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Die Erfindung betrifft einen Wegsteller, insbesondere zur
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Verwendung als pneumatisches Stellglied zum Anstellen der Hauptdrossel
eines Vergasers, mit einer Membrandose und einer deren Innenraum in einen mit einem
bestimmten Druckniveau zu beaufschlagenden Membranraum und einen mit einem variablen
Druckniveau zu beaufschlagenden Steuerdruckraum unterteilenden Membran, die durch
den auf sie jeweils einwirkenden Differenzdruck bis zu einer von dessen Größe abhängigen
Arbeitsstellung entgegen der Federvorspannung bewegbar ist.
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Bekanetew pneumatisch gesteuerte Wegsteller der genannten Art werden
beispielsweise zur Leerlauf-Drehzahlsteuerung von Brennkraftmaschinen benutzt, wobei
die Membrandose in Abhängigkeit von dem Saugrohr-Unterdruck die Leerlaufstellung
einer Vergaser-Hauptdrossel beeinflußt. Ferner ist es bekannt, auch die Vordrossel
eines Vergasers mit einer derartigen Membrandose unterdruckabhängig zu steuern.
Und schließlich ist es im Zusammenhang mit der Vordrossel eines Vergasers bekannt,
diese durch einen Schrittmotor mit Getriebe bzw0 Spindel und nachgeschalteter Druckdose
zu steuern.
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Es gibt vielfältige EinsatzmöglicE.eiten für Wegsteller der im Oberbegriff
genannten Art. Beispiele hierf-W- sind eine Verwendung als pneumatisches Stellglied
zv Anstellen der Hauptdrossel eines Vergasers oder zum Bet-lgen eines Vergaser-Nebenschlußstarters.
In derartigen Fällen ist eine einfache und möglichst vielseitige Steuerung bzw.
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Beeinflussung des Wegstellers in Abhängigkeit von geeigneten Eingangssignalen
erwünscht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines
einfachen sowie preiswerten Wegstellers
der im Oberbegriff genannten
Art, der unter Ausnutzung der jeweils am Einsatzort vorhandenen Druck- bzw. Unterdruckquellen
ein leichtes Einregulieren der Membranstellung in Abhängigkeit einer variablen Sollgröße
ermöglicht.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Wegsteller der
im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß durch einen mit einem ersten Druckniveau
zu beaufschlagen~ den ersten Druckanschluß des Steuerdruckraums, durch einen mit
einem zweiten Druckniveau zu beaufschlagenden zweiten Druckanschluß des Steuerdruckraums,
wobei das erste oder zweite Druckniveau demjenigen im Membranraum entspricht, durch
wenigstens einen mit dem ersten und/oder zweiten Druckanschluß zusammenarbeitenden,
über eine relativ zur Membranfeder weiche Ventilfeder mit der Membran direkt oder
indirekt gekoppelten und durch seine jeweilige Stellung den wirksamen Steuerdruck
im Steuerdruckraum bestimmenden Steuerschieber oder Ventilkörper und durch einen
Kraftgeber zum Erzeugen einer von einer einstellbaren Sollgröße abhängigen, entgegen
der Kraft der Ventilfeder wirkenden Kraft auf den Steuerschieber oder Ventilkörper
aus.
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Ein solcher Wegsteller kann bezüglich seiner Stellung in Abhängigkeit
von der jeweils eingegebenen Sollgröße leicht sowie schnell beeinflußt werden, da
der Steuerschieber oder Ventilkörper über die Ventilfeder relativ lose an die Membranfeder
angekoppelt ist und durch die auf ihn einwirkende Kraft des Kraftgebers relativ
leistungsarm druckregulierend verstellbar ist. Die federelastische Kopplung des
Steuerschiebers oder Ventilkörpers mit der Membran ermöglicht eine wirksame Regelung
der Membranstellung, da sich eine Lageveränderung derselben, beispielsweise aufgrund
äußerer Kräfte, unmittelbar auf die Position des Steuerschiebers oder Ventilkörpers
in bezug auf die Druckanschlüsse auswirkt. Der Steuerschieber oder Ventilkörper
hat nur kleine
Wege zuruckzulegen und ist durch kleine Kräfte verstellbar,
so daß insgesamt eine Kraft- und Weg-8bersetzung vorliegt.
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Der hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Wegsteller kann somit
sehr vorteilhaft beispielsweise zum Anstellen der Hauptdrossel eines Vergasers oder
zum Betätigen eines Vergaser-Nebenschlußstarters verwendet werden, indem die vorhandenen
Druck- bzw. Unterdruckquellen als Energiespender zum Aufbringen der mechanischen
Bewegungsleistung in Verbindung mit einer ausgesprochen leistungsarmen Sollgrößenbeeinflussung
ausgenutzt werden.
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Bei einer praktischen Ausführtuigsform wird ein elektromagnetischer
Kraftgeber mit einer stationären Spule, deren Strom als Sollgröße einstellbar ist,
und mit einem mit dem Ventilkörper direkt oder indirekt gekoppelten ferromagnetischen
Anker benutzt. Ein solcher Kraftgeber zum elektromagnetischen Erzeugen der auf den
Ventilkörper einwirkenden Kraft ist preiswert, einfach, robust und zuverlässig.
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Der Kraftgeber ermöglicht ein leistungsarmes Verändern der Membranstellung
in Abhängigkeit von beliebigen Betriebsparametern bzw. Eingangsgrößen, die als elektrische
Sollgrößen vorliegen oder gebildet werden, Zum Erzielen eines günstigeren Verhältnisses
zwischen dem zugeführten Strom und der erzeugten Kraft ist es jedoch bevorzugt,
einen elektromagnetischen Kraftgeber mit einer mit dem :rwegljchen Ventilkörper
direkt oder indirekt gekoppel en, in einem stationären Magnetfeld angeordneten Spul
vorzusehen deren Strom als Sollgröße einstellbar ist. Grundsätzlich wäre es jedoch
zur Erzeugung der auf den Ventil körper einwirkenden Kraft auch mögliche beispielsweise
eine Bimetall- oder Piezokristallanordnung zu benutzen? mittels derer ein elektrisches
Eingangssignal (Sollgröße) in einen kurzen Arbeitshub umgewandelt wird.
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In weiterer Ausgestaltung werden ein mit einem höheren ersten Druckniveau,
wie mit Umgebungsdruck, zu beaufschlagender erster Druckanschluß und ein mit einem
niedrigeren zweiten Druckniveau, wie mit Unterdruck, zu beaufschlagender zweiter
Druckanschluß benutzt. Der hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Wegsteller läßt
sich als Stellglied bei Vergasern vor allem dann sehr kostengünstig einsetzen, wenn
der vorhandene Umgebungsdruck und der Unterdruck im Vergaser-Saugrohr als unterschiedliche
Druckniveaus verwendet werden. Dadurch können zusätzliche Druckquellen entfallen.
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Ferner ist es zweckmäßig, eine als Druckfeder im Steuerdruckraum oder
als Zugfeder im Membranraum ausgebildete Membranfeder und eine als Zugfeder ausgebildete,
im Regelbereich der Membran bei Vergrößerung der Sollgröße zusätzlich gelängte sowie
bei Verkleinerung der Sollgröße weiter entlastete Ventilfeder vorzusehen, wobei
das erste Druckniveau demjenigen im Membranraum entspricht. Die Zugfeder ist dabei
im Steuerdruckraum angeordnet und sorgt für die lose Ankopplung des Ventilkörpers
an die Membran. Statt dessen ist es auch möglich, eine als Druckfeder im Membranraum
ausgebildete Membranfeder und eine als Druckfeder ausgebildete, im Regelbereich
der Membran bei Vergrößerung der Sollgröße zusätzlich zusammengepreßte sowie bei
Verkleinerung der Sollgröße weiter entlastete Ventilfeder zu verwenden, wobei das
zweite Druckniveau demjenigen im Membranraum entspricht. Auch hierbei ist die Druckfeder
im Steuerdruckraum angeordnet. Die Gleichheit zwischen dem ersten oder zweiten Druckniveau
und demjenigen im Membranraum erleichtert die Anwendung des Wegstellers und ermöglicht
es, daß dieser im Ruhezustand seine praktisch nur durch die Membranfeder bedingte
Ruhestellung einnimmt.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform besitzt eine mit dem ersten
oder zweiten Druckanschluß verbundnes mit dem beweglichen Ventilkörper eines Ventils
zusammenarbeitende, stationäre Ventilöffnung und eine Drosseldüse am zweiten oder
ersten Druckanschluß. Diese vor allem für eine Zweipunktregelung geeignete Ausführungsform,
die je nach Ausbildung des Ventile grundsätzlich auch eine kontinuierliche Regelung
ermöglicht, benötigt nur ein variables Ventil und ist somit einfach sowie preiswert.
