DE102009023706A1

DE102009023706A1 - Pneumatic positioner with piezopneumatic valve unit

Info

Publication number: DE102009023706A1
Application number: DE102009023706A
Authority: DE
Inventors: Max Schrobenhauser; Marcus Grödl
Original assignee: Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Flow Control GmbH
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2010-12-16
Also published as: EP2258952A2; EP2258952A3; EP2258952B1

Abstract

Bei einem pneumatischen Stellungsregler (1) mit einem Arbeitsglied (3) und einer auf dieses wirkenden, zwei miteinander gekoppelte piezopneumatische Ventile (11, 12) umfassenden Ventileinheit (2) weist letztere einen Signaleingang (29) für ein elektrisches Steuersignal sowie einen an eine Druckgasversorgung anschließbaren Versorgungseingang (4), einen an das pneumatische Arbeitsglied (3) angeschlossenen Arbeitsausgang (5) und einen Entlüftungsausgang (6) für das Arbeitsmedium auf. Dabei weisen die Ventile (11, 12) jeweils ein Ventilgehäuse (31, 32) mit einem Aufnahmehohlraum (33, 34) und einen darin (31, 32) dichtend einsetzbaren funktionsspezifischen Ventileinsatz (13, 14) mit einer durchströmten Schalteinheit (15, 16) auf. Der Ventilsitz (40, 41) und der mit diesem zusammenwirkende Ventilkörper (21, 22) sind an der Schalteinheit (15, 16) vorgesehen. In dem Ventilgehäuse (31, 32) angeordnete Strömungskanäle (35, 36, 37) münden dergestalt in den zugeordneten Aufnahmehohlraum (33, 34), dass bei identischem Ventilgehäuse (31, 32) durch Austausch des Ventileinsatzes (13, 14) unterschiedliche Funktionscharakteristiken des betreffenden Ventils (11, 12) realisierbar sind.In a pneumatic positioner (1) with a working member (3) and acting on this, two coupled piezopneumatische valves (11, 12) comprehensive valve unit (2), the latter has a signal input (29) for an electrical control signal and a to a compressed gas supply connectable supply input (4), one connected to the pneumatic working member (3) working output (5) and a vent outlet (6) for the working medium. In this case, the valves (11, 12) each have a valve housing (31, 32) with a receiving cavity (33, 34) and a (31, 32) sealingly insertable function-specific valve insert (13, 14) with a flow-through switching unit (15, 16 ) on. The valve seat (40, 41) and the cooperating with this valve body (21, 22) are provided on the switching unit (15, 16). In the valve housing (31, 32) arranged flow channels (35, 36, 37) open in such a way in the associated receiving cavity (33, 34) that with identical valve housing (31, 32) by replacing the valve core (13, 14) different functional characteristics of the relevant valve (11, 12) can be realized.

Description

Die vorliegender Erfindung betrifft einen pneumatischen Stellungsregler mit einem pneumatischen Arbeitsglied und einer auf dieses wirkenden piezopneumatischen Ventileinheit, welche zwei miteinander pneumatisch gekoppelte piezopneumatische Ventile umfasst, wobei die Ventileinheit einen Signaleingang für ein elektrisches Steuersignal sowie einen an eine Druckgasversorgung anschließbaren Versorgungseingang, einen an das pneumatische Arbeitsglied angeschlossenen Arbeitsausgang und einen Entlüftungsausgang für das Arbeitsmedium (z. B. Luft) aufweist.The The present invention relates to a pneumatic positioner with a pneumatic working member and an acting on this Piezo-pneumatic valve unit, which two pneumatically with each other coupled piezopneumatic valves, wherein the valve unit a signal input for an electrical control signal as well a supply input connectable to a compressed gas supply, a working outlet connected to the pneumatic working member and a vent outlet for the working fluid (eg, air).

Solche Stellungsregler dienen in vorteilhafter Weise zur Verschiebung oder Verschwenkung eines mit dem Arbeitsglied verbundenen Stellglieds, um hierdurch z. B. eine Ventil- oder Klappenstellung zu regeln.Such Positioners are used advantageously for shifting or Pivoting of an actuator connected to the working member, to thereby z. B. to regulate a valve or flap position.

Gattungsgemäße Stellungsregler sind in der Regel so aufgebaut, dass das Arbeitsglied bei einem Ausfall der elektrischen (Hilfs-)Energie in eine ausgewählte Endlage verfahren wird, wobei die Endlage des Arbeitsglieds durch die konstruktiv vorgegebene strömungstechnische Verschaltung der Ventile und deren Aufbau definiert ist. Stellungsregler mit unterschiedlichem Fail-Safe-Verhalten sind daher insgesamt durch einen unterschiedlichen konstruktiven Aufbau gekennzeichnet. Dies erweist sich insbesondere dann als aufwendig bzw. problematisch, wenn in einem Produktsortiment mehrere Stellungsregler der eingangs genannten Art mit verschiedenem Fail-Safe-Verhalten angeboten werden sollen oder wenn das Fail-Safe-Verhalten eines bestimmten Stellungsreglers abgeändert werden soll.generic Positioners are usually constructed so that the working member in case of failure of the electrical (auxiliary) energy in a selected End position is moved, the end position of the working member by the structurally specified fluidic connection the valves and their structure is defined. Positioner with different fail-safe behavior are therefore altogether characterized a different structural design. This proves to be particularly cumbersome or problematic, if in a product range several positioners of the beginning mentioned type with different fail-safe behavior are offered or if the fail-safe behavior of a particular positioner to be changed.

Aus der EP 0 822 344 A2 ist ein gattungsgemäßer Stellungsregler der eingangs genannten Art mit zwei pneumatisch gekoppelten piezopneumatischen Ventilen bekannt, bei dem ein zusätzliches, den beiden piezopneumatischen Ventilen ausgangsseitig nachgeschaltetes und dem pneumatischen Arbeitsglied vorgeschaltetes Verblockventil vorgesehen ist, mit welchem im Sinne eines definierten Fail-Safe-Verhaltens die Arbeitskammer des Arbeitsgliedes bei Ausfall einer elektrischen Hilfsenergie verschlossen werden kann, so dass das Arbeitsglied in diesem Fall in seiner letzten Stellung verbleibt. Auch dieser Stellungsregler, der in nachteiliger Art auf ein zusätzliches Verblockventil angewiesen ist, erlaubt wiederum nur ein bestimmtes, vordefiniertes Fail-Safe-Verhalten des dargestellten Stellungsreglers.From the EP 0 822 344 A2 a generic positioner of the type mentioned above with two pneumatically coupled piezopneumatische valves is known in which an additional, the two piezopneumatischen valves downstream and downstream of the pneumatic working member Verblockventil is provided with which in the sense of a defined fail-safe behavior, the working chamber of the Working member can be closed in case of failure of an electrical power supply, so that the working member remains in this case in its last position. Again, this positioner, which relies disadvantageously on an additional Verblockventil, in turn, allows only a specific, predefined fail-safe behavior of the illustrated positioner.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stellungsregler der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass er auf möglichst einfache und kostengünstig Art und Weise an ein spezielles Fail-Safe-Verhalten anpassbar ist.In front In this context, it is the object of the present invention to develop a positioner of the type mentioned above in such a way that he is on as simple and inexpensive Way is adaptable to a special fail-safe behavior.

Diese Aufgabe wird bei einem pneumatischen Stellungsregler der eingangs genannten Art durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.These Task is at a pneumatic positioner of the beginning mentioned type solved by the combination of features of claim 1.

Dabei ist – neben den bereits eingangs genannten Merkmalen – erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ventile jeweils ein Ventilgehäuse und einen in einen Aufnahmehohlraum des betreffenden Ventilgehäuses dichtend einsetzbaren funktionsspezifischen Ventileinsatz mit einer durchströmten Schalteinheit aufweisen, wobei der Ventilsitz und der mit diesem zusammenwirkende, mittels eines Verstellantriebs verstellbare Ventilkörper an der Schalteinheit des Ventileinsatzes vorgesehen sind und wobei in dem Ventilgehäuse angeordnete Strömungskanäle dergestalt in den zugeordneten Aufnahmehohlraum münden, dass bei identischem Ventilgehäuse durch Austausch des Ventileinsatzes unterschiedliche Funktionscharakteristiken des betreffenden Ventils realisierbar sind.there is - in addition to the already mentioned features - provided according to the invention, that the valves each have a valve housing and a in a receiving cavity of the respective valve housing sealing usable function-specific valve insert with a flow-through Have switching unit, wherein the valve seat and with this cooperating, adjustable by means of an adjusting valve body are provided on the switching unit of the valve core and wherein arranged in the valve housing flow channels thus open into the associated receiving cavity, that with identical valve housing by replacing the Valve insert different functional characteristics of the valve in question are feasible.

