DE1954947C3 - Pneumatische Regelvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumalische Regelvorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs I, die insbesondere für Meß-, Steuer- und Regelzwecke in industriellen Vcrfahrensrcgelanlagen bestimmt ist, bei der Großen wie Temperatur, Durchsatzmenge u.dgl. bestimmt bzw. geregelt werden müssen.

Bei pneumatischen Geräten für die Messung und/ oder Regelung von industriellen Verfahren muß eine Vielzahl verschiedener Funktionen in aufeinander abgestimmter Weise durchgeführt werden, um eine gewünschte Aufgabe zu erfüllen, beispielsweise muß eine Regelgröße auf einem Sollwert gehalten werden.

Typische Funktionen sind etwa die Erzeugung einer einem Differenzdruck entsprechenden Kraft, die Lieferung eines einer angelegten Kraft proportionalen pneumatischen Stellsignals, die Ver.chiebung eines Stellglieds in eine durch ein pneumatisches Stellsignal

bestimmte Stellung, die regelbare Änderung eines pneumatischen Signals zur Lieferung von Integral- und Differentialwirkungen usw. Bei herkömmlichen pneumatischen Regelsystemen wurden diese und andere erforderliche Funktionen mittels verschiedener Kombination von herkömmliehen Membranen, Balgen, Drosseln, Klappen-Düscn-Ventilen und zugeordneten mechanischen Vorrichtungen erfüllt.

Mit der starken Zunahme der Anzahl von für die Regler von industriellen Verfahrensabläufen bcnötigten Geräten entstand ein wachsender Bedarf für Instrumente geringer Größe, um mehr Ausrüstungsteile in einem vorgegebenen Einbauraum unterbringen zu können. Dies ist insbesondere von Wichtigkeit in Verfahrensregelräumen, wo Hunderte von Instrumenten, die durch das Bedienungspersonal überwacht werden müssen, in Schalttafeln eingebaut sind. Zur Erfüllung dieses Erfordernisses sind die Instrumente in den letzten Jahren als kompakte, »schlanke« Reihenbauteilc

ausgebildet worden. Obgleich sich aus dieser kompakten Anordnung bedeutsame Verkleinerungen der Abmessungen ergaben, sind weitere Verkleinerungen liötig, die sich nur durch Reduzierung der Größe der einzelnen Bauteile in einem Instrument oder durch Kombination der Funktionen mehrerer Bauteile in einem einzigen Bauteil erreichen lassen.

Pneumatische Bauteile von Verfahrensreglern weisen typischerweise auf Kraft oder Druck ansprechende Elemente auf, beispielsweise herkömmliche metallene Membranen oder Balge, wobei dei Größe dieser Element«; weitgehend die Größe des betreffenden Bauteils bestimmt. Die Verkleinerung dieser Grund-Elemente wirft jedoch die beträchtliche Schwierigkeit auf, daß eine Verkleinerung der Abmessungen normalerweise zu einer entsprechenden Erhöhung der Federkennung oder Steifheit des Elements führt.

In zahlreichen Bauteilen von Verfahrensreglern kann jedoch eine wesentliche Steifheit der insbesondere auf Druckkraft ansprechenden Elemente nicht toleriert werden, da durch diese Steifheit möglicherweise bei Änderungen der Umgebungstemperatur große Fehler eingeführt werden. Genauer gesagt, hat eine Änderung der Umgebungstemperatur bekanntlich im allgemeinen eine Änderung der Abmessungen der verschiedene Einzelteile des Bauteils zur Folge, was typischerweise eine Verschiebung der Stellung des druckempfindlichen Elements gegenüber der Null-Lage der Vorrichtung bewirkt. Bei einer solchen S'ellungsänderung entsteht daher eine entsprechende Änderung der durch das Element erzeugten Feder-Gegenkraft und die Größe dieser Kraftänderung ist der Steifheit des Elements proportional.

Diese Änderung der Gegenkraft ergibt eine andere Federvorlast,sodaßim Regelfall ein Element mit vergleichsweise hoher Federkennung einen vergleichsweise großen Temperaturfehler verursacht. Zudem wird der sogenannte »Verstärkungsgrad« bzw. die Ansprechempfindlichkeit einer Vorrichtung durch ihre Steifheit beeinträchtigt, d.h. bei höherer Federkennung ist ein kleinerer Verstärkungsgrad vorhanden.

Herkömmliche Metall-Membranen in Rcglerelemenlen besitzen typischerweise eine beträchtliche hohe Federkennung, obgleich sich auch etwas niedrigere Werte durch spezielle Windungen oder andere Formen erzielen lassen. Zwar kann die Gesamt-Fedeikcniung durch Stapelung einer Reihe von Membranen unter Bildung eines herkömmlichen Balgs wesentlich herabgesetzt werden, doch benötigt eine derartige Anordnung dann einen relativ großen Einbauraum. Zudem neigen verhältnismäßig lange Balge mit bestimmter Mindest-Federkennungzu einer Wölbung unter bestimmten inneren Druckverhältnissen.

