobenem Zustand die Nutenausgänge verschliesst, wobei der Ventilsitz des Kopfteiles den Verschluss einer hinter der Eintrittskammer in Höhe des Ventilkörpers angeordneten Austrittskammer bildet, die einerseits mit der Austrittsleitang und andererseits mit den Längsnuten des Führungsteiles in Verbindung steht, die jedoch in normaler Offenstellung durch eine Dichtung verschlossen und hierbei durch Oeffnungen in dem Ventil-sitz des Kopfteiles ersetzt ist und in die Eintrittskammer mündet.

Das erfindungsgemässe Schaltrelais.wird im einzelnen näher in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei zeigen:

i ig. 1 : ein erfindungsgemässes Relais, welches normalerweise

offen ist;
Fig. 2 : ein erfindungsgemässes Relais, welches normalerweise

geschlossen ist;
Fig. 3 : eine abgewandelte Ausführung der Eintrittskammer des erfindungsgemässen Relais;

Fig. 4 : eine andere Abwandlung dieser Eintrittskammer; Fig. 5 : eine Ansicht der Unterseite des Relais; Fig. 6 : eine Seitenansicht des Relais;
Fig. 7 : in sehematischer Darstellung ein normalerweise geschlossenes

Relais;
Fig. 8 : in schematischer Darstellung ein normalerweise offenes

Relais;
Fig. 9 : in schematischer Darstellung ein Speicher aus zwei erfindungsgemässen Relais;

009816/1167

Fig. 10 : einen anderen Speicher aus ebenfalls zwei erfindungsgemassen Relais und

Fig. 11 : einen Speicher aus zwei NO-Relais mit zwei Steuerzuleitungen.

Das normalerweise offene, in den Zeichnungen dargestellte Relais besteht aus drei nebeneinander angeordneten Einzelelementen 1, 2 und 3. Das Element 1 weist hierbei die Zuleitung A auf, das Element 2 eine Autrittsöffnung S und eine Ableitung P und das Element 3 zwei Steuerzuleitungen B und C.

Diese verschiedenen Anschlussstutzen A, S, B und C können mit metallischen Hülsen oder Schellen versehen sein, wodurch sie in geeigneter Weise eingerichtet und das Relais selbst in einen pneumatischen Leitungskreis in einfacher Weise eingebaut werden kann. Selbstverständlich können sich diese Anschlussstutzen auch auf der selben Seite des Relaisgehäuses befinden.

Innerhalb des Relaisgehäuses ist ein Ventilkörper 5 verschiebbar, welcher aus einem Fussteil 6, einem Führungsteil 7 und einem Kopfteil 8 besteht. Der Kopfteil 8 ist hierbei als Ventilkegel 9 ausgebildet, welcher aus Kautschuk besteht. Dieser Ventilkörper steht unter der Wirkung einer Membran 10, die mit Federwirkung den Ventilkegel auf den Ventilsitz 11 drückt. Die Membran 10 ist mit einer Oeffnung 12 versehen, wodurch eine Verbindung zwischen der Eintritts öffnung A und der Eintrittskammer 13 besteht, innerhalb welcher der Kopfteil 8 des Ventilkörpers verschiebbar ist.

Weitere Oeffnungen 14 in dem Ventilsitz 11 bringen die Kammer 13 in Verbindung mit einer Auslass kammer 15, an welche die Austrittsleitung S angeschlossen ist. Der Ventilkegel 9 steuert den Durchgang von dieser

009816/1167

Eintritts kammer 13 in eine oder mehrere Längsnuten 16, die an dem Führungsteil 7 vorgesehen sind. Diese Nuten 16 münden in einer Kammer 17, an welche die AbleitungsÖffnung P angeschlossen ist und innerhalb welcher der Fussteil 6 des Ventilkörpers verschiebbar ist. Eine Ringdichtung 18 verhindert eine Verbindung der Nuten 16 mit der Austrittskammer 15.

Eine Membran 19 trennt die Kammer 17 und damit den Fussteil 6 des Ventilkörpers von einer Kammer 20, in welcher die beiden Steuerleitungen B und C münden und wobei ein Wählknopf 21 vorgesehen ist. Diese Anordnung erfüllt die Funktion OU.

Bei Abwesenheit irgendeines Druckes in der Kammer 20, wobei das Druckniveau der Zuleitungen B und C Null ist, sitzt der Ventilkegel 9 auf seinem Sitz 11. Die Aus gangs leitung S ist dann getrennt von der Ableitung P und befindet sich in Verbindung mit der Eingangleitung A.