Im erfindungsgemäßen Sinne ist unter unterschiedlichen Funktionscharakteristiken also insbesondere ein unterschiedliches Fail-Safe-Verhalten des betreffenden Ventils, z. B. im Sinne eines vordefinierten Schaltzustands des Ventils, der sich bei Ausfall der elektrischen Energie oder bei Druckabfall am Versorgungseingang des Stellungsreglers einstellt, zu verstehen.in the According to the invention is under different Functional characteristics so in particular a different one Fail-safe behavior of the valve concerned, z. B. in the sense of predefined switching state of the valve, which in case of failure the electrical energy or pressure drop at the supply input of the positioner stops to understand.

Zwei erfindungsgemäße pneumatische Stellungsregler mit verschiedenen Fail-Safe-Verhalten unterscheiden sich somit ausschließlich dadurch, dass wenigstens einer der Aufnahmehohlräume der beiden Ventilgehäuse des einen Stellungsreglers – gegenüber dem betreffenden Aufnahmehohlraum des anderen Stellungsreglers – mit einem unterschiedlichen funktionsspezifischen Ventileinsatz bestückt ist, was durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stellungsreglers erst ermöglicht wird.Two pneumatic positioner according to the invention with different fail-safe behavior thus differ only in that at least one of the receiving cavities of the two valve housing of a positioner - opposite the respective receiving cavity of the other positioner - with equipped with a different function-specific valve insert is what the inventive design the positioner is only possible.

Insoweit ist zur möglichst einfachen Erzielung des gewünschten Erfolges also von Bedeutung, dass die funktionsspezifischen Ventileinsätze derart in den Aufnahmehohlraum des betreffenden Ventils einsetzbar sind, dass sie jeweils durch einen anderen funktionsspezifischen Ventileinsatz austauschbar sind. Jeder Ventileinsatz weist dabei zumindest eine – den Ventilsitz und den Ventilkörper des jeweiligen Ventils umfassende bzw. beinhaltende – Schalteinheit auf, deren Strömungsanschlüsse bei bestimmungsgemäßer Montage in einem Aufnahmehohlraum des Ventilgehäuses mit in den Aufnahmehohlraum mündenden Strömungskanälen des Ventilgehäuses verbunden sind. Verschiedene funktionsspezifische Ventileinsätze sind daher vorteilhaft durch eine unterschiedliche Verschaltung von Strömungskanälen innerhalb der Schalteinheit bzw. eine unterschiedlichen Anordnung bzw. Lage von Ventilkörper und Ventilsitz gekennzeichnet. Ferner ist im Sinne der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die von jedem Ventilgehäuse ausgebildeten Aufnahmehohlräume, die darin mündenden Strömungskanäle sowie verschiedene funktionsspezifische Ventileinsätze derart aneinander angepasst sind, dass zur Erzielung einer unterschiedlichen Funktionscharak teristik des betreffenden Ventils in jedem Aufnahmehohlraum verschiedene funktionsspezifische Ventileinsätze dichtend aufgenommen werden können.In that regard, for the simplest possible achievement of the desired success so important that the function-specific valve inserts are used in such a way in the receiving cavity of the valve in question that they are each interchangeable with another function-specific valve core. Every Ven Tileinsatz has at least one - the valve seat and the valve body of the respective valve comprehensive or containing - switching unit, the flow connections are connected at the intended installation in a receiving cavity of the valve housing with opening into the receiving cavity flow channels of the valve housing. Different function-specific valve inserts are therefore advantageously characterized by a different interconnection of flow channels within the switching unit or a different arrangement or position of valve body and valve seat. Further, in the context of the present invention, it is provided that the receiving cavities formed by each valve housing, the flow channels opening out therein and various function-specific valve inserts are adapted to one another such that different function-specific valve inserts can be sealingly received in each receiving cavity to achieve a different functional characteristic of the valve in question ,

Die Ventilgehäuse beider Ventile sind zusammen mit den in ihren Aufnahmehohlraum mündenden Strömungskanälen bevorzugt insoweit identisch aufgebaut, dass ein funktionsspezifischer Ventileinsatz gleichermaßen in jedem der beiden Ventilgehäuse verwendbar ist. Die in beiden Ventilgehäusen vorgesehenen Strömungskanäle münden also bevorzugt jeweils an gleicher Stelle in einen für beide Ventile identisch ausgestalteten Aufnahmehohlraum.The Valve body both valves are together with in their Receiving cavity opening flow channels preferably so far constructed identically that a function-specific Valve insert equally in each of the two valve body is usable. The flow channels provided in both valve housings thus preferably lead to the same place in each case for both valves identically designed receiving cavity.

Durch bloßen Austausch eines ersten funktionsspezifischen Ventileinsatzes durch einen zweiten funktionsspezifischen Ventileinsatz (anderer Bauart bzw. Funktion) lässt sich damit die Funktionscharakteristik des betreffenden Ventils und hierüber im Ergebnis das Fail-Safe-Verhalten des gesamten Stellungsreglers auf einfache Weise einstellen bzw. abändern.By mere replacement of a first function-specific valve insert by a second function-specific valve insert (other Type or function) can thus be the functional characteristics of the valve in question and as a result the fail-safe behavior adjust the entire positioner in a simple manner or amend.

Vorteilhaft kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass ein erfindungsgemäßer Stellungsregler zwei verschiedene – je eine andere Funktionscharakteristik für das damit bestücktes Ventil definierende – funktionsspezifische Ventileinsätze aufweist, die in einer ersten Einbau-Konfiguration (Ventileinsatz A in Ventil I; Ventileinsatz B in Ventil II) ein erstes Fail-Safe-Verhalten des Stellungsreglers definieren, während sie in der zweiten möglichen Ein bau-Konfiguration (Ventileinsatz B in Ventil I; Ventileinsatz A in Ventil II) ein zweites Fail-Safe-Verhalten für den Stellungsregler definieren, welches sich vom ersten Fail-Safe-Verhalten unterscheidet. Die beiden genannten Einbau-Konfigurationen unterscheiden sich dabei lediglich durch eine Vertauschung der beiden funktionsspezifischen Ventileinsätze.Advantageous can be provided in the context of the present invention, that an inventive positioner two different - ever another functional characteristic for the so populated Valve defining - function specific valve inserts having in a first installation configuration (valve insert A in valve I; Valve insert B in valve II) a first fail-safe behavior define the positioner while in the second possible installation configuration (valve insert B in valve I; Valve insert A in valve II) a second fail-safe behavior for the positioner, which is different from the first one Fail-safe behavior is different. The two mentioned installation configurations differ only by an exchange of the two function-specific valve inserts.

Mit der vorliegenden Erfindung wird jedoch nicht nur die Umrüstung eines bestehenden Stellungsreglers im Hinblick auf ein geändertes Fail-Safe-Verhalten erleichtert, sondern es wird auch im Falle der Herstellung eines erfindungsgemäßen Stellungsreglers, also im Falle der Erstbestückung der betreffenden Aufnahmehohlräume mit funktionsspezifischen Ventileinsätzen, eine besonders einfache Anpassung des Stellungsreglers an den gewünschten Einsatzzweck erlaubt. Eine mit der vorliegenden Erfindung realisierbare Baureihe von Stellungsreglern mit verschiedenem Fail-Safe-Verhalten ist daher durch einen – mit Ausnahme der Ventileinsätze – identischen Aufbau aller Stellungsregler der Baureihe gekennzeichnet.With However, the present invention is not just the conversion an existing positioner with a view to an amended positioner It also relieves fail-safe behavior, but it is also in the case of Production of a positioner according to the invention, So in the case of Erstbestückung the respective receiving cavities with function-specific valve inserts, a special easy adjustment of the positioner to the desired Purpose allowed. A realizable with the present invention Series of positioners with different fail-safe behavior is therefore identical to one with the exception of the valve inserts Construction of all positioners of the series marked.