Auch die Anwendung von einseitig eingespannten Blattfederelementen, die etwa aus der USA.-Patentschrift 3 030 778 in Verbindung mit einer Schnappfeder zur Betätigung eines Ventils in pneumatischen Verstärkerrelais bekannt ist, ergibt einerseits eine verhältnismäßig aufwendige Konstruktion, da die Blattfeder mit der nachgeschalteten Schnappfeder, die erst das eigentliche Vcntil-Verschlußelement verschiebt, über mit Druckluft zu beaufschlagende Membranen und Stößel betätigt wird. Andererseits wird ein verhältnismäßig großer Einbauraum benötigt, wenn größere Ansprechempfindlichkeit und temperaturabhängig kleine Auslenkkräfte für die Blattfeder verlangt werden.

Der Erfindung liegt damit bei Vermeidung der aufgeführten Nachteile der bekannten Vorrichtungen die Aufgabe zugrunde, kraft- und/oder druckempfindliehe Elemente mit beträchtlich verbesserten Betriebseigenschaften zu schaffen, mit denen sich bei geringer Federkraft genaue Funktionen, beispielsweise Umschaltfunktionen, in sehr kleinem Bauraum durchführen lassen. Ein damit zusammenhängendes Erfindungsziel ist es, große Ausgangsbewegungen bei vergleichsweise kleinen Spannungen bzw. Beanspruchungen im sich biegenden Material des Reglerelements zu gewährleisten. Weiterhin soll angestrebt werden, eine Anzahl verschiedener pneumatischer Funktionen in einem Bauteil geringer Größe zukombinieren.

Diese technische Aufgabe wird bei einer pneumatischen Regelvorrichtung nach der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen

ao des Patentanspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst, deren vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

Die erfindungsgemäße pneumatische Regelvorrichtung vermag einen vergleichsweise großen Ausgangshub der druckempfindlichen Elemente bei kleinen Auslenkkräften zu gewährleisten. Außerdem kann eine große Zahl von Funktionen auf sehr kleinem Raum durchgeführt werden.

Gemäß einer im folgenden noch näher zu beschreibonden, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine dünne, flexible Metallplatte beispielsweise durch Ätzen ausgesparte Abschnitte auf, die das zungenförmige, als einseitig eingespannter Balken wirkende Element festlegen. Dieses Element wird durch eine angelegte Kraft, beispielsweise durch Druck, beeinflußt und biegt sich in Abhängigkeit von dieser Kraft bei sehr geringer Federkraft um einen an der freitragenden Halterung befindlichen Schwenkabschnitt herum und liefert auf diese Weise eine Bewegung, die zur mittelbaren oder unmittelbaren Regelung bzw. Betätigung von Stellgliedern herangezogen werden kann. Auf diese Weise lassen sich beträchtliche Bewegungen bei sehr geringer Spannung im flexiblen Material des Zungenelements hervorbringen.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine dünne Federplatte mit einer Anzahl verschiedener zungenarliger und auslenkbarer Elemente zur Durchführung verschiedener, aber aufeinander abgestimmter Funktionen geätzt. Diese Mehrfachplatte ist an einer steifen Tragkonstruktion befestigt, die mit Leitungen, Nuten und anderen Durchlässen zur pneumatischen Verbindung der verschiedenen kraft- bzw. druckempfindlichen Elemente versehen ist. Eine derartige Platte kann auch so ausge· spart sein, daß sie noch andere Arten von Betäti gungselementen festlegt, beispielsweise Biegesteiler für stangenartige Kraftübertragungselemente, freitra gende Federn und kleine Offnungen, die als Fluidum strom-Drosseln wirken, und kann mit herkömmlichei binären Fluidumverstärkern- und Schalteinrichtungei (Fluidics) kombiniert sein.

Im folgenden ist die Erfindung in Verbindung mi bevorzugten Ausführungsbeispielen an Hand de Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 bis 3 Ansichten eines druckempfindlichei Elements,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eine Mehrfachelement -Federplatte,

Fig. 5 bis K) Ansichten der Einzelteile einer Alarmeinheit,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung der zusammengesetzten Alarmeinheit,

Fig. 12 eine schematische Darstellung der Alarmeinheit,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung der pneumatischen Verbindungen für das Maximalwert-Untersystem der Alarmeinheit und

Fig. 14 einen Schnitt längs der Linie 14-14 in Fig. 11 durch die Alarmeinheit.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist eine Platte 10 aus flexiblem Federstahl von beispielsweise 0,18 mm Dicke dargestellt. Diese Platte 10 ist nach herkömmlichen Verfahren mit einem Ausschnitt bzw. einer Aussparung versehen, die ein biegsames, zungenartiges Element 12 festlegen, das am einen Ende 14 freitragend an den benachbarten Plattenbereichen gehaltert ist. Unter der Platte 10 ist eine übertrieben dick eingezeichnete dünne Gummi-Membran 16 angeordnet, die als Fluidumabdichtung um den sich um den Umriß des biegsamen Elements 12 herum erstreckenden Spalt wirkt. Die Platte 10 und die abdichtende Membran 16 sind zusammen mit einer Dichtung 18 an einer äußeren Traganordnung 20 gehaltert, die unter dem Element 12 eine Druck-Kammer 22 bildende Wände aufweist.

