CH643377A5 - Druckregler fuer gasfoermiges und fluessiges stroemungsmittel. - Google Patents

Druckregler fuer gasfoermiges und fluessiges stroemungsmittel. Download PDF

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CH643377A5
CH643377A5 CH1017079A CH1017079A CH643377A5 CH 643377 A5 CH643377 A5 CH 643377A5 CH 1017079 A CH1017079 A CH 1017079A CH 1017079 A CH1017079 A CH 1017079A CH 643377 A5 CH643377 A5 CH 643377A5
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pressure
control
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pressure regulator
pressure chamber
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CH1017079A
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Kurt Moos
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Gema Ransburg Ag
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Description

Die Erfindung betrifft einen Druckregler für gasförmiges und flüssiges Strömungsmittel, mit einem zwischen einem Eingang und einem Ausgang für das Strömungsmittel angeordneten Hauptventil, dessen Ventilkörper den Ventilsitz je nach Regelzustand verschliesst oder verschieden weit öffnet, mit einem Steuerdruckraum, dessen Druck auf den Hauptventilkörper wirkt und der einerseits über eine Drossel mit dem Eingang und andererseits über ein Steuerventil mit einem Entlüftungsraum verbunden ist, mit einem Sollwertgeber, in Abhängigkeit von dessen Einstellung der Ventilkörper des Steuerventils mit einer bestimmten Kraft entgegen dem im Steuerdruckraum herrschenden Druck mehr oder wengier stark in Schliessrichtung gedrängt wird, und mit einer Einrichtung zur Erfassung und Rückführung des am Ausgang vorhandenen Istwertes.
Der genannte Entlüftungsraum kann die umgebende Atmosphäre sein, wenn als Strömungsmittel Luft dient. Die Einrichtung, die eine vom Istwert abhängige Kraft auf den Hauptventilkörper ausübt, kann eine entsprechende Druckfläche des Hauptventilkörpers sein, die dem im Ausgang herrschenden Druck ausgesetzt ist.
Ein Druckregler dieser Art ist aus der DE-OS 26 02 844 bekannt. Auch ist aus der DE-OS 25 37 851 ein Druckregler mit lediglich fest einstellbarem Sollwert bekannt, der durch Membranen unterteilte Druckräume hat.
Gegenüber dem Druckregler bekannter Art soll die Aufgabe gelöst werden, Schwankungen des zu regelnden Druckes früher entgegenzuwirken und kleiner zu halten. Ferner soll der Druckregler auf kleinste Druckänderungen ansprechen und so gasdicht ausführbar sein, dass er sich besonders für gasförmige Strömungsmittel eignet.
Ferner betrifft die Erfindung eine pneumatische Fördereinrichtung mit regelbarer Förderleistung für pulverförmiges bis körniges Massegut, insbesondere zum Sprühbeschichten von Gegenständen, mit mindestens einem Druckregler in einer Treibgasleitung, die an ein nach dem Diffusorprinzip arbeitendes pneumatisches Massegut-Fördergerät angeschlos2
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sen ist, das ausser dem Treibgas-Eingang noch einen Eingang für das Massegut sowie einen Eingang für Steuergas und einen Ausgang für das Massegut-Gas-Gemisch hat.
Eine pneumatische Fördereinrichtung dieser Art ist aus der DE-PS 1 922 889 bekannt. Bei dieser soll durch die Erfindung eine bessere Regelung mit einer einfachen Regeleinrichtung erzielt werden.
Zur Lösung der Gesamtaufgabe ist der Druckregler gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückführdruckraum vorgesehen ist, dessen Druck entgegen dem im Steuerdruckraum vorhandenen Druck auf den Hauptventilkörper wirkt, und der einerseits über eine weitere Drossel mit dem Ausgang und andererseits über eine verstellbare dritte Drossel mit einem Entlüftungsraum verbunden ist.
Der Entlüftungsraum kann die umgebende Atmosphäre sein, wenn das Strömungsmittel Luft ist.
Durch die beiden Drosseln des Rückführdruckraumes, von denen mindestens die zum Entlüftungsraum führende dritte Drossel hinsichtlich ihrer Wirkung verstellbar ist, wird ein sogenannter Druckteiler gebildet, durch welchen die Regelung nicht mehr statisch, sondern dynamisch erfolgt. Der Druckteiler kann zum Ausgleich von Herstellungstoleranzen verwendet werden. Durch Einstellung an der verstellbaren dritten Drossel wird erreicht, dass jeder Regler, unabhängig von herstellungsbedingten Toleranzen und Reibungswiderständen, bei jedem eingestellten Sollwert einen bestimmten Ausgangsdruck hat. Deshalb ist bei einem Drucksystem mit diesem Druckregler ein Manometer zur Einstellung des gewünschten Druckes überflüssig.