Falls im Gegensatz hierzu ein Impuls mit dem Druckniveau ρ auf eine der beiden Steuer Zuleitungen B oder C (oder auch beide) gegeben wird, verformt sich die Membran 19 unter der Wirkung dieses Druckes, schlägt gegen das Fussteil 6 des Ventilkörpers und hebt den Ventilkegel 9 an, während der Kopf 8 die Membran 10 gegen den Sitz 22 drückt, welcher die Eingang s leitung A umgibt. Diese Eingangs leitung A ist dann verschlossen und die Ausgangsleitung S steht in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre durch die erwähnte Ableitung P.

Die Wirkungsweise des Relais ist daher:

S = A (B + C) = ABC

009816/1167

Da* Bruckverstärkungsverhältnis des Relais ist:

ρ¹

P = relativer Impulsdruck auf die Zuleitung A P = relativer Druck in der Kammer ZO zur Anhebung des Ventilkörpers 5, wobei der mechanische Widerstand der Membran 19 und der Membran überwunden werden muss sowie die pneumatische Belastung aufgrund des Druckes P der Zuleitung A, welcher auf die wirksame Fläche des Ventilkörpers 9 wirkt.

Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten, normalerweise geschlossenen Relais mündet die Zuleitung A in eine Kammer 13', innerhalb welcher sich der Kopfteil 8' eines kolbenartigen Ventilkörpers 5' bewegt. Dieser Kopf 8' steht unter der Wirkung einer Rückstellfeder 10' . Der Kopf 8' trägt an seinem unteren Teil einen Ventilkegel 9¹, welcher mit einem Ventilsitz II¹ zusammenarbeitet, um jede Verbindung zwischen der Eintrittsleitung A und der Austritts leitung S zu unterbrechen, so dass der Ventilkörper 5' nicht angehoben wird. Die Ausgangsleitung S mündet nämlich unmittelbar in die Nuten 16' des kolbenartigen Ventilkörpers, wobei diese Nuten in Verbindung stehen mit der unteren Kammer IT₉ in welche die Ableitungsöffnung P mündet. Auf diese Weise ist in der Ruhestellung die Aus gang s öffnung S einzig und allein in Verbindung mit der Ableitung P. Sobald über diese Steuerleitung B ein Druck ausgeübt wird, welcher den Ventilkolben 5¹ verschiebt, öffnet sich der Ventilkegel 9' und stellt eine Verbindung zwischen der Zuleitung A und der Ableitung S her. Zu gleicher Zeit setzt sich ein Ventilkegel 23' am Fussteil 6' des Kolbenkörpers 5' auf einen Sitz 24' der Kammer 17'. Damit steht die Ausgangs leitung S nicht mehr in Verbindung mit der Ableitung P^

009816/111?

ORIGINAL IMSPEOTED

Zum Ersatz der üblichen Abdichtungen aus Kautschuk oder anderen Elastomeren, welche den Nachteil geringer Widerstandsfähigkeit gegen physiko-chemische Einwirkungen von Luft, OeI und Wärme aufweisen, sind die verschiedenen Ventilsitze und Ventilkegel nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus Kunststoff hergestellt. Hierbei weisen die Ventilkegel 9¹ oder 23' einen festen, im Querschnitt halbrunden Teil auf, welcher auf den kon?'ichen Ventilsitzen 11' oder 24' zu sitzen kommt. Die Selbstzentrierung jedes Ventilkörpers auf seinem Sitz erfolgt auf diese Weise automatisch durch das Spiel, welches in der Führung der Ventilkörperstange in der Bohrung des Relaisgehäuses besteht.

Die Kunststoffmaterialien für einerseits den Ventilkörper und andererseits den Ventilsitz werden in der Weise ausgewählt, dass deren Härte verschieden ist. Auf diese Weise erfolgt beim Aufsetzen der Ventilkörper e^ic leichte Deformation des Materials, wodurch die Abdichtung verbessert und begünstigt wird.

Ferner wird der Konuswinkel I des Ventilsitzes in der Weise gewählt, dass jedes Einklemmen des Ventilkegels auf seinem Sitz verhindert wird. Wenn beispielsweise der Ventilsitz 24' aus einem Acetalharz besteht, soll der Winkel I einen Wert zwischen 15 und 17° aufweisen. Der Winkel J, welcher den konischen Oeffnungswinkel des Sitzes beispielsweise 23' angibt, ist deutlich kleiner als der Winkel I. Man kann diesen Winkel J beispielsweise zwischen 9 und 10 wählen.

