Regler für Regeleinrichtungen, mit Kraftschalter und Stellmotor Die Erfindung bezieht sieh auf einen Reg ler, mit einem impulsgesteuerten, insbeson dere pneumatiseh wirkenden Kraftschalter zur Betätigung eines Stellmotors. Bei einem solehen Regler soll die jeweilige Einstellung des Stellmotors genau in Abhängigkeit von einem Befehlsimpuls, z. B. einem Befehls- (lruek, festgelegt werden. Der Stellmotor kann dann seinerseits entsprechend den Be fehlsimpulsen das zu regelnde Organ, bei spielsweise ein Ventil, eine Drosselklappe.
einen Sehieber oder ein sonstiges verstellbares Regelglied betätigen.
Uin die. Regelung unabhängig von etwaigen auf den Stellmotor einwirkenden. Störkräften, wie z. B. Reibungskräften, wechselnden Ven- tilbelastungsdrüeken usw., zu machen, ist, es he reits bekannt., den Stellmotor bzw. dessen Stellglied durch ein kraftspeicherndes, vor zugsweise federndes Kupplungsorgan mit. dem Messglied des auf die Befehlsimpulse anspre- elienden Organs zu verbinden.
Als Kupplungs- organ wird bei den bisher bekannten Ein- rielittangen dieser Art eine Schraubenfeder verwendet, die in ein Hebelgestänge einge- selialtet ist, auf welches einerseits das Stell glied des Stellmotors und anderseits das 1Tess- glied der Impulssteuereorrichtung wirkt.
Die Kraft der Feder, deren Spannung ein Abbild der 1.Stellmotor;stellung ist, wird auf diese Weise stets gegen die Kraft des l-Iessgliedes der Impulssteuerung ausgewogen, so dass die Wirkung der Störkräfte eliminiert wird.
Die Verwendung einer Schraubenfeder als Kupplungsorgan bringt praktisch verschie dene Nachteile mit sich. Die Unterbringung dieser Feder im Innern des Kraftschalter und Inipulssteuerungsgehäuses bedingt einen grossen, toten Gehäuseraum, dessen Herstel lung einen unverhältnismässig grossen Auf wand erfordert. Wenn aber die Feder ausser halb dieses Gehäuses angeordnet wird, so wird zwar der eigentliche Regler wesentlich klei ner, aber die Schraubenfeder hängt unge schützt im Freien und kann zum Beispiel durch Korrosion oder ungewollte Berührun gen oder dergleichen schwerwiegende Störun gen hervorrufen.
Durch die Erfindung wird bezweckt, diese Nachteile der bekannten Regeleinrichtungen zu beseitigen und einen Regler zu schaffen, welcher den Anforderungen der Praxis besser als die bisherigen Apparate dieser Art ent spricht.
Die Erfindung besteht darin, dass das Stellglied des Stellmotors mit dem Messglied der Impulssteuer vorrichtung über einen Tor sionsstab gekuppelt ist. Dadurch wird ein sehr einfacher Aufbau des Reglers ohne unnötigen Aufwand ermöglicht und ein störungsfreies Arbeiten desselben gewährleistet. Die Verwendung eines Torsionsstabes er laubt ferner die Anordnung besonders ein facher Mittel zur Einstellung des Reglers -und damit. der ganzen Regeleinrichtung. Zu diesem Zweck genügt es, an dem Torsionsstab einen in verschiedenen Winkelstellungen ein stellbaren Hebelarm zu befestigen, auf wel chem der Angriffspunkt des Stellmotors bzw.
dessen Stellgliedes veränderlich ist. Der Tor sionsstab selbst kann ohne merklichen Mehr bedarf an Gehäuseraum zum Beispiel in einem rohrförmigen Ansatz des Reglergehäuses ge schützt untergebracht werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung durch eine Gegenüberstellung mit einer bekannten Regeleinrichtung bei spielsweise veranschaulicht.
Fig.1 zeigt schematisch einen Regler be kannter Art mit einer Schraubenfeder und einem membranförmigen Stellmotor zur Be tätigung eines Ventils.
Fig.2 zeigt im Längsschnitt schematisch einen Regler gemäss der Erfindung mit einem Tor slonsstab.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Quer schnitt nach der Linie A-B der Fig.2, und Fig. 4 zeigt in abgebrochener Seitenansicht den Angriff des Stellgliedes an dem Hebel arm des Torsionsstabes gemäss Fig. 2.
Der prinzipielle Aufbau eines Reglers ist aus Fig. 1 ersichtlich. Das Messglied der Im pulssteuerungsvorrichtung besteht hierbei aus einem Federbalg 1, in dessen Innenraum \? die Befehlsimpulse in Form von entsprechend steigenden oder fallenden Luftdrücken durch eine Impulsdruckleitung 3 zugeführt werden. Der bewegliche Boden 4 des Federbalges 1 ist mit einem Hebelarm 5 verbunden, der im Punkt 6 möglichst reibungsarm gelagert. ist.
Das Messglied 1, 4 bzw. der Hebelarm 5 steuert einen pneumatischen Kraftschalter, dessen Auslassdüse 7 über dem lIebelarm 5 mündet und durch letzteren geschlossen bzw. mehr oder weniger geöffnet wird, je nach den dem lIessglied zugeführten Befehlsimpulsen. _11s Hilfskraft dient Druckluft, die dem Kraftschalter in konstanter Hölie durch eine Leitung 8 über eine Vordrossel 9 zugeführt wird.
Vom Kraftschalter führt eine Druek- impulsleitung 10 zu einem pneumatischen Stelhnotor, der in an sieh beliebiger Weise mit einem Kolben, einen Federbalg, einer Membran oder dergleichen arbeitet und ein beliebiges zu regelndes Organ betätigen kann.
In Fig.1 besteht der Stellmotor aus einer Membran 11, die in einem Gehäuse 12 an geordnet. ist. Der Arbeitsraum 1:, über der Membran 1.1 ist mit der Druckleitung 10 ver bunden.
Der Stellmotor dient. zur Betätigung des Durehflussventils 1.4. Zu diesem Zweck ist der Membranteller 15 mit einer Ventilstange 16 verbunden, die den Ventilkegel 17 trägt, wel- eher mit einem Ventilsitz 18 zusammenarbei tet. Das Ventil wird durch eine Ventilfeder 19 geöffnet, welche gegen den Membranteller 15 wirkt. Steigt in dem Raum 13 der Luftdruck, so wird die Ventilstange 1.6 entgegen der Wir kung der Feder 19 nach unten bewegt, so dass der Ventilkegel 17 in seine Schliessstellung gebracht. oder letzterer genähert wird.
Fällt da-,egen der Luftdruck in dem Raum 13, so bewegt sieh die Ventilstange 16 mit dem Ven tilkegel 17 unter der Wirkung der Feder 19 nach oben, so dass das Ventil geöffnet -wird.
Die Ventilstange 16 ist durch eine Koppel 20 mit einem im Drehpunkt ?1 gelagerten Hebelarm _\? gekuppelt. Die Enden der Hebel arme 5 und 22 sind durch eine ',chrauben- feder 23 miteinander verbunden.
Wenn der Befehlsdruck in dem Innenraun-: 2 des Messgliedes 1. steigt, so nähert sieh der Hebel 5 der Auslassdüse 7, wodurch der Luft druck im Raum 13 des Stellmotors ansteigt. Die Membran 11. bewegt sich mit der Ventil stange 16 nach unten, wobei die Kupplungs feder ?3 gespannt wird, so dass sie der Im- pulskraft des Messglied-Federbalges 1, 4 immer Stärker entgegenwirkt.
Wenn die von der Kupplungsfeder ?3 ausgeübte Kraft nahezu gleich der übersetzten Kraft- des 1Iessglied- Federbalges 1, 4 ist, beginnt zum Beispiel der Ilebel 5 sieh von der Auslassdüse 7 abzuheben.
Dadurch sinkt der Druck in der Leitung 10 des Kraftschalters und damit. in dem Raum 13 (les Stellmotors auf einen solchen Wert, wel- (#her notwendig ist, um die Kraft der Kupp- Inngsfeder 23 gerade gegen die Kraft des 3lessglied-Federbalges 1, 4 auszuwiegen.
