-
Die Erfindung betrifft eine elektro-pneumatische Steuereinheit für ein Stellgerät, insbesondere für eine Regelarmatur von Volumenströmen, nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 und einen Steuerblock für eine elektro-pneumatische Steuereinheit nach dem Oberbegriff der Ansprüche 8, 9, 11 und 12 sowie die Verwendung eines solchen Steuerblocks.
-
Regelarmaturen, werden zur Kontrolle und Steuerung des Durchflusses von gasförmigen oder flüssigen Medien durch eine Rohrleitung eingesetzt. Es wird in einem ersten Regelschritt das Durchflussvolumen, die Durchflussmasse oder ein Ist-Wert einer entsprechenden Messgröße mittels eines Sensors, der sich üblicherweise innerhalb der Rohrleitung befindet, ermittelt. Der durch den Sensor ermittelte Ist-Wert wird an eine Steuereinheit weitergeleitet, in welcher der Ist-Wert mit einem Soll-Wert verglichen wird. Dieser Vergleich wird üblicherweise in einem elektronischen Stellungsregler vorgenommen.
-
Sollte der Ist-Wert von dem Soll-Wert abweichen, wird eine pneumatische Schaltung innerhalb der Steuereinheit in Gang gesetzt, die einen Ventilkörper, welcher sich innerhalb eines Regelventils in der Regelarmatur befindet, bewegt und somit den Durchfluss durch die Regelarmatur je nach Abweichung verstärkt oder verringert.
-
Die Position des Ventilkörpers wird ebenfalls über die Steuereinheit überwacht. Dies geschieht zumeist über einen mechanischen Kontakt zwischen der Steuereinheit und einer Ventilspindel, wobei der Ventilkörper an der Ventilspindel befestigt ist und somit der Ventilkörper und die Ventilspindel identische Bewegungen vollführen.
-
Derartige Regelarmaturen werden vorwiegend in der Kraftwerks-, Öl- und Gas-, Hütten- und Stahlindustrie sowie der Petrochemie eingesetzt. Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen Einsatz in einem der vorgenannten Industriezweige beschränkt.
-
Regelarmaturen und deren Steuereinheiten sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
-
So beschreibt die
DE 10 2004 035 047 A1 ein Stellungsregelungssystem für ein von einem pneumatischen Stellantrieb betriebenes Stellorgan, welches über ein mit einem Sensor verbundenes Signalverarbeitungsgerät, wie einen Soll-/Ist-Wert-Vergleicher und eine pneumatische Ausgabeeinrichtung, insbesondere einen pneumatischen Verstärker, verfügt, wobei das wenigstens eine Signalverarbeitungsgerät und die pneumatische Ausgabeeinrichtung in einem gemeinsamen Reglergehäuse untergebracht sind.
-
DE 35 32 367 C2 offenbart einen pneumatischen Stellungsregler, welcher ein Element einer Steuereinheit für ein Stellgerät darstellt. Der Stellungsregler umfasst pneumatische Bauteile, nämlich einen Vorverstärker, einen Volumenverstärker und zwei Drosselventile. Ein Drosselrückschlagventil ist nicht vorgehsehen. Der Stellungsregler selbst weist ein Gehäuse auf, in welches der Vorverstärker und der Volumenverstärker integriert sind, sowie ein Kanalsystem, welches Bohrungen um-fasst und den Volumenverstärker mit den beiden Drosselventilen verbindet. Der Volumenverstärker weist ein vor- und ein nachgeschaltetes Drosselventil auf und kann in einem Gehäuse angeordnet und in den Regelkreis des Stellungsreglers integriert werden.
-
DE 196 36 418 C2 beschreibt eine elektropneumatische Steuereinheit für ein Stellgerät, wobei keine pneumatischen Bauteile, wie insbesondere Volumenverstärker, Drossel- bzw. Bypassventil oder Drosselrückschlagventil, offenbart sind.
-
DE 10 2006 062 373 A1 offenbart einen Steuerblock in metallischer Leichtbauweise zur Realisierung einer pneumatischen oder hydraulischen Schaltung, wobei der Steuerblock ein System von Schaltungselementen, wie Kanäle, Anschlüsse, Ventilsitze, Dichtflächen und Montageschnittstellen, aufweist. Die Schaltungselemente sind als Kavitäten, Rohrleitungen und Verzweigungen mit belastungsgerechten Wandungen ausgeführt, die direkt oder mit weiteren Elementen, wie Streben und/oder Rippen, zu einer zusammenhängenden Struktur verbunden und sämtlich durch ein generatives Fertigungsverfahren erzeugt sind.
-
DE 10 2007 055 460 A1 offenbart einen Ventilblock mit einem Anschluss zur Zuführung eines Arbeitsmediums, insbesondere Druckluft, und mit mindestens einem mit dem Anschluss in Fluidverbindung stehenden Ventil zur kontrollierten Beaufschlagung eines mit dem Ventilblock verbindbaren Verbrauchers mit dem Arbeitsmedium. Der Ventilblock weist Verbindungsmittel zur Verbindung mit dem Verbraucher auf, über die gleichzeitig eine mechanische und eine pneumatische Verbindung zwischen dem Ventilblock und dem Verbraucher herstellbar ist.
-
Nachtteilig bei den bisher auf dem Markt verfügbaren Steuereinheiten für Stellgeräte, insbesondere für Regelarmaturen, ist, dass die einzelnen pneumatischen Bauteile wie beispielsweise Volumenverstärker, Drossel- bzw. Bypassventil und Drosselrückschlagventil mittels separater Rohrverbindungen miteinander verbunden werden.
-
Eine Verbindung der einzelnen pneumatischen Bauteile einer Steuereinheit eines Stellgeräts, insbesondere einer Regelarmatur, mittels einzelner Rohrverbindungen hat den Nachteil, dass für die Verbindung ein sehr großer Verrohrungsaufwand betrieben werden muss. Das bedeutet, dass die Verbindung der einzelnen pneumatischen Bauteile sehr material- und zeitintensiv ist, sodass ein Arbeiter oftmals mehrere Stunden allein mit der Anordnung der Steuereinheit an dem Stellgerät, insbesondere an der Regelarmatur; beschäftigt ist. Außerdem besitzt eine Steuereinheit, deren pneumatische Bauteile mittels einzelner Rohre untereinander verbunden sind, einen hohen Platzbedarf.
-
Zudem ist es nicht ohne weiteres möglich, eine Steuereinheit, wie sie im Stand der Technik beschrieben ist, an einem entfernten Ort zum Stellgerät, insbesondere zur Regelarmatur, insbesondere in einem Sicherheitsbereich, anzuordnen.
-
Darüber hinaus weist eine Steuereinheit des Standes der Technik aufgrund der einzelnen Rohrverbindungen zwischen den pneumatischen Bauteilen, eine sehr große Oberfläche auf. Diese Oberfläche der Steuereinheit, wie auch die einzelnen Rohrverbindungen, ist äußeren Witterungseinflüssen ausgesetzt, welche die Steuereinheit beschädigen und zu einem erhöhten Verschleiß führen können.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die genannten Probleme einer Steuereinheit eines Stellgeräts, insbesondere einer Regelarmatur, zu beseitigen und insbesondere eine Steuereinheit bereit zu stellen, die mittels eines wesentlich geringeren Verrohrungsaufwandes und folglich zeitsparender an dem Stellgerät, insbesondere an der Regelarmatur, zu installieren ist. Zudem soll eine Steuereinheit bereitgestellt werden, die ohne größeren Aufwand auch in einer gewissen Entfernung, insbesondere in einem Sicherheitsbereich, zum Stellgerät, insbesondere zur Regelarmatur, angeordnet werden kann.
