DE1068922B - Pneumatisches Regelwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein pneumatisches Regelwerk mit. rein integraler Wirkung. Es ist ein wesentliches Ziel der Erfindung, das an und für sich bekannte Kraftvergleichsverfahren in neuartiger Weise so zu benutzen, daß das Regelwerk nach der Erfindung S völlig ohne proportionale Wirkung auf Änderungen des Istwertes reagiert. Die bisher bekanntgewordenen Regelwerke mit Kraftvergleich beantworten eine Istwertänderung durch eine proportionale Steuerdruckänderung von fester oder einstellbarer Größe, der eine integrale Steuerdruckänderung überlagert sein kann. Diese Eigenschaft ist erfahrungsgemäß bei Regelstrekken mit kurzen Anlauf- und Totzeiten (z. B. Durchflußregelungen, Druckregelungen von Flüssigkeiten) nachteilig, da zur Stabilisierung derartiger Regelkreise ein Proportionalbereich von 300bis 500% der Steuerdruckänderung erforderlich ist, während die Nachstellzeit nur einige Sekunden zu betragen braucht. Die Verwirklichung sehr großer Proportionalbereiche stößt aber wegen des nachteiligen Einflusses auf die erreichbare Regelgenauigkeit auf beträchtliche technische Schwierigkeiten; bei einigen bekannten Ausführungsformen von Regelwerken mit Kraftvergleich ist sie nur durch die zusätzliche Verwendung besonderer Hilfsgeräte, beispielsweise eines »inversen Vorhaltes«, erreichbar. Das Regelwerk nach der Erfindung besitzt einen unendlich großen Proportionalbereich, macht also die Verwendung von kostspieligen Zusatzgeräten bei der Anpassung an die genannten Regelstrecken überflüssig. Die Schwierigkeiten zur Verwirklichung eines großen, aber endlichen Proportionalbereichs sind bei dem Regelwerk nach der Erfindung nicht vorhanden, so daß es mit einfachen, leicht herstellbaren Bauteilen eine hohe Regclgcnauigkeit erreicht.

Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, die der Abweichung des Istwerts vom Solhvert (der Regelabweichung) proportionale Stellgeschwindigkeit des Stellgliedes an einem geeichten Stellknopf am Regelwerk unabhängig von der Größe der Arbeitskammer oder dem Hub des Stellgliedes einstellbar zu machen. Diese Möglichkeit besteht nicht bei bekannten rein integralen Regelwerken mit anderem Arbeitsprinzip. Zum Beispiel muß bei einem Strahlrohr-Regelwerk die Stellgeschwindigkeit des Stellgliedes den jeweiligen Abmessungen desselben in jedem Einzelfall angepaßt werden, wozu meistens zeitraubende Messungen erforderlich sind. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei einigen integralen Regelwerken mit elektrischer Hilfskraft.

Erfindungsgemäß werden die vorstehenden Aufgaben dadurch gelöst, daß ein an und für sich bekanntes pneumatisches Regelwerk mit proportional-integraler Wirkung, welches durch Auswägen des Meßdrucks gegen einen Führungsdruck mittels eines Verstärkers einen PI-Wert bildet, wobei der Ausgangsdruck des Ver-Pneumatisches Regelwerk

Anmelder:
Dreyer, Rosenkranz & Droop

Aktiengesellschaft,
Hannover, Leisewitzstr. 4-50

Dr. Friedrich Wilhelm Warnecke, Hannover,
ist als Erfinder genannt worden

stärkers der Regelabweichung entgegengekoppelt und über eine einstellbare Drosselstelle verzögert mitgekoppelt ist, in der Weise abgewandelt wird, daß der Druck in der Mitkopplungskammer mittels eines Pjoportionalverstärkers als Stellgröße mit rein integraler Übergangsfunktion ausgesondert wird. Dieser Proportionalverstärker wird in an sich bekannter Weise mit hoher Förderleistung ausgerüstet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

In Fig. 1 ist ein pneumatisches Regelwerk nach der Erfindung in einer möglichen Ausführungsform beispielsweise schematisch im Schnitt gezeichnet. Das Regelwerk besteht aus nicht näher bezeichneten Ringen, die nach Zwischenlegen von Membranen zusammengeschraubt sind, wodurch verschiedene Druckkammern entstehen.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Druckverlauf in zwei für die Regelung wesentlichen Kammern als Folge einer Istwertänderung.

Zur Erklärung der Wirkungsweise sei angenommen, daß der Sollwertdruck durch Anschluß 22 in Kammer 15 und der Istwertdruck durch Anschluß 23 in Kammer 13 eingeleitet werden. Ist die Regelgröße kein Druck geeigneter Größe, so kann sie in bekannter Weise mittels eines Meßwertumformers in einen Druck umgeformt werden, der dann in Kammer 13 geleitet wird. Der Sollwertdruck wird meist von einem (nicht dargestellten) einstellbaren besonderen Druckregler oder von einem sonstigen Hilfsgerät erzeugt werden. In die Leitung 18 wird Druckluft passenden, aber nicht notwendig genau konstanten Luftdruckes eingeleitet, während Anschluß 19 mit der Arbeitskammer des nicht gezeichneten Stellgliedes verbunden wird. Die zur Erfassung der Regelabweichung bestimmten Membranen 12, 14 und 16, die verschieden große wirksame Flächen haben, sind untereinander verbunden, so daß sie nur gemeinsame Bewegungen ausführen können. Bei Gleich-

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heit von Sollwert- und Istwertdruck, heben sich die von diesen Drücken auf die Membranen 12,14 und 16 ausgeübten Kräfte gegenseitig auf. Ist der Istwertdruck größer als der Sollwertdruck, so werden sich die Membranen nach oben bewegen und die Düse 1 abdecken. Die aus Leitung 18 über die Drossel 10 in Kammer 2 strömende Druckluft wird infolgedessen gestautj was eineDrucksteigerung in Kammer 2 zur Folge hat. Hierdurch: wird die Doppelmembran 3 entgegen der Kraft der Feder 8 nach oben gedrückt und der Doppelkegel 7 vom Einlaßsitz 5 abgehoben. Durch diei'en Sitz strömt dann Druckluft aus Leitung 18 in Kammer 4; und. von hier aus über Leitung 24 in Kammer 11, wodurch der Druck in diesen Kammern schnell ansteigt. DerDruck in Kammer 11 wird soweit ansteigen, bis die von ihm auf die Oberseite der Membran 12 ausgeübte Kraft die Summe aller auf die Membranen 12, 14 und 16 ausgeübten Druckkräfte überwiegt. Diese Membranen werden dann wieder nach unten gedrängt und die Düse 1 freigegeben. Bei voller Freigabe der Düse 1 sinkt der Druck in der Kammer 2 so weit, daß der Druck in Kammer 4 und die Feder 8 die Doppelmembran 3 nach unten drücken können, wobei der Doppelkegel 7 den Einlaßsitz 5 dicht abschließt und der Auslaßsitz 9 sich vom Doppelkegel 7 abhebt. Durch ihn strömt dann Druckluft zwischen der Doppelmembran 3 hindurch ins Freie, wodurch der Druck in den Kammern'4undll sinkt. Es stellt sich schließlich ein solches Gleichgewicht ein, daß die von dem Druck in Kammer 11 auf die Oberseite der Membran 12 ausgeübte Kraft den Druckkräften auf die Membranen 12, 14 und 16 genau die Waage hält und der Druck in Kammer 2 um den Betrag

(Kraft der Feder 8)

(Wirkfläche der unteren Membran 3)

größer ist als der Druck in Kammer 4. Die Feder 6 hat die Aufgabe, dem Doppelkegel 7 stets eine definierte Lage zu geben. Die Teile 1, 3, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 bilden mit den zugehörigen Ringen und Luftanschlüssen ein pneumatisches Relais. Die sich nach einer gegebenen Steigerung des Istwertdrucks in Kammer 13 infolge der beschriebenen Arbeitsweise des pneumatischen Relais in Kammer 11 einstellende Druckerhöhung ist dem Anstieg des Istwertdruckes proportional. Der Proportionalitätsfaktor ist das Verhältnis der Differenz der Wirkflächen der Membranen 12 und 14 zur Wirkfläche der Membran 12. Der gestiegene Druck in Kammer 11 wird durch Leitung 24 zu der einstellbaren Drossel 21 geleitet, durch welche dann Luft in Kammer 17 strömt, in welcher der Druck deshalb auch ansteigen muß. Durch jede Drucksteigerung in Kammer 17 wird nun eine Kraft auf die Unterseite der Membran 16 ausgeübt, die zur Aufrechterhaltung des Kraftgleichgewichts an den Membranen 12, 14 und 16 eine gleich große Drucksteigerung in Kammer 11 zur Folge haben muß, die sich durch Abdecken der Düse 1 in der oben beschriebenen Weise einstellt. Infolgedessen bleibt die Druckdifferenz an der Drossel 21 konstant, so daß nach dem anfänglichen Druckanstieg in Kammer 11 infolge der Erhöhung des Istwertdrucks der Druck als lineare Funktion der Zeit in dieser Kammer weiter steigen wird. In Kammer 17 ist der Druckanstieg ebenfalls eine lineare Funktion der Zeit, er zeigt aber keinen plötzlichen Anstieg als Folge der Istwertänderung.

Der Druckverlauf in den Kammern 11 und 17 ist in Abb. 2 beispielsweise für eine feste Einstellung der Drossel 21 dargestellt.

Die vorstehend beschriebenen Teile und ihr Zusammenwirken sind im wesentlichen bekannt.

AVird der Druck in Leitung24 wie bei bekannten pneumatischen Regelwerken als Regelimpuls für die Einstellung des Stellgliedes verwandt, so zeigt das Regelwerk eine proportional-integrale AVirkungsweise mit festem Proportionalbereich und einstellbarer Nachstellzeit. Der Proportionalbereich ist größer als 100% der Steuerdruckänderung; doch kann er nicht beliebig groß gemacht werden, da dann die Wirkflächen der Membranen 12, 14 und 16 gleichgemacht werden müßten und unter diesen Umständen das Regelwerk nicht mehr arbeiten könnte. Der Druck in Kammer 17 hat dagegen eine rein integrale Übergangsfunktion. Bei dem in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kammer 17 nach unten durch die weiche Membran 20 begrenzt; Durch die Kraftwirkung des Druckes in Kammer 17 auf die Membran 20 wird diese nach unten gegen die Düse la, gedrückt. Die Teile und Kammern la, 2a, 3a, 4a, 5 a, 6a, 7a, 8a, 9a und

10 a bilden wieder ein pneumatisches Relais, bei welchem die durch den Index α bezeichneten Teile und Kammern dieselbe Bedeutung haben wie die obenbeschriebenen Teile ohne Index des anderen pneumatischen Relais, das zum Aufbau des Druckes in Kammer

11 in der beschriebenen Weise dient. Durch das Abdecken der Düse la wird in Kammer 11 α ersichtlich der gleiche Druck aufgebaut, wie er in jedem Augenblick in Kammer 17 herrscht. Der Druck in Kammer 11a wird durch die Leitung 19 zur Arbeitskammer des Stellgliedes als Regelbefehl.geleitet. Der Regelbefehl besitzt also eine rein integrale Übertragungsfunktion. Nach einer Istwertänderung wird sich demnach der Regelbefehl und damit die Stellung des Stellgliedes so lange verändern, bis der Istwert wieder gleich dem Sollwert und der Druck in Kammer 17 gleich dem Druck in Kammer 11 geworden sind. Infolge der großen Durchtrittsquerschnitte an den Sitzen 5a und 9a und der dadurch bedingten hohen Förderleistung, tritt in der Einstellung des Stellgliedes durch das Füllen und Entleeren der Arbeitskammer desselben praktisch keine zusätzliche zeitliche Verzögerung auf. Die Laufgeschwindigkeit des Stellgliedes ist vielmehr allein durch die Einstellung der Drossel 21 bedingt.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die erstrebte Wirkung ist auch mit anderen Bauteilen und bei anderer Anordnung derselben erreichbar.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Pneumatisches Regelwerk, das durch Auswägen des Meßdrucks gegen einen Führungsdruck mittels eines Verstärkers einen PI-Wert bildet, wobei der Ausgangsdruck des Verstärkers der Regelabweichung entgegengekoppelt und über eine einstellbare Drosselstelle verzögert mitgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Mitkopplungskammer (17) mittels eines Proportionalverstärkers (la bis lla) großer Förderleistung den Integralwert als Stellgröße aussondert.

   In Betracht gezogene Druckschriften: O ρ ρ e 11, Kl. Handbuch techn. Regelvorgänge, Weinheim (Verl. Chemie), 1954, S. 38, 47, 163, 207, 213.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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