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Eine etwas aufwendigere Ausführungsform zeichnet sich durch einen
mit der Membranfeder elastisch gekoppelten Ventilkörper eines ersten Ventile am
ersten Druckanschluß und durch einen mit der Membranfeder elastisch gekoppelten
Ventilkörper eines zweiten Ventile am zweiten Druckann schluß aus. Diese Variante
ermöglicht ein schnelleres sowie genaueres Einregulieren des wirksamen Drucks, wie
Unterdrucks, im Steuerdruckraum mittels der ersten und zweiten Ventile. Durch Schließen
des einen und durch Öffnen des anderen Ventile kann im Steuerdruckraum schnell der
an den beiden Druckanschlüssen herrschende Druck hergestellt werden=, so daß der
wirksame Druck im Steuerdruckraum den gesamten Druckbereich zwischen dem ersten
und zweiten Druckniveau sehr genau überstreichen kann.
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Eine für einen praktischen Betrieb ehr geeigne @e, bevorzugte Ausführungsform
zeichnet sich durch zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende, in Bewegungerichtung
unter gegenseitigem Abstand angeordnete Ventilkörper der ersten und zweiten Ventile9
durch einen über eine als Zugfeder ausgebildete Ventilfeder mit der Membran verbundenen
Anker des Kraftgebers und durch eine zwischen den Ventilkörpern angeordnete, relativ
zur Ventilfeder weiche die Ventilkörper in ihren Schließrichtungen gegen Bewe:-gungsanschläge
am
Anker auseinanderdrückend vorspannende Hilfsfeder aus, wobei in der durch die Membranfeder
bedingten Ruhestellung der Membran das zweite Ventil über die Ventilfeder offen
sowie das erste Ventil über die Hilfsfeder geschlossen sind und wobei die aufbringbare
Kraftkomponente des Kraftgebers in Schließrichtung des zweiten Ventils weist. Diese
Variante ermöglicht bei einfacher Ausbildung eine einwandfreie Regelung der Membranstellung
in Abhängigkeit von der eingegebenen Sollgröße. Die Ventilfeder ist im Ruhezustand
der Membran gespannt und kann durch das Aufbringen der zusätzlichen Kraft in Abhängigkeit
von der eingegebenen Sollgröße entsprechend weiter gespannt werden, um beim Ansteigen
des Steuerdrucks, wie Unterdrucks, im Steuerdruckraum das zweite Ventil umso frühzeitiger
schließen zu lassen, je größer die Sollgröße ist. Damit wird die beispielsweise
unterdruckbedingte Auslenkung der Membran umso größer, je kleiner die Sollgröße
ist. In der stationären Arbeitsstellung der Membran sind die ersten und zweiten
Ventile geschlossen. Wenn die Membran unter Einwirkung äußerer Kräfte in der einen
oder anderen Richtung auszuweichen sucht, wird das erste oder zweite Ventil geöffnet,
um hierdurch den Ausweichvorgang zu unterdrücken bzw. rückgängig zu machen. Sobald
die eingegebene Sollgröße bei einer stationären Arbeitsstellung der Membran vergrößert
oder verkleinert wird, erfolgt ein Öffnen des ersten oder zweiten Ventils, bis die
der neuen Sollgröße entsprechende neue stationäre Membranstellung erreicht ist.
Hierbei erfolgt ein Pendeln über diese Membranstellung.
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Bei einer anderen Ausführungsform können die Ventilkörper miteinander
sowie mit dem bewegbaren Anker des Kraftgebers verbunden sein. In diesem Zusammenhang
können gegensinnig kontinuierlich verstellbare erste und zweite Ventile eingesetzt
werden.
Diese Variante ermöglicht eine sehr genaue, kontinuierliche Regelung bei der anders
als im Falle einer ZweipunRt- oder Dreipunktregelung keine Schwankungen der Membranstellung
um die jeweils erwünschte und durch die eingegebene Sollgröße vorgegebene Sollstellung
auftreten müssen. Diese Ausführungsform ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der
Wegsteller sehr genau arbeiten muß0 Alle bevorzugten Ausführungsvarianten des Wegstellers
nach der vorliegenden Erfindung ermöglichen demnach ein leistungsarmes, kurzhubiges
Arbeiten des oder der Ventile, um über eine Druckregulierung im Steuerdruckraum
der Membrandose eine wirksame Kraft- bzw. Lenstungs- und Weg-bersetzung vorzusehen.