-
Diese Aufgabe wird bei einer Steuereinheit durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 20, bei einem Steuerblock durch die Merkmale der Ansprüche 8, 9, 11 und 12 sowie bei einer Verwendung eines solchen Steuerblocks durch die Merkmale des Anspruchs 21 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Die erfindungsgemäße elektro-pneumatische Steuereinheit für ein Stellgerät, insbesondere für eine Regelarmatur von flüssigen und/oder gasförmigen Volumenströmen, umfasst pneumatische Bauteile, nämlich wenigstens einen Stellungsregler, wenigstens einen Volumenverstärker, wenigstens ein Drossel- bzw. Bypassventil und wenigstens ein Drosselrückschlagventil, wobei das wenigstens eine Drossel- bzw. Bypassventil und das wenigstens eine Drosselrückschlagventil zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an einem einteilig oder einstückig ausgebildeten Steuerblock angeordnet sind und der wenigstens eine Volumenverstärker vollständig in dem einteilig oder einstückig ausgebildeten Steuerblock integriert ist, wobei der Steuerblock wenigstens zwei interne Kanalsysteme, welche jeweils wenigstens eine Aussparung umfassen, aufweist, welche jeweils wenigstens zwei der zumindest teilweise in oder zumindest teilweise an dem Steuerblock angeordneten pneumatischen Bauteile miteinander mittels wenigstens einer Aussparung, insbesondere Loch- und/oder Sackbohrung, verbindet und der wenigstens eine Stellungsregler auf der Oberfläche des Steuerblocks angeordnet ist und über wenigstens eine Aussparung mit wenigstens einem Kanalsystem des Steuerblocks verbunden ist.
-
Eine weitere erfindungsgemäße elektro-pneumatische Steuereinheit für ein Stellgerät, insbesondere für eine Regelarmatur von flüssigen und/oder gasförmigen Volumenströmen, umfassent pneumatische Bauteile nämlich wenigstens einen Stellungsregler, wenigstens einen Volumenverstärker, wenigstens ein Drossel- bzw. Bypassventil und wenigstens ein Drosselrückschlagventil, wobei der wenigstens eine Volumenverstärker, das wenigstens eine Drossel- bzw. Bypassventil und/oder das wenigstens eine Drosselrückschlagventil zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an einem einteilig oder einstückig ausgebildeten Steuerblock angeordnet sind, welcher
- • wenigstens ein internes Kanalsystem, welches wenigstens eine Aussparung umfasst, aufweist, welches wenigstens zwei der zumindest teilweise in oder zumindest teilweise an dem Steuerblock angeordneten pneumatischen Bauteile miteinander mittels wenigstens einer Aussparung, insbesondere Loch- und/oder Sackbohrung, verbindet und
- • ein erstes Kanalsystem aufweist, welches einen Stellungsregler mit einem Volumenverstärker und einer Einlassöffnung, an welcher insbesondere eine Versorgungsdruckeinheit anordbar ist, verbindet,
- • ein zweites Kanalsystem aufweist, welches die Steuereinheit mit einem Drosselrückschlagventil und dem Volumenverstärker verbindet,
- • ein drittes Kanalsystem aufweist, welches das Drosselrückschlagventil mit einem Drossel- bzw. Bypassventil und dem Volumenverstärker verbindet und
- • ein viertes Kanalsystem aufweist, welches das Drossel- bzw. Bypassventil mit einer Auslassöffnung, an welcher insbesondere ein Ventilspindelantrieb anordbar ist, verbindet und
- • der wenigstens eine Stellungsregler auf der Oberfläche des Steuerblocks angeordnet ist und über wenigstens eine Aussparung mit wenigstens einem Kanalsystem des Steuerblocks verbunden ist.
-
Unter pneumatischen Bauteilen versteht der Fachmann Bauteile, die unter Verwendung von Druckluft eine Arbeit verrichten, eine Funktion vollführen oder mittels Druckluft betrieben werden. Der Fachmann wird insbesondere Regelventile, Volumenverstärker, Drosselrückschlagventile, Drossel- bzw. Bypassventile, Druckluftsensoren, Mehr-Wege-Ventile, Mehr-Wege-Magnetventile, Sicherheits- bzw. Rückschlagventile, Schnellentlüfter, Manometer, Druckluftfilter, Druckregelventil, sowie Druckluftzylinder unter den Begriff der pneumatischen Bauteile subsumieren.
-
Entsprechend versteht der Fachmann unter einer pneumatischen Verbindung eine Druckluftverbindung, die zwei pneumatische Bauteile miteinander oder ein pneumatisches Bauteil mit einer gasführenden Leitung verbindet.
-
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Steuereinheiten werden die pneumatischen Bauteile mittels frei liegenden einzelnen Rohren und Rohrverbindungen miteinander verbunden. Wie bereits zum Stand der Technik ausgeführt, ist diese Ausgestaltung aufgrund der vergrößerten Oberfläche und der Vielzahl von Verbindungsstellen nachteilig. So können einzelne Rohre durch Witterungseinflüsse beschädigt und/oder Verbindungsstellen undicht werden.
-
Im Gegensatz dazu sieht die erfindungsgemäße Steuereinheit vor, dass anstelle der einzelnen Rohre, welche die pneumatischen Bauteile miteinander verbinden, ein einteilig oder einstückig ausgebildeter Steuerblock vorgesehen ist. Dabei weist der Steuerblock wenigstens ein internes Kanalsystem auf, welches derart ausgestaltet ist, dass es die pneumatischen Bauteile, welche zumindest teilweise in oder zumindest teilweise an dem Steuerblock angeordnet sind, miteinander verbindet. Das Kanalsystem oder die einzelnen Aussparungen eines Kanalsystems ersetzen zumindest weitestgehend die aus dem Stand der Technik bekannten einzelnen Rohrverbindungen.
-
Eine erfindungsgemäße Steuereinheit umfasst einen Stellungsregler, einen Volumenverstärker, ein Drosselrückschlagventil, ein Drossel- bzw. Bypassventil, eine Versorgungsdruckeinheit sowie einen Sensor, der innerhalb einer das Medium führenden Rohrleitung und/oder in einer dem Stellgerät, insbesondere der Regelarmatur, vor- bzw. nachgeschalteten Zu- bzw. Ableitung angeordnet ist, und einen Positionssensor an der Ventilspindel.
-
Dabei sind die pneumatischen Bauteile, insbesondere der Volumenverstärker, das Drosselrückschlagventil und das Drossel- bzw. Bypassventil zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an einem einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblock angeordnet. Die pneumatischen Bauteile sind dabei über Druckleitungen, welche als Kanalsysteme, insbesondere Aussparungen, innerhalb des einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblocks realisiert sind, miteinander verbunden.
-
An einer Einlassöffnung des Steuerblocks ist über eine Druckleitung eine Versorgungsdruckeinheit angeordnet, die einen konstanten Versorgungsdruck der Steuereinheit, insbesondere dem Steuerblock, zuführt. Dieser Versorgungsdruck liegt demnach an einer Druckleitung zum Steuerblock, wie auch an einem Einlass des Volumenverstärkers an. Die Versorgungsdruckeinheit kann auch direkt an dem Steuerblock angeordnet sein.
-
Die Versorgungseinheit führt einen weitestgehend konstanten Versorgungsdruck der Steuereinheit und insbesondere dem Steuerblock zu, wobei ein Versorgungsdruck im Bereich von 1 bar bis 10 bar, bevorzugt 2 bar bis 9 bar, besonders bevorzugt 3 bar bis 7 bar, möglich ist. Dabei wird der Versorgungsdruck entsprechend der verwendeten pneumatischen Bauteile sowie dem Material, aus welchem der Steuerblock gefertigt ist, gewählt.
-
An einer Auslassöffnung des Steuerblocks ist eine Regeldruckleitung angeschlossen, die den von der Steuereinheit erzeugten Regeldruck an den Ventilspindelantrieb des Stellgeräts, insbesondere der Regelarmatur weiterleitet.
-
Ein Stellgerät, insbesondere eine Regelarmatur, umfasst in der Regel ein Regelventil, eine Ventilspindel, die einen Ventilkörper im Inneren des Regelventils verfährt, sowie einen die Ventilspindel antreibenden Ventilspindelantrieb. Mögliche Ventilspindelantriebe sind insbesondere ein Kolbenantrieb oder ein Membranantrieb.
