DE1012790B

DE1012790B - Vorrichtung zur schnellen elektromagnetischen Betaetigung von Schiebern und Ventilen

Info

Publication number: DE1012790B
Application number: DED21974A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Koeth; Willi Hartmann
Original assignee: Deutsche Bundesbank
Current assignee: Deutsche Bundesbank
Priority date: 1955-12-22
Filing date: 1955-12-22
Publication date: 1957-07-25

Description

Bei den Einrichtungen zur Betätigung von Schiebern und Ventilen, die zur Regelung verschiedener Durchflußmengen oder zur Einstellung gewünschter Drücke des zu regelnden Mediums dienen, unterscheidet man zeitabhängige und kommandoabhängige Steuerungen. Während bei einer rein zeitabhängigen Impulsgabe keine unbedingte Zwangsabhängigkeit zwischen dem Kommandowert und der Regelgröße besteht, betätigt bei den kommandoabhängigen Steuerungen die Größe des Kommandowertes so lange bzw. so weit direkt oder indirekt die Steuereinrichtungen, bis über ein geeignetes Überwachungssystem die Ausführung des Befehles gemeldet und eine weitere Nachregelung unterbunden wird.

Die gebräuchlichste Überwachung besteht in der Rückmeldung der Ventilstellung bzw. des zurückgelegten Weges des regelnden Verschluß Stückes, so daß jeder Ventilstellung eine bestimmte Durchflußmenge bzw. ein bestimmter Druck des Mediums zugeordnet werden kann. Die Mengen- bzw. Drucksteuerung ist damit auf eine Wegesteuerung zurückgeführt.

Während einfache Elektromagneten als Stellglieder die Ventile lediglich ganz zu öffnen oder ganz zu schließen vermögen, lassen sich mit einer der Hubkraft des Magneten entgegenwirkenden Feder auch Zwischenstellungen erreichen; dabei steht die Federkraft im Gleichgewicht mit der Anzugskraft des Magneten, die durch Regelung der Erregerfeldstärke über den Spulenstrom mittels eines Regelwiderstandes eingestellt werden kann.

Ein anderes, nach dem heutigen Stand der Technik vielfach angewendetes Verfahren benutzt als Stellorgan einen sogenannten Mehrstellungsmagneten, der beim Schalten mit einem konstanten Strom erregt wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Magnetankers ist durch eine Luft- oder öldämpfung so verzögert, daß nach Zurücklegen eines bestimmten Stellweges eine mechanische Verriegelung eine weitere Bewegung verhindert und das mit dem Anker gekuppelte Ventil in dieser Stellung festhält.

Diese Verfahren stoßen jedoch auf Schwierigkeiten, wenn größere Leistungen geregelt werden sollen, insbesondere höhere Drücke bei großen Ventilquerschnitten und dazu noch großen Ventilhüben. Die Magneten besitzen dann nicht mehr die Kraft, das Ventil gegen den hohen auf dem Ventilteller lastenden Druck anzuheben. Diese Arbeit müssen zwischengeschaltete, kräftige Energiespender übernehmen, die ihrerseits durch eine verhältnismäßig kleine Steuerleistung geschaltet werden. Als bekannt sind hier zu nennen Schrittschaltwerke, elektrohydraulische Steuergeräte, Servosteuerungen und motorische Antriebe.

Alle diese Energiespender sind Zeit-Weg-proportionale Stellglieder, d. h. abgesehen von einer kurzen, Vorrichtung zur schnellen

elektromagnetischen Betätigung von

Schiebern und Ventilen

Anmelder:

Deutsche Bundesbahn, vertreten durch

das Bundesbahn-Zentralamt Minden,

Minden (Westf.), Weserglacis 2

Dr.-Ing. Wilhelm Köth, Osterath (Ndrh.),

und Willi Hartmann, Schwerte/Ruhr,

sind als Erfinder genannt worden

konstanten Anlaufzeit, wächst die Stellzeit proportional mit dem Stellweg. Man kann also die Kurve in Fig. 1 a außerhalb des gestrichelten Bereiches beschreiben durch eine Geradengleichung der Form

t = t₀ + tg a · I ax ⁼ ^o "■" t§ ^α ' 'm

Für viele Steuerungen ist es aber notwendig, bei Auslösung eines Rücklauf- oder Löseimpulses geöffnete Ventile schlagartig zu schließen bzw. aus jeder beliebigen Ventilstellung in nahezu konstanter Zeit in den drucklosen Zustand herunterzuregeln oder ähnliche Schaltvorgänge schlagartig vorzunehmen.

Die Erfindung beschreibt eine Einrichtung, die es gestattet, in der einen Richtung (z. B. Drucksteigerung) schrittweise, mit beliebigen Zeitintervallen zwischen den einzelnen Stufen, bestimmte, vorher festgelegte Ventilstellungen einzuregeln, in der umgekehrten Richtung (z. B. Druckminderung) aus jeder beliebigen Ventilstellung innerhalb kürzester, aber für viele Ausgangsstellungen nahezu konstanter Zeit die vorher betätigten Ventile oder Schieber vollkommen zu schließen bzw. zu öffnen.