Gemäß Fig. 3 wird das biegsame Element 12 bei einer Zunahme des auf seine Unterseite einwirkenden Fluidumdrucks, beispielsweise Luftdrucks, nach oben gedrängt. Die resultierende Kraft kann als an das »Druckzentrum« der gewählten geometrischen Konfiguration angelegt betrachtet werden und bewirkt, daß sich das Element 12 gleichmäßig bzw. ruckfrei um den in Fig. 1 als Schwenkachse 24 angedeuteten Bereich herum biegt. Selbst bei Bewegungen beträchtlicher Größe wird im Element 12 eine vergleichsweise niedrige Belastung erzeugt, so daß die Vorrichtung ohne Bruch sehr viele Arbeitszyklen durchführen kann.

Die Membran 16 kann vorteilhafterweise mit einer vorgeformten, durchhängenden bzw. spannungsfreien Falte 26 ausgebildet sein, wodurch ein vergleichsweise großer Hub des Elements 12 ohne Entwicklung großer Spannungen im Gummi ermöglicht wird. Eine schräge Wand 28 stützt diesen Faltenabschnitt im weiteren Verlauf des Ausschlags ab und setzt die dem in der Kammer 22 herrschenden hohen Druck ausgesetzte Fläche des elastischen Materials auf ein Mindestmaß herab, wenn das Element 12 seine größte Auslenkung erfährt, wodurch gewährleistet wird, daß die im Gummi auftretenden inneren Spannungen so niedrig gehalten werden, daß eine Beeinträchtigung der Elastizität des Gummis verhindert wird.

Der Ausschlag des Elements 12 in Abhängigkeit von Druckänderungen kann zur Regelung ohne Betätigung irgend eines nachgeordneten Glieds, beispielsweise eines Steilglieds, wie eines Schalters od. dgl., herangezogen werden. Wenn sich das Element 12 an keiner anderen Stelle als an der Schwenkachse 24 durchbiegen soll, kann ein starres Versteifungsglied 29 am Element 12 befestigt sein, das ein Betätigungsmittel, beispielsweise einen Lappen 29a, trägt, welcher eine bestimmte Ausgangs-Regelfunktion übernimmt.

Die Anwendbarkeit der beschriebenen Vorrichtung ist aber nicht darauf beschränkt, die vom biegsamen Element 12 ausgeführte Bewegung für Regel bzw. Stellzwecke auszunutzen, vielmehr ist das EIe ment 12 auch in der Lage, einen Kraftausgleich durch zuführen, indem Mittel vorgesehen sein können, wel ehe von oben und unten einander entgegenwirkende Kräfte auf das Element 12 ausüben, während andere Mittel diese Kräfte im Gleichgewicht halten, so da£ praktisch keine Bewegung stattfindet. Wie noch nähei erläutert werden wird, können in der Nähe des Elements 12 Fühleinrichtungen angeordnet sein, welche jeden Ausschlag infolge eines kurzzeitigen Unausgleichs der Kräfte feststellen, wobei diese Fühleinrichtungen Rückkopplungseinrichtungen ansteuern welche den Druck an der einen Seite des Elements ändern und mithin die angelegten Kräfte im Gleichgewicht halten. Als ein solches Kraftausgleich-EIemenl kann vorzugsweise das Versteifungsglied 29 dienen, das bei Änderung der angelegten Kraft eine stabile geometrische Konfiguration, d. h. eine konstante Fläche gewährleistet. Da das biegsame Element 12 nur

»ο am einen Ende 14 und nicht, wie eine herkömmliche Membran, um seinen Umfang herum gehaltert ist, ist seine Federkraft bei Bewegung um die Schwenkachse 24 ziemlich klein, so daß die in Abhängigkeit von einem Ausschlag vorgegebener Größe erzeugte Feder-

»5 Gegenwirkkraft beträchtlich kleiner als bei einer herkömmlichen Membran ist. Ein derartiges druckempfindliches Element kann mithin vorteilhaft bei Instrumenten angewandt werden, bei welchen Temperaturfehler ein bedeutsames Hindernis für Konstruktionskritenen darstellen.

Ein bedeutsamer Vorteil des druckempfindlichen Elements besteht in der Fähigkeit der Durchführung einer Anzahl von aufeinander abgestimmten Funktionen in einem kleinen Raum. Zu diesem Zweck kann gemäß Fig. 4 eine einzige, flexible Metall-Platte 30 durch Ätzen oder anderweitig mit Aussparungen versehen sein, die eine große Anzahl von getrennten biegsamen Elementen 32, 34, 36, 38, 40 festlegen, welche jeweils an einem Ende bzw. an einer Kante freitragend gehaltert sind. Jedes dieser Elemente 32 bis 40 spricht auf einen Druck bzw. eine Kraft an, und die entsprechende Ausbiegung des betreffenden Elements erzeugt eine Regelwirkung, die ein gewünschtes Ausgangsergebnis liefert oder zu dessen Lieferung beiträgt. Obgleich die verschiedenen Elemente 32 bis 40 voneinander unabhängige Funktionen erfüllen, sind diese Funktionen vorzugsweise auf noch zu beschreibende Weise in einer Systemanordnung integriert, so daß sie ein angestrebtes Endresultat liefern. Der zur Erläuterung gewählte Bauteil ist eine »Alarm«-Einheit, die beispielsweise durch Aktivierung einer Lampe eine Anzeige liefert, wenn der gemessene Istwert der Regelgröße einen voreingestellten oberen Sollwert überschreitet oder einen voreingestellten unteren Sollwert unterschreitet.

