DE1523489A1

DE1523489A1 - Regeleinrichtung mit Einstellvorrichtung fuer den Proportionalbereich

Info

Publication number: DE1523489A1
Application number: DE19661523489
Authority: DE
Inventors: Bader Dipl-Ing Horst
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Priority date: 1966-01-07
Filing date: 1966-01-07
Publication date: 1969-08-14
Also published as: DE1523489B2; DE1523489C3

Description

R@i, btuna Grit- Finotellvorriohtuna

fUr den Pronortionalbereich

Die Erfindung besieht sich auf eine Regeleinrichtung mit einer

Einstellvorrichtung für den Proportionalbereioh, bestehend aus

einem durch Regelgrößen bewegbaren Geber und einen um eine Dreh-

achee schwenkbaren und mit de® Geber suesmenwirkenden Ab,4riff-

glied.-

Ee sind solche Regeleinrichtungen bekanntgeworden (Deutsche

Patentschrift 858 040), die jedoch den Nachteil aufweisen, da8

sie keine Mohführung ermöglichen. En ist jedoch to vielen Fällen

wesentlich, daß außer der mit der bekannten Vorrichtung erreich-

baren Ist-wert-ßiäführung als Regelgröße auch die in folgenden

als Regelgrößen bezeichneten Soll-Wert-Signale und die von Aus-

,gangssig:ial des Reglers abgeleiteten Mokführsignale, a.8. R+

zur Bildung des Differentialverhaltens und &- zur Bildung des

Integralverhaltens, in die Rpgeleinriohtuag eingeführt werden

können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die huchteile der be-

ksnnten Regeleinrichtungen zu vermeiden und eine einfache und

reumsperoride Haseleinrichtung au schaffen, an der eine übersieht-

liehe Anordnung der Einführungen der Regelgröße möglich ist und

bei der eich die verschiedenen Regelgrößen geeeaeeitig nicht be-

einfluecen. nie Erfindung besteht, ausgehend von der Erkenntnis,

cal eine gegenseitige Beeinflussung der Retelgrößen dann nicht

mö lieh ist, wenn bei Regeleiarioht uaEea der eingangs genannten

Oattuat mit einem schwenkbaren Abgriffglied auf den Geber selbst

nur I9egkoriponenten einwirken, die von den Regelgrößen htrvorge-

rufen worden, darin, daß der Geber kreisbogenförmig gestrltet

und mit nindeetene zwei jeweils von den Regel MBen besufeohlag-

ten und entlang von sich sohaeidaia wirkuogslinien bewegbaren

Gliedern versehen ist, deren Bewegungen auf den Geber Ubertrcgen

werdbn. Durch die Erfindung wir# erreicht, das der Geber eines

#ierbrlgreglers ausschließlich von der Differenz der kegelrrößen,

beisnielsweine durch die aufgrund einer Drnokdifrerens hervorge-

rufene Bewegung verschoben wird, rrobsi dis absolute ßröge der

Dri:oke, d.h. der aboolute Wsrt der.Regelgrö0e ohne Einflug auf

die Bildung der Reaelsig@e bleibt.