Um eine einwandfreie Abdichtung zwischen den drei Teilen I¹', 2¹ und 3' des Relais zu erzielen, weisen diese Teile oder bestimmte von ihnen durchgehende Kanten 30 auf. Das Herstellungsmaterial an diesen Teilen ist in der Weise ausgewählt, dass die Härte des Teiles mit der Kante grosser ist als des Teiles, welches sich gegenüber dieser Kante befindet.

009816/1167

Beim Zusammenfügen der Teile dringt dann diese Kante in die gegenüberliegende Wand ein, wodurch eine einwandfreie Abdichtung erzielt wird. Selbstverständlich ist es möglich, das Verhältnis der Materialhärten umzukehren, wobei dann durch Verformung der Kante eine Abdichtung zwischen den Teilen erzielt wird. Es ist weiterhin möglich, anstelle einer Membran, die auf den Fussteil des Kolbenkörpers wirkt, diesen ebenfalls aus Kunststoff zn fertigen, wobei beispielsweise an seinem unteren Umfangsrand eine biegsame Kante 31 vorgesehen wird, deren Durchmesser im Normalzustand etwas grosser ist als derjenige der Bohrung, innerhalb welcher der Fussteil 6^f gleitet. Der leichte Pressdruck, der hierbei entsteht, sichert eine vollständige Abdichtung zwischen der Untersexte des Fussteiles 6' und der Kammer 17'.

Wie sich aus Fig. 3 und 4 ergibt, ist das erfindungsgemässe Relais verwendbar in verschiedenen Anwendungsformen. Statt beispielsweise die Rückstellung des Ventilkörpers dtirch die gelöcherte Membran 10 zu bewirken, ist es möglich, für diese Rückstellung auch eine Feder 25 zu verwenden, wobei ein Ventilkegel 26 den Verschluss der Zuleitungsöffnung 6 bewirkt. Es ist sogar möglich, auch diese Feder wegzulassen und die Rückstellung des Ventilkörpers 5 durch den Druck ausführen zu lassen, welcher durch die Zuleitung 8 kommt und auf die wirksame Fläche des Ventilkegels 9 wirkt.

In gleicher Weise kann auch die Membran 19 weggelassen und der Fussteil 6 durch einen Kolben ersetzt werden, auf dessen Unterseite der Druck aus den beiden Steuerleitungen B oder C wirkt.

Wie bereits erwähnt, enthält das Gehäuse die verschiedenen beweglichen Teile und besteht vorzugsweise aus drei nebeneinander angeordneten Einzelelementen 1, 2 und 3.

009816/1167

Diese Elemente 1,2 und 3 können mit Umfangsnuten 27 versehen sein, in welche Metallbügel 28 eingesetzt werden und diese Teile zusammenhalten.

Fig. 7 zeigt schematisch ein normalerweise geschlossenes Element mit einer Funktion:

A (B + C) ,
womit insbesondere folgende Schaltwirkungen erhalten werden können:

Funktion OUI, wobei S = I wenn A = I und sobald B = IC = stets O. (Steuereingang I nicht verwendet)

Funktion OU mit zwei Zuleitungen, wobei S = B + C, wenn A = I, S = I, sobald B oder C oder B und C = I.

Funktion ET mit zwei Eingängen, wenn B = O, S = AC und umgekehrt, wenn C = O und S = AB.

Das in Fig. 8 dargestellte Relais ist normalerweise offen und besitzt wie erwähnt - die Funktion S = ABC.

Man kann auf diese Weise erhalten die Funktion PAS, wobei S = B, wenn A = I und C = O (ein Steuereingang nicht verwendet).

In gleicher Weise erhält man bei A = I die Funktion NOR (NI), wobei S = BC.

Man kann darüber hinaus die Sperrfunktionen erhalten an einem oder an zwei Sperreingängen.

009818/1167

Selbstverständlich ist es möglich, auch jede andere Schaltfunktionen zu erhalten, ausgehend von dem erfindungsgemässen Schaltrelais, und zwar durch Kombination von NO- und NF-Elementen nach mathematischen Regeln.