Die Platte 30 ist gemäß Fig. 11 zusammen mit einer abdichtenden Gummi-Membran 50, einer Kork-Dichtung 52 und äußeren Traganordnungen in Form von Gehäuseteilen 54 und 56 zu einer fünftägigen Schichtkonstruktion zusammengesetzt. Die in den Fi g. 6 bzw. 9 genauer dargestellten Gehäuseteile 54 und 56 sind vorzugsweise Gußstücke, von denen der obere Teil 54 aus Kunststoff und der untere Teil 56 aus Metall besteht und die mit einer Vielzahl von Leitungen, Durchgängen und Kanälen versehen sind, über welche die pneumatischen Drucksignale zu den und von den verschiedenen biegsamen Elementen 32 bis 40 der flexiblen Platte 30 geführt werden.

Vor der ins einzelne gehenden Beschreibung der Art und Weise, auf welche die verschiedenen Bauteile der Platte 30 betrieblich miteinander verbunden sind, sei zunächst die Gesaml-Arbeitsweise der Vorrichtung an Hand der schematischen Darstellung von Fig. 12 in Verbindung mit Fig. 4 näher erläutert. Wie in der oberen rechten Ecke von Fig. 12 angedeutet ist, weist die Alarmeinheit einen Meßbalgen 60 auf, an den ein pneumatisches Drucksignal mit dem Istwert eines gemessenen Verfahrenszustandes entsprechender Größe angelegt wird. Der Balgen 60 erzeugt eine Abwärtskraft auf das eine Ende des Elements 32, das gemäß Fig. 4 in seinem Mittelbereich durch einen freitragenden Arm 62 seitlich schwenkbar gehaltert ist. '

Das Element 32 trägt an seiner Oberseite ein Vcrsteifungsglied 64, so daß es als »Kraftstange« zu wirken vermag, und an einer Unterseite zwei Prallplatten 66 und 68, die sich jeweils gegen eine pneumatische Steuerdüse 70bzw. 72 anzulegen vermögen. Eine einstellbare Druckfeder 74 und eine einstellbare Zugfeder 76 halten im Zusammenwirken mit dem Balgen 60 die Prallplattcn 66, 68, wie durch die strichpunktierte Linie angedeutet, normalerweise in Anlage gegen die Steuerdüsen 70 bzw. 72, um die Düsenöffnungen geschlossen zu halten, solange der Verfahrens-Istwert innerhalb der vorbestimmten Grenzen bleibt.

Die Steuerdüse 70 ist über zwei in Reihe geschaltete Drosseln R2 und Al an eine Druckquelle S für Druckluft von etwa 1,41 kg/cm² angeschlossen. Wenn 3<> die Prallplatte 66 einen Luftstrom über die Düse 70 verhindert, ist kein Druckabfall über die Drosseln vorhanden, so daß der Düsen-Gegendruck gleich dem Speisedruck ist. Dieser Gegendruck wird über einen Durchgang 78 an eine gekapselte Kammer 80 unter dem freitragenden, druckempfindlichen Element 34 angelegt und ist bestrebt, dieses Element nach oben zu drücken.

Das Element 34 trägt ein Versteifungsglied 82, gegen welches durch eine im wesentlichen U-förmige, im folgenden als C-Feder 84 bezeichnete Feder eine abwärts gerichtete Kraft ausgeübt wird. Wenn in der Kammer 80 der volle Druck von 1,41 kg/cm² herrscht, wird die Kraft der C-Feder 84 überwunden und das Element 34hierdurch in seine ausgezogen eingezeichnete obere Stellung ausgebogen, in welcher ein Lappen aus magnetischem Weichstahl durch den Magnetfluß eines Magneten 88 beeinflußt wird und hierdurch diesen Magneten an der Betätigung eines herkömmlichen Zungenschalters 90 hindert, welcher daher im Normalbetrieb 90 offen ist und den Stromfluß von einer elektrischen Stromquelle 92 zu einer Überschreitungs-Alarmanzeigelampe 94 unterbricht.

Wenn das am Balgen 60 anliegende Istwert-Signal den vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet, wird das Element 32 um die mittlere, den vorgegebenen unteren Grenzwert bestimmende Steuerdüse 72 herum verkippt und hebt seine Prallplatte 66 von der zugeordneten Steuerdüse 70 ab, so daß Luft von der Druckquelle S über die beiden in Reihe liegenden Drosseln Ri und Rl aus der Steuerdüse 70 ausströmen kann. Die Strömungsmenge ist innerhalb des Arbeitsbereichs der Steuerdüse 70 dem Abstand zwischen dieser Düse und der zugeordneten Prallplatte 66 und mithin auch dem Betrag proportional, um welchen der Istwert der Regelgröße den Sollwert, bei welchem die Stcucrdusc 70 erstmals geöffnet wird, überschritten hnt Wenn 1 lift durch die Drosseln R\ und Rl strömt, fällt der Düsen-Gegendruck ab und verringert hierdurch den in der Kammer 80 unter dem Schaltelement 34 herrschenden Druck.

