DE1013907B

DE1013907B - Pressure medium operated regulator with feedback

Info

Publication number: DE1013907B
Application number: DES36375A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Klee
Original assignee: Samson Apparatebau AG
Current assignee: Samson Apparatebau AG
Priority date: 1953-11-16
Filing date: 1953-11-16
Publication date: 1957-08-14

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckmittelbetriebenen Regler mit Rückführung durch eine Torsionsfeder, die zwischen dem Stellmotor und dem Meßwerk eingeschaltet ist.The invention relates to a pressure-medium operated regulator with feedback through a torsion spring, which is switched on between the servomotor and the measuring mechanism.

Es ist bereits ein Regler bekannt, dessen Meßwerk an einem Torsionsband gelagert ist, dessen Einspannstellen durch die Rückführung gedreht werden. Diese bekannte Rückführeinrichtung benötigt aber verhältnismäßig viel Platz, da die Unterbringung des Torsionsbandes im Innern des Reglergehäuses einen großen Gehäuseraum bedingt, dessen Herstellung einen entsprechenden Aufwand erfordert. Das Meßwerk kann hierbei auch praktisch nur in einer bestimmten Stellung angeordnet werden, da es an den oben und unten an ihm angreifenden Spannbändern aufgehängt werden muß. Die Rückführungskräfte sind bei Verwendung eines solchen Torsionsbandes auch nur verhältnismäßig gering.A regulator is already known, the measuring mechanism of which is mounted on a torsion band, the clamping points of which be rotated by the return. However, this known return device is relatively necessary plenty of space, as the torsion band is housed inside the controller housing Requires a large housing space, the production of which requires a corresponding effort. The measuring mechanism can also practically only be arranged in a certain position, since it is at the top and must be hung down on him attacking straps. The return forces are in use such a torsion band is only relatively small.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die Torsionsfeder aus einem Torsionsstab besteht, der in (oder an) dem Meßwerkgehäuse gelagert und an seinen beiden Enden mit je einem Hebelarm versehen ist, von denen der eine an dem mit dem Stellmotor zusammengebauten Druckmeßwerk angreift, während der andere Hebelarm mit dem Stellmotor verbunden ist.In contrast, the invention consists in that the torsion spring consists of a torsion bar which is in (or on) the measuring mechanism housing and is provided with a lever arm at both ends, one of which attacks the pressure measuring mechanism assembled with the servomotor, while the other lever arm is connected to the servomotor.

Durch die Verwendung eines solchen Torsionsstabes wird eine außerordentlich einfache, gedrängte und praktisch nur wenige Konstruktionsteile enthaltende Ausbildung eines Reglers mit Rückführung ermöglicht. Die Frage des Platzbedarfes spielt eine für die praktische Brauchbarkeit des Gerätes oft ausschlaggebende Rolle, wenn der Regler nachträglich an schon vorhandene Einrichtungen, wie Ventilen, auf kleinstem Raum angebaut werden muß.The use of such a torsion bar makes an extremely simple, compact one and practically only a few structural parts containing training of a regulator with feedback enables. The question of space requirements is often decisive for the practical usability of the device Role if the controller is retrofitted to already existing devices, such as valves must be grown in the smallest of spaces.

Die Verwendung eines Torsionsstabes erlaubt ferner die Anordnung besonders einfacher Mittel zur Einstellung des Reglers. Zu diesem Zweck kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der bewegliche Teil des Stellmotors oder des Stellgliedes eine quer zur Hubrichtung liegende Leiste tragen, der eine an dem Hebelarm des Torsionsstabes längs verschraubbare Rolle od. dgl. anliegt.The use of a torsion bar also allows the arrangement of particularly simple means for adjustment of the controller. For this purpose, according to an advantageous embodiment of the invention, the Movable part of the servomotor or the actuator carry a bar lying transversely to the stroke direction, the a roller or the like that can be screwed longitudinally on the lever arm of the torsion bar is applied.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung durch eine Gegenüberstellung mit einem bekannten Regler beispielsweise veranschaulicht.The invention is illustrated below with reference to the drawing by a comparison with a well-known controller exemplified.

Fig. 1 zeigt schematisch einen druckmittelbetriebenen Regler bekannter Art mit einer Schraubenfeder zur Rückführung der Bewegung eines als Stellmotor dienenden Membran-Ventils auf das Meß werk;Fig. 1 shows schematically a pressure-medium-operated regulator of known type with a helical spring to return the movement of a membrane valve serving as a servomotor to the measuring mechanism;

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt schematisch einen Regler gemäß der Erfindung mit einem Torsionsstab;2 shows, in longitudinal section, schematically a regulator according to the invention with a torsion bar;

Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 2, undFig. 3 shows a schematic cross section along the line AB of Fig. 2, and

Druckmittelbetriebener Regler
mit RückführungPressure fluid operated regulator
with repatriation

Anmelder:Applicant:

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

Gerhard Klee, Frankfurt/M.-Ginnheim,
ist als Erfinder genannt wordenGerhard Klee, Frankfurt / M.-Ginnheim,
has been named as the inventor

Fig. 4 zeigt in abgebrochener Seitenansicht den Angriff des Stellgliedes an dem Hebelarm des Torsionsstabes gemäß Fig. 2.Fig. 4 shows a broken side view of the engagement of the actuator on the lever arm of the torsion bar according to FIG. 2.

Der prinzipielle Aufbau eines Reglers mit sogenannter Kraftrückführung ist aus Fig. 1 ersichtlich. Das Meßwerk besteht aus einem Federbalg 1, in dessen Innenraum 2 die Regelgröße als Luftdruck durch eine Meßleitung 3 zugeführt wird. Der bewegliche Boden 4 des Federbalges 1 ist mit einem Hebelarm 5 verbunden, der im Punkt 6 möglichst reibungsarm gelagert ist.The basic structure of a controller with so-called force feedback can be seen from FIG. 1. The measuring mechanism consists of a bellows 1, in the interior 2 of which the controlled variable is supplied as air pressure through a measuring line 3. The movable bottom 4 of the bellows 1 is connected to a lever arm 5, which is mounted at point 6 with as little friction as possible.

Das Meßglied 1,4 steuert über den Hebelarm 5 einen pneumatischen Kraftschalter, dessen Auslaßdüse 7 über dem Hebelarm 5 mündet und durch diesen nach den dem Meßwerk zugeführten Druckwerten gesteuert wird. Als Hilfskraft dient Druckluft, die dem Kraftschalter in konstanter Höhe durch eine Leitung 8 über eine Vordrossel 9 zugeführt wird. Vom Kraft-Schalter führt eine Steuerleitung 10 zu einem pneumatischen Stellmotor, der in an sich beliebiger Weise mit einem Kolben, einem Federbalg, einer Membran od. dgl. arbeiten und ein beliebiges, zu regelndes Organ betätigen kann.The measuring element 1, 4 controls a pneumatic power switch, its outlet nozzle, via the lever arm 5 7 opens out above the lever arm 5 and is controlled by this according to the pressure values supplied to the measuring mechanism will. Compressed air is used as an auxiliary force, which is fed to the power switch at a constant level through a line 8 is supplied via a choke 9. A control line 10 leads from the power switch to a pneumatic one Servomotor, which in itself any way with a piston, a bellows, a membrane or the like. Can operate and operate any organ to be regulated.

Beim Ausführungsbeispiel besteht der Stellmotor aus einer Membran 11, die in einem Gehäuse 12 angeordnet ist. Der Arbeitsraum 13 über der Membran 11 ist mit der Druckleitung 10 verbunden.In the exemplary embodiment, the servomotor consists of a membrane 11 which is arranged in a housing 12 is. The working space 13 above the membrane 11 is connected to the pressure line 10.

Der Stellmotor dient beispielsweise zur Betätigung eines Durchflußventils 14. Zu diesem Zweck ist der Membranteller 15 mit einer Ventilstange 16 verbunden, die den Ventilkegel 17 trägt, welcher mit einem Ventilsitz 18 zusammenarbeitet. 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 16 entgegen der Wirkung der Feder 19 nach unten bewegt, so daß der Ventilkegel 17 in seine Schließstellung gebracht oder letzterer genähert wird. Fällt dagegen der LuftdruckThe servomotor is used, for example, to operate a flow valve 14. For this purpose, the Diaphragm plate 15 connected to a valve rod 16 which carries the valve cone 17, which with a Valve seat 18 cooperates. The valve is opened by a valve spring 19, which against the Diaphragm plate 15 acts. If the air pressure rises in the space 13, the valve rod 16 is counter to the Action of the spring 19 moves downwards, so that the valve cone 17 is brought into its closed position or the latter is approached. On the other hand, if the air pressure falls

709 657/220709 657/220

in dem Raum 13, so bewegt sieh die Ventilstange 16 mit dem Ventilkegel 17 unter der Wirkung der Feder 19 nach oben, so daß das Ventil geöffnet wird.in the space 13, the valve rod 16 moves with the valve cone 17 under the action of the spring 19 upwards so that the valve is opened.

Die Ventilstange 16 ist durch ein Zwischenglied 20 mit einem im Drehpunkt 21 drehbar gelagerten Hebelarm 22 gekuppelt. Die Enden der Hebelarme 5 und 22 sind durch eine Schraubenfeder 23 miteinander verbunden. The valve rod 16 is supported by an intermediate member 20 with a lever arm rotatably mounted in the pivot point 21 22 coupled. The ends of the lever arms 5 and 22 are connected to one another by a coil spring 23.

Wenn der Druck in dem Innenraum 2 des Meßwerks 1 steigt, so nähert sich der Hebel 5 der Auslaßdüse 7, wodurch der Luftdruck im Raum 13 des Stellmotors ansteigt. Die Membran 11 bewegt sich mit der Ventilstange 16 nach unten, wobei die Kupplungsfeder 23 gespannt wird, so daß sie der Kraft des Federbalges I₁ 4 immer stärker entgegenwirkt. Wenn die von der Kupplungsfeder 23 ausgeübte Kraft nahezu gleich der übersetzten Kraft des Federbalges I₁ 4 ist, beginnt der Hebel 5 sich von der Auslaßdüse 7 abzuheben. Dadurch sinkt der Druck in der Leitung 10 des Kraftschalters und damit in dem Raum 13 des Stellmotors auf einen solchen Wert, welcher notwendig ist, um die Kraft der Kupplungsfeder 23 gerade gegen die Kraft des Federbalges I₁ 4 auszuwiegen.When the pressure in the interior 2 of the measuring mechanism 1 rises, the lever 5 approaches the outlet nozzle 7, whereby the air pressure in the space 13 of the servomotor rises. The membrane 11 moves with the valve rod 16 downwards, the clutch spring 23 being tensioned so that it counteracts the force of the bellows I ₁ 4 more and more. When the force exerted by the clutch spring 23 is nearly equal to the translated force of the bellows I ₁ 4, the lever 5 starts to lift from the outlet nozzle. 7 As a result, the pressure in the line 10 of the power switch and thus in the space 13 of the servomotor drops to a value which is necessary to balance the force of the clutch spring 23 against the force of the bellows I ₁ 4.

Wenn beispielsweise der Druck in dem Federbalg I₁ 4 konstant bleibt, aber eine Störkraft, z. B. in Form eines steigenden Druckes, auf dem Ventilkegel 17 des Ventils 14 auftritt, so möchte sich der Ventilkegel 17 mit der Ventilstange 16 nach oben bewegen. Durch diese Aufwärtsbewegung wird aber die Kupplungsfeder 23 etwas entspannt, so daß die Auslaßdüse 7 des Kraftschalters wieder geschlossen wird. Dadurch erhöht sich der Druck in dem Arbeitsraum 13 des Stellmotors so lange, bis die Kraft der Kupplungsfeder 23 wieder der Kraft des Federbalges 1, 4 entspricht. Das Membranventil hat daher, obgleich der Gegendruck. auf den Ventilkegel 17 gewechselt hat, praktisch keine Bewegung gemacht, so daß die Störkraft ohne Einfluß geblieben ist. Tatsächlich wird sich also die Stellung des Membranventils nur dann verändern, wenn sich der Befehlsdruck im Innenraum 2 des Federbalges I₁ 4 verändert. Durch eine Veränderung der Länge der Hebelarme 5 oder 22 bzw. der Hebellagerpunkte 6 oder 21 kann eingestellt werden, daß eine bestimmte Änderung des Meßdruckes in dem Raum 2 des Federbalges I₁ 4 eine kleinere oder größere Ventilbewegung verursacht oder daß ein z. B. steigender Druck eine Schließung oder öffnung des Ventils herbeiführt.For example, if the pressure in the bellows I ₁ 4 remains constant, but a disturbing force, z. B. in the form of an increasing pressure, occurs on the valve cone 17 of the valve 14, the valve cone 17 would like to move with the valve rod 16 upwards. This upward movement, however, relaxes the clutch spring 23 somewhat, so that the outlet nozzle 7 of the power switch is closed again. As a result, the pressure in the working chamber 13 of the servomotor increases until the force of the clutch spring 23 again corresponds to the force of the bellows 1, 4. The diaphragm valve therefore has, although the back pressure. has changed to the valve cone 17, made practically no movement, so that the disturbing force has remained without influence. In fact, the position of the diaphragm valve will only change when the command pressure in the interior space 2 of the bellows I ₁ 4 changes. By changing the length of the lever arms 5 or 22 or the lever bearing points 6 or 21 can be set that a certain change in the measurement pressure in the space 2 of the bellows I ₁ 4 causes a smaller or larger valve movement or that a z. B. increasing pressure brings about a closure or opening of the valve.

Der nachteilige große Raumbedarf für die Schraubenfeder 23 als Kupplungsorgan ist aus Fig. 1 erkennbar. Der Nachteil wird vermieden, indem man an Stelle der Schraubenfeder einen Torsionsstab zur Rückführung der Stellung des Stellmotors auf das Meßwerk verwendet. DieFig. 2 bis 4 veranschaulichen eine solche Einrichtung, wobei der nicht näher dargestellte Stellmotor und das Ventil im wesentlichen entsprechend Fig. 1 ausgebildet sind.The disadvantageous large space requirement for the helical spring 23 as a coupling member can be seen from FIG. The disadvantage is avoided by using a torsion bar instead of the helical spring Used to return the position of the servomotor to the measuring mechanism. TheFig. 2-4 illustrate such a device, the servomotor and the valve, not shown in detail, essentially are designed according to FIG.

Von dem Ventil ist lediglich die Ventilstange 24 in Fig. 2 und 4 dargestellt, die der Ventilstange 16 der Fig. 1 entspricht. Die Ventilstange 24 kann sich gemaß Fig. 2 senkrecht zur Zeichenebene auf- und abwärts bewegen. Das Meßwerk besteht ähnlich Fig. 1 aus einem Federbalg 25 mit einem Balgboden 26 (Fig. 3). Dem Innenraum 27 des Federbalges 25, 26 wird der wechselnde Meßdruck durch eine Leitung 28 zugeführt. Das Meßwerk ist in einem Gehäuse 29 untergebracht, in welches die Auslaß düse 30 des Kraftschalters ragt. Diesem wird ein konstanter Luftdruck durch eine Leitung 31 über eine Vordrossel 32 zugeführt. Die Druckleitung 33 des Kraftschalters führt entsprechend der Druckleitung 10 der Fig. 1 in den Arbeitsraum der Stellmembran.Of the valve, only the valve rod 24 is shown in FIGS. 2 and 4, that of the valve rod 16 of the Fig. 1 corresponds. According to FIG. 2, the valve rod 24 can move up and down perpendicular to the plane of the drawing move. Similar to FIG. 1, the measuring mechanism consists of a bellows 25 with a bellows base 26 (Fig. 3). The changing measuring pressure is transmitted to the interior space 27 of the bellows 25, 26 through a line 28 fed. The measuring mechanism is housed in a housing 29, in which the outlet nozzle 30 of the power switch protrudes. A constant air pressure is fed to this through a line 31 via a throttle 32. The pressure line 33 of the power switch leads in accordance with the pressure line 10 of FIG Working space of the operating diaphragm.