Mit kleinsten Steuerleistungen für die Eingabe der Sollgröße kann dadurch beispielsweise
die Hauptdrossel eines Vergasers betriebsparameterabhängig angestellt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen: = 1 in einem schematischen Schnitt eine erste Ausführungsform
eines nach einer Dreipunktregelung arbeitenden pneumatischen Wegstellers mit je
einem Ventil an einem belüftenden erst@n Druckanschluß und einem unterdruckbeauSscvlagten
zweiten Druckanschluß, Fig. 2 in einem schematischen Teilschnitt einen nach einer
Zweipunktregelung oder kontinuierlich regelnd arbeitenden pneumatischen Wegsteller
mit einer Drosseldüse an einem belüftenden ersten Druckanschluß und einem Ventil
an einem unterdruckbeaufschlagten zweiten Druckanschluß,
Fig.3
in einem schematischen Teilschnitt einen naCh einer Zweipunktregelung oder kontinuierlich
regelnd arbeitenden pneumatischen Wegsteller mit einem Ventil an einem belüftenden
ersten Druckanschluß und einer Drosseldüse an einem unterdruckb eaufs chlagt en
zweiten Druckans chluß und Fig.4 in einem schematischen Teilschnitt einen kontinuierlich
regelnd arbeitenden pneumatischen Wegsteller mit je einem Ventil an einem belüftenden
ersten Druckanschluß und einem unterdruckbeaufschlagten zweiten Druckanschluß.
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Gemäß Fig. 1 befindet sich in einem nicht bezeichneten Gehäuse eines
als Membrandose ausgebildeten, im vorliegenden Falle pneumatischen, Weggebers 10
eine dessen Innenraum unterteilende Membran 12, die in ihrem Mittenbereich einen
Membranteller 14 aufweist. Dieser wird an seinem äußeren Rand mittels einer sich
am Gehäuse abstützenden Membranfeder 16 in Fig. 1 nach oben, also entgegen der Pfeilrichtung
A, vorgespannt. Eine mit dem Membranteller 14 verbundene Membranstange 18 erstreckt
sich durch eine nicht näher bezeichnete Führung des Gehäuses, die im vorliegenden
Fall gleichzeitig eine Belüftung 20 für einen Membranraum im Gehäuse oberhalb der
Membran 12 und des Membrantellers 14 bildet. Die Membranstange 18 stellt den Ausgang
des Wegstellers dar und kann beispielsweise mit der Hauptdrossel eines Vergasers
verbunden werden, um diese Hauptdrossel betriebsparameterabhängig anzustellen (beispielsweise
zur Füllungserhöhung bei kaltem Motor, zur Leerlauf-Drehzahlregelung, zur Schließdämpfung
und dgl. mehr). Wenn die in Doppelpfeilrichtung B wirkende Druckkraft der Membranfeder
16 den wirksamen Unterdruck
im Steuerdruckraum 22 an der anderen
Membranseite überwindet, wird der Membranteller 14 in Fig. 1 nach oben bewegt, gegebenenfalls
soweit, bis der Membranteller 14 an die obere Gehäusewandung oder einen anderen
Anschlag anstößt.
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Der Steuerdruckraum 22 ist einerseits mit einem belüfteten ersten
Druckanschluß 24 und andererseits mit einem unterdruckbeaufs chlagten zweiten Druckanschluß
26 verbindbar.
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Ein in seiner Längsrichtung bewegbarer Ventilkörper 28 eines ersten
Ventils 30 ist dem ersten Druckanschluß 24 zugeordnet, während ein in seiner Längsrichtung
bewegbarer Ventilkörper 32 eines zweiten Ventils 34 dem zweiten Druckanschluß 26
zugeordnet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen die Ventilkörper 28
und 32 in entgegengesetzte Richtungen. Sie arbeiten mit nicht näher bezeichneten
stationären Ventilöffnungen der ersten und zweiten Ventile 30, 34 zusammen. Die
beiden Ventilkörper 28, 32 haben eine gemeinsame Längsachse und einen gegenseitigen
Abstand, der von einer relativ weichen Hilfsfeder 36 überbrückt wird0 Diese drückt
die Ventilkörper 28, 32 in ihren Schließrichtungen auseinander.
