DE1073228B - Summenrelais zur Storwertaufschaltung bei Reglern mit pneumatischer Hilfskraft - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bei Reglern mit pneumatischer Hilfskraft werden beispielsweise Mehrfachmembranrelais verwendet, um den Stelldruck für das Stellglied aus mehreren Steuerdrücken zu bilden, wobei vorwiegend Summen- und Differenzbildungen von praktischer Wichtigkeit sind. Ein bekanntes Membranrelais, welches aus zwei Drücken, von denen der eine üblicherweise der"Ausgangsdruck des Reglers und der andere eine Hilfsregelgröße sind, einen Stelldruck für das Stellglied bildet, ist in der Zeichnung unterhalb der Linie A-A im Schnitt beispielsweise dargestellt. Es besteht aus nicht näher bezeichneten Ringen, die nach Zwischenlegen von Membranen zusammengeschraubt sind, wodurch mehrere Druckkammern entstehen. Die Bedeutung der Kammern, Membranen und weiteren Teile sowie ihr Zusammenwirken werden in der nachfolgenden Beschreibung der Wirkungsweise erklärt:

Durch die Leitung 9 wird in die Kammer 12 der erste Steuerdruck P₁₂ (Stelldruck des Reglers) und durch die Leitung 18 in die Kammer 19 der zweite Steuerdruck P₁₉ (Hilfsregelgröße) sowie als verzögerter Rückführwert der Hilfsregelgröße durch die Leitung 16 in die Kammer 15 der Druck P₁₅ eingeleitet. Werden die Wirkflächen der Membranen 13,17 und 20 mit F₁₃, F₁₇ und F₂₀ bezeichnet, so ist die Summe der auf diese Membranen durch die Drücke P₁₂, P₁₅ und P₁₉ nach unten ausgeübten Kräfte gleich

-Pi₂ · F₁₃-P₁₅ · (F₁₃ — F₁₇) + P₁₉ · (F₂₀ — F₁₇). (1)

Da für alle praktisch vorkommenden Fälle diese Gesamtkraft positiv ist, so wird sie die miteinander bewegungsgleich verbundenen Membranen 13, 17 und 20 nach unten gegen die Düse 25 drücken, die hierdurch abgedeckt wird. In die Anschlußleitung 34 wird Druckluft eingeleitet, die über die Drossel 23 in die Kammer 22 strömt, aus der sie bei abgedeckter Düse 25 nicht entweichen kann. Infolgedessen steigt der Druck in dieser Kammer 22, und die Membranen 24 und 26 bewegen sich nach unten. Hierbei wird der Doppelkegel 30 vom Einlaßsitz 31 abgehoben, durch den dann Druckluft in die Kammer 27 und von hier über die Leitung 10 auch in die Kammer 21 strömt. Der Druck in diesen Kammern, der mit P₂₁ bezeichnet sei,, wird so lange ansteigen, bis die von ihm auf die Unterseite der Membran 20 ausgeübte Kraft alle anderen auf die miteinander bewegungsgleich verbundenen Membranen 13, 17 und 20 ausgeübten Druckkräfte überwiegt, diese Membranen nach oben gedrängt werden und die Düse 25 wieder freigegeben wird. Aus dieser wird dann die in Kammer 22 aufgestaute Druckluft in Kammer 21 entweichen, so daß der Druck in der Kammer 22 sinkt und" der Druck in der Kammer 27, unterstützt durch die Feder 28, die Membranen 24 und 26 nach oben bewegen kann, wobei vom Doppelkegel 30 der Einlaßsitz 31 geschlossen wird, während der Auslaßsitz 29 sich von der Spitze des Doppelkegels 30 abhebt.

zur Störwertaufschaltung bei Reglern
mit pneumatischer Hilfskraft

Anmelder:
Dreyer, Rosenkranz & Droop

Aktiengesellschaft,
Hannover, Leisewitzstr. 4-50

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

Es kann dann Druckluft aus der Kammer 27 zwischen den beiden Membranen 24 und 26 hindurch ins Freie entweichen, so daß auch der in der Kammer 21 herrschende Druck P₂₁ sinkt. Die Feder 33 dient lediglich zur Lagen-

a5 sicherung des Doppelkegels 30. Durch mehr oder weniger weites Abdecken der Düse 25 wird also in Kammer 21 stets ein Druck entstehen, dessen Kraftwirkung auf die Unterseite der Membran 20 allen anderen Druckkräften auf die miteinander verbundenen Membranen 13, 17 und 20 die Waage hält.
Dabei ist gemäß (1)

18

— P.