Die durch den Druckteiler gegebene dynamische Regelung bewirkt, dass am Ausgang praktisch der gleiche Druck erzielt werden kann wie am Eingang, d.h. es ergibt sich nur ein minimaler Druckabfall. Bei einem Druckunterschied von 0,2 bar erhält man noch eine gute Regelung. Mit einem beliebigen Steuerdruck im Steuerdruckraum (z.B. 1 bar) kann durch Einstellung der verstellbaren dritten Drossel des Druckteilers praktisch ein beliebiger Druck am Ausgang erzielt werden, da der Druck im Rückführdruckraum in sehr weiten Grenzen beispielsweise bis auf Atmosphärendruck herunter einstellbar ist. Ohne Druckteiler kommt man nicht auf so kleine Druckunterschiede zwischen Eingang und Ausgang. Wenn beispielsweise mit einem bekannten Druckregler vergleichbarer Grösse zwischen dem Eingang und dem Ausgang ein Druckunterschied von mindestens 0,5 bar vorhanden sein muss, um noch eine brauchbare Regelung zu erzielen, genügt bei dem Druckregler der Erfindung ein Druckunterschied von etwa 0,2 bar.
Wenn gemäss der Erfindung zwischen dem Rückführdruckraum und dem Steuerdruckraum eine Membran angeordnet und die Regelkräfte über die Membran auf den Hauptventilkörper übertragen werden, dann wird die Genauigkeit des Reglers noch weiter erhöht, da keinerlei Reibungsverluste zu kompensieren sind. Die genannte Membran zwischen dem Steuerdruckraum und dem Rückführdruckraum kann eine wesentlich grössere Druckfläche haben als die bei einem Ventilkörper mögliche Druckfläche. Auch dies trägt zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit und Genauigkeit des Druckreglers bei.
Wenn in der den Eingang mit dem Steuerdruckraum verbindenden Leitung ein von Druckänderungen am Eingang abhängiger Steuervordruckregler angeordnet ist, führt dies zu einer weiteren Steigerung der Reglergenauigkeit, da er zwar immer noch die vollen Schwankungen am Ausgang, jedoch nur noch kleinste Schwankungen am Eingang kompensieren muss.
Bei Verwendung eines elektromagnetischen Sollwertgebers mit vom angelegten Strom abhängigen Sollwert besteht die Möglichkeit, den Sollwert in Abhängigkeit von einer Füh-
rungsgrösse wahlweise zu ändern. Eine besondere Anwendung des erfindungsgemässen Reglers besteht darin, dass der elektromagnetische Sollwertgeber von einer vorprogrammierten Programmeinrichtung angesteuert wird. Dies ist beispielsweise beim Beschichten von Gegenständen durch Besprühen mit pulverförmigem oder körnigem Massegut von Vorteil, da es dadurch möglich ist, die Gegenstände an verschiedenen Stellen verschieden stark zu beschichten oder aufeinander folgend verschiedene Gegenstände zu beschichten. Gleichzeitig oder unabhängig von dieser vorprogrammierten Sollwerteingabe ist es gemäss der Erfindung auch möglich, den physikalischen Zustand des Strömungsmittels, beispielsweise das Verhältnis von Massegut zu einem dieses Massegut transportierendem Gas, und in Abhängigkeit hiervon den Sollwert des Druckreglers zu steuern.
Der Druckregler nach der Erfindung eignet sich auch als Druckreduzierventil, Druckregler für elektrische Fernbedienung, als Ersatz für eine bisher aus Druckreduzierventil und Magnetventil bestehende Kombination, als Magnetventil allein, für beliebige Steuer- und Regelkreise.