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Die beiden Ventilkörper 28, 32 greifen mit ihren einander zugekehrten
Enden in einen in der BewegungsrichtJu-r). der Ventilkörper 28, 32 bewegbaren Anker
38, der üb r eine als Zugfeder arbeitende, relativ zur Membranfcer 16 weiche Ventilfeder
44 mit dem Membranteller 14 verbunden ist0 Der Anker 38 besitzt im Eingriffsbereich
der Ventilkörper 28, 32 äußere Bewegungsanschlage 46, 48, an denen verdickte Enden
der Ventilkörper 28, 32 im Inneren des Ankers zur Anlage kommen können.
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Der bewegbare Anker 38 ist Bestandteil eines Kraftgebers,
zu
dem eine dem Anker 38 zugeordnete, stationäre, ringförmige Spule 40 mit Spulenanschlüssen
42 gehört. Wenn die Spule 40 über die Spulenanschlüsse 42 mit einer Sollgröße, d.h.
einem Spulenstrom, beaufschlagt wird, erfolgt ein elektromagnetisches, im vorliegenden
Falle nach unten gerichtetes Anziehen des Ankers 38 entgegen der Zugkraft der Ventilfeder
44. Je nach Bewegungsrichtung des Ankers 38 aus der in Fig. 1 dargestellten Position
nach unten oder oben werden die Ventilkörper 28 oder 32 über die Bewegungsanschläge
46 oder 48 im Öffnungssinne bewegt.
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Die Hilfsfeder 36 ist sehr weich gegenüber der Ventilfeder 44, die
ihrerseits weich gegenüber der Membranfeder 16 ist. Es ergibt sich dann folgendes
Betriebsverhalten des pneumatischen Wegstellers: Die Belüftung 20 und der erste
Druckanschluß 24 werden strömungstechnisch beispielsweise mit der freien Atmosphäre
verbunden. Es kann auch eine direkte Strömungsverbindung zwischen dem ersten Druckanschluß
24 und dem entsprechenden Membranraum hergestellt werden. Der unterdruckbeaufschlagte
zweite Druckanschluß 26 wird bei Verwendung des pneumatischen Wegstellers 10 zum
Anstellen der Hauptdrossel oder anderer Glieder eines Vergasers mit dessen Saugrohr
verbunden, das im Motorbetrieb auf Unterdruckniveau liegt.
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Im Ruhestand, also bei fehlendem Unterdruck am zweiten Druckanschluß
26, drückt die Membranfeder 16 den Membranteller 14 entgegen der Pfeilrichtung A
nach oben, wobei die Ventilfeder 24 den Anker 38 nach oben zieht. Hierdurch wird
der Ventilkörper 32 über den Bewegungsanschlag 48 im Öffnungssinne verstellt, wobei
die am Ventilkörper 28 des geschlossenen ersten Ventils 30 anliegende Hilfsfeder
36 zusammengedrückt wird. Der in Fig. 1 dargestellte Betriebszustand ist somit nicht
der Ruhezustand, der sich dadurch
auszeichnet, daß die Bewegung
des Membrantellers 14 durch einen Anschlag begrenzt ist und das erste Ventil 30
geschlossen sowie das zweite Ventil 34 geöffnet sind. An beiden Seiten der Membran
12 herrscht zunächst das erste Druckniveau, doh. im vorliegenden Fall der BelüStungs-bzw0
Umgebungsdruck, da sich in diesem Ruhezustand auch das Saugrohr auf dem Niveau des
Umgebungsdrucks befindet.
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In diesem Ruhezustand ist die beispielsweise angeschlossene Hauptdrosscl
es Vergasers angestellt, d.h. weiter geöffmet, Der Motor wird gestartet und läuft
hoch, Bereits vorher oder spätestens jetzt muß die Spule 40 des Kraftgebers von
einem der erwünsohten Sollgröße bzw. der erwünschten Membranstellung entsprechenden
Strom durchflossen werden, wodurch der Anker 38 unter weiterem Verspannen der Ventilfeder
44 nach unten gezogen wird. Ein sofortiges Schließen des zweiten Ventils 34 erfolgt
jedoch in diesem Betriebszustand nur dann, wenn der Strom in der Spule 40 als Sollgröße
sehr groß gewählt wird. Hierdurch kann bei sehr niedrigen Temperaturen vermieden
werden, daß der Membranteller 14 nach dem Anspringen des Motors unterdruckbedingt
gemäß Fig0 1 abgesenkt wird, d.h. ein Verringern der Anstellung der Flauptdrossel
erfolgt. Der sich aufbauende Saugrohr-Unterdruck gelangt über das zweite Ventil
hts in den Steuerdruckraum 22, wodurch der Membrantelle 14 entgegen der Wirkung
der Membranfeder 16 nach untrll gezogen wird0 Hierdurch erfolgt ein Entspannen der
Ventilfeder 44o Das zweite Ventil 34 bleibt solange geöffnet, wie die Kraftdifferenz
zwischen der Ventilfeder 44 und der Hilfsfeder 36 größer als die auf den Anker 38
einwirkende, elektromagnetisch bedingte Kraft des Kraftgebers ist0 Da beim Absenken
des Membrantellers 14 die Ventilf eder 44 allmählich entspannt wird, überwiegt schließlich
die elektromagnetisch erzeugte Kraft, so daß das zweite Ventil
34
geschlossen wird. Dadurch kann der Unterdruck im Steuerdruckraum 22 aufrechterhalten
werden, wenn von gewissen Leckerscheinungen abgesehen wird, so daß der Membranteller
14 eine der Sollgröße entsprechende stationäre Arbeitsstellung einnimmt.