-
Die Position der Ventilspindel und somit auch des Ventilkörpers wird über die Steuereinheit geregelt. Dazu wird ein Regeldruck ermittelt, der mittels Regeldruckleitungen an das Stellgerät, insbesondere die Regelarmatur, weitergeleitet wird.
-
Um den Regeldruck ermitteln zu können, ist innerhalb einer das Medium führenden Rohrleitung und/oder in einer dem Stellgerät, insbesondere der Regelarmatur vor- bzw. nachgeschalteten Zu- bzw. Ableitung ein Sensor, insbesondere ein Flusssensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Positionssensor, angeordnet, der einen Ist-Wert einer entsprechenden Messgröße, insbesondere das Durchflussvolumen und/oder die Durchflussmasse, insbesondere kontinuierlich, ermittelt und mittels einer elektrischen und/oder elektronischen Leitung an den Stellungsregler übermittelt.
-
Aufgrund dieser Sensordaten wird ein Regeldruck, insbesondere kontinuierlich, generiert, der von der Steuereinheit bereitgestellt und mittels einer separaten Regeldruckleitung an den Ventilspindelantrieb des Stellungsreglers, insbesondere der Regelarmatur, angelegt.
-
Je nach Ausgestaltung des Ventilspindelantriebs bewirkt der Regeldruck, dass sich beispielsweise bei einem Kolben- oder Membranantrieb ein Kolben bzw. ein flexibles Element, insbesondere eine Membran aus einer Ausgangslage bewegt bzw. verformt wird. Bei einfachwirkenden Kolben- oder Membranantrieben erfolgt die Bewegung des Kolbens bzw. die Verformung des flexiblen Elements gegen die Rückstellkraft einer Feder. Bei doppelwirkenden Kolben- oder Membranantrieben, befinden sich auf beiden Seiten des Kolbens bzw. der Membran Druckkammern, die separat von der Steuereinheit mit einem Regeldruck beaufschlagt werden.
-
Aufgrund des entstehenden Druckunterschieds zwischen den Druckkammern, wird der Kolben verfahren bzw. die Membran verformt.
-
An dem Kolben oder dem flexiblen Element ist die Ventilspindel mechanisch verbunden, weswegen sich die Position der Ventilspindel bzw. des Ventilkörpers innerhalb des Regelventils verändert.
-
An der Ventilspindel ist ein Positionssensor angeordnet, der mittels einer mechanischen und/oder induktiven Kopplung mit der Ventilstange in Verbindung steht. Über diesen Positionssensor wird die Position der Ventilstange und aufgrund der mechanischen Kopplung der Ventilstange mit dem Ventilkörper die Position des Ventilkörpers innerhalb des Regelventils, insbesondere kontinuierlich, ermittelt. Das ermittelte Positionssignal des Positionssensors wird mittels einer elektrischen und/oder elektronischen Leitung an den Stellungsregler geleitet.
-
Die einzelnen Kanalsysteme können dabei untereinander zusätzliche Verbindungen in Form von Aussparungen aufweisen.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit wenigstens einen Filterregler und/oder wenigstens ein Mehr-Wege-Ventil, insbesondere wenigstens ein 3/2-Wege- und/oder wenigstens ein 5/2-Wege-Magnetventil, und/oder wenigstens ein Sicherheitsventil und/oder wenigstens einen Schnellentlüfter und/oder wenigstens ein Manometer und/oder wenigstens eine Heizung umfasst.
-
Je nach Einsatzzweck ist es vorteilhaft die Steuereinheit mit unterschiedlichen pneumatischen Bauteilen zu versehen und diese entsprechend dem Einsatzzweck untereinander mittels Kanalsystemen zu verbinden.
-
Vorteilhafterweise ist der wenigstens eine Filterregler oder wenigstens einer der vorhandenen Filterregler und/oder das wenigstens eine Mehr-Wege-Ventil oder wenigstens eines der vorhandenen Mehr-Wege-Ventile, insbesondere das wenigstens eine 3/2-Wege-Magnetventil oder wenigstens eines der vorhandenen 3/2-Wege-Magnetventile und/oder das wenigstens eine 5/2-Wege-Magnetventil oder wenigstens eines der vorhandenen 5/2-Wege-Magnetventile, und/oder das wenigstens eine Sicherheitsventil oder wenigstens eines der vorhandenen Sicherheitsventile und/oder der wenigstens eine Schnellentlüfter oder wenigstens einer der vorhandenen Schnellentlüfter und/oder das wenigstens eine Manometer oder wenigstens eines der vorhandenen Manometer und/oder die wenigstens eine Heizung oder wenigstens eine der vorhandenen Heizungen zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an dem einteilig oder einstückig ausgebildeten Steuerblock angeordnet und mit wenigstens einem der Kanalsysteme verbunden.
-
Es ist zweckmäßig, wenn ein induktiver Positionssensor zur Ermittlung einer Position einer Ventilspindel vorgesehen ist.
-
Ein induktiver Positionssensor ermittelt, insbesondere kontinuierlich, die Position der Ventilspindel berührungslos. Somit tritt keinerlei Reibung auf, die die Position und/oder Bewegung der Ventilspindel beeinflussen könnte.
-
Eine mögliche Ausgestaltung des induktiven Positionssensors sieht vor, dass an der Ventilspindel ein magnetisches Element, insbesondere ein Stabmagnet, angeordnet ist, das mechanisch mit der Ventilspindel verbunden ist. Dieses magnetische Element befindet sich zumindest teilweise innerhalb einer Spule, die von der Bewegung der Ventilspindel entkoppelt ist. Aufgrund einer mechanischen Kopplung zwischen dem magnetischen Element und der Ventilspindel vollführt das magnetische Element dieselben Bewegungen wie die Ventilspindel. Somit führt eine Bewegung der Ventilspindel zu unterschiedlichen Eintauchtiefen des magnetischen Elements in die Spule. Durch die Position des magnetischen Elements und/oder die Bewegung des magnetischen Elements wird ein Störsignal in der Spule erzeugt. Dieses Störsignal wird detektiert und als Positionssignal an den Stellungsregler der Steuereinheit weitergeleitet.
-
Es ist jedoch auch möglich anstelle der Spule einen Ringmagneten einzusetzen, in dessen inneren sich ein entsprechender Körper bewegt und ein entsprechendes Signal, beispielsweise den Wert einer Hallsonde, erzeugt, das als Positionssignal an den Stellungsregler der Steuereinheit weitergeleitet wird.
-
Außerdem ist es möglich optische Verfahren, beispielsweise mittels eines Lasers, einzusetzen um die Position der Ventilspindel zu ermitteln.
-
Vorteilhafterweise weist die Steuereinheit einen Abstand von 0 m bis 30 m, bevorzugt von 0 m bis 20 m, besonders bevorzugt von 0 m bis 10 m, zum Stellgerät, insbesondere zur Regelarmatur, auf.
-
Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit in einem Schutzbereich außerhalb einer Gefahrenzone angeordnet.
-
Im Vergleich zu Rohrleitungen, die ein nichtbrennbares Medium führen, besitzen beispielsweise Gas- und/oder Ölleitungen ein erhöhtes Explosionsrisiko. Damit auch in einem Störfall, wie beispielsweise einer Explosion, das Stellgerät, insbesondere die Regelarmatur, sicher angesteuert und geschlossen werden kann, ist es vorteilhaft, wenn sich die Steuereinheit nicht direkt an dem Stellgerät, insbesondere der Regelarmatur, befindet, sondern in einem gewissen Abstand dazu angeordnet ist. Die Steuereinheit kann auch in einem speziellen Sicherheitsbereich untergebracht werden.
-
Im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem eine Versorgungsdruckleitung von dem Sicherheitsbereich zum Stellgerät, insbesondere zur Regelarmatur, gelegt werden muss, welche die Steuereinheit am Ort des Stellgeräts, insbesondere der Regelarmatur, mit dem Versorgungsdruck beaufschlagt, muss mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit lediglich eine Regeldruckleitung von der Steuereinheit, die sich im Sicherheitsbereich befindet, zum Ventilspindelantrieb und maximal zwei elektrische und/oder elektronische Leitungen vom Sensor und vom Positionssensor zur Steuereinheit gelegt werden. Die elektrischen und/oder elektronischen Leitungen vom Sensor und vom Positionssensor können vorteilhafterweise auch in einer elektrischen oder elektronischen Leitung zusammengefasst werden.
-
Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Steuereinheit, insbesondere des erfindungsgemäßen Steuerblocks, und der Möglichkeit die erfindungsgemäße Steuereinheit, insbesondere den erfindungsgemäßen Steuerblock, in einem gewissen Abstand zum Stellgerät, insbesondere zur Regelarmatur, anzuordnen, besteht darin, dass die elektrischen und/oder elektronischen und/oder pneumatischen Bauteile, die zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an dem einteilig oder einstückig ausgebildeten Steuerblock angeordnet sind, eine verringerte oder vorteilhafterweise gar keine Sicherheitsfreigabe für explosive Umgebungen aufweisen müssen.
-
Bauteile, die normalerweise in Umgebungen eingesetzt werden, in denen ein erhöhtes Explosionsrisiko besteht, müssen für diese Anforderungen speziell angepasst sein und eine entsprechende Sicherheitsfreigabe aufweisen. Derartige Bauteile sind verhältnismäßig teuer.
-
Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Steuereinheit den Vorteil, dass die Oberfläche der Steuereinheit verringert wird, indem die einzelnen Rohrverbindungen des Standes der Technik in einem Steuerblock zusammengefasst werden. Folglich weist die erfindungsgemäße Steuereinheit eine sehr viel geringere Oberfläche, insbesondere gegenüber Witterungseinflüssen oder möglichen Störfällen, wie beispielsweise einer Explosion, auf.
-
Der erfindungsgemäße Steuerblock für eine Steuereinheit, insbesondere für eine elektro-pneumatische Steuereinheit eines Stellgeräts, insbesondere einer Regelarmatur von flüssigen und/oder gasförmigen Volumenströmen, umfassend wenigstens einen Volumenverstärker und wenigstens zwei pneumatische Bauteile, ist einteilig oder einstückig ausgebildet, wobei der wenigstens eine Volumenverstärker vollständig in dem einteilig oder ein-stückig ausgebildeten Steuerblock integriert ist und der Steuerblock wenigstens zwei interne Kanalsysteme aufweist, welche jeweils wenigstens eine Aussparung umfassen und jeweils wenigstens zwei zumindest teilweise in oder zumindest teilweise an dem Steuerblock angeordnete pneumatische Bauteile miteinander verbinden.
-
Ein weiterer erfindungsgemäßer Steuerblock für eine Steuereinheit, insbesondere für eine elektro-pneumatische Steuereinheit eines Stellgeräts, insbesondere einer Regelarmatur von flüssigen und/oder gasförmigen Volumenströmen, ist einteilig oder einstückig ausgebildet ist, wobei der Steuerblock
- • ein erstes Kanalsystem aufweist, welches einen Stellungsregler mit einem Volumenverstärker und einer Einlassöffnung, an welcher insbesondere eine Versorgungsdruckeinheit anordbar ist, verbindet,
- • ein zweites Kanalsystem aufweist, welches den Stellungsregler mit einem Drosselrückschlagventil und dem Volumenverstärker verbindet,
- • ein drittes Kanalsystem aufweist, welches das Drosselrückschlagventil mit einem Drossel- bzw. Bypassventil und dem Volumenverstärker verbindet und
- • ein viertes Kanalsystem aufweist, welches das Drossel- bzw. Bypassventil mit einer Auslassöffnung, an welcher insbesondere ein Ventilspindelantrieb anordbar ist, verbindet.
-
Es ist vorteilhaft, wenn das zweite Kanalsystem zwischen dem Stellungsregler und dem Drosselrückschlagventil und/oder dem Volumenverstärker ein weiteres pneumatisches Bauteil, insbesondere ein Mehr-Wege-Magnetventil, vorzugsweise ein 3/2-Wege-Magnetventil, aufweist.
-
Ein weiterer erfindungsgemäßer Steuerblock für eine Steuereinheit, insbesondere für eine elektro-pneumatische Steuereinheit eines Stellgeräts, insbesondere einer Regelarmatur von flüssigen und/oder gasförmigen Volumenströmen, umfassend wenigstens zwei pneumatische Bauteile, ist einteilig oder einstückig ausgebildet, wobei der Steuerblock
- • ein erstes Kanalsystem aufweist, welches einen Stellungsregler mit einem Volumenverstärker, vorzugsweise mit einem Sicherheits- bzw. Rückschlagventil, vorzugsweise mit einem Mehr-Wege-Magnetventil, insbesondere einem 3/2-Wege-Magnetventil, und einer Einlassöffnung, an welcher insbesondere eine Versorgungsdruckeinheit anordbar ist, verbindet,
- • ein zweites Kanalsystem aufweist, welches den Stellungsregler mit dem Mehr-Wege-Magnetventil, insbesondere dem 3/2-Wege-Magnetventil, verbindet,
- • ein drittes Kanalsystem aufweist, welches das Mehr-Wege-Magnetventil, insbesondere das 3/2-Wege-Magnetventil, mit einem Drosselrückschlagventil und dem Volumenverstärker verbindet,
- • ein viertes Kanalsystem aufweist, welches das Drosselrückschlagventil mit einem Drossel- bzw. Bypassventil, vorzugsweise mit dem Schnellentlüfter und dem Volumenverstärker verbindet und
- • ein fünftes Kanalsystem aufweist, welches das Drossel- bzw. Bypassventil und vorzugsweise den Schnellentlüfter mit einer Auslassöffnung, an welcher insbesondere ein Ventilspindelantrieb anordbar ist, verbindet.
-
Ein weiterer erfindungsgemäßer Steuerblock für eine Steuereinheit, insbesondere für eine elektro-pneumatische Steuereinheit eines Stellgeräts, insbesondere einer Regelarmatur von flüssigen und/oder gasförmigen Volumenströmen, umfassend wenigstens zwei pneumatische Bauteile, ist einteilig oder einstückig ausgebildet, wobei der Steuerblock
- • ein erstes Kanalsystem aufweist, welches einen Stellungsregler mit wenigstens einem Mehr-Wege-Magnetventil, insbesondere einem 3/2-Wege-Magnetventil, und/oder wenigstens einem Mehr-Wege-Ventil, insbesondere einem 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) verbindet,
- • ein zweites und ein drittes Kanalsystem aufweist, welche separat den Stellungsregler mit jeweils einem Volumenverstärker verbindet,
- • ein viertes Kanalsystem aufweist, welches wenigstens einen Volumenverstärker mit vorzugsweise einem Mehr-Wege-Magnetventil, insbesondere einem 3/2-Wege-Magnetventil, vorzugsweise einem Sicherheits- bzw. Rückschlagventil und einer Einlassöffnung, an welcher insbesondere eine Versorgungsdruckeinheit anordbar ist, verbindet,
- • ein fünftes und ein sechstes Kanalsystem aufweist, welche separat ein Mehr-Wege-Ventil, insbesondere ein 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais), mit jeweils einem Volumenverstärker verbindet,
- • ein siebtes und ein achtes Kanalsystem aufweist, welche separat das Mehr-Wege-Ventil, insbesondere das 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais), mit jeweils einer Auslassöffnung verbindet.
-
Durch eine einteilige oder einstückige Ausgestaltung des Steuerblocks wird der im Stand der Technik beschriebene Verrohrungsaufwand minimiert. Die einzelnen pneumatischen Bauteile werden direkt an oder zumindest teilweise in dem Stauerblock angeordnet.
-
Die Verbindung der einzelnen pneumatischen Bauteile erfolgt dabei beispielsweise mittels Schraubverbindungen. Dabei werden die Einlass- bzw. Auslassöffnungen einzelner Bauteile über den zugehörigen Aussparungen eines entsprechenden Kanalsystems angeordnet.
-
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass an den Enden eines Kanalsystems, an dem ein pneumatisches Bauteil angeordnet sein soll, das Kanalsystem eine Aufnahme für dieses pneumatische Bauteil aufweist. Eine derartige Aufnahme kann beispielsweise aus einer Aussparung, insbesondere einer Gewindebohrung bestehen, sodass das pneumatische Bauteil mittels einer Schraubverbindung zumindest teilweise in dem Steuerblock angeordnet sein kann.
-
Es ist vorteilhaft, wenn der Steuerblock massiv ausgebildet ist. Eine massive Ausgestaltung des Steuerblocks weist den Vorteil auf, dass das intern in dem Steuerblock angeordnete wenigstens eine Kanalsystem besser vor äußeren Witterungseinflüssen geschützt ist.
-
Es ist zweckmäßig, wenn der Steuerblock aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung, Edelstahl und/oder einer Edelstahllegierung, Kunststoff oder einem anderen zweckspezifischem Material besteht. Je nach den äußeren Bedingungen unter denen eine erfindungsgemäße Steuereinheit zum Einsatz kommt, ist es vorteilhaft, diese mittels einem den äußeren Bedingungen angepassten Material auszugestalten. So bietet eine Ausgestaltung des Steuerblocks aus Edelstahl einen verbesserten Schutz vor Korrosion. Eine Ausgestaltung des Steuerblocks aus Kunststoff ermöglicht eine Gewichtseinsparung.
-
Vorteilhafterweise ist der Steuerblock in einem Stück gegossen. Durch die Herstellung des Steuerblocks mittels eines Gussverfahrens lassen sich Produktionskosten einsparen. Dabei sind unterschiedliche Gussverfahren möglich. Insbesondere bei der Ausgestaltung des Steuerblocks aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung oder einem Kunststoff ist es möglicherweise vorteilhaft, den Steuerblock in einem Spritzgussverfahren herzustellen.
-
Darüber hinaus ist es möglich, dass der erfindungsgemäße Steuerblock in einem Druckverfahren und/oder einem selektiven Laserschmelzverfahren, insbesondere mittels eines 3D-Druckers, hergestellt ist.
-
Um die einzelnen pneumatischen Bauteile untereinander zu verbinden weist der Steuerblock in seinem Inneren wenigstens ein Kanalsystem auf, das mittels Aussparungen gebildet wird.
-
Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Aussparung mittels eines spanabhebenden Verfahrens, insbesondere Loch- und/oder Sackbohrungen, hergestellt.
-
Um in einem massiven, einteilig oder einstückig gefertigten Block ein internes Kanalsystem anzuordnen, können die das Kanalsystem ausbildenden Aussparungen mittels eines spanabhebenden Verfahrens, insbesondere mittels Loch- und/oder Sackbohrungen in dem Block erstellt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein zusätzliches pneumatisches Bauteil an dem Steuerblock angeordnet werden soll.
-
Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Aussparung mittels wenigstens eines vor dem Gussvorgang in der Gießform angeordneten Kerns, insbesondere eines Sandkerns, hergestellt.
-
Um Kosten und Produktionszeit zu sparen ist es vorteilhaft, wenn wenigstens ein Kanalsystem bereits während des Gussvorgangs eines gegossenen Steuerblocks erstellt wird. Dazu wird in die Gießform ein Sandkern, der die Negativform des späteren Kanalsystems wiederspiegelt, vor dem Gießen in die Gießform eingelegt. Nach dem Erstarren des gegossenen Steuerblocks wird der Sandkern aus dem Inneren des Steuerblocks entfernt.
-
Zweckmäßigerweise weist der Steuerblock ein erstes Kanalsystem auf, welches eine Stellungsregler mit einem Volumenverstärker und einer Einlassöffnung, an welcher insbesondere eine Versorgungsdruckeinheit anordbar ist, verbindet, ein zweites Kanalsystem auf, welches die Steuereinheit mit einem Drosselrückschlagventil und dem Volumenverstärker verbindet, ein drittes Kanalsystem auf, welches das Drosselrückschlagventil mit einem Drossel- bzw. Bypassventil und dem Volumenverstärker verbindet und ein viertes Kanalsystem auf, welches das Drossel- bzw. Bypassventil mit einer Auslassöffnung, an welcher insbesondere ein Ventilspindelantrieb anordbar ist, verbindet.
-
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass die erfindungsgemäße elektro-pneumatische Steuereinheit einen erfindungsgemäßen Steuerblock umfasst.
-
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Steuerblocks in einer Steuereinheit eines Stellgeräts, insbesondere einer Regelarmatur von flüssigen und/oder gasförmigen Volumenströmen.
-
Ein Betreiben der erfindungsgemäßen Steuereinheit bzw. des Steuerblocks mittels einer hydraulischen Flüssigkeit, bei Verwendung entsprechender Bauteile, ist ebenfalls möglich.
-
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können sich auch aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen ergeben, die in der Zeichnung dargestellt sind. Erfindungswesentliche Merkmale können sich auch aus der Anordnung einzelner Kanalsysteme und/oder Aussparungen zueinander und/oder der Anordnung der pneumatischen Bauteile zum Steuerblock ergeben. In dieser zeigen:
- 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Steuereinheit,
- 2 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform,
- 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform,
- 4 eine perspektivische Rückansicht eines Steuerblocks gemäß der zweiten Ausführungsform
- 5 eine perspektivische Rückansicht eines Steuerblocks gemäß der ersten Ausführungsform,
- 6 eine perspektivische Frontansicht eines Steuerblocks gemäß der ersten Ausführungsform ohne pneumatische Bauteile.
-
1 zeigt einen schematischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Steuereinheit 10 in Verbindung mit einer schematisch dargestellten Regelarmatur 12. Wobei die Regelarmatur 12 in dieser stark vereinfachten Darstellung ein Regelventil 14, eine Ventilspindel 16, die einen Ventilkörper im Inneren des Regelventils 14 verfährt, sowie einen die Ventilspindel 16 antreibenden Ventilspindelantrieb 18 umfasst. Mögliche Ventilspindelantriebe sind insbesondere ein Kolbenantrieb oder ein Membranantrieb.
-
Die Position der Ventilspindel 16 und somit auch des Ventilkörpers wird über die Steuereinheit 10 geregelt. Diese Steuereinheit 10 umfasst einen Stellungsregler 20, einen Volumenverstärker 22, ein Drosselrückschlagventil 24, ein Drossel- bzw. Bypassventil 26, eine Versorgungsdruckeinheit 28 sowie einen Sensor 30, der innerhalb einer das Medium führenden Rohrleitung und/oder in einer der Regelarmatur 12 vor- bzw. nachgeschalteten Zu- bzw. Ableitung (nicht gezeigt) angeordnet ist, und einen Positionssensor 32 an der Ventilspindel 16.
-
Dabei sind die pneumatischen Bauteile, nämlich der Volumenverstärker 22, das Drosselrückschlagventil 24 und das Drossel- bzw. Bypassventil 26 zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an einem einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblock 33 angeordnet. Die pneumatischen Bauteile sind dabei über Druckleitungen, welche als Kanalsysteme Kx, insbesondere Aussparungen, innerhalb des einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblocks 33 realisiert sind, miteinander verbunden.
-
Ein erstes Kanalsystem K1 verbindet den Stellungsregler 20 mit dem Volumenverstärker 22 und einer Einlassöffnung 34, an welcher eine Versorgungsdruckeinheit 28 angeordnet ist, die einen konstanten Versorgungsdruck von insbesondere 3,5 bar der Steuereinheit 10 zuführt. Dieser Versorgungsdruck liegt demnach an der Druckleitung zur Steuereinheit 10, wie auch an einem Einlass des Volumenverstärkers 22 an.
-
Je nach Auswahl der pneumatischen Bauteile sind auch andere Versorgungsdrücke im Bereich von 1 bar bis 10 bar, bevorzugt 2 bar bis 9 bar, besonders bevorzugt 3 bar bis 7 bar, möglich. Der maximale Versorgungsdruck hängt auch von dem Material ab, aus welchem der Steuerblock gefertigt ist.
-
Darüber hinaus ist der Stellungsregler 20 mittels eines weiteren Kanalsystems K2 mit einem Drosselrückschlagventil 24 und dem Volumenverstärker 22 verbunden.
-
Das Drosselrückschlagventil 24 und der Volumenverstärker 22 sind mittels eines weiteren Kanalsystems K3 mit dem Drossel- bzw. Bypassventil 26 verbunden.
-
Über ein weiteres Kanalsystem K4 ist das Drossel- bzw. Bypassventil 26 mit einer Auslassöffnung 36 verbunden, an welcher eine Regeldruckleitung 40 angeschlossen ist, die den von der Steuereinheit 10 erzeugten Regeldruck an den Ventilspindelantrieb 18 der Regelarmatur 12 weiterleitet.
-
Um den Regeldruck ermitteln zu können, ist innerhalb einer das Medium führenden Rohrleitung und/oder in einer der Regelarmatur 12 vor- bzw. nachgeschalteten Zu- bzw. Ableitung (nicht gezeigt) ein Sensor 30, insbesondere ein Flusssensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Positionssensor, angeordnet, der einen Ist-Wert einer entsprechenden Messgröße, insbesondere das Durchflussvolumen und/oder die Durchflussmasse, insbesondere kontinuierlich, ermittelt und mittels einer elektrischen und/oder elektronischen Leitung 38 an den Stellungsregler 20 übermittelt.
-
Aufgrund dieser Sensordaten wird ein Regeldruck, insbesondere kontinuierlich, generiert, der von der Steuereinheit 10 bereitgestellt und mittels einer separaten Regeldruckleitung 40 an den Ventilspindelantrieb 18 der Regelarmatur 12 angelegt. Je nach Ausgestaltung des Ventilspindelantriebs 18 bewirkt der Regeldruck, dass sich beispielsweise bei einem Kolben- oder Membranantrieb ein Kolben bzw. ein flexibles Element, insbesondere eine Membran aus einer Ausgangslage bewegt bzw. verformt wird. Bei einfachwirkenden Kolben- oder Membranantrieben erfolgt die Bewegung des Kolbens bzw. die Verformung des flexiblen Elements gegen die Rückstellkraft einer Feder. Bei doppelwirkenden Kolben- oder Membranantrieben, befinden sich auf beiden Seiten des Kolbens bzw. der Membran Druckkammern, die separat von der Steuereinheit mir einem Regeldruck beaufschlagt werden. Aufgrund des entstehenden Druckunterschieds, wird der Kolben verfahren bzw. die Membran verformt. An dem Kolben oder dem flexiblen Element ist die Ventilspindel 16 mechanisch verbunden, weswegen sich die Position der Ventilspindel 16 bzw. des Ventilkörpers innerhalb des Regelventils 14 verändert.
-
An der Ventilspindel 16 ist ein Positionssensor 32 angeordnet, der mittels einer mechanischen und/oder induktiven Kopplung mit der Ventilstange in Verbindung steht. Über diesen Positionssensor 32 wird die Position der Ventilstange und aufgrund der mechanischen Kopplung der Ventilstange mit dem Ventilkörper die Position des Ventilkörpers innerhalb des Regelventils 14, insbesondere kontinuierlich, ermittelt. Das ermittelte Positionssignal des Positionssensors 32 wird mittels einer elektrischen und/oder elektronischen Leitung 38 an den Stellungsregler 20 geleitet.
-
Die einzelnen Kanalsysteme können dabei untereinander zusätzliche Verbindungen in Form von Aussparungen aufweisen.
-
2 zeigt einen schematischen Schaltplan einer ersten, einfachwirkenden Ausführungsform in Verbindung mit einer schematisch dargestellten Regelarmatur 12. Wobei die Regelarmatur 12 in dieser stark vereinfachten Darstellung ein Regelventil 14, eine Ventilspindel 16, die einen Ventilkörper im Inneren des Regelventils 14 verfährt, sowie einen die Ventilspindel 16 antreibenden Membranantrieb 41 umfasst.
-
Die Position der Ventilspindel 16 und somit auch des Ventilkörpers wird über die Steuereinheit 10 geregelt. Diese Steuereinheit 10 umfasst einen Stellungsregler 20, einen Volumenverstärker 22, zwei entgegengeschaltete Drosselrückschlagventile 24, ein Drossel- bzw. Bypassventil 26, ein 3/2-Wege-Magnetventil 42, ein Sicherheits- bzw. Rückschlagventil 44, einen Schnellentlüfter 46, eine Versorgungsdruckeinheit 28, welche ein Manometer 48, einen Filter 50 und ein Druckregelventil 52 umfasst, sowie einen Sensor 30, der innerhalb einer das Medium führenden Rohrleitung und/oder in einer der Regelarmatur 12 vor- bzw. nachgeschalteten Zu- bzw. Ableitung (nicht gezeigt) angeordnet ist, und einen Positionssensor 32 an der Ventilspindel 16.
-
Dabei sind die pneumatischen Bauteile, nämlich der Volumenverstärker 22, die zwei entgegengeschaltete Drosselrückschlagventile 24, das Drossel- bzw. Bypassventil 26, das 3/2-Wege-Magnetventil 42, das Sicherheits- bzw. Rückschlagventil 44, der Schnellentlüfter 46 zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an einem einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblock 33 angeordnet. Die pneumatischen Bauteile sind dabei über Druckleitungen, welche als Kanalsysteme Kx, insbesondere Aussparungen, innerhalb des einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblocks 33 realisiert sind miteinander verbunden.
-
Ein erstes Kanalsystem K5 verbindet den Stellungsregler 20 mit dem Volumenverstärker 22, dem Sicherheits- bzw. Rückschlagventil 44, dem 3/2-Wege-Magnetventil 42 und einer Einlassöffnung 34, an welcher eine Versorgungsdruckeinheit 28 angeordnet ist, die einen konstanten Versorgungsdruck von insbesondere 3,5 bar der Steuereinheit 10 zuführt. Dieser Versorgungsdruck liegt demnach an der Druckleitung zur Steuereinheit 10, wie auch an einem Einlass des Volumenverstärkers 22 an.
-
Je nach Auswahl der pneumatischen Bauteile sind auch andere Versorgungsdrücke im Bereich von 1 bar bis 10 bar, bevorzugt 2 bar bis 9 bar, besonders bevorzugt 3 bar bis 7 bar, möglich. Der maximale Versorgungsdruck hängt auch von dem Material ab, aus welchem der Steuerblock gefertigt ist.
-
Die Versorgungsdruckeinheit 28 umfasst in dieser Ausführungsform ein Manometer 48, einen Filter 50 und ein Druckregelventil 52.
-
Darüber hinaus ist der Stellungsregler 20 mittels eines weiteren Kanalsystems K6 erneut mit dem 3/2-Wege-Magntventil 42 verbunden.
-
Über ein weiteres Kanalsystem K7 ist das 3/2-Wege-Magnetventil 42 mit dem Volumenverstärker 22 und den beiden Drosselrückschlagventilen 24 verbunden.
-
Das Kanalsystem K8 verbindet die beiden Drosselrückschlagventile 24 mit dem Volumenverstärker 22, dem Drossel- bzw. Bypassventil 26 und dem Schnellentlüfter 46.
-
Über ein weiteres Kanalsystems K9 sind das Drossel- bzw. Bypassventil 26 und der Schnellentlüfter 46 mit einer Auslassöffnung 36 verbunden, an welcher eine Regeldruckleitung 40 angeschlossen ist, die den von der Steuereinheit 10 erzeugten Regeldruck an den Membranantrieb 41 der Regelarmatur 12 weiterleitet.
-
Um den Regeldruck ermitteln zu können, ist innerhalb einer das Medium führenden Rohrleitung und/oder in einer der Regelarmatur 12 vor- bzw. nachgeschalteten Zu- bzw. Ableitung (nicht gezeigt) ein Sensor 30, insbesondere ein Flusssensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Positionssensor, angeordnet, der einen Ist-Wert einer entsprechenden Messgröße, insbesondere das Durchflussvolumen und/oder die Durchflussmasse, insbesondere kontinuierlich, ermittelt und mittels einer elektrischen und/oder elektronischen Leitung 38 an den Stellungsregler 20 übermittelt.
-
Aufgrund dieser Sensordaten wird ein Regeldruck, insbesondere kontinuierlich, generiert, der von der Steuereinheit 10 bereitgestellt und mittels einer separaten Regeldruckleitung 40 an den Membranantrieb 41 der Regelarmatur 12 angelegt wird. Der Regeldruck in dem Membranantrieb 41 bewirkt, dass ein flexibles Element, insbesondere eine Membran gegen eine Rückstellkraft einer Feder verformt wird. An dem flexiblen Element ist die Ventilspindel 16 mechanisch verbunden, weswegen sich die Position der Ventilspindel 16 bzw. des Ventilkörpers innerhalb des Regelventils 14 verändert.
-
An der Ventilspindel 16 ist ein Positionssensor 32 angeordnet, der mittels einer mechanischen und/oder induktiven Kopplung mit der Ventilstange in Verbindung steht. Über diesen Positionssensor 32 wird die Position der Ventilstange und aufgrund der mechanischen Kopplung der Ventilstange mit dem Ventilkörper die Position des Ventilkörpers innerhalb des Regelventils 14, insbesondere kontinuierlich, ermittelt. Das ermittelte Positionssignal des Positionssensors 32 wird mittels einer elektrischen und/oder elektronischen Leitung 38 an den Stellungsregler 20 geleitet.
-
3 zeigt einen schematischen Schaltplan einer zweiten, doppeltwirkenden Ausführungsform in Verbindung mit einer schematisch dargestellten Regelarmatur 12. Wobei die Regelarmatur 12 in dieser stark vereinfachten Darstellung eine Ventilspindel 16, die einen Ventilkörper im Inneren einer Regelventils 14 verfährt, sowie einen die Ventilspindel 16 antreibenden Kolbenantrieb 54 umfasst.
-
Im Unterschied zu der ersten, einfachwirkenden Ausführungsform, sind in dieser zweiten, doppeltwirkenden Ausführungsform zwei Volumenverstärker 22 in dem Steuerblock 33 integriert, und der Regeldruck wird über zwei separate Auslassöffnungen 36 an einen doppelwirkenden Kolbenantrieb 54 weitergeleitet.
-
Die Position der Ventilspindel 16 und somit auch des Ventilkörpers wird über die Steuereinheit 10 geregelt. Diese Steuereinheit 10 umfasst einen Stellungsregler 20 mit integriertem Positionssensor 32, zwei Volumenverstärker 22, ein 3/2-Wege-Magnetventil 42, ein 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56, ein Sicherheits- bzw. Rückschlagventil 44, eine Versorgungsdruckeinheit 28, welche ein Manometer 48, einen Filter 50 und ein Druckregelventil 52 umfasst, ein weiteres pneumatisches Bauteil 58 wie beispielsweise ein Manometer.
-
Dabei sind die pneumatischen Bauteile, nämlich die zwei Volumenverstärker 22, das 3/2-Wege-Magnetventil 42, das 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56, das Sicherheits- bzw. Rückschlagventil 44 und ein weiteres pneumatisches Bauteil zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an einem einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblock 33 angeordnet. Die pneumatischen Bauteile sind dabei über Druckleitungen, welche als Kanalsysteme Kx, insbesondere Aussparungen, innerhalb des einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblocks 33 realisiert sind miteinander verbunden.
-
Ein erstes Kanalsystem K10 verbindet den Stellungsregler 20 mit dem 3/2-Wege-Magnetventil 42 und dem 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56.
-
Über die Kanalsysteme K11 und K12 ist der Stellungsregler 20 mit den beiden Volumenverstärkern 22 verbunden.
-
Es ist auch möglich unterschiedliche Volumenverstärker in eine Steuereinheit zu integrieren. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn eine Bewegung in eine Bewegungsrichtung, beispielsweise das Verfahren des Ventilkörpers in eine Verschlussstellung, schneller vollzogen werden soll, als eine Bewegung in eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung.
-
Das Kanalsystem K13 verbindet die beiden Volumenverstärker 22 mit dem 3/2-Wege-Magnetventil 42, dem Sicherheits- bzw. Rückschlagventil 44 und der Einlassöffnung 34, an welcher eine Versorgungsdruckeinheit 28 angeordnet ist, die einen konstanten Versorgungsdruck von insbesondere 3,5 bar der Steuereinheit 10 zuführt. Dieser Versorgungsdruck liegt demnach an der Druckleitung zur Steuereinheit, wie auch an einem Einlass der Volumenverstärker 22 an.
-
Je nach Auswahl der pneumatischen Bauteile sind auch andere Versorgungsdrücke im Bereich von 1 bar bis 10 bar, bevorzugt 2 bar bis 9 bar, besonders bevorzugt 3 bar bis 7 bar, möglich. Der maximale Versorgungsdruck hängt auch von dem Material ab, aus welchem der Steuerblock gefertigt ist.
-
Über die Kanalsysteme K14 und K15 sind die beiden Volumenverstärker 22 separat mit dem 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56 verbunden. Und weiter über die Kanalsysteme K16 und K17 ist das 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56 mit den Auslassöffnungen 36 verbunden, an welchen separate Regeldruckleitung 40 angeschlossen sind, die die von der Steuereinheit 10 erzeugten Regeldrücke an den doppelwirkenden Kolbenantrieb 54 der Regelarmatur 12 weiterleiten.
-
An der Ventilspindel 16 ist ein Positionssensor 32 angeordnet, der mittels einer mechanischen und/oder induktiven Kopplung mit der Ventilstange in Verbindung steht. Über diesen Positionssensor 32 wird die Position der Ventilstange und aufgrund der mechanischen Kopplung der Ventilstange mit dem Ventilkörper die Position des Ventilkörpers innerhalb des Regelventils 14, insbesondere kontinuierlich, ermittelt. Das ermittelte Positionssignal des Positionssensors 32 wird mittels einer elektrischen und/oder elektronischen Leitung 38 an den Stellungsregler 20 geleitet.
-
Einsatz findet diese Ausführungsform einer Steuereinheit 10 insbesondere in Regelarmaturen 12, die über einen nicht vorgespannten Ventilspindelantrieb 18 sondern über einen doppelwirkenden Kolbenantrieb 54 mit zwei Druckbereichen verfügen.
-
Dabei wird das 3/2-Wege-Magnetventil 42 elektrisch angesteuert. Bei angelegter Spannung, insbesondere einer Niederspannung, wird der Versorgungsdruck der Versorgungsdruckeinheit 28 über die Volumenverstärker 22 an das 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56 geleitet. Der an dem 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56 anstehende Druck betätigt das 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56 pneumatisch.
-
In diesem Zustand ist eine Regelfreigabe gegeben. Aufgrund der Sensordaten werden die Volumenverstärker 22 von dem Stellungsregler 20 unterschiedlich angesteuert, wodurch ein Druckunterschied in den Kammern des doppelwirkenden Kolbenantriebs 54 erzeugt und die Ventilspindel 16 positioniert wird.
-
Beim Abschalten der an das 3/2-Wege-Magnetventil 42 angelegten Spannung oder im Störfall wird das 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56 in einen Ruhezustand versetzt, in dem die Regeldruckleitungen 40 verschlossen sind. Somit wird die Druckluft im doppelwirkenden Kolbenantrieb 54 eingesperrt und die Position der Ventilspindel 16 gehalten.
-
4 zeigt eine perspektivische Rückansicht eines Steuerblocks 33 und die in dem Steuerblock 33 angeordneten Kanalsysteme Kx gemäß der zweiten Ausführungsform. In dieser Ansicht auf der linken Seite ist die Versorgungsdruckeinheit 28 angeordnet.
-
Die pneumatischen Bauteile, nämlich die zwei Volumenverstärker 22, das 3/2-Wege-Magnetventil 42, das 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56, das Sicherheits- bzw. Rückschlagventil 44 und ein weiteres pneumatisches Bauteil, sind zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an einem einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblock 33 angeordnet. Die pneumatischen Bauteile sind dabei über Druckleitungen, welche als Kanalsysteme Kx, insbesondere Aussparungen, innerhalb des einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblocks 33 realisiert sind miteinander verbunden.