Die Regelabweichungen sind kleiner als plus/minus 1%. Die Einstellung von Sollwert zu gewünschtem Druck kann weitgehend proportional erfolgen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Druckreglers nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Ausschnitt von Fig. 1 mit Angaben der im Druckregler wirkenden Kräfte und Drücke, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Druckreglers in Anwendung auf eine pneumatische Fördereinrichtung.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Druckregler 100 enthält einen Eingang 1 und einen Ausgang 2. Zwischen beiden befindet sich ein Zylinder 3, der ein Teil des Einganges 1 ist und jeweils mit dessen Druck beaufschlagt wird. Der Hohlraum des Zylinders 3 mündet über einen Ventilsitz 4 in den Ausgang 2. Ein vom Ausgang 2 her an den Hauptventilsitz 4 anlegbarer Hauptventilkörper 5 wird von einer im Ausgang 2 untergebrachten Druckfeder 6 in Schliessstellung gedrängt. Das Ventilverschlusselement 7 des Hauptventilkörpers 5 ist über ein im Querschnitt kleineres Verbindungsstück 8 mit einem Kolben 9 verbunden, der in dem Zylinder 3 bezüglich des Ventilsitzes 4 in Schliessrichtung bzw. Öffnungsrichtung geführt ist. Auf der vom Druck des Einganges 1 abgewandten Seite des Kolbens 9 befindet sich ein Rückführdruckraum 10, der vorzugsweise einen grösseren Querschnitt als der Kolben 9 hat und von einer ebenfalls entsprechend grösseren Membran 11 abgeschlossen ist. Die Membran 11 ist durch Teller 12 verstärkt und ihre Mitte liegt über eine Druckstange 13 von der Seite des Rückführdruckraumes 10 her am Kolben 9 an. Der Rückführdruckraum 10 ist über eine Leitung 16, in der sich eine feste Drossel 17 befindet, mit dem Ausgang 2 verbunden. Ferner ist der Rückführdruckraum 10 über eine Entlüftungsleitung 18, in der sich eine einstellbare Drossel 19 befindet, mit einem Entlüftungsraum verbunden. Wenn das zu regelnde Strömungsmittel Luft ist, kann der Entlüftungsraum die umgebende Atmosphäre sein, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.
Der Eingang 1 ist über eine Steuerdruckleitung 21 mit einem Steuerdruckraum 22 verbunden. Dieser befindet sich auf der vom Rückführdruckraum 10 abgewandten Seite der Membran 11 und hat beispielsweise den gleichen Querschnitt wie dieser Rückführdruckraum 10. In der Steuerdruckleitung 21 befindet sich eine Strömungsdrossel 23. Ferner befindet sich in der Steuerdruckleitung 21 zwischen der Drossel 23 und dem Eingang 1 ein Regelventil zur Vorregelung des Steuerdruckes. Dieses Steuervordruck-Regelventil enthält einen Ventilkörper 24, der von der stromabwärtigen Seite her an
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einen Ventilsitz 26 angelegt werden kann. Eine Druckfeder 27 drängt ihn in Öffnungsrichtung. Der die Feder 27 enthaltende Raum 28 ist mit der Atmosphäre verbunden. Die Feder 27 drückt auf einen Kolben 29, der in einer Zylinderbohrung 30 geführt ist. Durch den Zylinderraum 30 erstreckt sich ein im Querschnitt kleineres Verbindungsstück 31, das den Kolben 29 mit dem Ventilverschlusselement 25 verbindet. Eine den Anfang der Steuerdruckleitung 21 bildende Bohrung 32 verbindet den Eingang 1 mit dem Zylinderraum 30. Der.vom Eingangsdruck beaufschlagte, für eine Verschiebung des Ventilkörpers 24 massgebliche Querschnitt des Kolbens 29 kann grösser sein als der des Ventilverschlusselementes 25.
Die Kolben 29 und 9 der beiden Ventilkörper 24 und 5 können durch O-Ringe 33 bzw. 34 gegen die die Kolben aufnehmende Zylinderwand abgedichtet sein.
Ein Ring 35 hält die Membran 11 in ihrer Lage und dichtet den Steuerdruckraum 22 gegenüber dem Rückführdruckraum 10 ab. Der Steuerdruckraum 22 ist über eine Entlüftungsleitung 37 mit einem Entlüftungsraum verbunden, der im Falle von Luft als Strömungsmittel die umgebende Atmosphäre sein kann. In der Entlüftungsleitung 37 befindet sich ein Steuerventil 38. Sein Ventilkörper 39 ruht auf einem Ventilsitz 40. Die Ventilsitzbohrung 43 hat einen kleineren Querschnitt als die vom Druck des Steuerdruckraumes 22 beaufschlagte Fläche der Membran 11. Der Ventilkörper 39 liegt auf der vom Steuerdruckraum 22 abgewandten Seite an dem Ventilsitz 40 an.
Der Ventilkörper 39 wirkt mit der Ankerstange 41 eines als Sollwertgeber dienenden Elektromagneten 42 zusammen. Die Ankerstange 41 übt auf den Ventilkörper 39 je nach angelegter Stromstärke eine mehr oder weniger starke Kraft aus, entsprechend dem gewünschten Sollwert. Der Elektromagnet 42 ist vorzugsweise ein Proportionalmagnet. Der Ventilkörper 39 kann unter der Vorspannung einer ihn in Schliessstellung drängenden Feder stehen. Diese Feder ist nicht dargestellt und kann sich im Elektromagneten 42 befinden.