Vorteilhaft eatoprieht die. lAnie der kreisbosenlörniten nestalt

den #lbers in etrr_ der

des Xreieboaens, der durch den

#1w des Ab`riftglieda und durch dis-Größe des pinkele

der sich schneidenden Wirkungslialen der bewegbaren Glieder öe-

eU»t tote Nduroh tot es möglich, die Abasnsungen der Ftekel-

etwiohtungen so klein wie igöglioh zu halten, so daß eine beooadere

raumsparende Anordnung getroffen ist. In einer AusfUhnurgefora der Erfindung können die bewegbaren Glieder starr mit den Geber verbunden sein. In einer anderen vorteilhafteren AusfUhrungstore können die bewegbaren Glieder aber auch mit federnden Elementen am Geber befestigt sein, die so beschaffen und angeordnet,-sind, daß die Bewegungen der entsprechenden bewegbaren Glieder in we- sentlichen nur in Richtung der jeweiligen Wirkungslinie auf den Geber übertragen werden. Durch diene Ausgestaltung ist die Gewähr dafür gegeben, daß die Wirkungslinien der jeweiligen Regel- größen durch die Bewegungen des Gebers nicht beeinflußt werden, d.h. unabhängig voneinander sind. Zweckmäßig können als federnde Elemente Blattfedern vorgesehen sein, die so angeordnet sind, daß die hüngeseiten ihres Querschnittes jeweils in Richtung der Wirkungslinien der bewegbaren Glieder liegen, so daß sie in Riohtung der Wirkungslinien ein großes Wideretandsmoment,in der etwa senkrecht zu der Richtung der Wirkungslinien liegenden Richtung, jedoch ein geringes Widerstandsmosent gegen Biegung aufweisen. Besonders günstig werden zwei parallele Blattfedern vorgesehen, die zur Platzersparnis jeweils U-förmig gestaltet sein können. Eine besonders einfache kusfUhrungsform ergibt sich dann, wenn der Geber in etwa die Gestalt eines Viertelkreises besitzt und die Wirkungslinien der bewegbaren Glieder sich unter einen Winkel schneiden, der etwas größer als 900 ist. Vorteilhaft kann außerdem die Schwenkachse des Gebers außerhalb des Schnittpunktes der Wirkungslinien liegen. Eine einfache Ausgestaltung der Regeleinrich- tung kann ferner dann erreicht werden, wenn die von den Wirkungs- linien festgelegte Ebene parallel unterhalb der Ebene liegt, in welcher das Abgriffglied geschwenkt wird, da auf diese Weise eine besonders einfache Anordnung der bewegbaren Glieder am Geber möglich ist. Vorteilhaft können die Wirkungslinien der bewegbaren Glieder sich außerdem unterhalb des Schwerpunktes des Gebers schneiden, weil auf diese Weise die Regeleinrichtung lagenunabhängig wird, da das Eigengewicht den Gebers bei dieser Ausführungsform ohne Einfluß bleibt.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von AusfUhrungebeispielen dargestellt und in der nachfolgenden.Heschreibung er- läutert. Es zeigen ic3. 1 eine perspektivische und schematische Darstellung r g einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtvnb in einer ein- fachen Ausführungsform mit drei auf den Geber wirkenden Regelgrößen, Fig. la eine Teilansicht der Befestigung der bewegbaren Glieder am Geber gemäß Fig. 1 mit Hilfe von Blattfedern, in vergrößertem Maßstab, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelvor- richtung in Form eines pneumatischen PID-Reglers, Fig. 2a einen Schnitt durch den pneumatischen Regler nach Fig. 2 längs der Linie 1 - I, 10 Fig. 3 ein anderes Ausführungebeispiel der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in Form eines elektropneumatischen PID-Reglers mit analogem Eingang der Regelgrößen, Fig. 4 einen elektropneumatischen Regler ähnlich Fig. 3, jedoch mit digitalem Eingang und Fig. 5 einen nach der vorliegenden r.rfindung ausgestatteten Manostaten.
In Figinr 1 ist eine kreisbogenförmige Prallplatte 1 vorgesehen, die mit einer um die Achse 2 schwenkbaren Düse 3 zusammenwirkt. Unterhalb der Prallplatte 1 und unterhalb der Ebene, in der die Düse 3 geschwenkt wird, sind die Glieder 4 und 4' angeordnet, die entlang der Wirkungslinien 5 und b von den von den Regelgrößen beaufschlagten Pdeßwerken 7 und 3 bzw. 9 bewegt werden können. Die Wirkungslinien 5 und 6 liegen durch die Anordnung der Lteßwerke 7 und 9 fest.

Die bewegbaren Glieder 4 und 4' sind jeweils mit Hilfe von zwei Blattfedern 10, die nach Fig. 1 a U-förmig gestaltet sind, mit dem Geber, d.h. mit der Prallplatte 1 verbunden. Bewegungen, die durch die rqeßwerke 7 und 8 über das bewegbare Glied 4 und die Blattfeder 10 in Richtung der Nirkunbslinie 5 auf die etwa als Viertelkreis ausgebildete Prallplatte 1 wirken, üben keinen Ein-1;:ß auf `j .e Wirkungslinie 6 der anderen Regelgröi3en, hier des

Meßwerks g aus, da Bewegungen der frallplatte 1 in Richtung

der Wirkungslini= 5 von der Blattfeder lti' mit der das Glied

4' an der Prällplatte 1 befestigt ist, elastisch aufgenommen

werden können. Dazu sind die Blattfedern 1ß' ebenso wie auch

die Blattfedern 10 so angeordnet, das die Längssaiten ihrer

Querschnitte jeweils in Richtung der Wirkungslinien 5 bzw. 6

verlaufen. Damit weisen die Blattfedern in Richtung der jewei-

ligen Wirkungslinie ein großes Widerstandsmonent gegen Biegung,

in Richtung etwa enkrech t auf cie jeweilige Wirkungslinien je-

doch ein Zehr Ceringes Widerstandsmoment gegen Biegung @.uf.

Eine gegenseitige Beeinflussung der Regelgrößen durch die Be-

wegungen des Geher:, d.h. der frallpl.atte 1 ist damit ausge-

schlossen.

Eine praktische Aus Ubr_i-a&-sform ist in den Figuren 2 und 'a ge-

zeigt. In AusfiihrungSforir ist das a n der kreisbogenförmi-

gen Prallplatte 1 anz-=ebrachte bevregbL,re Glied 4, dessen Befesti-

gung der Einfhchüeit halber hier starr gezeiät ist, zvr,.ckmäßiger-

weise aber ebenEo mit hilte von Blattfedern vorgenor:.men v;ird,

wie da: in Figur 1 gezeigt ist, z:,fiscY@en zwei Drue.-t"t-l"en 11

und 12 @;el@,.;erta .iss zweite bewegbare £:lied 4' sitzt eberf@@lls

zwischen zwei -°@rfi@cr:bz@1Y en 13 und 14. Der '@ruc?@r7@.1@ 13 wird bei-

vor, vor; `sollwert und vier Druckbalg 14 von lst1"ert eines

zu reielnden irtekes beaufschl#-gt. Der so gebildete pn@un tische

Regler weist eir 'T'ID-Verhall-en auf, wenn das durch der, '_betand

der üUse 3, die auch .ier um die AeLse 2 schwenkbar= felgen ist,

von der @ra13.@1-te 1 erzeugte 1''.u-:gan,#;ssignal des Reg-Z-ers in an

::ich hekrpnnt r WeiSe a1--, '"tcki"ihrsignal zur Bildung d c -: f", x "feren-

ti ie Baari 12 und dnver_

gangssignal abgeleitete R- Rückführsignal zur Bildung des Integralverhaltens auf den Balg 11 wirkt.

Aus der Figur 2a ist ersichtlich, daß die Druckbälge 13 und 14 ebenso wie such die Druckbälge 11 und 12 in raumsparender Heise -unterhalb der Prallplatte 1 und unterhalb der :-schwenkebene der Düse 3 angeordnet sind. Der Druckbalg 13 wird durch die Bohrung 15 mit den Sollwert des Druckes und der Druckbalg 14 durch die Bohrung 16 mit dem Istwert des zu regelnden Druckes in einfacher und übersichtlicher Weise besufschlaagt. Je nach der Differenz der in den Bälgen 13 und 14 herrschenden Drücke wird das bewegbare Glied 4' verschoben, so daß sich auch der Abstand zwischen der Düse 3 und der mit dem bewegbaren Glied 4' verbundenen Prallplatte 1 Kndert. Dadurch wird eine Druckänderung an der durch die :Bohrung 17 mit Druck beaufschlagten Düse 3 hervorgerufen. An der Bohrung 17 kann somit, hervorgerufen durch die Druckdifferenz in den Bälgen 13 und 14, ein entsprechendes Ausgangssignal bzw.. eine Druckerhöhung oder eine Druckerniedrigung abgenommen werden, die zur Aussteuerung des Regelvorganges verwendet werden können. Gleichzeitig wird die als Ausgangssignal dienende Druckänderung in an sich bekannter weise als Riickführsignal verzögert auf die Druckbälge 11 und 12 geleitet. Die Druckbälge 11 und 12 sind analog, wie auch die Bälge 13 und 14, mit übersichtlich und leicht sug#ingigen ZufUhrbohrungen versehen,, an welche die entsprechenden Rückführsignale angeschlossen werden können. Durch die aufgrund der Rückführsifinale R+ und R- in den Bälgen 12 bzw. 11 hervorgerufene Druckdifferenz, die über das bewegbare Glied 4 auf die Prallplatte 1 wirkt, erfährt die Prallplatte die gewünschte Rückführung.

äs ist =°ei :.'.er in n- . Figuren und 2a dargestellten Aus-

rührung@.-4'or nicht rirbeding;t nötig, daß die Wirkungslinien

und 6 @.ch auf dfwr 3=i$#-renkc.chse 2 treffen. Vorteilhaft

kann die Anordnung @_tuch so getroffen werden, daß sich die

Wirkungelxnien 5 und 6 unterhalb des Schwerpunktes l der

Prallplatte 1 uchr-Leidea, wie es gestrickelt eingezeichnet

ist, weil dann das Eigengewicht des Gebers ohne Einfluß

auf die 1#egele41.genschaften bleibt und der Regler lagenun-

abhii.ngig wird. '9ex Schwenkpunkt der Dizse 3 fällt rann nicht

mit denn Schnittpunkt der Wirkungslinien 5 und 6 zusammen.

Der- '.`inkei, den die rilirkungslinien 5 Land 6 miteinander ein-

schli,.e eng wirs`4 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel

zweekM;,'12ie etwii_s großer als 90 o gewählt.

Anstelle der :«süße der Bewegung, die das bewegbare Glied 4'

durch den Ist- und Stollwertvergleich des 2u regelnden Druckes

in den &ilgem `.3 und 14 der Fig. 2 und 2s. erfährt, kann-der

Aussein ag der -rollplatte 1 auch Fron anderen physikalischen

4.r:en über Ye 3@@rerke bewirkt werden, wie es anhand von Aus-

im folgenden erläutert ist:

In Pigur "3 ist ein elektropneumatischer fiD-Regler gezeigt,

bei dem @dC4@.,3qy:@gfÄche Glied 4 der Pralipl!-,tte 1 wiederum mit

den 11 und 12 analog der J;u.aführur.Egsform naer@

den Fig. 2 -:rd 2a. :in Verbindung steht, @a-2irend jedoch das

zweite h@°:,@e f3li en. 4' reit einem i=eßwerk 18 in Verbindung

steht, s.n ilektriselfen yignazex (lstwert) und

X "5301 eingegeben Gerden und mittels Spulen und Meß--

@@:wr@`er ._-äi.r-r T,1-4.f'eren proportionalen Weg erzeuE-en,

der über das Verbindungsstück 19 auf das bewegbare Glied 4' und auf das durch die 2rallplatte 1 und die schwenkbare

Düse 3 gebildete, in seiner Funktion dem Ausfüh-

rungsbeispiel der Zig. 2 und 2u entspreeheer #eq;s#iib tragen

wird.

In Figur 4 sind die zii;ekfia.rbli;e 11 und 12 in gleicher :eise

wie in Pii;. 3 angeordnet, doch steht die viertelkreisförmige

Prallplatte 1 hier über das Verbindungsstück 19 mit einem

durch die Rotation der Schnecke 20 bew-gten ,Schneckenrad 21 in

Verbindung. Die ,°,chnecke 20 wird von einem Schrittschaltmotor

22 gedreht, der seinerseits; über einen Verst*-;rker 23 die an

der Impulswaage 24 gebildete Differenz der digitaler. elektri-

schen Signale, Sollwert und Istwert 25 und 26, zugeleitet

erhält. Der Schrittschultmotor 22 bewirkt eine der Differenz

der ilapulse 25 und 26, das heißt der Differenz von Sollwert

und Istwert entsprechende t)rehung der Schnecke 20, die ihrer-

ei l.s die Wegverstellung der Prallplatte 1 in der vorher ge-

schilderten Weise hervorruft.

Der auf der :Figur 5 dargestellte Manostat mit PID-Verhalten

besteht im wesentlichen aus der 3ourdon-Peder 27, die an

der ü teile 2;; fest gelagert irt und mit ihrem freien j2:nde 29

über ein in wesentlichen Zugkr°_:fte übertragendes Zwischen-

glied 3t mit dem bewegbaren Glied 4' verbunden ist. Dieses

bewegbare Glied 4 1 ist entweder etarr, wie in Fig. 5 darge-

stellt, oder in der in der Pig. 1 geschilderten :eise mit der

viertelkreisförmigen Prallplatte 1 verbunden, die ihrerseits

mit der um die 'caise 2 schwenkbaren Düse 3 in der vorher

geschilderten Weise zusammenwirkt. Der dargestellte Ilanostat

weist ein PID-Verhalten auf, wenn das durch den Abstand der

Düse 3 von der Prallplatte 1 erzeugte Ausgangssignal als Rück-

führsignale R-+ und R- auf die Bälge 11 und 12 einwirkt. Jede

Bewegung der Prallplatte 1, die durch eine Druck,:nderung in

der Bourdongfeder 27 hervorgerufen wird, ruft auch eine Ande-

runi; des Abstandes zwischen Prallplatte 1 und Düse 3 hervor,

sodaß das in der einganes geschilderten ;.'eise erzeugte Ausgangs-

signal Tiber die älge 11 und 12 und das bewegbare Glied 4 eine

Rückstellung auf die Frallplut te 1 aus=ibt.

Ein ähnlicher Aufbau der ',egeleinrichtung kann auch gewUhlt

werden, wenn ans 'eile eines Wanostaten mit : ID-Verhalten bei-

spielsweise ein r;iveaurer;ler mit ''ID-Verhalten gewonnen werden

soll. Anstelle der durch die ßourdonfeder 27 hervorgerufene

Bei:egun; des Gliedes 4' wirkt rann eine Jeggröße auf die Prall-

platte 1 über das bewegbare Glied 4` ein, die durch das Ab-

sinken oder Ansteigen des zu regelnden Niveaus, beispielsweise

eines Wasserspief,els oder dergleichen r,ervorl;erufen wird.

Außer dem eben gerannten Bei!3piel sind «uch noch eine '?eihe

anderer anwendun,-°sa@oglichkeiten der erfindun4.st#em*i!3en Regel-

einrichtun.j gegeben. Die -:rfindung kann überall da eingesetzt

werden, wo Regelgrößen durch jL-eßirerke in ifege urgesetzt werden,

die =iuf den Gebur übertragen das gewünschte @e;e.:@i.pr@sl erzeu-

gen und auch eine Rückführung des Gebers bewirken sol..ken;. Die 9

Erfindung ist auch nicht auf die Anwendung eines 'üsenprall-

plattensystems besehr-inkt, wie es in den AusfUhrungsbei-

spielen geschildert ist, sondern es ist ebenso denkbar,

daß anstelle der schwenkbaren '3use und der kreisbogen-

förmigen Prallplatte ein in ähnlicher Weise aufgebauter

induktiver Abgriff oder ein anderer hb,rriff vorgesehen

wird.