Bei den verschiedenen Funktionscharakteristiken der beteiligten Ventile, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch verschiedene in das Gehäuse einzusetzende Ventileinsätze realisiert werden, handelt es sich in besonders vorteilhafter Weise um eine erste Funktionscharakteristik, bei der das betreffende Ventil im Falle eines Energieausfalls selbsttätig in seine Schließstellung überführt wird (z. B. durch eine den Ventilkörper in Richtung des Ventilsitzes vorspannende Feder), und eine zweite Funktionscharakteristik, bei der das betreffende Ventil im Falle eines Energieausfalls selbsttätig in seine Öffnungsstellung überführt wird (z. B. durch eine den Ventilkörper in seine vom Ventilsitz beabstandete Öffnungsstellung vorspannende Feder). Es werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung also besonders bevorzugt wenigstens zwei verschiedene funktionsspezifische Ventileinsätze bereitgestellt, die gleichermaßen in die Aufnahmehohlräume der Ventilgehäuse beider Ventile einsetzbar sind und durch die funktionsspezifisch angepasste Ausgestaltung ihrer Schalteinheit die vorstehend erwähnte Funktionalität bereitstellen.at the different functional characteristics of the valves involved, in the context of the present invention by various in the Housing used valve inserts realized are, it is in a particularly advantageous manner to one first functional characteristic in which the valve in question in the case a power failure automatically transferred to its closed position is (for example by a valve body in the direction of Valve seat biasing spring), and a second functional characteristic, when the valve in question in the event of power failure automatically is transferred to its open position (For example, by a valve body in his from the valve seat spaced opening position biasing spring). It will in the context of the present invention, therefore, particularly preferably at least provided two different function-specific valve inserts, the equally in the receiving cavities of the Valve housing both valves are used and through the function-specific adapted design of their switching unit provide the aforementioned functionality.

Die zwei piezopneumatischen Ventile eines erfindungsgemäßen Stellungsreglers werden mittels geeigneter elektrischer Stellsignale auf piezoelektrische Weise separat betätigt, wodurch gleichzeitig ein möglichst energieeffizienter Betrieb des Stellungsreglers sichergestellt ist. Insoweit werden aus dem am Signaleingang des Stellungsreglers eingehenden elektrischen Steuersignal unter Zuhilfenahme einer an eine Energieversorgung angeschlossenen Steuer- bzw. Regelelektronik (z. B. eines Mikrocontrollers) auf geeignete und bekannte Weise zwei verschiedene Stellsignale für die beiden Verstellantriebe der beiden piezopneumatischen Ventile berechnet und entsprechend bereit gestellt.The two piezopneumatische valves of an inventive Positioner are by means of suitable electrical control signals operated separately in a piezoelectric manner, thereby simultaneously the most energy-efficient operation of the positioner is ensured. In that regard, from the at the signal input of Positioner incoming electrical control signal with the help of a control or regulating electronics connected to a power supply (eg, a microcontroller) in a suitable and known manner two different control signals for the two adjusting drives calculated the two piezopneumatic valves and accordingly provided.

Bezüglich des konkreten Aufbaus der piezopneumatischen Ventile sei auf die insoweit aus dem Stand der Technik bekannten Arten piezopneumatischer Ventile verwiesen, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einer ersten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass der Verstellantrieb in Form einer piezopneumatischen Vorstufe, also in Form eines piezopneumatischen Pilotventils, welches mittelbar oder unmittelbar auf den Ventilkörper einer nachgeschalteten Ventilstufe einwirkt, ausgeführt ist.In terms of the concrete structure of the piezopneumatic valves is on the So far known from the prior art types piezopneumatic Valves referenced in the context of the present invention in a first preferred embodiment of the invention provided is that the adjusting drive in the form of a piezopneumatic precursor, ie in the form of a piezopneumatic pilot valve, which indirectly or directly on the valve body of a downstream Valve stage is applied is executed.

Damit sind die (wenigstens) zwei Ventile eines erfindungsgemäßen Stellungsreglers in Art eines zweistufigen Ventils ausgebildet, bei dem das als Vorstufe dienende und piezoelektrisch betätigbare Pilotventil, welches seinerseits mit einer Druckgasversorgung verbunden ist, als (pneumatischer) Verstellantrieb für den Ventilkörper einer nachgeschalteten Booster-Stufe (Booster-Ventil) fungiert.In order to are the (at least) two valves of an inventive Positioner formed in the manner of a two-stage valve, in which serving as a precursor and piezoelectrically actuated Pilot valve, which in turn connected to a compressed gas supply is, as (pneumatic) adjustment for the valve body a downstream booster stage (booster valve) acts.

Pilotventil und Boosterventil können bevorzugt an die gleiche, am Versorgungseingang des Stellungsreglers anliegende Druckgasversorgung angeschlossen sein, wobei dem Pilotventil bevorzugt ein Druckbegrenzer vorgeschaltet ist, so dass etwaige Schwankungen des Drucks in der Druckgasversorgung keinen oder einen deutlich verminderten Einfluss auf die Stell- bzw. Antriebsfunktion des Pilotventils haben. Der in den Aufnahmehohlraum des Ventilgehäuses eingesetzte Ventileinsatz umfasst somit die Schalteinheit des (Booster-)Ventils, dessen Ventilkörper durch das als Vorstufe fungierende piezopneumatische Pilotventil verstellt wird.pilot valve and Boosterventil preferred to the same, at the supply input connected to the positioner pressure gas supply be, with the pilot valve preferably preceded by a pressure limiter is, so that any fluctuations in the pressure in the compressed gas supply no or a significantly reduced influence on the control or drive function of the pilot valve have. The in the receiving cavity the valve housing used valve insert thus includes the switching unit of the (booster) valve, the valve body by acting as a precursor piezopneumatic pilot valve is adjusted.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass das pneumatische Arbeitsglied eines erfindungsgemäßen Stellungsreglers Teil eines ”einfach wirkenden” Systems mit einer – an den Arbeitsausgang der piezopneumatischen Ventileinheit angeschlossenen – Arbeitskammer sein kann. Das Arbeitglied wird hierbei bevorzugt mittels einer Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer gegen die Kraft einer Feder verschoben. Die erfindungsgemäße Ventileinheit bildet in diesem Fall ein 3/3-Wegesystem und weist hierfür zwei pneumatisch gekoppelte Ventile auf.Further It should be noted that the pneumatic working member of a Positioner according to the invention part of a "simple acting "system with one - to the work exit the piezopneumatic valve unit connected - working chamber can be. The work member is preferred here by means of a Pressurizing the working chamber against the force of a spring postponed. The valve unit according to the invention forms in this case a 3/3-way system and points for this two pneumatically coupled valves on.