Funktion:
Für die Beschreibung wird angenommen, dass das Strömungsmittel Luft ist. Die Luft vom Druckluftnetz tritt durch eine Bohrung, die ein Teil des Einganges 1 ist, in den Regler ein. Der Netzdruck wirkt im Zylinderraum 3 einerseits auf den Kolben 9, der mit dem O-Ring 34 gegen den Rückführdruckraum 10 abgedichtet ist, und andererseits auf das Verschlusselement 7 des Hauptventilkörpers 5. Im weiteren strömt Luft (Steuerluft) durch die Bohrung 32 zur Steuervordruckregelung. Durch diese Steuervordruckregelung ist es möglich, den zur Steuerung des Reglers benötigten Steuervordruck bis auf z.B. ± 0,2 bar vorzuregeln, unabhängig der Netzdruckschwankungen. Zur Funktion derselben: Der Netzdruck wirkt auch in dem Zylinderraum 30 einerseits auf den Kolben 29, der mit dem O-Ring 33 gegen den Raum 28 (Atmosphärendruck) abdichtet, und andererseits auf das Verschlusselement 25 des Steuervordruckventilkörpers 24. Die wirksamen Querschnitte von 29 und 25 sind gleich gross, so dass sich die beiden durch den Netzdruck hervorgerufenen Kräfte aufheben. Es herrscht also unabhängig vom Netzdruck immer Gleichgewicht. Mit der Feder 27 kann der Wert des Steuervordruckes gewählt werden, je nach gewünschtem Maximalausgangsdruck und minimalem Netzdruck. Durch die Vorspannung der Feder 27 öffnet der Steuervordruck-Ventilkörper 24 und Steuerluft gelangt in den stromaufwärti-gen Ventilraum 44. Der Ventilkörper 24 öffnet nun solange, bis im Raum 44 der zur Federvorspannung zugehörige Druck herrscht. Das Gleichgewicht ist dann erreicht, wenn das Produkt aus Druck im Raum 44 (Steuervordruck) mal Fläche des Steuervordruck-Ventilverschlusselements 25 gleich der Federvorspannung ist. Erhöht sich nun z.B. der Netzdruck, so regelt der Ventilkörper 24 insofern, als er sich solange in Schliessrichtung (nach rechts) bewegt, bis das Produkt Steuervordruck mal Fläche wieder gleich der Federvorspannung ist. Hinzu kommt natürlich noch die Reibungskraft, welche durch den O-Ring 33 hervorgerufen wird. Wäre keine Reibung vorhanden, würde auch keine Regelabweichung auftreten. Diese Reibung geht doppelt in die Berechnung der Regelabweichung ein (Öffnungs- und Schliessrichtung) und zwar folgendermassen:
Ventilkörper-Durchmesser beispielsweise d = 12 mm
Reibungskraft
Fr= 200 p
AP = — = °'tKp = 0,35 kp/cm2 « ± 0,2 bar 2 2
d27t (1,2)2 Kern2 4 4
Dabei bedeuten:
Fr: Reibungskraft der Feder d: Durchmesser des
Steuervordruck-Ventilverschlusselements 25 A: Fläche des Ventilverschlusselements 25 p: Druck im Ventilraum 44
Mit dieser Steuervordruckregelung ist es also möglich, den Steuervordruck bei Netzschwankungen bis auf etwa ± 0,2 bar genau vorzuregeln.
Die Steuerluft strömt nun weiter aus dem Ventilraum 44 über die Drossel 23 in den eigentlichen Steuerdruckraum 22 und, sofern kein Strom am Proportionalmagnet 42 fliesst, durch die Ventilsitzöffnung 40 und eine stromabwärtige Bohrung 45 der Entlüftungsleitung 37 in die Atmosphäre (Freie). Es baut sich also kein Steuerdruck auf. Somit ist auch ersichtlich, warum die Steuerluft von 44 nach 22 über eine Drossel 23 führt, weil nämlich diese Luftmenge verloren geht (Eigenluftverbrauch des Reglers). Der Eigenluftverbrauch im stromlosen Zustand wird also auch durch den Öffnungsquerschnitt der Drossel 23 und den eingestellten Steuervordruck (Federvorspannung) bestimmt. Fliesst nun am Magnet 42 ein Strom, so baut sich im Steuerdruckraum 22 ein zugehöriger Steuerdruck auf, welcher mit Hilfe des Ventilverschlusselements 39 gebildet wird, und zwar folgendermassen: Bei jedem Strom wirkt eine zugehörige Kraft FM an der Ankerstange 21. Diese Kraft wirkt nun auf das Ventilverschlusselement 39. Der so entstehende Steuerdruck PSt berechnet sich:
St Querschnitt der Ventilsitzbohrung 43
Die überschüssige Steuerluftmenge wird wieder gleich abgeführt wie im stromlosen Zustand über die Ventilsitzbohrung 43 und die Auslassbohrung 45 der Entlüftungsleitung 37.