Wenn nun beispielsweise der Befehlsdruck iii dein Federbalg 1, 4 konstant bleibt, aber eine Störkraft zum Beispiel in Form eines stei-enden Druckes auf den Ventilkegel 17 des\ Ventils 1.4 auftritt, so möchte sich der Ventilkegel 17 mit der Ventilstange 16 nach oben bewegen. Durch diese Aufwärtsbewegung wird aber die Kupplungsfeder 23 etwas ent- cl>annt, so dass die Auslassdüse 7 des Kraft seha.lters wieder geschlossen wird.
Dadurch erhöht sieh wiederum der Druck in dem Ar beitsraum 13 des Stellmotors so lange, bis die Kraft. der Kupplungsfeder 23 wieder der l@raft des Messglied-Federbalges 1, 4 ent spricht. Das Membranventil hat daher, ob gleieh der Gegendrnek auf den Ventilkegel 17 0, weeliselt hat, praktisch keine Bewegung ge- macht, so dass die Störkraft ohne Einfluss -eblieben ist.
Tatsächlich wird sich also die Stellung des Membranventils nur dann verän dern, wenn sich der Befehlsdruck im Innen raum \? des Federbalges 1, 4 verändert. Durch eine Veränderung der Längen der Hebelarme 5 bzw. 22 und/oder der Hebellagerpunkte 6 bzw. 21.
kann eingestellt werden, dass eine be stimmte Änderung des Befehlsdruckes in dem Raum 2 des Federbalges 1, 4 eine kleinere oder grössere Ventilbewegung verursacht, oder (1a11 ein zum Beispiel steigender Befehlsdrucl#. eine Schliessung oder öffnung des Ventils herbeiführt.
Die eingangs erwähnten Nachteile der Ver wendung einer Schraubenfeder 23 als Kupp lungsorgan hinsichtlich der räumlichen Un- t erbringung usw. sind aus Fig.1 erkennbar. Es wird daher anstelle der Sehraubenfeder ein Torsionsstab zur Abbildung der Stellung des Stellmotors bzw. des zu regelnden Organs, im vorlie-enden Falle des Ventils, verwendet.
1)i9 Fig. 2 bis 4 veranschaulichen eine solche Einriehtung, wobei der nicht näher darge- siellte Stellmotor und das von letzterem be- iätigte Ventil im wesentlichen entsprechend Fig.1 ausgebildet ist. Von dem Stellmotor bzw. Ventil ist ledig lieh das Stellglied in Form der Ventilstange! 24 in Fig. 2 und 4 dargestellt, die der Ventil stange 16 der Fig.1 entspricht.
Die Ventil stange 24 kann sich also senkrecht zur Zei-, ehenebene auf- und abwärts bewegen. Das 221essglied der Impulssteuerungsvorrichtung besteht ähnlich Fig.l aus einem Federbalg 25 mit einem Balgboden 26. Dem Innenraum 27 des Federbalges 25, 26 wird der wechselnde Befehlsdruck durch eine Leitung 28 zuge= führt. Das Messglied ist in einem Gehäuse 29 untergebracht, in welches die Auslassdüse 30 des Kraftschalters ragt. Letzterem wird ein konstanter Luftdruck durch eine Leitung 31. über eine Vordrossel 32 zugeführt.
Die Druck leitung 33 des Kraftschalters führt entspre chend der Druckleitung 10 der Fig. 1 zu dem Stellmotor, beispielsweise in den Arbeitsraiun einer Stellmembran.
In einem Rohransatz 34 des Reglergehäu- ses 29 ist ein Torsionsstab 35 angeordnet. Der Torsionsstab 35 ist mit seinem gehäuseseiti- gen Ende in einem möglichst reibungsarmen Lager 36 gelagert, welches zweckmässig als Federgelenk ausgebildet sein kann. Das andere Ende des Torsionsstabes 35 ist in einem Spannstück 37 befestigt, das in dem freien Ende des Rohransatzes 34 drehbar gelagert Ist.
Auf dem gehäuseseitigen Ende des Tor sionsstabes 35 ist ein Hebelarm 38 befestigt, der im Mittelpunkt 39 des Federbalgbodens 26 festgelegt ist.
Am andern Ende des Torsionsstabes 35 ist an dem Spannstück 37 ein Hebelarm 40 mit Hilfe eines Gewindezapfens 41 und einer Mut ter 42 derart befestigt, dass er nach Lösung der Matter 42 gegenüber dem Einspannstüek 37 verdreht und in verschiedenen Winkelstel lungen wieder fixiert werden kann.
An der Ventilstange 24 ist mit Hilfe einer Schelle 43 oder dergleichen eine Führungs bahn, z. B. in Form eines Winkelstückes 44, befestigt. Das Winkelstück 44 wirkt auf eine Rolle 45, die auf einer Achse 46 gelagert ist. Die Achse 46 mit der Rolle 45 ist zum Bei spiel mittels eines Längsschlitzes 47 an dem Hebelarm 40 lä.ngsversehiebbar gelagert und mittels einer Mutter 48 in einer Entfernung von der Achse des Torsionsstabes 35 feststell bar; welche dem gewünschten Angriffspunkt des Stellgliedes, im vorliegenden Falle der Ventilstange 24 an dem Hebelarm 40, ent spricht.
Wenn in dem Balginnenraurn 27 des Mess- -lied-Feder#balges 25, 26 der Befehlsdruck an steigt, so bewegt sich der Balgboden 26 in Fig. 3 nach oben bzw. in Fig. 2 aus der Zei chenebene nach oben heraus, wodurch sich der Hebelarm 38 der Mündung der Auslassdüse 30 des Kraftschalters nähert.
Bewegt, sieh nun unter der Wirkung des steigenden Druckes in dem Stellmotor des Ventils (ähnlich Fig.l) die Ventilstange 24 nach unten, so wird der Hebelarm 40 über das Winkelstück 44 und die Rolle 45 ebenfalls nach unten verdreht, wobei der Torsionsstab 35 gespannt wird. Das Dreh moment des Torsionsstabes 35 wird entspre chend über den Hebelarm 38 auf den Mess- gliedbalg 25, 26 übertragen. Die Stellung des Hebelarmes 40 bedingt also die Kraft, mit der im Angriffspunkt 39 von dem Hebelarm 38 senkrecht nach unten auf den Messglied-Feder- balg 25, 26 gedrückt wird.
Somit ist diese im Punkte 39 wirkende Kraft eine Abbildung der Stellung der Ventilstange 24. Auf diese 1Veise werden, ähnlich wie oben an Hand der Fig.l näher beschrieben, die auf das Stell glied des Stellmotors wirkenden Störkräfte ausgeschaltet, wie z. B. die auf das Ventil wirkenden wechselnden Drücke des durch das Ventil strömenden Mediums, an Stopfbuchsen auftretende Reibungskräfte oder dergleichen.
Durch eine Verschiebung der Rolle 45 auf dem Hebelarm 40 kann gleichen Druckdiffe renzen im hlessgliedbalg 25, 26 eine kleinere oder grössere Bewegung der Ventilstange 24 zugeordnet. werden. Ferner kann durch ein fache Verdrelr-Lang des Hebelarmes 40 gegen über dem Einspannstück 37 festgelegt werden, ob der Beginn einer Ventilstangenbewegung heim Befehlsdruck von der Grösse 0 in dem Messgliedbalg 25, 26 oder bei irgendeinem an dern Punkt bzw. Druck liegen soll.
Die ausser- c,rclelatliell einfache, raumsparende und ge- sellützte Arror#clrrung der rrrit dem Tor:
sionsstab 3r arbeitenden Regeleinrichtung ist ans Fig.2 bis 4 der Zeielrnun- erkennbar und bedarf keiner weiteren Erläuterung. Im übrigen be- sehränkt sich die Erfindung selbstverständlich nicht auf die nur schematisch und beispiels weise dargestellte und beschriebene Ausfüh- run@sfornl, sondern sie umfasst alle Varian ten im Rahmen des niesentliehen Erfindungs gedankens.
Insbesondere kann der Kraftschal ter auch abweichend, z. B. mit alternativ öff nenden und schliessenden Düsen ausgebildet sein. Ebenso kann der von dem Kraftschalter betätigte Stellmotor beliebig, z. B. als Kolben motor, ausgeführt, sein, und anstelle eines Ven tils können beliebige andere zu regelnde Or gane von dem Stellmotor betätigt werden.