Gleichfalls kommt für die vorliegende Erfindung jedoch in Betracht, dass das mittels der Ventileinheit verstellbare Arbeitsglied Teil eines ”doppelt wirkenden” Systems ist, bei welchem auf das Arbeitsglied von verschiedenen Seiten zwei individuell mit Druck beaufschlagbare Arbeitskammern zu dessen Verstellung einwirken. Es versteht sich, dass die Ventileinheit eines erfindungsgemäßen Stellungsreglers in diesem Fall zwei getrennte Arbeitsausgänge für jede Arbeitskammer des Arbeitsglieds aufweist und dass in einem solchen Fall insgesamt vier piezopneumatische Ventile vorzusehen sind, von denen jeweils zwei Ventile pneumatisch miteinander gekoppelt und einem Arbeitsausgang der Ventileinheit zugeordnet sind. Die Ventileinheit bildet hier ein 5/3-Wegesystem, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass jedes der vier Ventile einen – wie be reits zuvor erläutert – austauschbar in einen Aufnahmehohlraum des jeweiligen Ventilgehäuses dichtend einsetzbaren funktionsspezifischen Ventileinsatz aufweist, wodurch die Funktionscharakteristik jedes der vier Ventile und damit das Fail-Safe-Verhalten des Stellungsreglers in besonders einfacher Weise an den gewünschten Einsatzzweck des Stellungsreglers anpassbar ist.Likewise comes for the present invention, however, considered that the means of the valve unit adjustable working member part a "double-acting" system in which on the working member from different sides two individually with Pressure act on working chambers to affect its adjustment. It is understood that the valve unit of an inventive Positioner in this case two separate working outputs for each working chamber of the working member and that to provide a total of four piezopneumatic valves in such a case each of which two valves are pneumatically coupled with each other and associated with a work output of the valve unit. The Valve unit forms here a 5/3-way system, provided according to the invention is that each of the four valves one - as before explained - interchangeable in a receiving cavity the respective valve housing sealingly applicable function specific Valve insert has, whereby the functional characteristics of each the four valves and thus the fail-safe behavior of the positioner in a particularly simple manner to the desired application the positioner is customizable.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann in einer ersten Variante vorgesehen sein, dass der Verstellantrieb jedes Ventils und die Schalteinheit des zugehörigen Ventileinsatzes eine gemeinsame, als ganzes austauschbare Baugruppe bilden. Verschiedene funktionsspezifische Ventileinsätze umfassen dann als austauschbare Baugruppe auch den Verstellantrieb des betreffenden Ventils.in the Within the scope of the present invention, in a first variant be provided that the adjustment of each valve and the Switching unit of the associated valve insert a common, form as a whole replaceable assembly. Various function-specific Valve inserts then include as a replaceable assembly also the adjustment of the relevant valve.

Alternativ hierzu kann in einer zweiten Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass der Verstellantrieb jedes Ventils und die Schalteinheit des zugehörigen Ventileinsatzes getrennte Baugruppen bilden, wodurch zur Erzielung einer verschiedenen Funktionscharakteristik des betreffenden Ventils nur die Schalteinheit (mit Ventilkörper und Ventilsitz) des Ventils, nicht jedoch der Verstellantrieb des betreffenden Ventils ausgetauscht werden muss.alternative this can be provided in a second variant of the invention, that the adjusting drive of each valve and the switching unit of associated valve insert form separate assemblies, whereby to achieve a different functional characteristic of the valve in question only the switching unit (with valve body and valve seat) of the valve, but not the adjustment of the relevant valve must be replaced.

Beide vorgenannten Varianten können sich – je nach der konkreten Ausgestaltung des Verstellantriebs und seiner Anbindung an den Ventilkörper – als vorteilhaft und einfacher zu realisieren erweisen.Both The above variants can - depending on the specific embodiment of the adjustment and its connection to the valve body - as beneficial and easier to realize.

In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die die unterschiedliche Funktionscharakteristiken des betreffenden Ventils bewirkenden verschiedenen Ventileinsätze sich nur im Umfang der jeweiligen Schalteinheit unterscheiden, wodurch insbesondere auch der Verstellantrieb zu verschiedenen funktionsspezifischen Ventileinsätzen baugleich ausgestaltet sein kann.In a preferred embodiment of the present invention is provided that the different functional characteristics of the respective Valve only effect different valve inserts differ in the scope of the respective switching unit, which in particular also the adjustment to different function specific Valve inserts can be configured identical.

Ferner ist im Rahmen einer abermals bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass bei den Ventileinsätzen jeweils der auf den Ventilkörper einwirkende Verstellantrieb und die Schalteinheit gastechnisch durch ein mittels einer Membran von der Schalteinheit abgetrenntes pneumatisches Volumen entkoppelt sind, wodurch eine Entkopplung der verstellantriebsseitig und schalteinheitsseitig vorherrschenden Betriebsmedien und -drücke realisiert ist. Ferner kann mit einer solchen, bevorzugt mit dem Ventilkörper der Schalteinheit gekoppelten Membran eine zusätzliche (Rücksteil-)Kraft auf den Ventilkörper ausgeübt werden, was eine selbsttätige Stabilisierung des Stellungsreglers gegenüber kurzfristigen eingangs-, antriebs- oder ausgangseitige Druckschwankungen befördert.Furthermore, in the context of a again preferred development of the present invention, it is provided that in the case of the valve inserts in each case the adjusting drive acting on the valve body and the switching Gas technology unit are decoupled by a means of a membrane separated from the switching unit pneumatic volume, whereby a decoupling of Verstellantriebsseitig and switching unit side prevailing operating media and pressures is realized. Further, with such, preferably coupled to the valve body of the switching unit membrane an additional (Rücksteil-) force to be exerted on the valve body, which promotes automatic stabilization of the positioner against short-term input, drive or output pressure fluctuations.

In besonders bevorzugter Art und Weise können die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Ventil gehäuse der wenigstens zwei Ventile durch ein gemeinsames Ventilgehäuse gebildet sein. Dabei bietet es sich zur Erzielung einer besonders kompakten und robusten Bauweise insbesondere an, das gemeinsame Ventilgehäuse in Form eines – wenigstens zwei Aufnahmehohlräume aufweisenden – Ventilgehäuseblocks mit mindestens einem Gehäusedeckel auszubilden. Der wenigstens eine Gehäusedeckel verschließt bevorzugt die in dem Ventilgehäuseblock vorgesehenen Aufnahmehohlräume für die Ventileinsätze, wodurch nach Abnahme des wenigstens einen Gehäusedeckels bzw. vor dessen Montage ein geeigneter Zugang zu dem Aufnahmehohlraum besteht.In Particularly preferred manner, the in the frame the present invention provided valve housing the at least two valves through a common valve housing be formed. It offers itself to achieve a special compact and robust construction in particular, the common Valve housing in the form of - at least two Receiving cavities - valve housing block form with at least one housing cover. The least a housing cover preferably closes the in the valve housing block provided receiving cavities for the valve inserts, whereby after acceptance of the at least one housing cover or before its installation there is suitable access to the receiving cavity.

Besonders bevorzugt kann hierbei in einer nochmaligen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass sich der jedem Ventil zugeordnete Aufnahmehohlraum jeweils sowohl in den Ventilgehäuseblock als auch in den Deckel hinein erstreckt, wobei dann in nochmals bevorzugter Weise vorgesehen sein kann, dass der einem Ventil zugeordnete Verstellantrieb – zumindest teilweise – in dem in den Deckel hineinragenden Bereich des betreffenden Aufnahmehohlraumes untergebracht ist. Durch Abnahme des Gehäusedeckels mitsamt dem darin untergebrachten Verstellantrieb wird somit der Aufnahmehohlraum zum Einsatz oder Austausch eines funktionsspezifischen Ventileinsatzes zugänglich.Especially In this case, preference may be given in a further development of the invention be provided that the valve associated with each receiving cavity each in both the valve body block and in the Lid extends into it, in which case in a further preferred manner It can be provided that the adjusting valve associated with an adjustment - at least partially - in the projecting into the lid area of accommodating receiving cavity is housed. By acceptance the housing cover together with the adjusting drive housed therein Thus, the receiving cavity for use or replacement of a function-specific Valve insert accessible.

Bezüglich der pneumatischen Kopplung der beiden Ventile und der Verschaltung der Ventileinheit ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Arbeitsausgang der Ventileinheit mit einem die beiden Aufnahmehohlräume miteinander verbindenden Strömungskanal kommuniziert, d. h. mit diesem strömungstechnisch verbunden ist.In terms of the pneumatic coupling of the two valves and the interconnection the valve unit is advantageously provided that the working output the valve unit with a two receiving cavities with each other connecting flow channel communicates, d. H. with this fluidically connected.