Die Alarmvorrichtung weist einen positiven Rückkopplungskreis auf, der bei der Betätigung des Schalt-EIemcnts 34 eine »Schnapp«wirkung hervorbringt, indem er die Alarmvorrichtung in betätigtem Zustand hält und auch beim Abschalten der Alarmvorrichtung weiter wirksam ist.

Dieser positive Rückkopplungskreis verläuft von einem Anschluß an der Verzweigung zwischen den beiden Drosseln Rl und Rl zu einer geschlossenen Kammer 10¹O über dem kleinen freitragenden Element 36. In der Kammer 100 ist eine Feder 102 angeordnet, welche das Element 36 in Berührung mit einer pneumatischen Düse 104 in einer zweiten geschlossenen Kammer 106 hält, die sich unterhalb des Elements 36 befindet und mit der Druckluftquelle S verbunden ist. Die Düse 104 steuert den Luftstrom zu einer Rückkopplungsvorrichtung und wird deshalb im folgenden als Rückkopplungs-Düse bezeichnet.

Bei geschlossener Steuerdüse 70 herrscht in beiden Kammern 100 und 106 jeweils der gleiche Druck von 1,41 kg/cm², so daß die Feder 102 das Element 36 gegen die Rückkopplungs-Düse 104 drängt, so daß diese Düse geschlossen ist. Wenn der Istwert der Regelgröße den voreingestellten Sollwert um einen minimalen Betrag überschreitet, führt der resultierende Luftstrom über die Drossel Rl zu einer Druckminderung in der über dem Element 36 befindlichen Kammer 100, so daß dieses Element durch den in der unteren Kammer 106 herrschenden Speisedruck von 1,41 kg/cm² von der Rückkopplungs-Düse 104 weg nach oben gedrängt wird, so daß die Luft über die Rückkopplungsdüse aus der unteren Kammer ausströmt und über eine Drossel R3 in eine Gummi-Kapsel 108 einströmt, welche als Rückkopplungsvorrichtung dient.

Durch die einströmende Luft wird die Kapsel 108 aufgeblasen und aufwärts gegen das biegsame Element 32 angedrückt. Durch die hierbei eingeleitete Bewegung des Elements 32 wird die Prallplatte 66 weiter von der Steuerdüse 70 wegbewegt, wodurch der Druck in der Kammer 100 weiter reduziert wird usw. Diese positive Rückkopplung bewirkt eine plötzliche, vollständige Bwegung des Elements 32 von der Steuerdüse 70 weg, um den in der Kammer 80 herrschenden Druck augenblicklich auf seinen Mindestwert abfallen zu lassen, woraufhin die C-Feder 84 das Element 34 abwärts drängt und dabei den Nebenschluß-Lappen 86 aus seiner den Magnetfluß schneidenden Stellung herausbringt, so daß der Schalter 98 geschlossen und die Alarm-Anzeigelampe 94 betätigi wird.

Die Größe des in der Kapsel 108 herrschender Drucks wird mittels einer einstellbaren Entlüftungs Drossel 110 eingestellt. Die Rückkopplungskraft hai die Steuerdüse 70 offen, bis das am Meß-Balgen 6( anliegende Istwert-Signal um einen vorbestimmtei Betrag unter den Wert abfällt, bei welchem der Alarn ausgelöst wurde, woraus sich ein sogenannter »Tot gangbereich« der Betätigung ergibt. Die Größe diese Bereichs ist mittels der Entlüftungs-Drossel 110.ein stellbar.

Die Alarmvorrichtung weist nicht nur das vorste hend beschriebene Maximalwert-AIarm-Untersy stern, sondern auch ein Minimalwcrt Alarm-l'ntersy stern auf. Beide Untersystemc sind in Fi ρ 12 durc'

cine lotrechte Trennlinie 112 voneinander getrennt. Das Maximalwert-Alarmsystem legt eine Lampe 114 an Spannung, wenn der gemessene Istwert der Regelgröße unter einen voreingestellten Sollwert abfällt. Dieses Untersystem wird durch die rechte Sleuerdüse 72 aktiviert, wenn das Element 32 in Abhängigkeil von einer Aufwärtsbewegung des Balgens 60 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt wird, und arbeitet auf dieselbe Weise wie das Maximalwert-Alarm-Untersystem, so daß es nicht näher erläutert wird. Es sei lediglich erwähnt, daß das Minimalwert-Alarm-Untersystem die den bereits beschriebenen Elementen 34 und 36 vergleichbaren druckempfindlichen Elemente 38 und 40 der flexiblen Platte 30 einschließt.