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Wenn der Spulenstrom der Spule 40 von der stationären Arbeitsstellung
des Membrantellers 14 ausgehend verändert wird, bewegt sich der Membranteller 14
zu der jeweils neuen stationären Arbeitsstellung. Bei einer Vergrößerung des Spulenstroms
öffnet sich das erste Ventil 30, sobald die elektromagnetisch erzeugte Kraft größer
als die Summe der Kräfte der Ventilfeder 44 und der Hilfsfeder 36 ist.
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Dadurch gelangt Außenluft in den Steuerdruckraum 22, so daß der Membranteller
14 bis zur neuen stationären Arbeitsstellung, in der das erste Ventil 30 wieder
geschlossen ist, nach oben gedrückt wird. Bei einer Verkleinerung des Spulenstroms
erfolgt ein Öffnen des zweiten Ventils 34, so daß der Unterdruck im Steuerdruckraum
22 verstärkt und damit der Membranteller 14 bis zur neuen stationären Arbeitsstellung
nach unten bewegt werden.
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Wenn sich der wirksame Unterdruck im Steuerdruckraum 22 infolge von
Leckerscheinungen ändert, wird diese Änderung durch entsprechendes Öffnen des ersten
Ventils 30 oder des zweiten Ventils 34 wieder rückgängig-gemacht. Wenn der Membranteller
14 aufgrund einer äußeren Belastungsänderung aus einer stationären Arbeitsstellung
bewegt wird, erfolgt ebenfalls ein Öffnen des ersten Ventils 30 oder des zweiten
Ventils 34, wodurch auch diese Belastungsänderung kompensiert wird.
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Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines pneumatischen
Wegstellers 50 in einer schematischen Teilansicht.
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Während dem unterdruckbeaufschlagten zweiten Druckanschluß 26 wie
bei der Ausführungsform aus Fig. 1 ein bewegbarer Ventilkörper 32 eines zweiten
Ventils 34 zugeordnet ist, fehlt hier das erste Ventil 30 aus Fig. 1. Statt dessen
ist der belüftete erste Druckanschluß 24 mit einer Drosseldüse 52 versehen. Der
Ventilkörper 32 ist direkt mit dem Anker 38 verbunden, der über die Ventilf eder
44 mit dem nicht dargestellten Membranteller gekoppelt und wie bei der Ausführungsform
aus Fig. 1 der Spule 40 mit den Spulenanschlüssen 42 elektromagnetisch zugeordnet
ist. Wenn das zweite Ventil-34 geschlossen ist, kann sich im Steuerdruckraum 22
über die Drosseldüse 52 der Belüftung bzw. Außendruck einstellen. Im Öffnungszustand
des zweiten Ventils 34 kann der Druck im Steuerdruckraum 22 bis auf den Saugrohr-Unterdruck
abgesenkt werden, wenn der Ventilquerschnitt groß gegenüber dem Drosselquerschnitt
ist.
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Die Arbeitsweise des pneumatischen Wegstellers 50 aus Fige 2 ist wie
folgt: Im Ruhezustand, also bei fehlendem Unterdruck am zweiten Druckanschluß 26,
ist das zweite Ventil 34 geöffnet, da die nicht dargestellte Membranfeder den nicht
dargestellten Membranteller nach oben gedrückt hat, wodurch der Ventilkörper 32
über die Ventilfeder 44 nach oben gezogen .set.