Obgleich die vorliegende Erfindung im vorstehend erläuterten Sinne zunächst einen pneumatischen Stellungsregler betrifft, ist festzustellen, dass sich die zur Realisierung des erfindungsgemäßen Erfolgs notwendigen Merkmale – beinahe ausschließlich – in der beschriebenen Ausgestaltung der piezopneumatischen Ventileinheit manifestieren. Daher ist es gerechtfertigt, die vorliegende Erfindung auch auf eine in Übereinstimmung mit den vorgenannten Merkmalen ausgestaltete piezopneumatische Ventileinheit für einen pneumatischen Stellungsregler zu beziehen. Eine solche erfindungsgemäße Ventileinheit umfasst zwei miteinander pneumatisch gekoppelte piezopneumatische Ventile, wobei die Ventileinheit einen Signaleingang für ein elektrisches Steuersignal sowie einen an eine Druckgasversorgung anschließbaren Versorgungseingang, einen an das pneumatische Arbeitsglied angeschlossenen Arbeitsausgang und einen Entlüftungsausgang für das Arbeitsmedium aufweist. Die erfindungsgemäße Ventileinheit ist dabei ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile jeweils ein Ventilgehäuse und einen in einen Aufnahmehohlraum des betreffenden Ventilgehäuses dichtend einsetzbaren funktionsspezifischen Ventileinsatz mit einer durchströmten Schalteinheit aufweisen, wobei der Ventilsitz und der mit diesem zusammenwirkende, mittels eines Verstellantriebs verstellbare Ventilkörper an der Schalt einheit des Ventileinsatzes vorgesehen sind und wobei in dem Ventilgehäuse angeordnete Strömungskanäle dergestalt in den zugeordneten Aufnahmehohlraum münden, dass bei identischem Ventilgehäuse durch Austausch des Ventileinsatzes unterschiedliche Funktionscharakteristiken des betreffenden Ventils realisierbar sind.Although the present invention in the sense explained above first concerns a pneumatic positioner, It should be noted that the realization of the inventive Success necessary features - almost exclusively - in the described embodiment of the piezopneumatic valve unit manifest. Therefore, it is justified the present invention also to one in accordance with the aforementioned features designed piezo-pneumatic valve unit for a to obtain pneumatic positioner. Such an inventive Valve unit comprises two pneumatically coupled piezopneumatic Valves, wherein the valve unit has a signal input for an electrical control signal and a to a compressed gas supply connectable supply input, one to the pneumatic Working member connected working output and a vent outlet for the working medium. The inventive Valve unit is further characterized in that the valves one valve housing and one in a receiving cavity the relevant valve housing sealingly applicable function specific Have valve insert with a flow-through switching unit, wherein the valve seat and the cooperating with it, by means of a Adjustment drive adjustable valve body on the switching unit the valve insert are provided and wherein in the valve housing arranged flow channels such in the associated receiving cavity open, that at identical Valve housing by replacing the valve insert different Functional characteristics of the valve in question realized are.

Ersichtlich gelten bezüglich der Vorteile einer solchen Ventileinheit wie auch bezüglich bevorzugter Weiterbildungen einer solchen Ventileinheit alle vorstehend genannten Aspekte in gleicher Weise, so dass insoweit zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen sei.apparent apply with regard to the advantages of such a valve unit as well as with regard to preferred developments of such Valve unit all the above aspects in the same way, so that so far to avoid repetition of the above Remarks are made.

Nachfolgend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:following are various embodiments of the present invention Invention explained in more detail with reference to the drawing. Showing:

1 eine Schaltskizze eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen pneumatischen Stellungsreglers mit einer erfindungsgemäßen piezopneumatischen Ventileinheit, 1 1 is a circuit diagram of an embodiment of a pneumatic positioner according to the invention with a piezopneumatic valve unit according to the invention;

2 einen Schnitt durch den Gehäuseblock der in 1 dargestellten Ventileinheit, 2 a section through the housing block of in 1 illustrated valve unit,

3 einen Schnitt durch den Gehäuseblock der bereits in den 1 und 2 dargestellten Ventileinheit mit vertauschten Ventileinsätzen, 3 a section through the housing block already in the 1 and 2 shown valve unit with reversed valve inserts,

4 einen Schnitt durch den Gehäuseblock eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventileinheit und 4 a section through the housing block of another embodiment of a valve unit according to the invention and

5 einen Schnitt durch das Ventilgehäuse des in 2 links teilweise dargestellten Ventils. 5 a section through the valve body of in 2 left partially shown valve.

Der in 1 schematisch dargestellte pneumatische Stellungsregler 1 umfasst eine erfindungsgemäße piezopneumatische Ventileinheit 2, die auf ein pneumatisches Arbeitsglied 3 einwirkt. An der Ventileinheit 2 ist ein an eine Druckgasversorgung anschließbarer Versorgungseingang 4, ein mit dem Arbeitglied 3 verbundener Arbeitsausgang 5 sowie ein mit der Atmosphäre verbundener oder geeignet gefasster Entlüftungsausgang 6 vorgesehen.The in 1 schematically illustrated pneumatic positioner 1 comprises a piezopneumatic valve unit according to the invention 2 pointing to a pneumatic working member 3 acts. At the valve unit 2 is a connectable to a compressed gas supply supply input 4 , one with the work member 3 connected work exit 5 as well as a vent connected to the atmosphere or suitably confined 6 intended.

Das vorliegend als einfach wirkendes System ausgestaltete pneumatische Arbeitsglied 3 des pneumatischen Stellungsreglers 1 umfasst einen innerhalb eines Zylinders 7 gegen die Kraft einer Feder 8 verschiebbaren Kolben 9, mit welchem z. B. eine – nicht dargestellte – Klappe oder ein Ventil betätigt werden kann. Zur Verstellung des – prinzipiell auch auf andere Weise ausgestaltbaren – pneumatischen Arbeitsgliedes 3 ist dessen Arbeitskammer 10 an dem Arbeitsausgang 5 der piezoelektrischen Ventileinheit 2 angeschlossen.The present as a single-acting system designed pneumatic working member 3 the pneumatic positioner 1 includes one inside a cylinder 7 against the force of a spring 8th sliding piston 9 , with which z. B. a - not shown - flap or a valve can be operated. For adjusting the - in principle also be designed in another way - pneumatic working member 3 is his working chamber 10 at the work exit 5 the piezoelectric valve unit 2 connected.

Die piezopneumatische Ventileinheit 2 umfasst ferner zwei piezopneumatische Ventile 11, 12, die pneumatisch miteinander gekoppelt und mit dem Arbeitsausgang 5 der Ventileinheit 2 verbunden sind. Das links dargestellte Ventil 11 dient durch seine Verbindung mit dem Versorgungseingang 4 der Ventileinheit 2 dem Druckaufbau in der Arbeitskammer 10 des Arbeitsglieds 3, während das rechts dargestellte Ventil 12 durch seine Verschaltung mit dem Entlüftungsausgang 6 dem Druckabbau in der Arbeitskammer 10 dient.The piezopneumatic valve unit 2 further comprises two piezo-pneumatic valves 11 . 12 that are pneumatically coupled with each other and with the work exit 5 the valve unit 2 are connected. The valve shown on the left 11 serves by its connection to the supply input 4 the valve unit 2 the pressure build-up in the working chamber 10 of the working member 3 while the valve shown on the right 12 by its connection with the vent outlet 6 the pressure reduction in the working chamber 10 serves.

Jedes der beiden Ventile 11, 12 weist genau einen funktionsspezifischen Ventileinsatz 13, 14 auf, wobei sich die Ventileinsätze 13, 14 hinsichtlich der funktionsspezifischen Ausgestaltung ihrer jeweiligen Schalteinheit 15, 16 unterscheiden, wie dies den 1 und 2 zu entnehmen ist und weiter unten noch näher erläutert wird.Each of the two valves 11 . 12 has exactly one function-specific valve insert 13 . 14 on, with the valve inserts 13 . 14 with regard to the function-specific design of their respective switching unit 15 . 16 distinguish how this is done 1 and 2 can be seen and will be explained in more detail below.

Die piezopneumatischen Ventile 11, 12 umfassen je eine als Verstellantrieb 17, 18 fungierende und für beide Ventile 11, 12 identisch ausgebildete piezopneumatischen Vorstufe 19, 20, mit denen die jeweilige Schalteinheit 15, 16 (bzw. der darin angeordnete Ventilkörper 21, 22; vgl. 2) betätigt wird, wie dies durch die gestrichelten Pfeile 23, 24 angedeutet ist. Jedes piezopneumatische Pilotventil 19, 20 ist über einen gemeinsamen Druckbegrenzer 25 eingangsseitig mit der am Versorgungseingang 4 der Ventileinheit 2 anliegenden Druckgasversorgung verbunden und wird über ein piezoelektrisches Element 27, 28, das seinerseits mit einem elektrischen Regelschaltkreis in Form eines programmierbaren Mikrocontrollers 26 verbunden ist, betätigt.Piezo-pneumatic valves 11 . 12 each include one as adjustment 17 . 18 acting and for both valves 11 . 12 identically formed piezopneumatic precursor 19 . 20 with which the respective switching unit 15 . 16 (or the valve body arranged therein 21 . 22 ; see. 2 ) is actuated, as indicated by the dashed arrows 23 . 24 is indicated. Each piezopneumatic pilot valve 19 . 20 is via a common pressure limiter 25 on the input side with the supply input 4 the valve unit 2 connected compressed gas supply and is connected via a piezoelectric element 27 . 28 , in turn, with an electrical control circuit in the form of a programmable microcontroller 26 is connected, operated.

Der Mikrocontroller 26 ist an den Signaleingang 29 für ein elektrisches Steuersignal sowie eine nicht darge stellte elektrische Energie- bzw. Spannungsversorgung angeschlossen. Er berechnet abhängig von dem einen Sollwert für die Stellgröße repräsentierenden Steuersignal und dem Istwert der Stellgröße geeignete Stellsignale für die beiden piezoelektrischen Elemente 27, 28.The microcontroller 26 is to the signal input 29 connected for an electrical control signal and a not presented Darge electrical energy or power supply. It calculates suitable actuating signals for the two piezoelectric elements as a function of the control signal representing a setpoint value for the manipulated variable and the actual value of the manipulated variable 27 . 28 ,

Als Stell- bzw. Regelgröße für den dargestellten Stellungsregler 1 kann beispielsweise die am Arbeitsglied 3 mittels eines geeigneten Sensors üblicher Bauart bestimmbare Lage des Kolbens 9 oder der mittels eines Drucksensors bestimmbare Druck in der Arbeitskammer 10 des Arbeitsglieds 3 bzw. am Arbeitsausgang 5 der Ventileinheit 2 dienen. Ein hierfür zur Verwendung kommender und der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellter Sensor ist bevorzugt ebenfalls mit dem Mikrocontroller verbunden, um aus dem vom Sensor bestimmten Istwert der Stellgröße ein geeignetes Stellsignal für die Verstellantriebe 17, 18 der beiden piezopneumatischen Ventile 11, 12 zu berechnen.As control variable for the positioner shown 1 can, for example, on the working member 3 By means of a suitable sensor of conventional design determinable position of the piston 9 or the pressure determinable in the working chamber by means of a pressure sensor 10 of the working member 3 or at the work exit 5 the valve unit 2 serve. A sensor not shown for this purpose and used for the sake of better clarity is preferably likewise connected to the microcontroller in order to obtain a suitable actuating signal for the adjusting drives from the actual value of the manipulated variable determined by the sensor 17 . 18 the two piezopneumatic valves 11 . 12 to calculate.

2 zeigt einen Schnitt durch den gestrichelt angedeuteten Ventilgehäuseblock 30 der piezopneumatischen Ventileinheit 2 aus 1. Der einteilige Ventilgehäuseblock 30 bildet die beiden Ventilgehäuse 31, 32 zur Aufnahme der Ventileinsätze 13, 14 der Ventile 11, 12 aus. Jeder Ventileinsatz 13, 14 ist in einem identischen Aufnahmehohlraum 33, 34 dichtend aufgenommen. In die Aufnahmehohlräume 33, 34 münden Strömungskanäle 35, 36, 37 derart, dass sie mit den Anschlüssen korrespon dierender Strömungskanäle der Schalteinheiten 15, 16 der Ventileinsätze 13, 14 verbunden sind. Die Ventile 11, 12 sind dabei über den Strömungskanal 36, der gleichzeitig mit dem Arbeitsausgang 5 der Ventileinheit 2 kommuniziert, pneumatisch gekoppelt. 2 shows a section through the dashed line indicated valve housing block 30 the piezopneumatic valve unit 2 out 1 , The one-piece valve body block 30 forms the two valve housing 31 . 32 for receiving the valve inserts 13 . 14 the valves 11 . 12 out. Every valve insert 13 . 14 is in an identical receiving cavity 33 . 34 sealed. Into the receiving cavities 33 . 34 open flow channels 35 . 36 . 37 such that they correspond to the connections of the flow channels of the switching units 15 . 16 the valve inserts 13 . 14 are connected. The valves 11 . 12 are doing over the flow channel 36 who is working at the same time 5 the valve unit 2 communicates, pneumatically coupled.

Beide linearverschiebbaren Ventilkörper 21, 22 der Ventile 11, 12 sind jeweils mittels einer – in 2 nicht dargestellten – Feder 38, 39 in die in 2 dargestellte und den Fail-Safe-Zustand bei Ausfall der elektrischen Energie definierende Schaltstellung vorgespannt und können durch den (in 2 nicht dargestellten und gemäß der Pfeile V1 und V2 mittelbar auf den Ventilkörper 21 bzw. 22 einwirkenden) piezopneumatischen Verstellantrieb 17, 19, 23 bzw. 18, 20, 24 entgegen der jeweiligen Federkraft F_feder verstellt werden. Die durch die piezoelektrischen Pilotventile 19, 20 gebildeten Verstellantriebe 17, 18 beider Ventile 11, 12 sind vorliegend derart an die Ventilkörper angekoppelt, dass bei einem Ausfall der elektrischen Energie von diesen keine Kraft mehr auf die Ventilkörper 21 bzw. 22 ausgeübt wird.Both linearly displaceable valve body 21 . 22 the valves 11 . 12 are each by means of a - in 2 not shown - spring 38 . 39 in the in 2 represented and biased the fail-safe state in case of failure of the electrical energy switching position and can by the (in 2 not shown and according to the arrows V1 and V2 indirectly on the valve body 21 respectively. 22 acting) piezopneumatische adjustment drive 17 . 19 . 23 respectively. 18 . 20 . 24 be adjusted against the respective spring force F _spring . The through the piezoelectric pilot valves 19 . 20 formed adjusting drives 17 . 18 both valves 11 . 12 are in this case coupled to the valve body, that in case of failure of the electrical energy of these no more force on the valve body 21 respectively. 22 is exercised.

Dabei ist der Ventilkörper 21 des links dargestellten Ventileinsatzes 13 durch die Federkraft F_feder gegen seinen Ventilsitz 40, also in eine Schließstellung, vorgespannt, während der Ventilkörper 22 des rechts dargestellten Ventileinsatzes 14 durch die Federkraft F_feder in eine von seinem Ventilsitz 41 beabstandete Öffnungsstellung vorgespannt ist. Das links dargestell te Ventil 11 besitzt somit eine sich bei Energieausfall schließende Funktionscharakteristik (= ”normal geschlossen (NG)”), während das rechts dargestellte Ventil 12 eine sich bei Energieausfall öffnende Funktionscharakteristik (= ”normal offen (NO)”) aufweist. Für den in 1 insgesamt dargestellten Stellungsregler 1 bedeutet dies, dass bei Ausfall der elektrischen Energie der Arbeitsausgang 5 über das sich öffnende Ventil 12 mit dem Entlüftungsausgang 6 verbunden und durch das sich schließende Ventil 11 von der am Versorgungseingang 4 anliegenden Druckgasversorgung entkoppelt wird, wodurch die Arbeitskammer 10 des Arbeitsglieds 3 entlüftet wird. Der Kolben 9 des Arbeitsglieds 3 nimmt somit unter Einwirkung der Feder 8 die bei druckloser Arbeitskammer 10 vorgegebene Endlage ein.Here is the valve body 21 of the valve insert shown on the left 13 by the spring force F _spring against its valve seat 40 , ie in a closed position, biased while the valve body 22 of the valve insert shown on the right 14 by the spring force F _spring in one of its valve seat 41 spaced opening position is biased. The left dargestell te valve 11 thus has a closing in case of power failure function characteristic (= "normally closed (NG)"), while the valve shown on the right 12 a functional characteristic which opens in the event of a power failure (= "normally open (NO)"). For the in 1 Overall positioner shown 1 This means that in case of failure of the electrical energy of the working output 5 over the opening valve 12 with the vent outlet 6 connected and through the closing valve 11 from the at the supply entrance 4 adjacent compressed gas supply is decoupled, causing the working chamber 10 of the working member 3 is vented. The piston 9 of the working member 3 thus decreases under the action of the spring 8th in the pressureless working chamber 10 specified end position.

