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Selbsttätige Regeleinrichtung mit Hilfsenergie zur Herstellung und
Aufrechterhaltung der Spannung in B&ndern, Seilen od. dgl.
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Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Regeleinrichtung mit Hilfsenergie
zur Herstellung und Aufrechterhaltung der Spannung in Bändern, Seilen od. dgl.,
mit einem Meßglied für die Regelabweichung, Stellgliedern für die Spannungseinstellung
und Hilfssteuergliedern für die Stellglieder, von denen jedes über einen Stift mit
einer beweglichen Trennwand verbunden ist, die ein Gehäuse in zwei Kammern aufteilt,
die in einander entgegengesetzten Richtungen einerseits von dem als FUhrungsgröße
wirkenden Druckmittel und andererseits von dem als Regelabweichung wirkenden Druckmittel
beaufsehlagt sind.
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Derartige Bander, Seile oder dergleichen bestehen bei bestimmten Papierherstellungsmaschinen
aus Draht, auf dem das Papier entwässert und gefördert wird. Bei gleichbleibenden
Betriebsbedingungen werden derartige endlose Drahtbänder infolge Dauerbelastung
langsam gelant. Längenveränderung des Drahtbandes entstehen auch durch TemperaturEnderung
und durch Beschleunigungskräfte bei {nderungen der Bandgeschwindigkeit.
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Es ist ein Steuerwerk fUr pneumatische Regler mit RückfUhrung bekannt,
das zur Ausführung einer Vielfalt von Aufgaben verwendet werden kann. Grundsätzlich
soll ein Kräftevergleich um die Achse eines Federbandgelenkes hergestellt werden.
Durch richtige Verbindung der Federungskörper kann es so benutzt werden, daß eine
starre
BezugsgröBe, der Sollwert, mit einem veränderlichen Meßwert, der Regelgrdße, verglichen
wird, und daß in Abhängigkeit von irgendeiner von Zeit zu Zeit vorkommenden Abweichung,
der Störgroße, ein veränderliches Signal gegeben wird. Wie der veränderliche Meßwert
verursacht die Regelabweichung in Abhängigkeit vom Anschluß der Leitungen einen
Wechsel im Ausgang Uber einen oder beide der Ubrigen Federungskörper, um das Steuerwerk
wieder ins Gleichgewicht zuruckzubringen. Mit diesem bekannten Steuerwerk kann nicht
wirksam gearbeitet werden, wenn nur zwei Federungskörper in Betrieb sind, es müssen
vielmehr mindestens drei Federungskörper in Betrieb sein. Obwohl bei dem bekannten
als Regler benutzten Steuerwerk der Ausgangskammerdruck eines Federungskörpers nutzbar
gemacht wird, um den Druck einer Meßgrole indirekt zu verstellen, die durch EinsteBen
einer äußeren Vorrichtung veränderlich ist und die einen korrigierten Meßdruck in
die Meßkammer zurückführt, ist die fur ein Ausgangssignal sorgende Kammer an dem
Kräftevergleich beteiligt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätige Regeleinrichtung
mit Hilfsenergie zur Herstellung und Aufrechterhatung der Spannung in Bändern, Seilen
od. dgl. zu schaffen, die nur dann anspricht, wenn die Störgrößen bestimmte festgesetzte
Werte überschreiten, die einstellbar sind. Mit der Regeleinrichtung soll ein vertretbares
Maß fehlerhafter Wirkungsweise zugelassen und dadurch eine zufriedenstellend arbeitende
selbsttätige Regelung ermöglicht werden, die sonst nicht erzielbar wäre.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die bewegliche
Trennwand des einen Reglers mittels einer Feder belastet ist.
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Dadurch ist es möglich, die Regeleinrichtung in einem neutralen Bereich
arbeiten zu lassen, innerhalb dessen geringfUgige Abweichungen der Bandspannung
durch die Feder aufgenommen werden und nur größere StUrungen zu einer Korrektur
der Bandspannung führen.
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Bei der praktischen Ausführung sind die Hilfssteuerglieder als druckmittel-betätigte
Ventile ausgebildet.
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Bei einer abgewandelten AusfUhrungsform sind die Hilfssteuerglieder
als elektrische Schalter ausgebildet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
Es zeigen : Fig. 1 die Regeleinrichtung mit Druckmittel betatigten Ventilen und
Fig. 2 einen Teil der Regeleinrichtung mit elektrischen Schaltern.
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In einem Gehäuse 10 ist ein MeBglied angeordnet. Auf einer um eine
Achse 16 schwenkbar gelagerten Platte 14 ist ein FUhler 12 angebracht. Die Platte
14 ruht auf einem Luftzylinder 18.
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Bei einer Störung des KrKftegleichgewichtes wird die Platte 14 nach
oben oder nach unten bewegt. Diese Bewegung wird mittels eines Hebels 20 auf ein
Luftventil 24 Ubertragen.
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Das Luftventil 24 besteht aus einem Gehäuse 22 mit einer Bohrung 26,
in die ein oberer Ventilsitz 28 und ein unterer Ventilsitz 30 mit einem Absatz eingelassen
ist. Ein Ventilschaft 32 trägt zwei Ventilkörper 34 und 36. An einen Auslaß 38 ist
ein einstellbares Drosselventil 40 und an einen Einlaß 44 eine Leitung 42 angeschlossen,
die mit dem Druckluftnetz eines Betriebes oder einer anderen Druckmittelquelle verbunden
ist.
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Das Luftventil hat eine dreifache Wirkungsweise. Durch eine nach :
unten gerichtete Kraft auf den Ventilschaft 32 wird der untere Ventilsitz 30 geöffnet,
so daß Druckluft vom Einlaß 44 zum Auslaß 38 strömt. Gleichzeitig wird der obere
Ventilsitz 28 geschlossen.
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Bei einer Aufwärtsbewegung des Ventilschaftes 32 drückt die durch
den
EinlaB 44 einstromende Druckluft den Ventilkbrper 36 in den Ventilsitz 30, so daB
ein weiterer Luftstrom durch das Ventil 24 verhindert wird. Gleichzeitig wird der
obere Ventilsitz 28 geöffnet, wodurch der Auslaß 38 und die an ihn angeschlossenen
Teile mit der umgebenden Luft verbunden werden.
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Der Auslaß 38 des Ventils 24 ist durch eine Leitung Uber ein zur Veränderung
der Empfindlichkeit vorgesehenes verstellbares Drosselventil 40 mit einem Druckmittelspeicher
46 und mit der unteren Seite des als Druckmeßeinrichtung 48 ausgebildeten Meßgliedes
verbunden. Der Auslaß 38 des Ventils 24 mündet in ein geschlossenes Drucksystem,
das bei andauernden abwärts wirkenden, das Luftventil 24 offenhaltenden Kraft unter
Druck gesetzt wird. Dadurch erhält die untere Seite der Druckmeßeinriohtung 48 bei
abwärtsgerichteten. Kräften auf das MeBglied einen Druckluftimpuls, der den Kräften
entgegenwirkt und sie ausgleicht.
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Wenn die Kraft des Druckluftimpulses die von oben wirkende Belastung
der Druckmeßeinrichtung 48 um einen geringen, durch die mechanischen Verhältnisse
der Vorrichtung bedingten Betrag tuberschreitet, wird der Ventilschaft 32 nach oben
bewegt und der Austritt des Luftventils 24 gesperrt. Momentane Belastungsdnderungen,
die auf das Meßglied einwirken, werden unabhängig davon, ob sie positiv oder negativ
sind, laufend ausgeglichen.
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Wenn eine Veränderliche gemessen werden kann, ist sie im allgemeinen
auch regelbar. Um eine stabile Regelung zu erzielen, die nur dann anspricht, wenn
die Veränderliche über vorgeschriebene Werte hinaus nach oben oder unten abweicht,
ist der Regelvorgang so aufgeteilt, daß er entweder in Wirkungsrichtung oder in
entgegengesetzter Richtung abläuft. Das ist besonders deshalb wichtig, weil die
Arbeitsrichtung des Stellgliedes umkehrbar ist, z. B. als doppeltwirkender Luftmotor,
oder als umkehrbarer elektrischer Antrieb.
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Der Regelvorgang ist auf zwei Regler 52 und 54 aufgeteilt, von denen
jeder zwei Kammern hat. Der Regler 52 fur das Spannen des Bandes besteht aus einem
Gehäuse 56 mit einer oberen Kammer 58 und einer unteren Kammer 60. An die Kammer
58 ist eine Leitung 62 angeschlossen, die durch eine Leitung 64 mit dem Druckmittelspeicher
46 verbunden ist. Der Regler 54 fUr das Entspannen des Bandes hat zwei Kammern 66
und 68, von denen die untere Kammer 68 ebenfalls über die Leitung 64 an den Druckmittelspeicher
46 angeschlossen ist. Die den Kammern 58 und 68 gegenüberliegenden Kammern 60 und
66 sind an einen Sollwerteinsteller 70 angeschlossen.
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Jeder Regler 52, 54 hat ein Stellglied 72, 74, die mit Hilfssteuergliedern
76 und 78 versehen sind und mit einem Auslad 80, 82 zu Leitungen 84, 86 zusammenwirken.
Das Stellglied 74 ist außerdem mit einer einstellbaren Feder 88 ausgestattet. Die
Stellglieder 72 und 74 ragen durch Offnungen 90 und 92 und sind mit je einer beweglichen
Trennwand 94 und 96 verbunden, deren Flächen gleich groB sind. Mit Hilfe der beweglichen
Trennwände 94 und 96 werden die Stellglieder 72 und 74 entsprechend dem Luftdruck
in den Kammern 58, 60, 66 und 68 aufwarts oder abwärts bewegt.
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Die obere Kammer 58 des Reglers 52 und die untere Kammer 68 des Reglers
54 werden Uber den Druckmittelspeicher 56 mit dem vom Meßglied gemessenen Druck
belastete während die ihnen gegenüberliegenden Kammern 60 und 66 der beiden Regler
52 und 54 durch den Sollwerteinsteller 70 von Hand mit Druckluft von vorgegebenem
Druck belastet werden. Die Regler 52 und 54 sind so empfindlich ausgebildet, daß
durch eine sehr geringe Abweichung der einander entgegenwirkenden Drücke die Stellglieder
72 und 74 nach oben oder unten bewegt werden. Bei einer AbwUrtsbewegung der Stellglieder
72 und 74 wird ein in Wirkungsrichtung des Regelkreises gerichteter Luftstrom zu
den Leitungen 84 und 86 gesperrt und die
ffnungen 90 und 92 freigegeben,
während diese Wirkung bei einer Aufwärtsbewegung der Stellglieder umgekehrt ist.
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Die außer den Luftventilen der Regler dargestellten Vorrichtungen
dienen zur Verstärkung der Impulse dieser Vorrichtungen und zur Ausschaltung der
selbsttätigen Wirkungsweise und Umschaltung auf die Betätigung von Hand.
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Eine an ein Druckluftnetz angeschlossene Leitung 100 führt über eine
Leitung 102 zu einem einstellbaren Ventil 104 und von dort aus zu der Leitung 42.
Eine Abzweigung 107 führt zu dem Sollwerteinsteller 70 und eine Leitung 106 zu zwei
Dreiwegeventilen 110 und 114, die Uber Leitungen 111 und 113 an Umschaltventile
108 und 116 angeschlossen sind. Diese Umschaltventile wirken zusammen und dienen
gemeinsam dazu, entweder fur die Verstellung von Hand die aus den Dreiwegeventilen
110 und 114 austretende Luft oder zur selbsttätigen Regelung die aus den Reglern
52 und 54 austretende Luft zu Stellventilen 118 und 120 zu leiten.
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Wenn während des Betriebs die Einstellung des Sollwerteinstellers
70 um einen geringen Betrag unterhalb des tatsächlichen Meßdruckes des Meßgliedes
liegt, wird das Stellglied 72 des Reglers 52 fUr das Spannen des Bandes abwärts
bewegt und der Luftaustritt von dem damit zusammenwirkenden Luftventil gesperrt.