-
Ein erstes Kanalsystem K10 verbindet den auf der Vorderseite befindlichen Stellungsregler 20 mit dem 3/2-Wege-Magnetventil 42 und dem 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56.
-
Über die Kanalsysteme K11 und K12 ist der Stellungsregler 20 mit den beiden Volumenverstärkern 22 verbunden.
-
Das Kanalsystem K13 verbindet die beiden Volumenverstärker 22 mit dem 3/2-Wege-Magnetventil 42, dem Sicherheits- bzw. Rückschlagventil 44 und der Einlassöffnung 34, an welcher eine Versorgungsdruckeinheit 28 angeordnet ist, die einen konstanten Versorgungsdruck von insbesondere 3,5 bar der Steuereinheit 10 zuführt. Dieser Versorgungsdruck liegt demnach an der Druckleitung zur Steuereinheit, wie auch an einem Einlass der Volumenverstärker 22 an.
-
Je nach Auswahl der pneumatischen Bauteile sind auch andere Versorgungsdrücke im Bereich von 1 bar bis 10 bar, bevorzugt 2 bar bis 9 bar, besonders bevorzugt 3 bar bis 7 bar, möglich. Der maximale Versorgungsdruck hängt auch von dem Material ab, aus welchem der Steuerblock gefertigt ist.
-
Über die Kanalsysteme K14 und K15 sind die beiden Volumenverstärker 22 separat mit dem 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56 verbunden. Und weiter über die Kanalsysteme K16 und K17 ist das 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais) 56 mit den Auslassöffnungen 36 verbunden, an welchen separate Regeldruckleitung 40 angeschlossen sind, die die von der Steuereinheit 10 erzeugten Regeldrücke an den doppelwirkenden Kolbenantrieb 54 des Stellgeräts, insbesondere der Regelarmatur 12, weiterleiten.
-
5 zeigt eine perspektivische Rückansicht eines Steuerblocks 33 und die in dem Steuerblock 33 angeordneten Kanalsysteme Kx gemäß der ersten Ausführungsform. In dieser Ansicht auf der linken Seite ist die Versorgungsdruckeinheit 28 angeordnet.
-
Die pneumatischen Bauteile, nämlich der Volumenverstärker 22, die beiden Drosselrückschlagventile 24, das Drossel- bzw. Bypassventil 26 (nicht gezeigt), das 3/2-Wege-Magnetventil 42, das Sicherheits- bzw. Rückschlagventil 44 (nicht gezeigt) und der Schnellentlüfter 46 (nicht gezeigt), sind zumindest teilweise in und/oder zumindest teilweise an einem einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblock 33 angeordnet. Die pneumatischen Bauteile sind dabei über Druckleitungen, welche als Kanalsysteme Kx, insbesondere Aussparungen, innerhalb des einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblocks 33 realisiert sind, miteinander verbunden.
-
Ein erstes Kanalsystem K18 verbindet den auf der Vorderseite befindlichen Stellungsregler 20 mit dem Volumenverstärker 22, dem 3/2-Wege-Magnetventil 42 und der Einlassöffnung 34, an welcher eine Versorgungsdruckeinheit 28 angeordnet ist, die einen konstanten Versorgungsdruck von insbesondere 3,5 bar der Steuereinheit 10 zuführt. Dieser Versorgungsdruck liegt demnach an der Druckleitung zur Steuereinheit, wie auch an einem Einlass der Volumenverstärker 22 an.
-
Je nach Auswahl der pneumatischen Bauteile sind auch andere Versorgungsdrücke im Bereich von 1 bar bis 10 bar, bevorzugt 2 bar bis 9 bar, besonders bevorzugt 3 bar bis 7 bar, möglich. Der maximale Versorgungsdruck hängt auch von dem Material ab, aus welchem der Steuerblock gefertigt ist.
-
Darüber hinaus ist der Stellungsregler 20 mittels eines weiteren Kanalsystems K19 erneut mit dem 3/2-Wege-Magntventil 42 verbunden.
-
Über ein weiteres Kanalsystem K20 ist das 3/2-Wege-Magnetventil 42 mit dem Volumenverstärker 22 und den beiden Drosselrückschlagventilen 24 verbunden.
-
Das Kanalsystem K21 verbindet die beiden Drosselrückschlagventile 24 mit dem Volumenverstärker 22, dem Drossel- bzw. Bypassventil 26 und dem Schnellentlüfter 46.
-
Über ein weiteres Kanalsystems K22 sind das Drossel- bzw. Bypassventil 26 und der Schnellentlüfter 46 mit einer Auslassöffnung 36 verbunden, an welcher eine Regeldruckleitung 40 angeschlossen ist, die den von der Steuereinheit 10 erzeugten Regeldruck an den Ventilspindelantrieb 18 des Stellgeräts, insbesondere der Regelarmatur 12, weiterleitet.
-
6 zeigt eine perspektivische Frontansicht eines einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblocks 33 und die in dem Steuerblock 33 angeordneten Kanalsysteme Kx gemäß der ersten Ausführungsform ohne angeordnete pneumatische Bauteile.
-
Die an den Steuerblock 33 anordbaren pneumatischen Bauteile sind dabei über Druckleitungen, welche als Kanalsysteme Kx, insbesondere Aussparungen, innerhalb des einteilig oder einstückig ausgebildeten, massiven Steuerblocks 33 realisiert sind, miteinander verbunden.
-
Ein erstes Kanalsystem K18 dient der Verbindung eines auf der Vorderseite des Steuerblocks 33 anordbaren Stellungsreglers 20 mit einem Volumenverstärker 22, einem 3/2-Wege-Magnetventil 42 und einer Einlassöffnung 34, an welcher eine Versorgungsdruckeinheit 28 anordbar ist.
-
Darüber hinaus dient ein weiteres Kanalsystem K19 Verbindung eines Stellungsreglers 20 mit einem 3/2-Wege-Magntventil 42.
-
Ein weiteres Kanalsystem K20 dient der Verbindung eines 3/2-Wege-Magnetventils 42 mit einem Volumenverstärker 22 und zwei Drosselrückschlagventilen 24.
-
Das Kanalsystem K21 dient der Verbindung von zwei Drosselrückschlagventilen 24 mit einem Volumenverstärker 22, einem Drossel- bzw. Bypassventil 26 und einem Schnellentlüfter 46.
-
Über ein weiteres Kanalsystems K22 sind ein Drossel- bzw. Bypassventil 26 und ein Schnellentlüfter 46 mit einer Auslassöffnung 36 verbindbar, an welcher eine Regeldruckleitung 40 anordbar ist, die den von der Steuereinheit 10 erzeugten Regeldruck an den Ventilspindelantrieb 18 des Stellgeräts, insbesondere der Regelarmatur 12, weiterleitet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Steuereinheit
- 12
- Regelarmatur
- 14
- Regelventil
- 16
- Ventilspindel
- 18
- Ventilspindelantrieb
- 20
- Stellungsregler
- 22
- Volumenverstärker
- 24
- Drosselrückschlagventil
- 26
- Drossel- bzw. Bypassventil
- 28
- Versorgungsdruckeinheit
- 30
- Sensor
- 32
- Positionssensor
- 33
- Steuerblock
- 34
- Einlassöffnung
- 36
- Auslassöffnung
- 38
- Leitung, elektrisch und/oder elektronisch
- 40
- Regeldruckleitung
- 41
- Membranantrieb
- 42
- 3/2-Wege-Magnetventil
- 44
- Sicherheits- bzw. Rückschlagventil
- 46
- Schnellentlüfter
- 48
- Manometer
- 50
- Filter
- 52
- Druckregelventil
- 54
- Kolbenantrieb
- 56
- 4/2-Wege-Ventil (Blockierrelais)
- Kx
- Kanalsystem (mit x = 1,2, ..., 17)