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In diesem Zustand liegt der Anker 38 an einem bc tegungsbegrenzenden
Anschlag 58 an, und die Ventilfeder 44 ist teilweise gespannt. Wenn sich im Steuerdruckraum
22 der Unterdruck allmählich aufbaut, werden der Membranteller und damit der Ventilkörper
32 in Schließrichtung abgesenkt.
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Zuvor oder gleichzeitig wird die Spule 40 mit einem der erwünschten
Arbeitsstellung des pneumatischen Wegstellers 50 entsprechenden Spulenstrom durchflossen,
wodurch die Ventilfeder 44 weiter gespannt wird. Je größer bzw. kleiner der
Spulenstrom
ist, desto eher bzw. später wird das zweite Ventil 34 geschlossen. Damit kann der
wirksame Unterdruck im Steuerdruckraum 22 eingestellt werden, wodurch der Membranteller
eine vom Spulenstrom bzw. der Sollgröße abhängige Arbeitsstellung einnimmt. Normalerweise
wird es sich hierbei um einen Zweipunktregler handeln, bei dem das zweite Ventil
34 entweder geschlossen oder geöffnet ist.
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Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, das zweite Ventil 34 so
auszubilden, daß sich eine kontinuierliche Regelung ergibt. Hierbei wird das Ventil
34 nur so weit geschlossen bzw. geöffnet, daß sich durch einen kontinuierlichen
Volumenstrom zwischen der Drosseldüse 52 und dem Ventil 34 der richtige Unterdruck
im Steuerdruckraum 22 einstellt.
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Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform eines pneumatischen Wegstellers
54 ähnelt weitgehend derjenigen aus Fig. 2. Der Unterschied besteht darin, daß das
erste Ventil 30 mit dem Ventilkörper 28 am Anker 38 dem belüfteten ersten Druckanschluß
24 zugeordnet ist, während sich die Drosseldüse 52 nunmehr am unterdruckbeaufschlagten
zweiten Druckanschluß 26 befindet. Aus diesem Grunde ist das erste Ventil 30 so
ausgebildet, daß es sich öffnet, wenn der nicht dargestellte Membranteller mit dem
hiermit über die Ventilfeder 44 gekoppelten Anker 38 abgesenkt wird.
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Das erste Ventil 30 öffnet sich umso eher bzw. später, je größer bzw.
kleiner der über die Spulenanschlüsse 42 der Spule 40 zugeführte Spulenstrom ist.
Durch den Spulenstrom wird der Anker 38 unter Verspannen der Ventilfeder 44 nach
unten gezogen. Während das Ventil 34 der Ausführungsform aus Fig. 2 im Ruhezustand
des Membrantellers geöffnet ist, ist das Ventil 30 der Ausführungsform aus Fig.
3 in der Ausgangsstellung geschlossen. Da im Ruhezustand auch im Saugrohr der Belüftungs-
bzw. Außendruck vorherrscht, kann sich im Steuerdruckraum 22 der auch an der anderen
Membranseite
auftretende Außendruck einstellen. Wenn sioh im Steuerdruckraum 22 über die Drosseldüse
52 allmählioh der Unterdruck aufbaut, erfolgen ein Absenken des Membrantellers und
schließlich ein Öffnen des Ventils 30, wodurch die Abwärtsbewegung des Membrantellers
gebremst wird. Die jeweilige Arbeitsstellung des Membrantellers hängt von der Größe
des Spulenstroms, d.h. der Sollgröße, ab. Normalerweise wird der pneumatische Wegsteller
54 ebenfalls gemäß einer Zweipunktregelung arbeiten, bei der das Ventil 30 entweder
geöffnet oder geschlossen ist0 Das Ventil 30 kann jedoch auch so ausgebildet werden,
daß sich eine kontinuierliche Regelung ergibt, ei der ein ständiger Volumenstrom
zwischen dem belüfteten ersten Druckanschluß 24 und dem unterdruckbeaufschlagten
zweiten Druckanschluß 26 vorliegt. Dieser ständige Volumenstrom sorgt für den jeweils
richtigen Unterdruck im Steuerdruckraum 22.