In einem Rohransatz 34 des Meßwerkgehäuses 29 (Fig. 2) ist ein Torsionsstab 35 angeordnet. Der Torsionsstab 35 ist mit seinem gehäuseseitigen 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.A torsion bar 35 is arranged in a pipe socket 34 of the measuring mechanism housing 29 (FIG. 2). The torsion bar 35 is mounted with its housing-side end in a low-friction bearing 36 as possible, which can expediently be designed as a spring joint. The other end of the torsion bar 35 is in attached to a clamping piece 37 which is rotatably mounted in the free end of the pipe socket 34.

Auf dem gehäuseseitigen Ende des Torsionsstabes 35 ist ein Hebelarm 38 befestigt, der im Mittelpunkt 39 des Federbalgbodens 26 festgelegt ist.On the housing-side end of the torsion bar 35, a lever arm 38 is attached, which is in the center 39 of the bellows base 26 is set.

Am anderen Ende des Torsionsstabes 35 ist an dem Spannstück 37 ein Hebelarm 40 mit Hilfe eines Gewindezapfens 41 und einer Mutter 42 derart befestigt, daß er nach Lösung der Mutter 42 gegenüber dem Einspannstück 37 verdreht und in verschiedenen Winkelstellungen wieder fixiert werden kann.At the other end of the torsion bar 35 is a lever arm 40 on the clamping piece 37 with the aid of a threaded pin 41 and a nut 42 so attached that he after loosening the nut 42 with respect to the clamping piece 37 can be rotated and fixed again in different angular positions.

An der Ventilstange 24 ist mit Hilfe einer SchelleOn the valve rod 24 is with the help of a clamp

43 od. dgl. eine Leiste, z. B. in Form eines Winkelstückes 44, befestigt. Das Winkelstück 44 überträgt die Kraft der Ventilfeder (19 in Fig. 1) auf eine Rolle 45, die auf einem Gewindenippel 46 gelagert ist. Der Nippel 46 mit der Rolle 45 ist in einem Längsschlitz 47 des Hebelarmes 40 längs verschiebbar und mittels einer Mutter 48 im gewünschten Abstand von der Achse des Torsionsstabes 35 feststellbar.43 or the like. A bar, e.g. B. in the form of an elbow 44 attached. The elbow 44 transmits the force of the valve spring (19 in FIG. 1) on a roller 45 which is mounted on a threaded nipple 46. Of the Nipple 46 with the roller 45 is longitudinally displaceable in a longitudinal slot 47 of the lever arm 40 and by means of a nut 48 at the desired distance from the axis of the torsion bar 35 can be determined.

Wenn in dem Balginnenraum 27 des Federbalges 25, 26 der Befehlsdruck ansteigt, so bewegt sich der Balgboden 26 in Fig. 3 nach oben bzw. in Fig. 2 aus der Zeichenebene nach oben heraus, wodurch sich der Hebelarm 38 der Mündung der Auslaßdüse 30 des Kraftschalters nähert. Bewegt sich nun unter der Wirkung des steigenden Druckes in dem Stellmotor des Ventils (ähnlich Fig. 1) die Ventilstange 24 nach unten, so wird der Hebelarm 40 über das WinkelstückWhen the command pressure rises in the bellows interior 27 of the bellows 25, 26, the moves Bellows bottom 26 in Fig. 3 upwards or in Fig. 2 out of the plane of the drawing upwards, whereby the Lever arm 38 approaches the mouth of the outlet nozzle 30 of the power switch. Now moves under the Effect of the increasing pressure in the servomotor of the valve (similar to FIG. 1) the valve rod 24 after below, the lever arm 40 is over the elbow

