Binärer elektrisch ansteuerbarer fluidischer Leistungsverstärker

Abstract

 Bei einem binären elektrisch ansteuerbaren fluidischen Leistungsverstärker wird mittels eines elektrisch ansteuerbaren Ventils (10) ein Steuerdruck an einen Druck/Kraft-Wandler (16) durchgeschaltet. Die von dem Druck/Kraft-Wandler (16) abgegebene Kraft ist als Schaltkraft an einem fluidischen Relais (20) wirksam.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen binären, elektrisch ansteuerbaren fluidischen Leistungsverstärker. Ein solcher Leistungsverstärker ist besonders vorteilhaft in einem geregelten pneumatischen Stellantrieb und allgemein in allen Fällen anwendbar, bei denen mit geringer Ansteuerleistung ein hoher Volumenstrom bei Drücken bis zu 10 Bar oder mehr und bei kurzen Schaltzeiten geschaltet werden soll.

[0002] Herkömmliche fluidische Leistungsverstärker dieser Art sind mit fluidisch gekoppelten Verstärkerstufen ausgestattet. Die mit dieser Lösung erreichbaren Schaltzeiten werden durch schädliche Volumina beeinträchtigt. Zur Anpassung der erforderlichen Schaltkräfte sind Eingriffe in die Fluidik erforderlich, was mit erheblichem Aufwand verbunden ist.

[0003] Durch die Erfindung wird ein binärer, elektrisch ansteuerbarer fluidischer Leistungsverstärker geschaffen, der sich durch kurze Schaltzeiten und geringe elektrische Ansteuerleistung bei großem schaltbaren Volumenstrom bis in den Bereich von etwa 10 Bar auszeichnet.

[0004] Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß mittels eines elektrisch ansteuerbaren Ventils ein Steuerdruck an einen Druck/Kraft-Wandler durchschaltbar ist und die von dem Druck/Kraft-Wandler abgegebene Kraft als Schaltkraft an einem fluidischen Relais wirksam ist.

[0005] Die Einfügung eines Druck/Kraft-Wandlers zwischen das elektrisch ansteuerbare Ventil und das fluidische Relais ist eine unkonventionelle Maßnahme und könnte wegen des Rückgriffs auf mechanische, bewegte Elemente als nachteilhaft erscheinen, wenn nicht erkannt wird, daß gerade hierdurch die angestrebten Eigenschaften erzielt werden können. Die erforderliche Schaltkraft für das fluidische Relais kann nämlich von einem Druck/Kraft-Wandler aufgebracht werden, dessen fluidischer Teil ein sehr geringes Volumen aufweist. Dadurch werden kurze Schaltzeiten begünstigt. Eine Beeinflussung der Schaltkraft ist durch die Größe des von dem elektrisch ansteuerbaren Ventil gelieferten Steuerdrucks oder auch durch die Größe der druckbeaufschlagten Fläche des Druck/Kraft-Wandlers möglich.

[0006] Bei der bevorzugten Ausführungsform wird als fluidisches Relais ein Doppelmembranrelais verwendet, das als 3/2-Wegeventil geschaltet ist. Mit einem erfindinngsgemäßen fluidischen Leistungsverstärker kann durch ein diskretes elektrisches Signal im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 mW ein Volumenstrom von mindestens etwa 100 l/min bei einem Druck bis etwa 10 Bar geschaltet werden.

[0007] Die bevorzugte Ausführungsform des erfindinngsgemäßen fluidischen Leistungsverstärkers wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt als Blockdiagramm die drei Bestandteile des Leistungsverstärkers.

[0008] Ein elektrisch durch ein diskretes Signal einer Leistung im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 mW ansteuerbares Ventil 10, insbesondere Piezo- oder Magnetventil, hat einen Eingang 12, der an eine Druckquelle im Bereich von 1 Bar angeschlossen ist, und einen Ausgang 14, der an den fluidischen Eingang eines Druck/Kraft-Wandlers 16 angeschlossen ist. Die Ausgangsgröße des Druck/Kraft-Wandlers ist eine mechanische Schaltkraft, die durch eine starre Stange 18 von der druckbeaufschlagten Membran 16a des Druck/Kraft-Wandlers 16 abgenommen wird. Die Stange 18 ist an ihrem vom Druck/Kraft-Wandler abgewandten Ende an eine Membran 20a der zwei Membranen 20a, 20b eines Doppelmembranrelais 20 angekoppelt. In bekannter Weise sind die Membranen 20a, 20b des Doppelmembranrelais 20 intern durch eine starre Verbindung 18a miteinander verbunden. Wenn die fünf Fluidanschlüsse des Doppelmembranrelais 20 in üblicher Weise mit x₁, x₂, x₃, x₄ und y bezeichnet werden, so sind die Anschlüsse x₂ und x₃ gemeinsam an eine Fluidquelle angeschlossen, die einen Volumenstrom von mindestens etwa 100 l/min bei einem Druck von bis etwa 10 Bar liefert. Der Anschluß y bildet dann den geschalteten Ausgang des Doppelmembranrelais. Die Anschlüsse x₁ und x₄ bleiben unbeschaltet, sie liegen an Atmosphäre.

[0009] Im Betrieb wird durch das mit einem diskreten elektrischen Signal angesteuerte Ventil 10 ein Steuerdruck von etwa 1 Bar geschaltet, der die im Inneren des Druck/Kraft-Wandlers 16 eingespannte Membran 16a beaufschlagt. Die von der Membran 16a durch die Stange 18 abgenommene Schaltkraft wird auf die beiden Membranen des Doppelmembranrelais 20 übertragen. Durch die Schaltkraft wird das binäre Doppelmembranrelais von dem einen in den anderen Schaltzinstand umgeschaltet. Ohne Schaltkraft wird die Membran 20b durch den Mediendruck gegen den ihr zugeordneten Dichtsitz angelegt, so daß der Ausgang y von den Anschlüssen x₂ und x₃ isoliert ist. Das Doppelmembranrelais ist im geschlossenen Zustand. Bei wirksamer Schaltkraft ist hingegen die Membran 20b von dem ihr zugeordneten Dichtsitz abgehoben, so daß die Anschlüsse x₂ und x₃ mit dem Ausgang y in Verbindung stehen. Das Doppelmembranrelais ist dann geöffnet. Die Membran 20a dient der sicheren Führung der aus Verbindung 18a und den beiden Membranen 20a, 20b gebildeten beweglichen Einheit.

[0010] Es ist ersichtlich, daß das Doppelmembranrelais bei der gezeigten Ausführungsform als 3/2-Wegeventil geschaltet ist. Den gleichen Zweck kann ein anders geartetes Ventil erfüllen, beispielsweise ein Schieberventil.

Ansprüche

1. Binärer elektrisch ansteuerbarer fluidischer Leistungsverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines elektrisch ansteuerbaren Ventils (10) ein Steuerdruck an einen Druck/Kraft-Wandler (16) durchschaltbar ist und die von dem Druck/Kraft-Wandler (16) abgegebene Kraft als Schaltkraft an einem fluidischen Relais (20) wirksam ist.

2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fluidische Relais als Doppelmembranrelais (20) ausgebildet ist.

3. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelmembranrelais (20) als 3/2-Wegeventil geschaltet ist.

4. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fluidische Relais als Schieberventil ausgebildet ist.

5. Leistungsverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch ansteuerbare Ventil (10) auf ein diskretes Signal im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 mW anspricht.

6. Leistungsverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des fluidischen Relais (20) ein Volumenstrom von mindestens etwa 100 l/min bei einem Druck bis etwa 10 Bar schaltbar ist.

7. Leistungsverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des elektrisch ansteuerbaren Ventils (10) durchschaltbare Steuerdruck in der Größenordnung von einem Bar liegt.

Zeichnung