DE1007532B - Druckmittelbetriebener Regler - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckmittelbetriebenen Regler für beliebige zu regelnde Größen, wie z. B. Druck, Temperatur usw. Vorzugsweise betrifft die Erfindung pneumatische Regler, bei denen der Ausströmungs- oder Einströmungsquerschnitt einer Düse durch mehr oder weniger starke Annäherung einer Prallplatte an die Düse verkleinert bzw. vergrößert wird.

Durch die Erfindung wird bezweckt, eine einfache und vorteilhafte Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe bei Reglern dieser Art der Proportionalbereich einstellbar verändert werden kann.

Bei einem proportional wirkenden Regler, einem sogenannten »P-Regler«, ist im Beharrungszustand jedem Wert der Regelgröße ein bestimmter Wert der Stellgröße zugeordnet. Die einstellbare Veränderung des Proportionalbereiches gemäß der Erfindung kommt jedoch auch für proportional-integral wirkende Regler, sogenannte »PI-Regler«, in Betracht, welche ebenso wie ein proportional wirkender Regler den Wert der Stellgröße proportional der Regelabweichung einstellen und zu diesem einen weiteren Wert addieren, der wie bei einem integral wirkenden Regler dem Zeitintegral der Regelabweichung entspricht. Weiterhin ist die Erfindung anwendbar bei proportional wirkenden Reglern mit Vorhalt, sogenannten »PD-Reglern«, sowie bei proportional-integral wirkenden Reglern mit Vorhalt, auch »PID-Regler« genannt.

Zwecks Veränderung des Proportionalbereiches bei solchen Reglern ist es bekannt, die Hebelübersetzung zwischen dem eigentlichen Kraftschalter und den Rückführmembranen veränderlich zu machen. Hierdurch ergeben sich aber komplizierte und störanfällige Konstruktionen.

Bei druckmittelbetriebenen Reglern mit Einlaßdrossel und Auslaßdrossel ist es ferner bekannt, zwischen den beiden Drosselstellen eine Steuerleitung für den Stellmotor und eine Rückführleitung für den Kraftschalter abzuzweigen. Hierbei kann der Kraftschalter von der einen der beiden Drosselstellen gebildet werden, während die andere Drosselstelle auf einen Festwert einstellbar ist.

Die Erfindung besteht darin, daß zwischen die Steuerleitung und die einstellbare Drosselstelle eine zusätzliche Drosselstelle eingeschaltet ist, so daß zwischen den Drosselstellen ein Druckraum gebildet wird, von dem die Rückführleitung abgezweigt ist.

Bei einem Regler mit Auslaßdüsensteuerung werden die beiden Drosseln unmittelbar vor der Auslaßdüse angeordnet, wobei der Druck vor der in Strömungsrichtung ersten Drosselstelle konstant gehalten wird. Praktisch wird zu diesem Zweck eine Anordnung gewählt, bei der die beiden Drosselstellen zwischen einem Einlaßraum, in den die Speiseluft mit kon-Druckmittelbetriebener Regler

Anmelder:

Samson Apparatebau -Aktien - Gesellschaft, Frankfurt/M., Schielestr. 11-13

Gerhard Klee, Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt worden

stantem Druck einströmt, und einem zu der veränderlichen Auslaßdüse führenden Auslaßraum liegen, an den die zum Stellmotor führende Steuerleitung an-

ao geschlossen ist.

Entsprechend werden bei einem Regler mit Einlaßdüsensteuerung die beiden Drosseln unmittelbar hinter der Einlaßdüse angeordnet, wobei der Druck hinter der in Strömungsrichtung letzten Drossel konstant

as gehalten wird. Die praktische Ausführung wird demgemäß zweckmäßig so gewählt, daß die beiden Drosseln zwischen einem Auslaßraum, der z. B. mit der Atmosphäre verbunden ist, und einem Einlaßraum angeordnet sind, in den die Speiseluft über die veränderliche Einlaßdüse eintritt und an den die zum Stellmotor führende Steuerleitung angeschlossen ist. In beiden Fällen wird der zwischen den beiden Drosseln liegende Mittelraum mit einer auf die Prallplatte wirkenden Rückführeinrichtung verbunden, die aus Rückführbälgen, Rückführmembranen od. dgl. besteht.