Nach der funktionsmäßigen Beschreibung der Arbeitsweise der Alarmeinheit gemäß den Fig. 5 bis 10 sind im folgenden die speziellen baulichen Merkmale erläutert, weiche die wirtschaftliche Durchführung dieser Funktion in kleinem Einbauraum ermöglichen. Zur Erläuterung ist in der perspektivischen Darstellung von Fig. 13 ein ausgewählter Abschnitt der flexiblen Platte 30 zusammen mit den zugeordneten Abschnitten der die Platte umgebenden Membran 50 nebst Dichtung 52 sowie oberem und unterem Gehäuseteil 54 bzw. 56 veranschaulicht. Diese ausgewählten Abschnitte umfassen das Untersystem zur Lieferung der Maximalwert-Alarmanzeige, wie es vorstehend funktionsmäßig beschrieben worden ist. Die Platte 30 und die zugeordneten Bauteile gemäß den Fig. 5 bis K) bilden außerdem ein Untersysiem zur Lieferung der Minimalwert-Alarmanzeige, wie es in der schematischen Darstellung von Fig. 12 veranschaulicht ist, doch ist letzteres mit dem Maximaiwert-Alarmsystem praktisch identisch und braucht daher nicht näher erläutert zu werden.

Die Alarmeinheit steht über eine Anschluß-Leitung 120 mit der Druckluftquelle S in Verbindung. Die Druckluft wird über einen im oberen Gehäuseteil 54 vorgesehenen Anschluß 122 abwärts über eine lotrechte Leitung 124 zu einer waagerechten Nut 126 gefuhrt, die sich längs der Unterseite des oberen Gehäuseieils 54 in beide Richtungen erstreckt. In Fig. 13 sind die sich oberhalb der Platte 30 befindlichen Nuten und Durchgänge jeweils in ausgezogenen Linien und die unter der Platte 30 angeordneten Nuten und Durchgänge jeweils gestrichelt eingezeichnet. Im linken Abschnitt der Nut 126 gelangt der Speisedruck über eine Öffnung 128 in die Dichtung 52 (Fig. 6) zu einem in der Platte 30 ausgebildeten kleinen Feinloch 130, welches die vorher beschriebene Durchfluß-Drossel Al bildet. Dieses Feinloch 130 kann durch Durchstechen der Metall-Platte 30 mit einem scharfen Werkzeug, wie einer Nähnadel, oder nach einem bekannten Metall-Ziehverfahren ausgebildet sein und je nach der gewünschten Größe der Drosselung des Luftstroms einen Durchmesser von nur etwa 0,2 mm besitzen und aus einem noch zu erläuternden Grund zur Gewährleistung eines Druckabfalls dienen.

Vom Feinloch 130 verläuft der Druckluftpfad über eine in der Gummi-Membran 50 (Fig. 8) ausgebildete Öffnung 132 längs einer in der Oberseite des unteren Gehäuseteils 54 (vgl. auch Fig. 9) vorgesehenen waagerechten Nut 134, an deren rechtem Ende sich der Pfad in zwei im folgenden naher erläuterte getrennte Durchgänge aufteilt, die lotrecht aufwärts und abwärts verlaufen.

Der aufwärts verlaufende Durchgang besteht aus einer Öffnung 136 (Fig. 8) in der Membran 50 um: einer mit dieser zusammenfallenden Öffnung 138 ir der Platte 30, einer in der Dichtung 52 ausgebildeten Öffnung 140 (Fig. 6) sowie einer kleinen waagerechten Nut 142 in der Unterseite des oberen Gehäuseteil! 54, welche über eine in der Dichtung ausgebildete Öffnung 144 (Fig. 6) mit einem dem Feinloch 13(] entsprechenden Feinloch 146 in der Platte 30 kommuniziert, das in dem vorher beschriebenen Unlcrsystern die Funktion der Drossel Rl erfüllt. Die Unterseite des Feinlochs 146 steht über eine in der Membran 50 (Fig. H) ausgebildete Öffnung 148 mit einer im unteren Gehäuseteil 56 ausgebildeten Kammer 150 (Fig. 9) in Verbindung, die in ihrer Unter-

'5 seite eine Öffnung 152 aufweist, welche mit der Unterseite des unteren Gehäuseteils 56 ausgebildeten Druck-Kammer 80 kommuniziert.

Die Kammer 80 erstreckt sich seitlich über eine die ganze Unterseite des Schalt-Elements 34 überstrcichende Fläche und kommuniziert über einen im unteren Gehäuseteil 56 ausgebildeten lotrechten Durchgang 154 mit der vorher beschriebenen Steuerdüse 70 für Maximalwert-Alarm, die sich unterhalb des Kraftstangen-Elements 32 befindet. Wenn das EIement 32 über die Steuerdüse 70 aufwärts abgehoben wird, bewirkt der resultierende Luftstrom von der Druckluftquelle S über die vorstehend beschriebene, zur Steuerduse 70 führende Verbindung einen Druckabfall beim Durchströmen der beiden den Drosseln Ri und Rl entsprechenden Feinlöcher 130 bzw. 146, so daß ein entsprechender Druckabfall in der Kammer unterhalb des biegsamen Elements 34 auftritt. Wenn dieser Druck einen vorbestimmten Wert unterschreitet, drängt die über diesem Element angeordnete Feder 84, wie erwähnt, dieses Element abwärts in seine waagerechte Stellung, in welcher der Schalter 9fl zur Aktivierung der Alarmlampe 94 geschlossen wird.