3 zeigt nun einen Schnitt durch den Gehäuseblock 30 der bereits in den 1 und 2 dargestellten Ventileinheit mit vertauschten Ventileinsätzen 13, 14. Es wird sofort klar, dass nun bei einem Ausfall der elektrischen Energie das linke Ventil 11 die dargestellte Öffnungsstellung einnimmt (= Funktionscharakteristik ”NO”), während das rechte Ventil 12 seine Schließstellung einnimmt (= Funktionscharakteristik ”NG”). Im Ergebnis wird der Arbeitsausgang 5 der Ventileinheit 2 mit der am Versorgungseingang 4 anliegenden Druckgasversorgung verbunden und von dem Entlüftungsausgang 6 entkoppelt, wodurch der Druck am Arbeitsausgang 5 steigt, so dass der Kolben 9 des Arbeitglieds 3 gegen die Kraft der Feder 8 die gegenüber dem Ausführungsbei spiel aus den 1 und 2 entgegengesetzte Endlage seines maximalen Verfahrweges einnimmt. 3 now shows a section through the housing block 30 already in the 1 and 2 shown valve unit with reversed valve inserts 13 . 14 , It becomes immediately clear that now with a failure of the electrical energy the left valve 11 assumes the illustrated open position (= functional characteristic "NO"), while the right valve 12 assumes its closed position (= functional characteristic "NG"). The result is the work exit 5 the valve unit 2 with the at the supply entrance 4 connected compressed gas supply and from the vent outlet 6 decoupled, reducing the pressure at the work exit 5 soars, so the piston 9 of the worker 3 against the force of the spring 8th the game against the Ausführungsbei from the 1 and 2 opposite end position of its maximum travel takes.

4 zeigt einen Schnitt durch den Ventilgehäuseblock 30 eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem wiederum der Stellungsregler 1 bzw. die Ventileinheit 2 als solche – mit Ausnahme der zur Verwendung kommenden Ventileinsätze 13 – identisch ausgestaltet sind. 4 shows a section through the valve housing block 30 a further embodiment of the present invention, in turn, the positioner 1 or the valve unit 2 as such - with the exception of the valve inserts used 13 - Are designed identically.

Hier sind für die beiden Ventile 11, 12 zwei identische funktionsspezifische Ventileinsätze 13 gewählt, deren Schalteinheiten 15 bei Energieausfall beide in eine das betreffende Ventil 11, 12 schließende Stellung überführt werden. Somit wird die Arbeitskammer 10 eines an den Arbeitsausgang 5 der Ventileinheit angeschlossenen Arbeitsglieds 3 sowohl vom Versorgungseingang 4 als auch vom Entlüftungsausgang 6 der Ventileinheit 2 entkoppelt, so dass sich der Druck in der Arbeitskammer 10 nicht ändert, also gleich bleibt. Das Arbeitsglied 3 bzw. dessen Kolben 9 behält damit seine vor dem Energieausfall eingenommene Position bei.Here are for the two valves 11 . 12 two identical function-specific valve inserts 13 chosen, their switching units 15 In case of power failure both in a valve 11 . 12 closing position. Thus, the working chamber 10 one to the work exit 5 the valve unit connected working member 3 both from the supply entrance 4 as well as from the vent outlet 6 the valve unit 2 decoupled, so that the pressure in the working chamber 10 does not change, so stays the same. The working member 3 or its piston 9 thus retains its position taken before the power failure.

5 zeigt schließlich noch einen Schnitt durch das Ventilgehäuse 31 des in 2 links dargestellten Ventils 11. Dabei umfasst das Ventilgehäuse 31 einen Ventilgehäuseblock 30 und einen den Ventileinsatz 13 abdeckenden Gehäusedeckel 42, in denen ein das gesamte Ventil 11 (inkl. Pilotventil 19) aufnehmender Aufnahmehohlraum 33 ausgebildet ist, wobei das den Verstellan trieb 17 bildende Pilotventil 19 vollständig in dem in den Gehäusedeckel 42 hineinragenden Bereich des Aufnahmehohlraumes 33 untergebracht ist. Der Doppelpfeil P kennzeichnet die lineare Verschiebbarkeit der mit dem Ventilkörper 21 verbundenen Ventilbestandteile. 5 Finally shows a section through the valve body 31 of in 2 left illustrated valve 11 , In this case, the valve housing includes 31 a valve housing block 30 and one the valve core 13 covering housing cover 42 in which one the entire valve 11 (including pilot valve 19 ) receiving cavity 33 is formed, which drove the Verstellan 17 forming pilot valve 19 completely in the housing cover 42 protruding portion of the receiving cavity 33 is housed. The double arrow P indicates the linear displacement of the valve body 21 connected valve components.

Das als Verstellantrieb 17 fungierende Pilotventil 19 ist durch ein mittels der Membran 43 von der Schalteinheit 15 des Ventileinsatzes 13 abgetrenntes und stets entlüftetes pneumatisches Volumen 44 von der Schalteinheit 15 entkoppelt. Die Membran 43 ist dabei mittelbar mit dem Ventilkörper 21 verbunden und übt auf diesen, sobald er gegen die Kraft F_feder der innerhalb des Strömungskanals 35 abgestützten Feder 38 verschoben wird, eine Rückstellkraft F_rück auf den Ventilkörper aus, die – wie auch eine sich aus der Geometrie des Boosterventils ergebende Kraft F_sitz – der Stellkraft F_st des Pilotventils 19 entgegengerichtet ist. Das sich hierbei zu jedem Zeitpunkt einstellende Kräftegleichgewicht wirkt selbststabilisierend für das gesamte System gegenüber Systemschwankungen aller Art.That as an adjustment drive 17 acting pilot valve 19 is by means of the membrane 43 from the switching unit 15 of the valve insert 13 separated and always vented pneumatic volume 44 from the switching unit 15 decoupled. The membrane 43 is indirectly with the valve body 21 connected and exerts on this, as soon as he against the force F _spring within the flow channel 35 supported spring 38 is shifted, a restoring force F _back on the valve body, the - as well as a resulting from the geometry of the booster valve force F _seat - the force F _{st of} the pilot valve 19 is opposite. The equilibrium of forces that occurs at any given time has a self-stabilizing effect on the entire system against system fluctuations of all kinds.

Die nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zeigen die bei verschiedener Bestückung der Ventile 11, 12 mit den vorstehend erläuterten Ventileinsätzen 13, 14 realisierbaren Funktionscharakteristiken der betreffenden Ventile 11, 12 in Abhängigkeit vom Betätigungszustand des Pilotventils 19, 20 des jeweiligen Ventils bzw. das sich hieraus ergebende Fail-Safe-Verhalten einer vorstehend anhand der 1–4 im Grundsatz erläuterten Ventileinheit 2. Ausführung der (Booster-)Ventile 11, 12 Änderung des Drucks am Arbeitsausgang funktionsspez. Ventileinsatz in Ventil 11 (Funktionscharakteristik) Betätigungszustand Pilot 19 funktionsspez. Ventileinsatz in Ventil 12 (Funktionscharakteristik) Betätigungszustand Pilot 20 13 (NG) aus 14 (NO) aus sinkt aus ein keine Änderung ein aus undefiniert ein ein steigt 14 (NO) aus 13 (NG) aus steigt aus ein undefiniert ein aus keine Änderung ein ein sinkt 13 (NG) aus 13 (NG) aus keine Änderung aus ein sinkt ein aus steigt ein ein undefiniert 14 (NO) aus 14 (NO) aus undefiniert aus ein steigt ein aus sinkt ein ein keine Änderung Tabelle 1 Funktionscharakteristik der Ventile Verhalten des Ausgangsdrucks bei Ausfall Ventil 11 Ventil 12 elektrische Energie Druckgasversorgung NG NO sinkt sinkt NO NG steigt sinkt NG NG keine Änderung sinkt NO NO undefiniert sinkt Tabelle 2 The following tables 1 and 2 show the different equipment of the valves 11 . 12 with the valve inserts explained above 13 . 14 realizable functional characteristics of the relevant valves 11 . 12 depending on the operating state of the pilot valve 19 . 20 of the respective valve or the resulting fail-safe behavior of one above with reference to the 1 - 4 in principle explained valve unit 2 , Version of the (booster) valves 11 . 12 Change of pressure at the work exit funktionsspez. Valve insert in valve 11 (functional characteristics) Operating state pilot 19 funktionsspez. Valve insert in valve 12 (functional characteristics) Operating state pilot 20 13 (NG) out 14 (NO) out sinks out one no change one out undefined one one increases 14 (NO) out 13 (NG) out increases out one undefined one out no change one one sinks 13 (NG) out 13 (NG) out no change out one sinks one out increases one one undefined 14 (NO) out 14 (NO) out undefined out one increases one out sinks one one no change Table 1 Functional characteristic of the valves Behavior of the outlet pressure in case of failure Valve 11 Valve 12 electrical power Compressed gas supply NG NO sinks sinks NO NG increases sinks NG NG no change sinks NO NO undefined sinks Table 2