Nach einem Ausbildungsmerkmal der Erfindung sind beide Drosseln verstellbar, und zwar vorzugsweise gleichzeitig. Das veränderlich einstellbare Druckgefälle zwischen den beiden Drosseln kann auf diese Weise zur Einstellung des Proportionalbereiches verwendet werden, ohne daß komplizierte Getriebe, Hebelmechanismen od. dgl. erforderlich sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete Regeleinrichtung mit Auslaßdüsensteuerung; Fig. 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung mit Einlaßdüsensteuerung, und Fig. 3 veranschaulicht schematisch einen vollständigen Temperaturregler mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Einrichtung ein Gehäuse 1 mit einem Einlaßraum 2, einem Mittel-

709' 507/213

einer Grundplatte 17 sind vier Federbälge 18, 19, 20 und 21 symmetrisch zu beiden Seiten der waagebalkenartig um einen Drehpunkt 22 drehbar gelagerten Prallplatte 9 befestigt. Die oberen Enden der vier Federbälge wirken zu beiden Seiten des Waagebalkens 9 auf die Prallplatte, welche mit der Auslaßdüse 8 zusammenarbeitet, die mitsamt dem Gehäuse 1 gemäß Fig. 1 am linken Ende der Grundplatte 17 angeordnet ist.

Die Steuerleitung 12 führt zu dem Membran-Stellmotor 23 eines Ventils 24, welches die Strömung von Dampf in einer Leitung 25 steuert, die in Form einer Heizschlange 26 durch einen Wärmeaustauscher 27 führt. In den Wärmeaustauscher 27 führt ferner eine

raum 3 und einem Auslaß raum 4. In den Einlaß raum 2 strömt die Speiseluft durch eine Leitung 5 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles mit konstantem Druck ein.

Aus dem Einlaßraum 2 gelangt die Luft über eine erste Drossel 6 in den Mittelraum 3 und aus letzterem über eine zweite Drossel 7 in den Auslaßraum 4. An den Auslaß raum 4 ist eine Auslaßdüse 8 angeschlossen, deren Austrittsquerschnitt durch eine Prallplatte 9 veränderlich ist, welche in einem Punkt 10 drehbar gelagert und durch ein Meßwert-Übertragungsgestänge 11 gesteuert wird. An den Auslaßraum 4 ist ferner eine Steuerleitung 12 angeschlossen, die zu einem Stellmotor, z. B. der Betätigungsmembran eines

Ventils, führt. Die Durchtrittsquerschnitte der Drosseln 6 und 7 sind mittels eines gemeinsamen, kugel- 15 Kaltwasserleitung 28. Die Temperatur in dem Wärmeförmigen Körpers 13 einstellbar veränderlich, dessen austauscher 27 soll konstant bleiben. Sie wird durch Verstellung durch eine Gewindespindel 14 erfolgt, einen Temperaturfühler 29 auf einen pneumatischen welche mit einem gerändelten Kopf 15 versehen ist. Meßwertwandler 30 übertragen, in den durch eine Der Mittelraum 3 ist ferner durch eine Leitung 16 Leitung 31 Speiseluft eintritt. Jedem Ausgangsdruck mit einer Rückführeinrichtung verbunden, welche im 20 des Meßwertwandlers entspricht eine bestimmte nachstehenden an Hand der Fig. 3 näher erläutert ist. Temperatur. Der Meßdruck wird durch eine Leitung

Der Druck in dem Auslaßraum 4 hängt im wesentlichen von drei Faktoren ab, nämlich erstens von der Größe des Speiseluftdruckes im Einlaßraum 2, zweitens von der Summe der Widerstände der Drosseln 6 und 7 und drittens vom Widerstand bzw. Austrittsquerschnitt der Auslaßdüse 8. Da die Drosseln 6 und 7 für einen bestimmten Regelfall fest eingestellt werden und der Speisedruck konstant ist, hängt der Druck im Auslaßraum 4 nur noch von der Größe des Austrittsquerschnittes der Auslaßdüse 8 ab.