Die in den Fig. 9 und 10 dargestellten Speicher bestehen jeder aus einem normalerweise offenen Relais und einem normalerweise geschlossenen Relais gernäss der Erfindung. Ihre Funktionen sind dementsprechend:

S = A ( M + S )

und
S = M b SÄ

Ein üblicher Speicher aus zwei normalerweise offenen Zellen mit zwei Steuereingängen, wie er in Fig. 11 dargestellt ist, besitzt die beiden Zuleitungen I¹ und 1". Die sich hieraus ergebende Funktion ist:

S = Ä( M + S-)

Man sieht, dass ein solcher Speicher eine Zufallswirkung besitzt. Wenn nämlich die Zuleitung 1" vor der Zuleitung I¹ gespeist wird, spricht der Speicher an. Wenn dagegen die Zuleitung l^r vor der Zuleitung 1" gespeist wird, wird der Speicher gelöscht. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es erforderlich, eine zusätzliche Massnahme vorzusehen, beispielsweise die Einführung einer Verzögerung in der Speisung der Zuleitung 1" der Speicher.

Dagegen besitzen die Speicher nach den Fig. 9 und 10 nur eine Zuleitung, wodurch sie absolut sicher vor irgendwelchen Fehlschaltungen sind im Augenblick, wo die Anlage unter Druck gesetzt wird.

009816/1167

Claims

PATENTANSPRUECHE

1. Pneumatisches Schaltrelais, gekennzeichnet durch eine oder mehrere St euer zuleitung en an einem Gehäuse zur Verschiebung eines mit Rückstellkraft beaufschlagten Ventilkörpers aus einem Fussteil, einem Führungsteil und einem Kopfteil als Ventilkegel, welcher im Ruhezustand auf einem Ventilsitz sitzt und die Verbindung zwischen einer Eintrittskammer, in der die Zuleitimg mündet und sich der Kopfteil verschiebt, xind einer oder mehreren Längsimten im Führungsteil herstellt, die zu einer zweiten, mit einer Ableitung versehenen Kammer führen, innerhalb welcher der verschiebbare Fussteil in geschlossenem Normalzustand auf einem Ventilsitz sitzt und in angehobenem Zustand die Nutenausgänge verschliesst, wobei der Ventilsitz des Kopfteiles den Verschluss einer hinter der Eintritts kammer in Höhe des Ventilkegels angeordneten Austrittskammer bildet, die einerseits mit der Austrittsleitung und andererseits mit den Längsnuten des Führungsteiles in Verbindung steht, die jedoch in normaler Offenstellung durch eine Dichtung verschlossen und hierbei durch Oeffnungen in dem Ventilsitz des Kopfteiles ersetzt ist und in die Eintrittskammer mündet.

2. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet diirch eine Steuerung mit zwei Zuleitungen und OU-Funktion, wobei der Ventilkörper an seinem Fussteil von einer ihrerseits betätigten Membran verschiebbar ist.

3. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von der Steuerung betätigten Kolben an den Ventilkörper.

4. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit Oeffnungen versehene Membran als Rückstellkraft, welche auf den Kopfteil des Ventilkörpers wirkt und die Zuleitung verschliesst, wenn der Ventilkörper durch Druckimpuls betätigt wird.

009816/1167

BAD ORIGINAU

5. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oberen Ventilsitz am Kopfteil des Ventilkörpers zum Verschluss der ZuleitungsÖffnung in NO-Stellung.

6. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf den Kopfteil des Ventilkörpers wirkende Feder als Rückstellkraft.

7. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination mehrerer, beispielsweise dreier Einzelelemente mit einer Umfangsnut, die durch einen gebogenen Metallbügel zusammengehalten werden.

8. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anschlussstutzen mit metallischer Schelle oder Hülse zum Einbau auf einer Trägerplatte oder in einen pneumatischen Leitungskreis.

9. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ableitung mit einer festen oder einstellbaren Einschnürung zur Regelung der Wirkungsweise.

10. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ventilsitze und Ventilkegel aus Kunststoff.

11. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen konischen Ventilsitz und einen konischen Ventilkegel, wobei für eine Selbstzentrierung beider Teile der Spitzenwinkel des Ventilsitzes grosser ist als derjenige des Ventilkegels.

12. Relais nach Anspruch 1 und 7, gekennzeichnet durch eine oder mehrere durchgehende, scharfe Kanten an den Einzelelementen, womit diese unter örtlicher Verformung des Materials an dem benachbarten Element anliegen.

009816/1167

13. Relais nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch eine biegsame Kante aus Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten am unteren Umfangsrand des Ventilkegelkolbens.

009816/1167