15"

20

1

17

20

Dieser Druck P₈₁ wird als Ausgangsdruck des Summenrelais durch die Anschlußleitung 32 entnommen; er ist die Summe der mit festen Faktoren multiplizierten Steuer-P₁ ο und wird normalerweise einem nicht

drücke P₁₂, P₁₅,

dargestellten Stellmotor zugeführt. Verbindet man die Leitungen 16 und 18 über eine einstellbare Verzögerungsdrossel 14 und macht F₁₃ = F₂₀ = F, so ist bei Konstanz des bei 18 eingeleiteten Steuerdruckes stets P₁₅ = P₁₉ und demnach P₂₁ = P₁₂. Bei plötzlicher Änderung des bei 18 eingeleiteten Druckes um A -p wird sich der Ausgangsdruck P₂₁ um

IV

ändern, welche Druckänderung nach einer gewissen Zeit nach Druckausgleich über die Verzögerungsdrossel 14 wieder verschwindet. Man kann also mit dem bekannten Summenrelais unter anderem dem Steuerdruck P₁₂ die Änderung eines anderen Steuerdruckes vorübergehend

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überlagern, was bei Regelungen mit Störwertaufschaltung von großer praktischer Bedeutung ist. Der »Eingriffsfaktor« 1 —

ist dabei ein für allemal durch die Abmessungen der Membranen 13, 17 und 20 des Summenrelais fest gegeben und notwendig stets kleiner als 1.

Zur Lösung vorgegebener Regelaufgaben unter Berücksichtigung von Störgrößen (Hilfsregelgrößen) muß der in dem bekannten Gerät durch das Verhältnis der Wirkflächen seiner Membranen fest gegebene Eingriffsfaktor der Regelaufgabe angepaßt werden. Dies kann bei dem bekannten Summenrelais durch Einschalten eines Proportionalübertragers in die Leitung 18, beispielsweise der Baugruppen B und C der USA.-Patentschrift 2 638 921, geschehen. Der die Störgröße darstellende Druck wird dabei vor Eintritt in das Summenrelais mit einem von 1 verschiedenen Faktor multipliziert. Diese Art der Anpassung des Eingriffsfaktors erfordert ein besonderes Gerät.

Eine weitere Möglichkeit der Anpassung des Eingriffsfaktors besteht darin, die Kennlinie des mit dem Druck P₂₁ beaufschlagten Stellgliedes zu verändern. Dies erfordert meist umfangreiche Versuche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine einstellbare Veränderung des oben näher definierten Eingriffsfaktors die Anpassung von Störgrößenänderungen an die Eigenschaften der sonstigen Regelelemente im Summenrelais selbst ohne Betriebsunterbrechungen und ohne verwickelte Eingriffe in den Funktionsmechanismus des Summenrelais zu ermöglichen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Summenrelais der geschilderten Art der erste Steuerdruck über ein zusätzliches 1 : 1-Relais 1 bis 5 auf das Summenrelais 12 bis 25 übertragen wird und in der Übertragungsleitung 5 a, 9 eine erste Drossel 6 eines einstellbaren Druckteilers 6, 8 vorgesehen ist, dessen zweite Drossel 8 den hinter der ersten Drossel 6 liegenden Teil 9 der Übertragungsleitung mit der Stelldruckleitung 10, 32 verbindet, so daß durch Einstellen (vorzugsweise der zweiten Drossel 8) des Druckteilers der Eingriffsfaktor des zweiten, dem Summenrelais (Kammer 19) unmittelbar zugeführten Steuerdrucks durch überlagerte Mitkopplung des Ausgangsdruckes änderbar ist.