Die kleine Steuervordrucksschwankung von maximal ± 0,2 bar kann durch den Proportionalmagneten 42 bis zu einer akzeptablen Abweichung fein ausgeregelt werden (max. ± 0,015 bar). Wäre diese Steuervordruckregelung nicht vorhanden, könnte der Magnet eine Netzdruckschwankung von z.B. 3 bar auf höchstens ±0,1 bar ausregeln. Diese Abweichung des Steuerdruckes PSt ergäbe am Ausgang 2, ohne die Abweichungen des Reglers selbst, eine Ausgangsdruckschwankung von etwa ±0,15 bar. Vergleiche nachfolgende Formel 3.
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Der so aufgebaute Steuerdruck wirkt nun auf die Membran 11, welche mittels des Ringes 35 den Steuerdruckraum 22 und den Rückführdruckraum 10 gegeneinander abdichtet. Die Membran 11 wandelt mit Hilfe der Teller 12 den Druck wieder in eine Kraft FD um, welche dann über die Druckstange 13 auf den Hauptventilkörper 5 wirkt. Mit Hilfe dieser Umwandlung (Kraft FM von z.B. maximal 2,0 kp an der Ankerstange 41 in den Steuerdruck PSt von z.B. maximal 4,0 bar und von diesem in die Kraft, z.B. maximal 72 kp, an der Druckstange 13 kann eine beliebige Kraftverstärkung erreicht werden, da die Durchmesser der Ventilsitzbohrung 43 und der Membran 11, welche ein Mass für die Kraftverstärkung sind, frei gewählt werden können. Bei den angenommenen Massen wirkt bei diesem Regler eine ungefähr 36fache Kraftversstärkung.
Durch die Kraft FD an der Druckstange 13 wird nun der Hauptventilkörper 5 gegen die Schliessfeder 6 in Öffnungsrichtung verschoben, so dass der Luftdurchgang frei wir. Die Luft strömt vom Eingang 1 in den Ausgang 2 und dann aus dem Regler. Im Ausgang 2 baut sich der Reglerausgangsdruck oder Sekundärdruck PA auf. Dieser Ausgangsdruck wird über die feste Drossel 17 in den Rückführdruckraum 10 auf die Membran 11 geleitet. Der Luftstrom führt weiter über die verstellbare Drossel 19 und Auslassbohrung 46 der Entlüftungsleitung 18 ins Freie. Da alles dynamisch erfolgt, bilden diese beiden Drosseln einen sogenannten Druckteiler. Über den beiden Drosseln entsteht ein bestimmter Druckabfall, je nach Grösse ihres Durchtrittsquerschnittes. Der Vorteil der Druckteilerschaltung liegt darin, dass mit Hilfe der verstellbaren Drossel 19 das Verhältnis der Durchtrittsquerschnitte dieser beiden Drosseln 17 und 19 beliebig gewählt werden kann und somit zu einem bestimmten Druck am Ausgang 2 ein beliebiger Rückführdruck im Rückführdruckraum 10 eingestellt werden kann.
Die beiden Extremfälle: Wenn der Durchtrittsquerschnitt der veränderbaren Drossel 19 den Wert Null hat, dann ist der Druck PR im Rückführdruckraum 10 gleich dem Druck PA im Ausgang 2 (kein Druckteiler); geht der Durchtrittsquerschnitt der einstellbaren Drossel 19 gegen Unendlich, dann geht der Druck PR im Rückführdruckraum 10 gegen Null (Regler wirkt nicht mehr als Regler, da der Rückführdruck bei jedem Ausgangsdruck gleich Null ist).
Der Rückführdruck PR wird als Istwert des Reglerausganges mit dem Steuerdruck PSt an der Membran 11 verglichen. Der Hauptventilkörper 5 wird solange in Öffnungsrichtung verschoben, bis die resultierende Kraft auf den Hauptventilkörper gleich 0 ist. Dann bleibt der Hauptventilkörper 5 stehen und der Ausgangsdruck im Ausgang 2 bleibt konstant.
Fig. 2 zeigt, in vereinfachter Darstellung, das Angreifen der verschiedenen Kräfte am Hauptventilkörper 5. Es bedeuten:
Am : Fläche der Membran 11 A3 : Fläche des Kolbens 9 Aó: Fläche des Hauptventil-Verschlusselements 7 FR: Reibungskraft des O-Ringes 34 (FRi in Öffnungsrichtung)
(FR2 in Schliessrichtung)
Ff". Kraft der Schliessfeder 6 Fmv- Kraft für Verformung der Membran 11 Pa : Druck im Ausgang 2 PR: Druck im Rückführdruckraum 10 PSt: Druck im Steuerdruckraum 22
Gleichgewichtsgleichung für die Bewegung des Hauptventilkörpers 5 in Öffnungsrichtung :
Psti'AM = PRi (Am — A3) + PArA6 + FFi+ Fr + FMVI (1)
Wird jetzt z.B. der Druck PE im Eingang 1 erhöht, dann bewegt sich der Hauptventilkörper 5 in Schliessrichtung, weil der Druck Pa im Ausgang 2 zu gross wird und somit die resultierende Kraft am Hauptventilkörper ungleich Null ist. Er bewegt sich wiederum solange, bis Kräftegleichgewicht herrscht.
Die Gleichgewichtsgleichungen für die Bewegung des Hauptventilkörpers 5 in Schliessrichtung sind:
Pst2 ' Am = PR2 (Am — A3) + PA2 • AÓ + FF2 — Fr + FMV2 (2)
FF2<Ff, FMV2—Fmvi
Interessant ist natürlich jetzt, die Regelabweichung ÀPA des Ausgangsdruckes zu kennen, also die Differenz von Pa2-Pai-
Für die Berechnung wird von folgenden Werten ausgegangen:
PR«0,69Pa
AFF
«0, AFMV
Pr2 = 3,45 kp/cm2
FF2*
« 4,5 kp
APst max = 0,03 kp/cm2
Am =
= 15,9 cm2
Pst = 4,0 kp/cm2
AÎ =
3,33 cm2
Pa2 = 5,0 kp/cm2
AÖ =
3,14 cm2
Fr = 0,25 kp
Dies führt zur folgenden Gleichung für die Regelabweichung:
AD _ AP.st• AM + 2FR + AFf + AFmv
A 0,69 (AM-A3) + As K >
Daraus ergibt sich eine maximale Regelabweichung von
APAmax = 0=082 kp/cm2 «0,08 bar< ± 1% von PA
Ist also die Netzdruckschwankung beliebig gross, dann bleibt der eingestellte Druck am Ausgang 2 immer in den Grenzen ± 0,04 bar. Da nun aber bei den meisten Druckluftkompressoren die Schalthysterese auf 3 bar eingestellt ist,
wird der Regler im Innern so korrigiert, dass bei einer Eingangsdruckschwankung von 3 bar der Druck am Ausgang 2 den eingestellten Wert in etwa beibehält.
Deshalb sind die beiden Flächen Aó und A3 des Reglers entsprechend Fig. 1 (abweichend von Fig. 2) auch nicht gleich gross. Es tritt damit im Innern des Reglers eine auf den Hauptventilkörper 5 wirkende Differenzkraft auf, hervorgerufen durch den Netzdruck PE. Durch diese Differenzkraft ändert sich die Formel 3 zu:
_ APSt-AM+ 2Fr +AFf +AFmv = A PE(A3 — Aó) A~ 0,69 (Am — A3) + Aö
Mit APE = 3 bar (Schalthysterese des Kompressors) folgt: APa=0,03 bar.
Nochmals ein Wort zum Druckteiler:
Die Formeln (1) und (2) zeigen einen weiteren grossen Vorteil des Druckteilers. Dank dem ist es möglich, praktisch den gleichen Ausgangsdruck PA im Ausgang 2 zu erhalten, wie am Eingang 1 minimal (PE min) vorhanden ist, und zwar deshalb, weil man mit einem beliebigen Steuerdruck (Pst< Pe min) einen beliebigen Ausgangsdruck (maximal PE mjn) erreichen kann. Ohne Druckteiler ist das nicht möglich.
Beim Regler ohne Druckteiler gilt PR gleich PA und Pst max gleich PE min- In diesem Falle ist aber eine gute Regelung des Steuerdruckes unmöglich.
Eingesetzt in Formel (1) folgt PA max = 4,75 bar, wenn Pe min = 5 bar. Bei 5 bar Eingangsdruck ist somit am Ausgang
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Signale zuzuführen, um das Verhältnis von Massegut zu Gas in der Ausgangsleitung 55 in vorprogrammierter Weise zu ändern.
Somit ist es durch Verwendung von erfindungsgemässen Druckreglern 100 möglich, mit kleinstem Aufwand an erforderlichen Geräten die pneumatische Förderung vollständig zu automatisieren und unter Vermeidung von unnötiger Abgabe an Massegut das Förderverfahren zu optimieren. 2 ein Maximaldruck von 4,75 bar erreichbar, der allerdings überhaupt nicht genau geregelt werden kann (maximal in den Grenzen ± 0,25 bar).
Die Vorteile des Druckteilers:
- zu jedem beliebigen Strom am Proportionalmagnet 42 kann mit der verstellbaren Drossel 19 ein gewählter Ausgangsdruck im Ausgang 2 eingestellt werden,
- alle Fabrikationstoleranzen (Drosseln, Abstände usw.) und die Abweichungen der Magnetkennlinie (Strom-Kraft) können ausgeglichen werden
- kein Manometer am Ausgang 2 erforderlich, da zu jedem Strom ein bestimmter Ausgangsdruck gehört,
- es wird am Reglerausgang 2 nahezu der gleiche Druck erreicht, wie am Eingang 1 vorhanden ist.
Fig. 3 zeigt schematisch eine zweifache Anwendung des Druckreglers 100 in einer pneumatischen Fördereinrichtung. Diese enthält ein Fördergerät 51, an das eine Zuleitung 52 für pulverförmiges bis körniges Massegut angeschlossen ist. Dieses besteht in der bevorzugten Anwendung aus Farbteilchen, die zum Beschichten von Gegenständen 70 im Sprühverfahren verwendet werden. Für den Transport des Massegutes der Zuleitung 52 ist an das Fördergerät 51 eine Zuleitung 53 für Treibgas, normalerweise Luft, angeschlossen. Das Einschalten und Regeln des Treibgases in der Leitung 53 erfolgt durch einen in ihr angeordneten Druckregler 100. Das Mengenverhältnis von Massegut und Gas wird durch Steuergas bestimmt, normalerweise Luft, die über eine Zuleitung 54, in der sich ebenfalls ein Druckregler 100 befindet, dem Fördergerät 51 zugeführt wird. Das Fördergerät 51 arbeitet in an sich bekannter Weise nach dem Venturirohr- oder Diffusor-5 Prinzip. Vom Fördergerät 51 gelangt das Massegut-Gas-Gemisch über eine Ausgangsleitung 55 zu einer vorzugsweise elektrostatischen Sprühpistole 56.
Der Elektromagnet 42 des Druckreglers 100, der in der Treibgasleitung 53 angeordnet ist, erhält von einem Pro-10 grammgeber 57 jeweils einen bestimmten von mehreren möglichen Sollwerten. Diese Sollwerte beinhalten auch einen Wert, durch welchen der Druckregler 100 die Treibgaszufuhr in der Zuleitung 53 völlig unterbindet. Dadurch ist es möglich, die Gemischabgabe an der Sprühpistole 56 zwischen den 15 einzelnen zu beschichtenden Gegenständen 70 zu unterbrechen und/oder die Gegenstände an verschiedenen Stellen verschieden lang vollautomatisch zu besprühen. Zwischen dem Programmgeber 57 und dem Druckregler 100 der Treibgasleitung 53 befindet sich eine Koordinationsschaltung 59 20 zur Bestimmung, ob diesem Druckregler 100 ein Signal vom Programmgeber 57 oder einer Messeinrichtung 58 zugeleitet werden soll.
Diese Messeinrichtung 58 befindet sich in der Ausgangsleitung 55 zur Ermittlung der im Gemischstrom enthaltenen 25 Gemischanteile. In Abhängigkeit davon gibt die Messeinrichtung 58 ein entsprechendes Signal an den Elektromagneten 42 des in der Treibgasleitung 53 und/oder des in der Steuergasleitung 54 angeordneten Druckreglers 100. Dadurch ergibt sich eine automatische Regelung zur Konstanthaltung des 30 gewünschten Gas-Massegut-Verhältnisses. Ferner ist es möglich, ohne oder mit der Messeinrichtung 58, letzteres über eine weitere Koordinationsschaltung 59, dem Elektromagneten 42 des in der Steuergasleitung 54 angeordneten Druckreglers 100 von einer Einrichtung 60 vorprogrammierte
G
2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

643 377 PATENTANSPRÜCHE
1. Druckregler für gasförmiges und flüssiges Strömungsmittel, mit einem zwischen einem Eingang und einem Ausgang für das Strömungsmittel angeordneten Hauptventil, dessen Ventilkörper den Ventilsitz je nach Regelzustand ver-schliesst oder verschieden weit öffnet, mit einem Steuerdruckraum, dessen Druck auf den Hauptventilkörper wirkt und der einerseits über eine Drossel mit dem Eingang und andererseits über ein Steuerventil mit einem Entlüftungsraum verbunden ist, mit einem Sollwertgeber, in Abhängigkeit von dessen Einstellung der Ventilkörper des Steuerventils mit einer bestimmten Kraft entgegen dem im Steuerdruckraum herrschenden Druck mehr oder weniger stark in Schliessrich-tung gedrängt wird, und mit einer Einrichtung zur Erfassung und Rückführung des am Ausgang vorhandenen Ist-Wertes, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückführdruckraum (10) vorgesehen ist, dessen Druck entgegen dem im Steuerdruckraum (22) vorhandenen Druck auf den Hauptventilkörper (5) wirkt, und der einerseits über eine weitere Drossel (17) mit dem Ausgang (2) und andererseits über eine verstellbare dritte Drossel (19) mit einem Entlüftungsraum verbunden ist.