44 und die Rolle 45 ebenfalls nach unten verdreht, wobei der Torsionsstab 35 gespannt wird. Die Drehkraft des Torsionsstabes 35 wird über den Hebelarm 38 auf den Meßwerkbalg 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 Federbalg 25, 26 gedrückt wird. Somit ist diese im Punkt 39 wirkende Kraft eine Abbildung der Stellung der Ventilstange 24. Auf diese Weise werden ähnlich, wie oben an Hand der Fig. 1 näher beschrieben, die auf das Stellglied 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 od. dgl.44 and the roller 45 also rotated downwards, the torsion bar 35 being tensioned. The torque of the torsion bar 35 is transmitted to the measuring device bellows 25, 26 via the lever arm 38. The position of the lever arm 40 thus determines the force with which the lever arm 38 at the point of application 39 is perpendicular is pressed down on the bellows 25, 26. This is the force acting at point 39 an illustration of the position of the valve rod 24. In this way, similar to the above with reference to the Fig. 1 described in more detail, the disruptive forces acting on the actuator of the servomotor switched off, such as z. B. the acting on the valve changing pressures of the medium flowing through the valve, on stuffing boxes occurring frictional forces or the like.

Durch eine Verschiebung der Rolle 45 auf dem Hebelarm 40 kann gleichen Druckdifferenzen im Meßwerkbalg 25, 26 eine kleinere oder größere Bewegung der Ventilstange 24 zugeordnet werden. Ferner kann durch einfache Verdrehung des Hebelarmes 40 gegenüber dem Einspannstück 37 festgelegt werden, ob der Beginn einer Ventilstangenbewegung beim Befehlsdruck von der Größe Null in dem Meßgliedbalg 25,26 oder bei irgendeinem anderen Druck liegen soll. Die einfache, raumsparende und geschützte Anordnung des Torsionsstabes 35 ist aus Fig. 2 bis 4 der Zeichnung erkennbar.By shifting the roller 45 on the lever arm 40, the same pressure differences can be achieved in the measuring device bellows 25, 26 a smaller or larger movement of the valve rod 24 can be assigned. Furthermore can be determined by simply rotating the lever arm 40 relative to the clamping piece 37, whether the Beginning of a valve rod movement at the command pressure of size zero in the measuring element bellows 25, 26 or any other pressure. The simple, space-saving and protected arrangement of the Torsion bar 35 can be seen from FIGS. 2 to 4 of the drawing.

Claims

Patent claims:

1. Pressure-medium operated regulator with feedback through a torsion spring, which between Servomotor and measuring mechanism is switched on, characterized in that the torsion spring is made of eifietn

Rod (35) is mounted in (or on) the measuring mechanism housing and is provided at both ends with a lever arm ( 38, 40), one of which engages the pressure measuring mechanism (25, 26) assembled with the servomotor, while the other lever arm (40) is connected to the servomotor.

2. Regulator according to claim 1, characterized in that the movable part of the servomotor (Or of the actuator 24) a transverse to the stroke direction bar (44) carries which one on the Lever arm (40) of the torsion bar (35) longitudinally displaceable roller (45) or the like.

3. Regulator according to one of claims 1 and 2, characterized in that one of the with the Torsion bar (35) connected lever arms, preferably the adjustable in its effective length Lever arm (40), rotatable about the axis of the torsion bar (35) and can be clamped thereon.

4. Regulator according to claim 3, characterized in that for clamping the rotatable Lever arm (40) the relevant end of the torsion bar (35) is provided with a clamping piece (37) is rotatable in a tube (34) receiving the torsion bar.

Considered publications:
German Patent Nos. 750 409, 699 069, 395;

German patent application S 19 072 IX / 42r.

1 sheet of drawings