25

40

Der Druck in dem Mittelraum 3 hängt ab erstens von dem Druck im Einlaßraum 2, zweitens von dem Druck im Auslaßraum 3 und drittens vom Verhältnis der Widerstände der Drosseln 6 und 7. Da der Druck im Einlaß raum 2 konstant ist und die Widerstände der Drosseln 6 und 7 bei fester Einstellung der Kugel 13 ebenfalls konstant bleiben, ist der Druck in dem Mittelraum 3 nur noch eine Funktion des Druckes in dem Auslaß raum 4. Es wurde nun gefunden, daß diese Funktion linear oder jedenfalls nahezu linear ist, und zwar gilt für die Abhängigkeit die Formel

P = r · P 4- r · P

Hierbei ist P₁ der Druck im Raum 2 der Fig. 1, während P₂ der Druck im Raum 3 und P₃ der Druck im Raum 4 ist. Mit C₁ ist der Widerstand der Drosselstelle 6 und mit C₂ der Widerstand der Drosselstelle 7 bezeichnet. Durch Veränderung des Widerstandsver-32 in das Innere des Balges 20 übertragen und stellt den Istwert der Regelgröße dar. Der Sollwert wird dem entsprechenden Balg 19 über eine Leitung 33 von einem pneumatischen Druckferngeber 34 zugeleitet, welcher einen konstanten Druck entsprechend der Einstellung einer Rändelschraube 35 hält. Die Speiseluft wird dem Geber 34 durch eine Leitung 36 zugeführt.

Wenn der Istwert mit dem Sollwert nicht übereinstimmt, z. B. der Druck in dem Federbalg 20 ansteigt, so nähert sich die Prallplatte 9 der Auslaßdüse 8 und verursacht einen Druckanstieg in dem Auslaßraum 4. Mit diesem Druckanstieg ist aber je nach der Einstellung des Kugelkörpers 13 eine bestimmte proportionale Druckänderung in dem Mittelraum 3 verbunden. Dieser Druck aus dem Mittelraum 3 wird durch die Leitung 16 dem Federbalg 18 unmittelbar zugeführt, so daß sich die Prallplatte 9 der Auslaßdüse 8 nicht um den vollen, sondern nur um einen geringeren Betrag nähern kann. Welchen Wert dieser Betrag hat, hängt von der Einstellung des Kugelkörpers 13 ab. Weiterhin wird der Druck aus dem Mittelraum 11 durch eine Verlängerung der Leitung 16 über eine einstellbare Drossel 37 dem Federbalg 21 zugeführt, welcher auf der anderen Seite des Waagebalkens dem Federbalg 18 entgegenwirkt. In dem Maße und mit der Geschwindigkeit, mit der sich der Federbalg 21 mit dem gleichen Druck wie der Feder-

hältnisses der Drosselstellen 6 und 7 können die Kon- 50 balg 18 auffüllt, hebt sich die Wirkung dieser beiden

stanten C₁ und vor allem C₂ verändert

werden. Die

durch die Bewegung der Prallplatte 9 verursachten Druckschwankungen im Auslaßraum 4 werden proportional in dem Mittelraum 3 abgebildet, wobei aber der Abbildungsmaßstab von dem Verhältnis der Drosseln 6 und 7 abhängt.

Wenn beispielsweise der Kugelkörper 13 sehr weit nach oben geschraubt ist, so werden die Druckschwankungen im Raum 4 nur noch zu einem kleinen Bruchteil in dem Raum 3 wirksam. Diesen kleinen Druckschwankungen überlagert sich der konstante Vordruck in fast voller Höhe, weil der Widerstand der Drossel 6 in diesem Falle sehr gering ist. Wird dagegen der Kugelkörper 13 weit nach unten geschraubt, so werden die Druckschwankungen in dem Raum 4 in nahezu gleicher Größe auch in dem Raum 3 abgebildet, während die Überlagerung mit dem konstanten Vordruck nur sehr gering ist.

In Fig. 3 ist ein Temperaturregler veranschaulicht, Bälge auf den Waagebalken der Prallplatte 9 gegenseitig auf. Die Einstellung der Drossel 37 legt also fest, in welcher Zeit die Proportionalwirkung der Regeleinrichtung verschwinden soll. Mit der gleichen Geschwindigkeit, mit welcher der Druck in dem Federbalg 21 ansteigt, wächst auch der Druck in dem Auslaßraum 4 der Einrichtung auf die volle Höhe des Vordruckes. Die weitere Wirkungsweise der Einrichtung bezüglich der Einstellung des Stellmotors 23 und des Ventils 24 entspricht der bei solchen Reglern bekannten Funktion und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.

An Stelle der in Fig. 1 veranschaulichten Einrichtung mit Auslaßdüsensteuerung kann eine Einrichtung mit Einlaßdüsensteuerung verwendet werden, von welcher eine Ausführungsform in Fig. 2 beispielsweise gezeigt ist. Die Speiseluft tritt in diesem Falle durch eine Luftleitung 38 in das Innere eines Gehäuses 39 ein, in welchem eine Prallplatte 40 um einen Dreh-

der mit einer Einrichtung gemäß Fig. 1 arbeitet. Auf 70 punkt 41 schwenkbar gelagert und durch ein Meß-

glied 42 steuerbar ist. Die Prallplatte 40 verändert den Querschnitt einer Einlaßdüse 43, die in einen Einlaßraum 44 führt, an welchen die zum Stellmotor führende Steuerleitung 45 angeschlossen ist. Der Einlaßraum 44 ist über eine erste Drossel 46, welche in diesem Falle als nicht einstellbare Festdrossel ausgebildet ist, mit einem Mittelraum 47 verbunden, an den eine zu den Rückführbälgen führende Leitung 48 angeschlossen ist, die der Leitung 16 in Fig. 1 und 3 entspricht. Der Mittelraum 47 steht über eine zweite Drossel 49 mit einem Auslaßraum 50 in Verbindung, der durch eine öffnung 51 ins Freie führt. Die Einstellung der Drossel 49 erfolgt mit Hilfe eines Kegels 52, der mittels einer Spindel 53 durch Drehung an dem Rändelkopf 54 hoch- und niederschraubbar ist. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung entspricht derjenigen gemäß Fig. 1 und 3.

An Stelle der Federbälge 19 und 20 kann unmittelbar ein Meßwerk angeordnet werden, wobei z. B. der Balg

19 durch eine einstellbare Feder ersetzt und der Balg

20 unmittelbar von einem zu regelnden Druck beaufschlagt wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetriebener Regler mit Einlaßdrossel und Auslaßdrossel, zwischen beiden Drosselstellen abgezweigter Steuerleitung für den Stellmotor und einer Rückführ leitung für den Kraftschalter, der von der einen der beiden Drosselstellen gebildet wird, während die andere Drosselstelle auf einen Festwert einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Steuerleitung (12, 45) und die einstellbare Drosselstelle (6, 49) eine zusätzliche Drosselstelle (7, 46) eingeschaltet ist, so daß zwischen den Drosselstellen ein Druckraum gebildet wird, von dem die Rückführleitung (16, 48) abgezweigt ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosselstellen (6, 7) unmittelbar vor der Auslaßdüse (8) angeordnet sind, wobei der Druck vor der in Strömungsrichtung ersten Drosselstelle (6) konstant gehalten wird (Fig. 1).

3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosselstellen (49, 46) unmittelbar hinter der Einlaßdüse (43) angeordnet sind, wobei der Druck hinter der in Strömungsrichtung letzten Drosselstelle (49) konstant gehalten wird (Fig. 2).

4. Regler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drosselstellen (6, 7), vorzugsweise gleichzeitig, verstellbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung S 17392 IXb/42r;
deutsche Patentschrift Nr. 880 224;
E. W. F. FeIler, Instrument and Control Manual for Operating Engineers, New York and London (Mc Graw Hill) 1947, S. 218, Fig. 9 bis 30.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©709 507/213 4.57