Und schließlich zeigt Tabelle 3 das funktionscharakteristikabhängige Fail-Safe-Verhalten eines weiteren erfindungsgemäßen Stellungsreglers, der in an sich bekannter Art an ein doppelt wirkendes Arbeitsglied angeschlossen ist und hierzu vier piezopneumatische Ventile A1, A2, B1, B2 der erläuterten Art aufweist. Die Ventile A1, B1 dienen zur Steuerung des Drucks in einer ersten, mit einem ersten Arbeitsausgang der Ventileinheit verbundenen Arbeitskammer des Arbeitsglieds, während die Ventile A2, B2 zur Steuerung des Drucks in einer zweiten, mit einem zweiten Arbeitsausgang der Ventileinheit verbundenen Arbeitskammer dienen. Funktionscharakteristik der Ventile Verhalten des Ausgangsdrucks bei Ausfall A1 A2 B1 B2 elektrische Energie Druckgasversorgung Kammer 1 Kammer 2 Kammer 1 Kammer 2 NG NG NO NO sinkt sinkt sinkt sinkt NO NO NG NG steigt steigt sinkt sinkt NG NG NG NG k. Änd. k. Änd. sinkt. sinkt. NO NO NO NO undef. undef. sinkt sinkt NG NO NO NG sinkt steigt sinkt sinkt NO NG NG NO steigt sinkt sinkt sinkt Tabelle 3 Finally, Table 3 shows the function characteristic-dependent fail-safe behavior of another positioner according to the invention, which is connected in a conventional manner to a double-acting working member and this four piezopneumatische valves A1, A2, B1, B2 of the type explained. The valves A1, B1 serve to control the pressure in a first working chamber of the working member connected to a first working outlet of the valve unit, while the valves A2, B2 serve to control the pressure in a second working chamber connected to a second working outlet of the valve unit. Functional characteristic of the valves Behavior of the outlet pressure in case of failure A1 A2 B1 B2 electrical power Compressed gas supply Chamber 1 Chamber 2 Chamber 1 Chamber 2 NG NG NO NO sinks sinks sinks sinks NO NO NG NG increases increases sinks sinks NG NG NG NG k. Chg. k. Chg. sinks. sinks. NO NO NO NO undef. undef. sinks sinks NG NO NO NG sinks increases sinks sinks NO NG NG NO increases sinks sinks sinks Table 3

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 0822344 A2 [0004]

Claims

Pneumatic positioner ( 1 ) with a pneumatic working member ( 3 ) and a piezopneumatic valve unit acting on it ( 2 ), which two pneumatically coupled piezopneumatic valves ( 11 . 12 ), wherein the valve unit ( 2 ) a signal input ( 29 ) for an electrical control signal and a supply input connectable to a pressurized gas supply ( 4 ), one to the pneumatic working member ( 3 ) connected work output ( 5 ) and a vent outlet ( 6 ) for the working medium, characterized in that the valves ( 11 . 12 ) each have a valve housing ( 31 . 32 ) and one in a receiving cavity ( 33 . 34 ) of the relevant valve housing ( 31 . 32 ) sealingly usable function-specific valve insert ( 13 . 14 ) with a flow-through switching unit ( 15 . 16 ), wherein the valve seat ( 40 . 41 ) and cooperating therewith, by means of an adjusting drive ( 17 . 18 ) adjustable valve bodies ( 21 . 22 ) on the switching unit ( 15 . 16 ) of the valve core ( 13 . 14 ) are provided and wherein in the valve housing ( 31 . 32 ) arranged flow channels ( 35 . 36 . 37 ) in the associated receiving cavity ( 33 . 34 ), that with identical valve housing ( 31 . 32 ) by replacing the valve core ( 13 . 14 ) different functional characteristics of the valve in question ( 11 . 12 ) are feasible.

Positioner according to claim 1, characterized in that the adjusting drive ( 17 . 18 ) in the form of a piezopneumatic precursor ( 19 . 20 ) is executed.

Positioner according to claim 1 or 2, characterized in that the adjusting drive ( 17 . 18 ) of each valve ( 11 . 12 ) and the switching unit ( 15 . 16 ) of the associated valve insert ( 13 . 14 ) form a common, as a whole interchangeable assembly.

Positioner according to claim 1 or 2, characterized in that the adjusting drive ( 17 . 18 ) of each valve ( 11 . 12 ) and the switching unit ( 15 . 16 ) of the associated valve insert ( 13 . 14 ) form separate assemblies.

Positioner according to one of the preceding claims, characterized in that the different functional characteristics of the valve in question ( 11 . 12 ) causing different valve inserts ( 13 . 14 ) only in the scope of the respective switching unit ( 15 . 16 ).

Positioner according to one of the preceding claims, characterized in that in the valve inserts ( 13 . 14 ) each of the adjusting drive ( 17 . 18 ) and the switching unit ( 15 . 16 ) gas technically by means of a membrane ( 43 ) of the switching unit ( 15 . 16 ) separated pneumatic volume ( 44 ) are decoupled.

Positioner according to one of the preceding claims, characterized in that for the two valves ( 11 . 12 ) a common valve housing ( 30 . 42 ) is provided.

Positioner according to claim 7, characterized in that the common valve housing ( 30 . 42 ) a valve housing block ( 30 ) and at least one housing cover ( 42 ).

Positioner according to claim 8, characterized in that the receiving cavity ( 33 . 34 ) each into both the valve housing block ( 30 ) as well as in the housing cover ( 42 ) extends into it.

Positioner according to claim 9, characterized in that the adjusting drive ( 17 . 18 ) in which in the housing cover ( 42 ) projecting portion of the receiving cavity ( 33 . 34 ) is housed.

Positioner according to one of the preceding claims, characterized in that the working output ( 5 ) with one of the two receiving cavities ( 33 . 34 ) interconnecting flow channel ( 36 ) communicates.

Piezo-pneumatic valve unit ( 2 ) for a pneumatic positioner ( 1 ), comprising two pneumatically coupled piezopneumatic valves ( 11 . 12 ), wherein the valve unit ( 2 ) a signal input ( 29 ) for an electrical control signal and a supply input connectable to a pressurized gas supply ( 4 ), an output connected to the pneumatic working member ( 5 ) and a vent outlet ( 6 ) for the working medium, characterized in that the valves ( 11 . 12 ) each have a valve housing ( 31 . 32 ) and one in a receiving cavity ( 33 . 34 ) of the relevant valve housing ( 31 . 32 ) sealingly usable function-specific valve insert ( 13 . 14 ) with a flow through switching unit ( 15 . 16 ), wherein the valve seat ( 40 . 41 ) and cooperating therewith, by means of an adjusting drive ( 17 . 18 ) adjustable valve bodies ( 21 . 22 ) on the switching unit ( 15 . 16 ) of the valve core ( 13 . 14 ) are provided and wherein in the valve housing ( 31 . 32 ) arranged flow channels ( 35 . 36 . 37 ) in the associated receiving cavity ( 33 . 34 ), that with identical valve housing ( 31 . 32 ) by replacing the valve core ( 13 . 14 ) different functional characteristics of the valve in question ( 11 . 12 ) are feasible.