Ordnet man η einzelne Antriebsmittel an und weist jedem Vw des Gesamtstellweges zu und richtet man es weiter so ein, daß alle η Antriebsmittel gleichzeitig ihren Weganteil zurücklegen können, so beträgt die

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Stellzeit für den Gesamtweg nach Fig. Ib nur noch

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe nach Fig. 2 durch Verwendung einer Kaskadenanordnung doppelseitiger Elektromagneten I₁ die sich mit seitlicher und vertikaler Führung längs einer Rollbahn 2 auf Kugeln oder Rollen 3 bewegen können. Die längs bewegliche Ankerstange 4 jedes einzelnen Magneten ist mit dem Gehäuse des Nachbarmagneten fest gekuppelt. Das Gehäuse des einen Endmagneten 5 ist in seiner Lage fixiert und mit der Rollbahn fest verbunden, während die Ankerstange des anderen Endmagneten 6 über die Wegesteuerung am zu betätigenden Schieber oder Ventil angreift. Die Anzahl der Magneten richtet sich nach der gewünschten Anzahl verschiedener Zwischenstufen, der Gesamthub aller Magneten nach dem erforderlichen Hub des Schiebers oder Ventils zwischen der absoluten Verschlußstellung und der größten Öffnung.

In der Grundstellung (beispielsweise Ventil oder Schieber geschlossen) sind z. B. alle Ankerstangen der Magneten herausgezogen, die ganze Magnetskala befindet sich in gestrecktem Zustand. Soll zur Einstellung einer gewünschten Stufe das Ventil um beispielsweise drei Magnethublängen geöffnet werden, so zieht durch einen kurzzeitigen Tastendruck ein Relais an, das nacheinander mit beliebig einstellbaren Zeitintervallen die unteren Spulen dreier Magneten an Spannung legt, deren Anker dann in die Magneten hineingezogen werden. Die Ankerstange des ersten Magneten bewegt den Ventilkegel um die Hublänge I₁, die Ankerstange des zweiten Magneten zieht das Gehäuse des ersten Magneten um die Hublänge I₂ zurück und die Ankerstange des dritten Magneten das Gehäuse des zweiten und mit diesem fest gekuppelten ersten Magneten um den Hub I₃ zurück, so daß das Verschlußstück des Ventils bzw. Schiebers einen Gesamtweg von Z₁-I-Z₂-I-I₃ macht.

Während dieses S teil Vorganges erhalten von allen übrigen Magneten, die nicht arbeiten sollen, die oberen Spulen Spannung, damit bei diesen der Anker in der Ruhelage festgehalten bleibt. Zum Einstellen der größten öffnung werden die unteren Spulen samtlicher Magneten erregt. Nach dem Anziehen genügt eine ganz geringe Haltespannung, um die Magneten in der befohlenen Stellung festzuhalten.

Zur Regelung in entgegengesetzter Richtung erhalten von so vielen Magneten die oberen Spulen Spannung, wie dem zurückzulegenden Ventilweg entspricht, während von allen übrigen Magneten die unteren Spulen erregt werden, um diese Anker im eingezogenen Zustand festzuhalten.

Soll dann schlagartig das Ventil geschlossen werden, so werden die oberen Spulen aller Magneten gleichzeitig erregt. Durch die gleichzeitige Zurücklegung der Einzelhübe aller Magneten ist die Gesamtreaktionszeit aus jeder beliebigen Ventilstellung nahezu konstant.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung von Schiebern oder Ventilen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere doppelseitige auf einer Rollbahn seitlich geführte Elektromagneten kaskadenartig miteinander verbunden sind, wobei die einzelnen Magneten je nach Bedarf entweder nacheinander und mit zeitlichem Abstand oder zur Klein- bzw. Konstanthaltung der Schaltzeit einige oder alle Magneten gleichzeitig arbeiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eingebaute elektrische Verzögerungen, um in der einen Steuerrichtung (z. B. zur Druckerhöhung) das Einlaufen auf die gewünschte Stellung nur allmählich und schrittweise mit beliebigen Zeitintervallen zwischen den einzelnen Zwischenstellungen vorzunehmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der nach Anspruch 2 entgegengesetzten Richtung (z. B. zur Druckminderung) die Schaltung ohne Verzögerung erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auslösung eines Rücklauf- oder Löseimpulses der nach Anspruch 2 oder 3 eingelaufene Stellweg von jeder beliebigen Stellung aus schlagartig zurückgeregelt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch zwischen- und/oder parallel geschaltete Zusatzmagneten zu beliebigen Steuerstufen, um ohne Vermehrung der Steuertasten beliebige Zwischenstellwege einzuregeln.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine elektrische Auswahlschaltung mittels Drucktasten oder Drehregler für Fernbedienung, durch die innerhalb der festgelegten Stufen jeder gewünschte Stellweg z. B. nach einer gewünschten Steuercharakteristik eingestellt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Schaltung, derart, daß im Falle einer Betriebsgefahr durch Druck einer Nottaste oder beim Durchbrennen der Hauptsicherung selbsttätig die Steuereinrichtung auf Null gefahren und damit die vorherige Einstellung der Schieber oder Ventile rückgängig gemacht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 552 942, 842 572;
schweizerische Patentschrift Nr. 151 019.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen