DE1523489C3

DE1523489C3 -

Info

Publication number: DE1523489C3
Application number: DE19661523489
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Bader
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Priority date: 1966-01-07
Filing date: 1966-01-07
Publication date: 1974-07-18
Also published as: DE1523489A1; DE1523489B2

Description

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Ausgehend von der eingangs erwähnten Regelein- geschwenkt wird, sind die Glieder 4 und 4' angeordrichtung besteht die Erfindung darin, daß der Geber net, die entlang der Wirkungslinien 5 und 6 von den sich über den vom Schwenkwinkel des Abgriffgliedes von den Regelgrößen beaufschlagten Meßwerken 7 bestimmten Kreisbogen erstreckt und vornehmlich an und 8 bzw. 9 bewegt werden können. Die Wirkungsseinen Enden mit Weggliedern verbunden ist, deren 5 linien 5 und 6 liegen durch die Anordnung der Meßverlängerte Wirkungslinien sich schneiden. werke 7 und 9 fest.

Dabei wird unter dem Begriff »Wegglieder« jedes Die bewegbaren Glieder 4 und 4' sind jeweils mit

Element verstanden, das einer bestimmten physika- Hilfe von zwei Blattfedern 10, die nach F i g. 1 a

lischen Größe einen proportionalen Weg zuordnet, U-förmig gestaltet sind, mit dem Geber, d. h. mit der

d.h. daß es beispielsweise abhängig von einem be- ίο Prallplatte 1 verbunden. Bewegungen, die durch die

stimmten Druck oder von einer bestimmten Spannung Meßwerke 7 und 8 über das bewegbare Glied 4 und

eine Bewegung über einen bestimmten Weg ausführt, die Blattfeder 10 in Richtung der Wirkungslinie 5 auf

wie das beispielsweise von Stellgliedern bekannt ist. . die etwa als Viertelkreis ausgebildete Prallplatte 1

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird es wirken, üben keinen Einfluß auf die Wirkungslinie 6

unerheblich, ob diese Wegglieder von Drücken, 15 der anderen Regelgrößen, hier des Meßwerks 9 aus,

Druckdifferenzen oder von Spindelantrieben oder da Bewegungen der Prallplatte 1 in Richtung der

Spannungsgebern bewegt werden. Wirkungslinie 5 von der Blattfeder 10' mit der das

Der Vorteil, der durch die Erfindung erzielt wird, Glied 4' an der Prallplatte 1 befestigt ist, elastisch ist darin zu sehen, daß der Geber nicht mehr durch aufgenommen werden können. Dazu sind die Blattstarke Drücke belastet wird, weil er lediglich von den 20 federn 10' ebenso wie auch die Blattfedern 10 so an-Weggliedern beeinflußt wird, die versuchen, ihn um geordnet, daß die Längsseiten ihrer Querschnitte jeeine bestimmte Strecke zu verschieben. Der Geber weils in Richtung der Wirkungslinien 5 bzw. 6 verwird lediglich belastet durch die Federkräfte, z. B. laufen. Damit weisen die Blattfedern in Richtung der des Rückführdifferenz-Druckmeßwerkes, gegenüber jeweiligen Wirkungs.linie ein großes Widerstandsmodem der Viertelkreisring verschoben wird. Diese 25 ment gegen Biegung, in Richtung etwa senkrecht auf Federfesselung kann jedoch verringert werden, wenn die jeweilige Wirkungslinien jedoch ein sehr geringes der Geber mindestens mit einem Wegglied über Fe-ς^ Widerstandsmoment gegen Biegung auf. Eine gegen^- derelemente verbunden ist, die so beschaffen^und"* seitige Beeinflussung der Regelgrößen durch die Beangeordnet sind, daß die Bewegung des Gebers im wegungen des Gebers, d. h. der Prallplatte-!· ist damit wesentlichen der Bewegung des Weggliedes entlang 30 ausgeschlossen. .—*
seiner Wirkungslinie entspricht. Durch diese Maß- Eine praktische Ausführungsform ist in den F i g. 2 nähme können die Regeleigenschaften verbessert wer- und 2 a gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das den und es können auch energiearme Ausschläge, an der kreisbogenförmigen Prallplatte 1 angebrachte d. h. Wege oder Verschiebungen auf den Viertelkreis- bewegbare Glied 4, dessen Befestigung der Einfachring übertragen werden, die bei den bekannten An- 35 heit halber hier starr gezeigt ist, zweckmäßigerweise Ordnungen nicht zu Regelzwecken hätten ausgenutzt aber ebenso mit Hilfe von Blattfedern vorgenommen werden können. Darüberhinaus ist es ohne großen wird, wie das in F i g. 1 gezeigt ist, zwischen zwei Aufwand möglich, die Druckluftzuleitungen zu den Druckbälgen 11 und 12 gelagert. Das zweite beweg-Bälgen herzustellen, da diese bei der erfindungsge- bare Glied 4' sitzt ebenfalls zwischen zwei Druckmäßen Anordnung gut zugängig sind. Auch die Boh- 40 bälgen 13 und 14. Der Druckbalg 13 wird beispielsrungen zu der schwenkbaren Auslaßdüse sind mit weise vom Sollwert und der Druckbalg 14 vom Istgeringem Aufwand herzustellen. wert eines zu regelnden Druckes beaufschlagt. Der so

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben gebildete pneumatische Regler weist ein PID-Versich aus den Unteransprüchen. halten auf, wenn das durch den Abstand der Düse 3,

Im folgenden ist die Erfindung an Hand von Aus- 45 die auch wieder um die Achse 2 schwenkbar gelagert

führungsbeispielen erläutert. Es zeigen ist, von der Prallplatte 1 erzeugte Ausgangssignal

F i g. 1 eine perspektivische und schematische Dar- des Reglers in an sich bekannter Weise als Rückstellung der Regeleinrichtung in einer einfachen Aus- führsignal zur Bildung des Differentialverhaltens beiführungsform mit drei auf den Geber wirkenden spielsweise auf den Balg 12 "und das vom Ausgangs-Regelgrößen, · So signal abgeleitete Ä-Rückführungssignal zur Bildung

F i g. 1 a eine Teilansicht der Befestigung der be- des Integralverfahrens auf den Balg 11 wirkt,

wegbaren Glieder am Geber gemäß F i g. 1 mit Hilfe Aus der F i g. 2 a ist ersichtlich, daß die Druck-

von Blattfedern, in vergrößertem Maßstab, bälge 13 und 14 ebenso wie auch die Druckbälge 11

F i g. 2 ein Ausführurigsbeispiel der Regeleinrich- und 12 in raumsparender Weise unterhalb der Prall-

tung in Form eines pneumatischen PID-Reglers, 55 platte 1 und unterhalb der Schwenkebene der Düse 3

F i g. 2 a einen Schnitt durch den pneumatischen angeordnet sind. Der Druckbalg 13 wird durch die

Regler nach F i g. 2 längs der Linie I-I, Bohrung 15 mit dem Sollwert des Druckes und der

F i g. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Regel- Druckbalg 14 durch die Bohrung 16 mit dem Istwert

einrichtung in Form eines elektro-pneumatischen des zu regelnden Druckes in einfacher und übersicht-

PID-Reglers mit analogem Eingang der Regelgrößen, 60 licher Weise beaufschlagt. Je nach der Differenz' der

F i g. 4 einen elektro-pneumatischen Regler ahn- in den Bälgen 13 und 14 herrschenden Drücke wird

lieh F i g. 3, jedoch mit digitalem Eingang und das bewegbare Glied 4' verschoben, so daß sich auch

F i g. 5 einen nach der vorliegenden Erfindung aus- der Abstand zwischen der Düse 3 und der mit dem

gestatteten Manostaten. bewegbaren Glied 4' verbundenen Prallplatte 1 än-

In F i g. 1 ist eine kreisbogenförmige Prallplatte 1 65 dert. Dadurch wird eine Druckänderung an der durch vorgesehen, die mit einer um die Achse 2 schwenk- die Bohrung 17 mit Druck beaufschlagten Düse 3 baren Düse 3 zusammenwirkt. Unterhalb der Prall- hervorgerufen. An der Bohrung 17 kann somit, herplatte 1 und unterhalb der Ebene, in der die Düse 3 vorgerufen 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 Rückführsignal 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 zugängigen Zuführbohrungen versehen, an welche die entsprechenden Rückführsignale angeschlossen werden können. Durch die auf Grund der Rückführsignale 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.

Es ist bei der in den F i g. 2 und 2 a dargestellten Ausführungsform nicht unbedingt nötig, daß die Wirkungslinien 5 und 6 sich auf der Schwenkachse 2 treffen. Vorteilhaft kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß sich die Wirkungslinien 5 und 6 unterhalb des Schwerpunktes S der Prallplatte 1 schneiden, wie es gestrichelt eingezeichnet ist, weil dann das Eigengewicht des Gebers ohne Einfluß auf die Regeleigenschaften bleibt und der Regler lagenunabhängig wird. Der Schwerpunkt der Düse 3 fällt dann nicht mit dem Schnittpunkt der Wirkungslinien 5 und ·&- zusammen. Der Winkel, den die Wirkungsunien 5 und 6 miteinander einschließen, wird in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zweckmäßig etwas größer als 90° gewählt.

An Stelle .der Größe der Bewegung, die das bewegbare Glied 4' durch den Ist- und Sollwertvergleich des zu regelnden Druckes in den Bälgen 13 und 14 der F i g. 2 und 2 a erfährt, kann der Ausschlag der Prallplatte 1 auch von anderen physikalischen Größen über Meßwerke bewirkt werden, wie es an Hand von Ausführungsbeispielen im folgenden erläutert ist:

In F i g. 3 ist ein elektro-pneumatischer PID-Regler gezeigt, bei dem das bewegliche Glied 4 der Prallplatte 1 wiederum mit den Rückführbälgen 11 und 12 analog der Ausführungsform nach den F i g. 2 und 2 a in Verbindung steht, während jedoch das zweite bewegbare Glied 4' mit einem Meßwerk 18 in Verbindung steht, in das die analogen elektrischen Signale χ (Istwert) und Xk (Sollwert) eingegeben werden und mittels Spulen und Meßwerkfedern einen ihrer Differenz proportionalen Weg erzeugen, der über das Verbindungsstück 19 auf das bewegbare Glied 4' und auf das durch die Prallplatte 1 und die schwenkbare Düse 3 gebildete, in seiner Funktion dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 und 2 a entsprechende Regelsystem, übertragen wird. \

In F i g. 4 sind die Rückführbälge 11 und 12 in gleicher Weise wie in F i g. 3 angeordnet, doch steht die viertelkreisförmige Prallplatte 1 hier über das Verbindungsstück 19 mit einem durch die" Rotation der Schnecke 20 bewegten Schneckenrad 21 in Verbindung. Die Schnecke 20 wird von einem Schrittschaltmotor 22 gedreht, der seinerseits über einen Verstärker 23 die an der Impulswaage 24 gebildete Differenz der digitalen elektrischen Signale, Sollwert und Istwert 25 und 26, zugeleitet erhält. Der Schrittschaltmotor 22 bewirkt eine der Differenz der Impulse 25 und 26, das heißt der Differenz von Sollwert und Istwert entsprechende Drehung der Schnecke 20, die ihrerseits die Wegverstellung der Prallplatte 1 in der vorher geschilderten Weise hervorruft.

Der in F i g. 5 dargestellte Manostat mit PID-Verhalten besteht im wesentlichen aus der Bourdon-Feder 27, die an der Stelle 28 fest gelagert ist und mit ihrem freien Ende 29 über ein im wesentlichen Zugkräfte übertragendes Zwischenglied 30 mit dem bewegbaren Glied 4' verbunden ist Dieses bewegbare Glied 4' ist entweder starr, wie in F i g. 5 dargestellt, oder in der F i g. 1 geschilderten Weise mit der viertelkreisförmigen Prallplatte 1 verbunden, die ihrerseits mit der um die Achse 2 schwenkbaren Düse 3 in der vorher geschilderten Weise zusammenwirkt. Der dargestellte Manostat weist ein PID-Verhalten auf, -wenn das durch den Abstand der Düse 3 von der Prallplatte 1 erzeugte Ausgangssignal als Rückführsignale R+ und R- auf die Bälgeil und" 12 einwirkt. Jede Bewegyng der Prallplatte 1,.die ■-durch eine Druckänderung in der Bourdonfeder. 27 hervorgerufen wird, ruft auch eine Änderung'des Abstandes zwischen Prallplatte 1 und Düse 3 hervor, so daß das in der eingangs geschilderten Weise erzeugte Ausgangssignal über die Bälge 11 und 12 und das bewegbare Glied 4 eine Rückstellung auf die Prallplatte 1 ausübt.

Ein ähnlicher Aufbau der Regeleinrichtung kann auch gewählt werden, wenn an Stelle eines Manostaten mit PID-Verhalten beispielsweise ein Niveauregler mit PID-Verhalten gewonnen werden soll. An Stelle der durch die Bourdonfeder 27 hervorgerufene Bewegung des Gliedes 4' wirkt dann eine Weggröße auf die Prallplatte 1 über das bewegbare Glied 4' ein, die durch das Absinken oder Ansteigen des zu regelnden Niveaus, beispielsweise eines Wasserspiegels oder dergleichen hervorgerufen wird.

Außer dem eben genannten Beispiel sind auch noch eine Reihe anderer Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung gegeben. Die Erfindung kann überall da eingesetzt werden, wo Regelgrößen durch Meßwerke m Wege umgesetzt werden, die auf den Geber übertragen das gewünschte Regelsignal erzeugen und auch eine Rückführung des Gebers bewirken sollen, Die Erfindung ist auch nicht auf die Anwendung eines Düsenprallplattensystems beschränkt, wie es in den Ausführungsbeispielen geschildert ist, sondern es ist ebenso denkbar, daß an Stelle der schwenkbaren Düse und der kreisbogenförmigen Prallplatte ein in ähnlicher Weise aufgebauter induktiver Abgriff oder ein anderer Abgriff vorgesehen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

. kreisringförmig gestalteten Geber und einem um vor- Patentanspruche: nehmlich 90° schwenkbaren Abgriffglied.

1. Regeleinrichtung mit einer Einstellung für Es ist bekannt, Regler dieser Art für pneumatische den Proportionalbereich, bestehend aus einem Geräte dadurch zu bilden, daß innerhalb oder außerdurch Regelgrößen bewegbaren, kreisringförmig 5 halb eines kreisförmigen Gebers Druckbälge angegestalteten Geber und einem um vornehmlich 90° ordnet sind, die mit dem Soll- und dem Istwert soschwenkbaren Abgriffsglied, dadurch ge- wie mit dem Rückführwert beaufschlagt sind und zeichnet, daß der Geber (1) sich über den diesen ringförmigen Körper dabei je nach ihrer Beaufvom Schwenkwinkel des Abgriffglieds (3) be- schlagung mehr oder weniger in seiner Lage verstimmten Kreisbogen erstreckt und vornehmlich io schieben. Der ringförmige Körper wirkt dabei mit an seinen Enden mit Weggliedern (4,4') verbun- einer Düse so zusammen, daß er als Prallplatte dient den ist, deren verlängerte Wirkungslinien sich und auf Grund seiner Verschiebung wiederum den schneiden. Ausgangswert des Reglers beeinflußt (deutsche Pa-

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch tentschrift 1 126 657). Es ist auch bekannt, bei solchen gekennzeichnet, daß der Geber (1) starr mit den 15 Reglergeräten die Abhängigkeit des Aussteuer-Weggliedern (4,4') verbunden ist. bereichs von dem jeweils eingestellten Proportional-

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch bereich dadurch zu verringern bzw. den Nullpunktgekennzeichnet, daß der Geber (1) mindestens fehler sehr klein zu halten, daß der als elastisch vermit einem Wegglied über Federelemente (10) ver- formbare Körper ausgeführte Ring bewirkt, daß der bunden ist, die so beschaffen und angeordnet 20 jeweils als Prallplatte benutzte Viertelkreisbogen sind, daß die Bewegung des Gebers (1) im we- unter dem Einfluß einer Regelabweichung in einen sentlichen der Bewegung des Weggliedes (4,4') anderen Viertelkreisbogen übergeht, der zum entlang seiner Wirkungslinie entspricht. Schwenkkreis der Düse nahezu parallel verläuft

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch (deutsche Auslegeschrift 1 235 644).
gekennzeichnet, daß als federnde Elemente Blatt- 25 Solche Ausgestaltungen weisen den Nachteil auf, federn (10,10') vorgesehen sind, die so angeord- daß die Herstellung des. Ringes einen beachtlichere' net sind, daß die Längsseiten ihres Querschnittes Aufwand hinsichtlich der Abmessungen und Federjeweils in Richtung der Wirkungslinien (3^6) der eigenschaften des Materials bedingt. DejKRmg wird bewegbaren Glieder (4,4') liegen. nämlich nicht nur in Abhängigkeit^yori den jeweils

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, da- 3° sich gegenüberliegenden Druckbalgpaaren bewegt, durch gekennzeichnet, daß zwei parallele, vor- sondern er dient gleichzeitig auch als Widerlager für zugsweise U-förmig gestaltete Blattfedern (10,10') jeden einzelnen Balg und wird daher entsprechend vorgesehen sind. den in den Bälgen herrschenden Drücken verformt.

6. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 Die Elastizität und das Druckniveau, das in den BaIg- und 2 und einem oder mehreren der übrigen An- 35 paaren herrscht, bestimmt damit auch den Abstand Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber des Ringes von der schwenkbar angeordneten Düse (1) in etwa die Gestalt eines Viertelkreises be- und somit die Eigenschaften der Anordnung. Dieser sitzt und die Wirkungslinien (5, 6) der beweg- Einfluß ist zwar zu beherrschen, wenn es sich um eine baren Glieder (4,4') sich unter einem Winkel symmetrische Ausführung handelt, bei der zwei schneiden, der etwas größer als 90° ist. 40 gleichartige Differenzdruckmeßwerke innerhalb des

7. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 Ringes angeordnet sind, wie beispielsweise bei Ein- und 2 und einem oder mehreren der übrigen An- heitsreglem, bei denen die Eingangsgrößen Sollwert Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die und Istwert jeweils in Form von Drücken vorliegen, Schwenkachse (2) des Gebers (1) außerhalb des die innerhalb des Einheitsdruckbereiches von 0,2 bis Schnittpunktes der Wirkungslinien (5, 6) liegt. 45 1,0 kp pro cm² vorliegen und bei denen die Rück-

8. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 führbälge dann ebenfalls mit Drücken beaufschlagt und 2 und einem oder mehreren der übrigen An- werden, die innerhalb dieses Einheitsbereiches liegen, spräche, dadurch gekennzeichnet, daß die von Bei Regelgeräten jedoch, bei denen eine nur als Weg den Wirkungslinien (5,6) festgelegte Ebene pa- vorliegende Eingangsregelgröße, z. B. der Ausschlag rallel unterhalb der Ebene liegt, in welcher das 50 einer Bourdonfeder, oder der Hub einer beispiels-Abgriffglied (3) geschwenkt wird. weise von einem Elektromotor angetriebenen Spin-

9. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 delmutter vorliegt, die dem Prallring zugeleitet wer- und 2 und einem oder mehreren der übrigen An- den soll, bewirken die in diesem Falle von den Rücksprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die führungsbälgen ausgeübten Kräfte eine Verformung Wirkungslinien (5,6) der bewegbaren Glieder 55 des Ringes in einem solchen Maß, daß die Anord-(4,4') unterhalb des Gebers (1) schneiden. nung die Aufgabe nicht erfüllen kann. Ein weiterer

10. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, und 2 und einem oder mehreren der übrigen An- daß alle Bälge und die schwenkbare Düse nur über sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Geber und das Mittelstück für die Zuleitung der Druckluft zu-Abgriffglied ein an sich bekanntes Düsen-Prall- 60 gängig sind, was wiederum mit einem fertigungstechplattensystem bilden, wobei der Geber (1) als eine nischen Aufwand verbunden ist. Der vorliegenden kreisbogenförmige Prallplatte und das Abgriff- Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diese glied als eine mit dieser zusammenwirkende bekannten Anordnungen so umzugestalten, daß sie schwenkbare Düse (3) ausgebildet ist. universell einsetzbar sind, so daß auch als Wege vor-

65 liegende Regelgrößen als Eingangsgrößen verwendet

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung mit werden können, die dann zur Bildung eines pneumaeiner Einstellung für den Proportionalbereich, be- tischen Drucksignals verwertet werden können, und stehend aus einem durch Regelgrößen bewegbaren zwar wahlweise mit dem P-, I- und D-Verhalten.