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Bei dem Regler 54 fur das Entspannen des Bandes wird der Luftaustritt
durch eine Abwärtsbewegung des Stellgliedes 74 infolge der Kraft der Feder 88 und
des Einstelldruckes geschlossen. In diesem Zustand ist die Regeleinrichtung bereit,
auf irgendeine Störung der Bandspannung anzusprechen, die im wesentlichen die Kraft
bildet, die durch die Feder 88 des Reglers 54 für das Entspannen des Bandes ausgeübt
wird. Die Druckfeder 88 hotte auch an dem anderen Regler 52 angebracht werden können,
hätte dann jedoch statt nach unten zu drücken, nach oben ziehen müssen.
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Bei einer Erhöhung der Spannung des Bandes wird der abwärts wirkende
Meßdruck die Spannungsänderung zunächst wirkungslos aufnehmen. Bei anhaltender Spannungserhöhung
wird der Meßdruck jedoch durch Einwirkung auf die untere Seite des Reglers 54 für
das Entspannen des Bandes die Kraft der Feder 88 überwinden und das Luftventil öffnen,
wodurch sich ein Luftstrom in Wirkungsrichtung des Regelkreises ergibt. Dieser Luftstrom
wird dann mittels des Umschaltventils 108 zum Stellventil 120 geleitet und steuert
Uberdie Leitungen 122 und 124 einen Stellmotor, z. B. einen Luftmotor, der den Draht
bzw. das Band entspannt.
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Nach dem Erreichen der niedrigeren Bandspannung wird der Meßdruck
sinken und der Regler 54 fUr das Entspannen des Bandes in seinen Bereitschaftszustand
zurückkehren.
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Wenn die Bandspannung unterhalb des Einstellwertes absinken sollte,
würde der Einstelldruck den Regler 54 für das Entspannen des Bandes weiterhin geschlossen
halten. Dies kurde jedoch durch die Einwirkung auf die untere Seite des Reglers
52 fUr das Spannen des Bandes zu einer Aufwärtsbewegung des Stellgliedes 72 und
zu einem Austritt von Druckluft führen, der mittels des Umschaltventils 116 auf
das andere Stellventil 118 gegeben wird, wodurch der Luftmotor in entgegengesetzter
Richtung angetrieben wird. Durch die sich daraus ergebende Berichtigung der Bandspannung
wird der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt und der Regler 52 fUr das Spannen
des Bandes abgeschaltet. Bei angemessenem Federdruck auf den Regler 54 für das Entspannen
des Bandes wird diese Berichtigung die Bandspannung in einen neutralen Bereich überfuhren,
so daß der Betrieb wieder stabil wird. Der Einstellbereich des Federdruckes ist
so groß, daB er fUr Zahnradgetriebe, Motordrehzahlen usw. reicht.
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Figur 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,
bei
der anstelle der Druckmittelventile gemäß Figur 1 elektrische Schalter verwendet
werden. Die Regler sind im wesentlichen die gleichen wie bei dem Ausfahrungsbeispiel
nach Figur 1 und bestehen aus zwei Gehäusen 130, 132 mit beweglichen TrennwGnden
134, 136, durch die Kammern 138, 140, 142, 144 gebildet werden, wobei ein Sollwerteinsteller
146 vorgesehen ist, der die Druckmittelquelle 148 mit den Kammern 140 und 142 verbindet.
Die Kammern 138 und 144 sind, wie im ersten AusfUhrungsbeispiel, an eine einstellbare'Druckmittelquelle
angeschlossen. Zur Aufnahme veränderlicher Flüssigkeitsimpulse sind Stellglieder
150 und 152 mit den beweglichen TrennwWnden 134, 136 verbunden, wobei das Stellglied
152 mit einer verstellbaren Feder wie bei der Vorrichtung nach Figur 1 versehen
ist. Die Figur 2 unterscheidet. sich durch die elektrischen Schalter 154 und 156,
die zur Steuerung der Verdrehungsabweichung dienen, die in Figur 1 durch Druckmittelventile
gesteuert wird. Diese elektrischen Schalter können durch einen elektrischen Doppelschalter
158 auf Handbetrieb oder selbsttStigen Betrieb umgeschaltet werden.
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Anstelle von Luftmotoren kUnnen auch Luftdruckschalter, Absperrventile,
Bremsen, Kupplungen usw. oder verschiedene HilRsgerSte, z. B. elektrische Schalter
gesteuert werden. Ferner können verschiedene Sicherungsv) rrichtungen gegen Uberstrom
verwendet werden.