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In Fig. 4 ist in einer schematischen Teilansicht ein pneumatischer
Wegsteller 56 dargestellt, der kontinuierlich regelnd arbeitet. Dem belüfteten ersten
Druckanschluß 24 ist ein Ventilkörper 28 eines ersten Ventils 30 zugeordnet, während
dem unterdruckbeaufschlagten zweiten Druckanschluß 26 ein zweites Ventil 34 mit
einem Ventilkörper 32 zugeordnet ist. Die Ventilkörper 28 und 32 sind miteinander
verbunden und in gegenseitiger Arbei4-sweise hintereinander angeordnet, so daß beim
Schließt des ersten Ventils 30 ein Öffnen des zweiten Ventils 34 und umgekehrt erfolgt.
Die Ventilkörper 28 und 32 sind wie auch die nicht näher bezeichneten Ventilöffnungen
konisch ausgebildet9 so daß eine kontinuierliche Einstellung der jeweiligen Volumenströme
möglich ist. Die Ventilkörper 28, 32 sind einerseits über die Ventilfeder 44 mit
dem nicht dargestellten Membranteller und andererseits mit dem Anker 38 verbunden,
der der Spule 40 mit den Spulenanschlüssen 42
elektromagnetisch
zugeordnet ist. Innerhalb des Regelbereiches des pneumatischen Wegstellers 56 sind
das erste Ventil 30 und das zweite Ventil 34 in Abhängigkeit von der Größe des Spulenstroms,
also der Sollgröße, so weit geschlossen bzw. geöffnet, daß sich aufgrund des Volumenstroms
zwischen dem ersten Druckanschluß 24 und dem zweiten Druckanschluß 26 im Steuerdruckraum
22 der jeweils richtige Unterdruck einstellt. Wenn der Spulenstrom vergrößert bzw.
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verkleinert wird, bewegen sich die Ventilkörper 28, 32 nach unten
bzw. oben, so daß der Membranteller durch Unterdruckänderung im Steuerdruckraum
22 zu der jeweils neuen Arbeitsstellung nach oben bzw. unten bewegt wird.
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Entgegen der obigen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
können die beiden Druckanschlüsse des Wegstellers auch mit völlig anderen Druckniveaus
unterschiedlicher Größe beaufschlagt werden. Dieses gilt auch dann, wenn als Druckfluid
nicht Luft, sondern eine Flüssigkeit, benutzt wird.
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Die gemäß Fig. 1 als Druckfeder ausgebildete Membranfeder 16 im Steuerdruckraum
22 kann durch eine Zugfeder im nicht bezeichneten Membranraum an der anderen Seite
der Membran 12 ersetzt werden, ohne daß sich an dem übrigen Gesamtaufbau etwas ändert.
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Außerdem kann die Membranfeder 16 aus Fig. 1 durch eine Druckfeder
in dem nicht bezeichneten Membranraum an der anderen Seite der Membran 12 ersetzt
werden, wobei in diesem Falle die Ventilfeder 44 als Druckfeder auszubilden ist.
Ferner muß die Spule 42 des Kraftgebers so nach oben verlagert werden, daß bei Stromdurchfluß
der Anker 38 im Sinne eines Öffnens des zweiten Ventils 34 verstellt wird.
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Und schließlich muß hierbei statt des belüfteten ersten
Druckanschlusses
24 nunmehr der unterdruckbeaufschlagte zweite Druckanschluß 26 strömungstechnisch
mit dem Membranraum oberhalb der Membran 12 verbunden werden. In diesem Fall ergibt
sich eine der Ausführungsform aus Fig. 1 entsprechende Betriebsweise dieser Alternative.
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Die genannten sowie weitere Ausführungsvarianten der Erfindung haben
den wesentlichen Vorteil, daß mittels einer leistungsarmen, kurzhubigen Verstellung
des Ankers 38 eine großhubige, leistungsstarke Verstellung der ausgangsseitigen
Membranstange 18 des beispielsweise pneumatischen Wegstellers erzielt werden kann.
Eine solche Kraft- bzw. Leistungs- und Wegverstärkung ist ausgesprochen zweckmäßig,
da hierdurch die dem Wegsteller eingegebene Sollgröße aus leistungsschwachen elektronischen
Gliedern abgeleitet werden kann. Grundsätzlich ist es auch mögloch, die kurzhubige
Verstellung des Ankers 38 mittels einer Bimetallfeder, eines Piezokristalls oder
dgl. anstatt mit dem elektromagnetisch arbeitenden Kraftgeber der dargestellten
und beschriebenen Ausführungsformen zu bewirken Es ist auch ohne weiteres möglich,
die Ventile des Wegstellers so auszubilden, daß diese mit einem die Ventilkörper
ersetzenden zylindrischen Steuerschieber arbeiten.