Claims

Patent- und Sichutzansprüche

11°tgeleiliric.';Aung biit einer Einetellvarrichtung für den z@c:orf@:i.a:a ebc°eich, bestehend aus einem durch Regel- größen bewebaren Geber und einen um eine Drehachse :gcyre@ka.reund mit dem Geber zusammen wirkenden Ab- dadurch f;ekennzeichnet, ciaß der Geber (1) kresl@,etiig gestaltet und mit mindestens zwei, jeweil- vcn den Regelgrößen (?,8s9) beaufschl,--gten und entlang jün sich schneidenden wirkungelinien (5,6) be- vweebaren (U `-edern (,4') versehen ist, deren iiewegun,.-en x-';äx ä -: E er über-tragen werden. 1.. ;_ 4;: itung nach ;in:rezh 1, dadurch gekennzeichnet, e der kreisbogenförmigen Gestalt de:. Gebers ;..a" in der Lände des Kreisbsi;enk entspricht der durch =e fsc@@-e.==.@ius des Abgriffgliedes (3) und durc'° die 'fA:tvkels der mich sei:neidenden '..rlrkunt"elinien e`@@f-. ri2v--gbaren Glieder (4,4') bestimmt ist. 21 n& ch den Anspri@chen 1. und 2, dadurch ge- " 3 cß bewegb! ren Glieder (4,4') 2'tarr mit ;" i*4 =: t @äertund en sind. _l .;ar_.... ..t j,j...vä . u@eh ;@cit'<.ad@¢f@3ika 1 und 2, dadurch ge- $:v.".- d.0.ß d.. t c-,i-@,..Le%.er 441) jjit 3.ede- s u

beschaffen und angeordnet sind, daB die Bewegungen der entsprechenden bewegbaren Glieder im wesentlichen nur in Richtung der jeweiligen Wirkungslinie (5,6) auf den Geber übertragen werden. 5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, daß als federnde Elemente Blattfedern (10,10') vor- gesehen sind, die so angeordnet sind, daß die Längsseiten ihres Querschnittes jeweils in Richtung der ':irkungslinien (5,6) der bewegbaren Glieder (4,4') liegen. 6. Regeleinrichtung nach Artspruch 5, dadurch gekcnnseichnet, dab zwei parallele, vorzugsweise u-förmig gestaltete Blattfedern (10,10') vorgesehen sind. 7. Regeleinrichtung nLch den Ansprdehen 1 und 2 und einem oder me#ireren der dbrigen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daB der Geber (1) in etwa die Gestalt eines Viertel- kreises besitzt und die Wirkungslinien (5,6) der beweg- baren Glieder(4,4') sich unter einem Winkel schneiden, der etwas größer als 90 0 ist. B. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 und einem _ oder mehreren der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß die Schwenkachse (2) des Gebers (1) außerhalb des Schnittpunktes der Wirkungslinien (5,6) liegt. . Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 und einem oder mehreren der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da!3 die von dän Wirkungslinien (5,6y festgelegte Ebene parallel unterhalb der Ebene liegt, in welcher das Abgriffglied (3) geschwenkt wird. 10. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen Lund 2 und einem oder mehreren der übrigen AnsprücLe, dadurch gekennzeichnet, dali sich die Wirkungslinien (5,6) der bewegbaren Glieder (4,4') unterhalb des Schwerpunktes des Gebers (1) schneiden. 11. Regeleinrichtung nach den f.nsprücken 1 und-2 und einem oder mehreren der übrigen Ansprache, dadurch - ekennzeichnet, daß Geber und klzgriffglied ein an sielt bekanntes Düsen-Frallplattensystem bilden, wobei der Geber (1) als eine kreisbogenförmige Prallplatte und dLs Abgriffglied als eine mit dieser zusammenwirkende sc:1wenkbare Diise (3) ausgebildet ist.