Der von der im Gehauseteil 54 ausgebildeten Nut 134 abwärts verlaufende Druckluftpfad führt über eine Öffnung 156 zu einer in der Unterseite des unteren Gehäuseteils 56 vorgesehenen Qucr-Nut 158 (vgl. auch Fig. 10). In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß über der Unterseite des unteren Gehäuse teils 56 eine massive Abdeckplatte 160 befestigt ist. so daß die in dieser Unterseite ausgebildeten Nuten tatsächlich geschlossene Leitungen zur Führung des Fluidumdrucks sind.

Die Nut 158 verläuft zu einem lolrcchlen Durchgang 162, der seinerseits über eine in der Membran 56 (Fig. 8) vorgesehene Öffnung 164, eine in det Platte 30 (Fig. 7) ausgebildete Öffnung 166 und eine in der Dichtung 52 (Fig. 6) vorgesehene Öffnung 168 mit einer im oberen Gehauseteil 54 vorgesehener Quer-Nut 170 (Fig. 5) kommuniziert, welche mit dei über dem biegsamen Element 36 befindlicher Druck-Kammer 100 in Verbindung steht. Wenn mithin Druckluft von der Druckluftquelle S über das Feinloch 130 bzw. die Drossel R\ strömt, fällt dei Druck in der Kammer 100 auf die in Verbindung mil Fig. 12 beschriebene Weise ab.

Die sich unter dem flexiblen Flemen! 36 befin dende Druckkammer 106 (Fig. 9) kommunizieri über eine im unteren Gehauseteil 56 vorgesehene

Öffnung 172 mit einer in der Unterseite des diesen Gehäuseteil bildenden Gußstücks ausgebildeten NuI 174 (Fig. 10), die mit einem lotrechten Durchgang 176 verbunden ist, welcher auf in die die Speiselufl

führende Nut 126 (Fig. 5) übergehende Öffnungen 178, 180 und 182 (Fig. 8. 7 bzw. 6) ausgerichtet ist. Die Kammer 106wird mithin auf Spciseluftdruck gehalten.

Die Kammer 106 enthält die Rückkopplungs-Düse 104, die auf vorher in Verbindung mit Fig. 12 beschriebene Weise durch das biegsame Element 36 gesteuert wird, welches seinerseits auf die auf seine Oberseite einwirkende Kraft, d.h. den Luftdruck in der oberen Kammer 100 in Verbindung mit der Kraft der Feder 102 anspricht. Wenn der in der Kammer 100 herrschende Druck abfällt, hebt sich das Element 36 von der Düse 104 ab, so daß Druckluft in die Diisf eintritt und abwärts durch einen lotrechten Durchgang 190, längs einer in der L.iterseite des unteren Gehäuseteils 56 (Fig. 10) ausgebildeten waagerechten Nut 192 und aufwärts durch einen weiteren lotrechten Durchgang 194 strömt, der über miteinander übereinstimmenden Öffnungen 196, 198, 200(Fig. 8. 7 bzw. (·») mit einem Quer-Durchgang 202 kommuniziert, der seinerseits zu weiteren miteinander übereinstimmenden Öffnungen 204,206, 208 (Fig. 6, 7 und 8) führt, von denen die mittlere Öffnung 206 ein Feinloch ist. welches die vorher genannte Drossel /?3 bildet. Die Membran-Öffnung 208 ist auf einen lotrechten Durchgang 210 im unteren Gehäuseteil 56 ausgerichtet, der abwärts /u einer Quer-Nut 212 (Fig. K)) fuhrt, welche ihrerseits mit einem anderen, aufwärts zur Gummi-Kapse! 108 verlaufenden lotrechten Durchgan» 214 kommuniziert. Außerdem ist die Quer-Nut 212 mit einer nicht dargestellten Ausiaß-Entlüftung verbunden, welche die vorher beschriebene einstellbare Drossel 110 bildet.

Wenn sich das Kraftstangen-Element 32 zuerst von der Steuerdüse 70 abhebt, erzeugt der Luftstrom von der Druckluftquelle S über die vorstehend erläuterten Verbindungen, einschließlich des Feinlochs 130 bzw. der Drossel /?l,eine Druckminderung in der Kammer 100. so daß sich das Element 36 unter Freigabe der Rückkopplungs-Düse 104 aufwärts verlagert und der Speisedruck über das Feinloch 206 bzw. die Drossel R3 die Kapsel 108 beaufschlagt, wodurch das Kraftslangen-EIement 32 vollständig von der Düse 70 weggedrängt wird. Der in der Kammer 80 herrschende Druck fällt mithin augenblicklich auf seinen Mindestwert ab, worauf das Schalt-Element 34 durch die C-Feder 84 abwärts gedrängt wird und den Schalter 90 betätigt, wodurch die Alarm-Anzeigelampe 94 zum Aufleuchten gebracht wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die dargestellten und beschriebenen speziellen Ausführungsformen lediglich beispielhaft sein sollen, woraus sieh zahlreiche weitere Ausführungsformen ableiten lassen. Beispielsweise können biegsame Elemente unterschiedlicher Form vorteilhaft in verschiedenartigen Anwendungsfällen eingesetzt werden.