2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Hauptventilkörper (5) gegen den Ventilsitz (4) in Schliessrichtung drängende Feder (6) vorgesehen ist.
3. Druckregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdruckraum (22) und der Rückführdruckraum (10) durch eine Membran (11) voneinander getrennt sind und die Membran (11) durch den Rückführdruckraum (10) hindurch mit dem Hauptventilkörper (5) in Verbindung steht.
4. Druckregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Druck des Steuerdruckraumes (22) beaufschlagte, für eine Ventilverstellung wirksame Querschnitt des Steuerventilkörpers (39) kleiner ist als der von diesem Druck beaufschlagte wirksame Querschnitt der Membran (11).
5. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptventilkörper (5) mit einem Kolben (9) versehen ist, der in einem Zylinder (3) zwischen dem Eingang (1) und dem Rückführdruckraum (10) geführt ist.
6. Druckregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Druck des Eingangs (1) beaufschlagbare, für eine Ventilkörperverstellung wirksame Querschnitt des Kolbens (9) grösser ist als der vom Eingangsdruck beaufschlagbare wirksame Querschnitt des Ventilverschlusselements (7) des Hauptventilkörpers (5).
7. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der den Eingang (1) mit dem Steuerdruckraum (22) verbindenden Leitung (21) zwischen dem Eingang (1) und der Drossel (23) dieser Leitung ein Steuervordruckregler (24 bis 30) zur Vorregelung des Steuerdruckes angeordnet ist.
8. Druckregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuervordruckregler (24 bis 30) einen Ventilkörper (24) aufweist, der durch den stromabwärtigen Strömungsmitteldruck gegen einen Ventilsitz (26) in Schliessrichtung drängbar ist, und der von der stromaufwärtigen Seite her dem Druck einer Feder ausgesetzt ist, die ihn in Öffnungsrichtung drängt.
9 in einer Treibgasleitung, die an ein nach dem Diffusorprin-zip arbeitendes pneumatisches Massegut-Fördergerät angeschlossen ist, das ausser dem Treibgas-Eingang noch einen Eingang für das Massegut sowie einen Eingang für Steuergas und einen Ausgang für das Massegut-Gas-Gemisch hat.
9. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber (42) eine elektromagnetische Einrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der Grösse eines angelegten elektrischen Signals eine bestimmte Kraft auf den Steuerventilkörper (39) ausübt.
10. Pneumatische Fördereinrichtung mit regelbarer Förderleistung für pulverförmiges bis körniges Massegut, insbesondere zum Sprühbeschichten von Gegenständen, mit mindestens einem Druckregler gemäss einem der Ansprüche 1 bis
11. Fördereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuergasleitung (54) ein weiterer Druckregler (100) angeordnet ist.
12, dadurch gekennzeichnet, dass in der das Massegut-Gas-Gemisch führenden Ausgangsleitung (55) eine Einrichtung (58) angeordnet ist, die die Eigenschaften, z.B. Gemischanteile, dieses Gemisches feststellt und dem festgestellten Istwert entsprechende Signale dem Sollwertgeber (42) des Druckreglers (100) der Steuergasleitung (54) und/oder der Treibgasleitung (63) zuleitet.
14. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
12. Fördereinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber (42) des in der Treibgasleitung (53) angeordneten Druckreglers (100) mit einer Einrichtung (57) verbunden ist, die ihm Einstellsignale zuleitet.
13. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber (42) des in der Treibgasleitung (53) und/oder des in Steuergasleitung (54) angeordneten Druckreglers (100) mit einer Einrichtung (57,60) verbunden ist, die ihm vorprogrammierte Sollwerte zuführt.
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