DE19506469C1 - Doppeltwirkender elektropneumatischer Stellungsregler - Google Patents
Doppeltwirkender elektropneumatischer StellungsreglerInfo
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- G05D16/2093—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen doppeltwirkenden elektropneumatischen
Stellungsregler nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Elektropneumatische Stellungsregler stellen die Verbindung zwischen elektrischen bzw.
elektronischen Geräten und pneumatischen Stellantrieben her. Die als Eingangssignal
anstehende Führungsgröße ist ein geringer eingeprägter Strom im mA-Bereich (z. B. 4-20mA),
während die Stellgröße als Ausgangssignal ein geregelter Luftdruck ist, der zur Betätigung
pneumatischer Membran- oder Kolbenantriebe herangezogen wird.
Elektropneumatische Stellungsregler arbeiten im allgemeinen nach dem
Kraftvergleichsprinzip. Dabei wird der von einem Regler oder Ansteuergerät abgegebene
eingeprägte Strom mittels einer Tauchspule und eines Düse/Prallplattesystems bzw. über
eine durch elektrische Ansteuerung auslenkbare Piezoplatte und eine damit
zusammenwirkende Düse in ein dem elektrischen Signal proportionales pneumatisches
Signal umgewandelt. Dieses pneumatische Signal dient nach entsprechender pneumatischer
Verstärkung zur Ansteuerung des pneumatischen Antriebs.
Hinsichtlich doppeltwirkender elektropneumatischer Stellungsregler war es bislang üblich,
ein Düse/Prallplattesystem vorzusehen, bei dem zwei Düsen mit einer Prallplatte
zusammenarbeiteten. Beim Druckanstieg in einer Düse erfolgt ein entsprechender
Druckabfall in der anderen Düse, welche Drücke über nachgeschaltete Verstärker auf den
Antrieb gegeben werden. Ein derartiger pneumatischer Stellungsregler ist aus Fig. 1 des
DE-GM 75 38 863 bekannt. Bei Verwendung einer Piezo-Pille muß eine zweite invers
angesteuerte Pille vorgesehen werden.
Als nachteilig ist neben den erhöhten Kosten bei der bekannten Anordnung anzusehen, daß
eines der beiden Systeme immer einen hohen Luftverbrauch aufweisen wird und daß infolge
von Bauelementtoleranzen das dynamische Verhalten unterschiedlich sein kann, so daß die
Drücke in den gegenüberliegenden Kammern des Antriebs unter Umständen ein nicht streng
gegenläufiges Verhalten aufweisen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen doppeltwirkenden
elektropneumatischen Stellungsregler anzugeben, der bei geringen Kosten ein ideales
Kennlinienverhalten aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen Stellungsreglers sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen doppeltwirkenden elektropneumatischen
Stellungsreglers beschrieben. Gemäß dieser einzigen Figur ist ein handelsüblicher
E/P-Stellungsregler 10 gezeigt, der mit seinem Ausgangsdruck y₁ auf die obere Kammer
eines Membranantriebes 12 einwirkt. Der Ausgangsdruck y₁, der sich zwischen 0 und 6 bar
bewegt, wird zusätzlich einem Druckinverter 14 zugeführt, der einen Ausgangsdruck y₂ in
der Größenordnung von 6 bis 0 bar, d. h. gegenläufig zu dem Eingangsdruck y₁ erzeugt,
wobei der Ausgangsdruck y₂ der unteren Kammer des Membranantriebs 12 zugeführt wird.
Der Membranantrieb 12 betätigt über eine Ventilstange 16 den nicht-dargestellten
Schließkolben eines Ventils 18.
Der Hub der Ventilstange 16 wird über ein Gestänge 20 abgegriffen und in die Verstellung
eines Rückführpotentiometers 22 umgesetzt. Der somit in ein elektrisches Signal
umgesetzte Ventilhub wird in einem Vergleichsglied 24 mit dem eingeprägten Strom der
Führungsgröße (4-20mA) verglichen und die Differenz steuert über einen Hauptregler 26,
an dem ein Startpunkt, der Bereich und ein Proportionalitätsfaktor einstellbar sind, und
einen Hilfsregler 28 eine Piezo-Pille 30, die als E/P-Umformer arbeitet und das elektrische
Regelabweichungssignal in ein pneumatisches Drucksignal umsetzt.
Hierbei wird ein Piezoblättchen in Abhängigkeit von der Größe des angelegten elektrischen
Signales mehr oder weniger von einer mit einem geregelten Vordruck gespeisten Düse
abgehoben, wobei gleichzeitig eine Abluftdüse immer mehr geschlossen wird, so daß der
Druck am Ausgang der Piezo-Pille 30 ansteigt.
Versorgungsluft mit einem Druck zwischen 1,4 und 6,0 bar wird über einen Luftfilter 32
dem E/P-Stellungsregler 10 zugeführt und über einen in dem Stellungsregler angeordneten
Vordruckregler 34 auf 1,2 bar konstant gehalten. Dieser geregelte Vordruck von 1,2 bar
wird der Piezo-Pille 30 als Eingangsdruck zugeführt.
Der Ausgangsdruck der Piezo-Pille 30 wird über einen nachgeschalteten pneumatischen
Verstärker 36 auf 0-6 bar verstärkt und - wie bereits erwähnt - als Ausgangsdruck y₁ dem
Membranantrieb 12 zugeführt.
Der Ausgangsdruck y₁ wird zusätzlich einer Reversierstufe 38 innerhalb des Druckinverters
14 zugeführt. Die Reversierstufe 38 wird ebenfalls über einen Vordruckregler 40 mit einem
geregelten Druck von 1,2 bar gespeist. Der Ausgang der Reversierstufe 38 ist auf einen
pneumatischen Verstärker 42 geführt, der an seinem Ausgang ein inverses Drucksignal von
6 bis 0 Null bar ausgibt, welches als inverser Ausgangsdruck y₂ dem Membranantrieb 12
zugeführt wird.
Die verwendeten pneumatischen Bauelemente wie Luftfilter, Vordruckregler, pneumatischer
Verstärker und Reversierstufe sind alle herkömmlicher Bauart und brauchen daher in ihrem
Aufbau nicht näher beschrieben zu werden. Gleiches gilt für die elektrischen Komponenten
wie Rückführpotentiometer, Hauptregler und Hilfsregler sowie die Piezo-Pille als
E/P-Umformer.
Claims (4)
1. Doppeltwirkender elektropneumatischer Stellungsregler für Membran- oder
Kolbenantriebe, gekennzeichnet durch einen einfach wirkenden
E/P-Stellungsregler (10) und einen nachgeschalteten Druckinverter (14).
2. Stellungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckinverter (14) eine Reversierstufe (38) mit nachgeschaltetem pneumatischen
Verstärker (42) aufweist.
3. Stellungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
einfach wirkende E/P-Stellungsregler (10) eine Piezo-Pille (30) als E/P-Umformer
aufweist.
4. Stellungsregler nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Piezo-Pille (30) und die Reversierstufe (38) jeweils über
getrennte Vordruckregler (34, 40) gespeist werden.
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