¹S Wenn eine Druckabdichtung qiier über das Element erforderlich ist, können andere Dichtmittel als eine Gummi-Membran angewandt werden, beispielsweise solche aus Geweben verschiedenster Art. In manchen Fällen läßt sich eine zufriedenstellende Abdichtung durch Einschneiden eines sehr engen Spalts zwischen dem biegsamen Element und dem umgebenden Plattenmaterial erreichen, so daß der Leckverlust an Druckluft so gering ist, daß ein zweckmäßiger Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des biegsa-

»5 men Elements gewährleistet ist. Falls eine abdichtende Gummi-Membran angewandt wird, kann diese plan sein oder verschiedenartige vorgeformte Konfiguration besitzen, beispielsweise eine spannungsfreie Falte oder eine spezielle Form, welche der normalen Neigung des entsprechenden biegsamen Elements angepaßt ist. Die die biegsamen Elemente festlegende Platte kann mit Öffnungen od. dgl. zur Hervorbringung spezieller Wirkungen versehen sein; vgl. beispielsweise die rechteckigen Öffnungen 220 in Fig. 4 zur Minderung der Federkraft der Elemente 36 und 40. Die biegsamen Elemente können für Proportionierzwecke herangezogen werden, beispielsweise, um mittels Bewegung od. dgl. eine einem Eingangsdruck bzw. einer Eingangskraft proportionale Arbeitswirkung hervorzubringen, oder können in binärer Ein-Aus-Konfiguration angewandt werden, wie beispielsweise die Schalt-Elemente 34 und 38.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Pneumatische Regelvorrichtung, insbesondere zur Verwendung bei Verfahrensregler!!, mit mindestens einer Druckkammer, die an der einen Seite eine Öffnung und an der anderen Seite ein zungenartiges Betätigungselement aus vergleichsweise steifem, im wesentlichen planem Werkstoff aufweist, wobei das eine Ende des Betätigungselements über eine Schweriklagereinrichtung an der Umrandung der Druckkammer angebracht ist, weiche eine Winkelauslenkung des anderen, freien Endes des Betätigungselements um eine Achse des ersten Endes zur Ermöglichung einer Bewegung des freien Endes gewährleistet, sowie mit einer auf die Schwenkbewegung des Betätigungselements ansprechenden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement als aus einer die Druckkammer (22,106) überdekkenden planen Schicht (10) ausgespartes Zungenelement (12) ausgebildet ist, das am einen Ende (14) starr und materialeinheitlich mit der Schicht (10) verbunden ist und am periphären Ende einen allseitigen Spalt freiläßt, und daß eine zur Verhinderung eines Fluidumstroms durch den Spalt und zur Änderung der Auslenkung des Zungenelements (12) bei einer Änderung des Fluidumdrucks in der Druckkammer bestimmte Einrichtung (16) vorgesehen ist.

   2. Pneumatische Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Schicht (10) aus Metall besteht.

   3. Pneumatische Regelvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekenn/eidinet, daß die Einrichtung (16) zur Verhinderung eines Fluidumstroms durch den von dem Betätigungselement (12) festgelegten Spalt ein die Umfangsbereiche des Betätigungselements abdichtendes Dichtmittel ist, das beträchtlich größere Flexibilität besitzt als das Metall.

   4. Pneumalische Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel (16) aus einem streck- bzw. dehnbaren Material besteht.

   5. Pneumatische Regelvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Dichtmittel (16) über das Betätigungselement (12) und mindestens einen Teil der die Druckkammer (22, 106) umgebenden Schicht (10) erstreckt und im IJmfangsbereich mit einem span niingsfreien Faltenabschnitt (26) verschen ist.

   6. Pneumatische Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Seite des Betätigungselements (12) die Druckkammer (22, 106) festlegende Wände vorgesehen sind und daß eine Leitung (22') zur Beschickung der Druckkammer mit einem auf das Betätigungselement einwirkenden Fluidumdruck vorgesehen ist.

   7. Pneumatische Regelvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Betätigungselement (12) beaufschlagbare pneumatische Einrichtung (104) vorgesehen ist.

   S. Pneumatische Regelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite des Bctäligungsclemcnts (12) eine Feder (102) zur Erzeu-

   gung einer Gegenspannung angeordnet ist.

   y. Pneumatische Regelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Seite des Betätigungselements (12) eine Versteifung (29) zur Verhinderung einer verformenden Ausbiegung des ßetätigungselements in seinen längs der Versteifung verlaufenden Bereichen angeordnet ist.

   10. Pneumatische Regelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Einrichtung (104) eine Düse ist und an der einen Seite des Betätigungselements (12) in der Druckkammer (22, 106) vorgesehen ist.

   11. Pneumatische Regelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem spannungsfreien Faltenabschnitt (26) eine schräge Wand (28) zur Berührung und Unterstützung des Dichtmittels (16) in dessen Lage bei in der Druckkammer (22, 106) herrschendem Druck vorgesehen ist.

   12. Pneumatische Regelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Schicht (10; innerhalb ihres Umrisses mindestens zwei zumindest hauptsächlich an ihrer einen Kante freitragend gehaltcrle innere Elemente (34, 36) festlegt.