Gemäß dem auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Druck P₁₂ also nicht unmittelbar in die Kammer 12, sondern durch die Leitung 1 in die Kammer 2 eines zusätzlichen Relais eingeleitet. Durch die Kraftwirkung dieses Druckes wird die weiche Membran 3 nach unten gegen die Düse 4 gedrückt. Die von Leitung 11 über die Drossel 7 in die Kammer 5 strömende Druckluft kann aus der Düse 4 erst dann ins Freie entweichen, wenn der Druck in Kammer 5 gleich dem Druck in Kammer 2 geworden ist. Durch mehr oder weniger starkes Abdecken der Düse 4 durch die weiche Membran 3 wird sich also in Kammer 5 stets derselbe Druck wie in Kammer 2 einstellen. Ist die Drossel 8 in der Verbindung zwischen den Leitungen 9 und 10 geschlossen, so muß sich der Druck in Kammer 5 über die Drossel 6 auch in Kammer 12 hinein ausgleichen, und es ändert sich in diesem Falle nichts an der oben beschriebenen Wirkungsweise des bekannten Mischrelais. Sind insbesondere die Drücke in den Kammern 15 und 19 einander gleich, so ist der bei 32 entnommene Ausgangsdruck stets gleich dem bei 1 eingeführten ersten Steuerdruck. Da in diesem Falle auf beiden Seiten der Drossel 8 derselbe Druck herrscht, so macht es bei Druckgleiehheit in den Kammern 15 und 19 für die Funktion nichts aus, wenn die Drossel 8 mehr oder weniger weit geöffnet wird.

Es sei nun angenommen, daß der Strömungswiderstand der Drossele klein gegenüber dem Strömungswiderstand der Drossel 6 sei. Steigt dann der Druck in Kammer 19 um den Betrag Δ p, so hat dies im ersten Augenblick einen Anstieg des Ausgangsdruckes um

zur Folge, wie oben auseinandergesetzt wurde. Es wird dann aber Druckluft über Drossel 8 in Leitung 9 strömen und in Kammer 12 ebenfalls einen Druckanstieg bewirken. Der Druckanstieg in dieser Kammer verursacht nun einen gleich großen Druckanstieg auf der Ausgangsseite, was wieder einen Druckanstieg in Kammer 12 zur Folge hat, usf. Je nachdem wie weit die Drossel 8 geöffnet ist, wird sich also ein verschieden großer Druckanstieg auf der Ausgangsseite als Folge eines gegebenen Druckanstieges in Kammer 19 einstellen.

Bei Abfall des Druckes in Kammer 19 ändern sich die Drücke in Kammer 12 und auf der Ausgangsseite, wie oben beschrieben, aber mit entgegengesetzten Vorzeichen.

Durch die Druckteilung über die beiden Drosseln 6 und 8 zwischen Stelldruckleitung 16, 32 und Übertragungsleitung Sa für den Druck in der Kammer 5, der gleich dem bei 1 eingeleiteten ersten Steuerdruck ist, läßt sich also der »Eingriffsfaktor« des zweiten, unmittelbar in die Kammer 19 geleiteten Steuerdrucks (der Störgröße) stetig in weiten Bereichen verändern. Die Drossel 8 ist direkt in Eingriffsfaktoren eichbar. Wird die Drossel 14 statt in der Leitung 16 in die Leitung 18 eingebaut, so werden von dem Summenrelais Störgrößenänderungen mit entgegengesetztem Vorzeichen wie in dem beschriebenen Fall auf der Ausgangsseite wirksam.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Summenrelais zur Störwertaufschaltung bei Reglern mit pneumatischer Hilfskraft, dessen über einen Verstärker gegebener Stelldruck im Verhältnis 1 : 1 einem ersten Steuerdruck (Regelabweichung) und wenigstens einem zweiten Steuerdruck (Hilfsregelgröße) mit beliebigem Übersetzungsverhältnis gegengekoppelt ist, wobei zum Vergleich der Drücke das Kraftvergleichsverfahren benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuerdruck über ein zusätzliches 1 : 1-Relais (1 bis 5) auf das Summenrelais (12 bis 25) übertragen wird und in der Übertragungsleitung (5 a, 9) eine erste Drossel (6) eines einstellbaren Druckteilers (6, 8) vorgesehen ist, dessen zweite Drossel (8) den hinter der ersten Drossel (6) liegenden Teil (9) der Übertragungsleitung mit der Stelldruckleitung (10, 32) verbindet, so daß durch Einstellen (vorzugsweise der zweiten Drossel 8) des Druckteilers der Eingriffsfaktor des zweiten, dem Summenrelais (Kammer 19) unmittelbar zugeführten Steuerdrucks durch überlagerte Mitkopplung des Ausgangsdruckes änderbar ist.
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   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 899 287;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 638 921 ;
   Regelungstechnik, 1 (1953), S. 236, Bild 2;
   Oppelt, Kl. Handbuch techn. Regelvorgänge, Weinheim, 1954, S. 213, Bild. 28, 4, und S. 340, Bild 45, 7.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen