DE1963181A1 - Regelvorrichtung mit pneumatischer Verstaerkungseinrichtung - Google Patents

Description

• Regelvorrichtung mit pneumatischer Verstärkungseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur mechanischen Verstellung eines mit großer Kraft zu betätigenden Stellgliedee in Abhängigkeit von einem Steuerdruck, unter dem ein Fluid steht, mit einer pneumatischen Verstärkungseinrichtung mit zwei Ausgängen, wobei das Verhältnis der pneumatischen Drücke an den Ansgängen durch den Steuerdruck bestimmt wird.
• iLegelvorrichtungen, bei denen mit einem kleinen Steuerdruck ein schwer verstellbares Stellglied verstellt werden kann, sind für viele Zwecke verwendbar, so z.3. für die Verstellung des Eolbenhubes einer Dosierpumpe. EAr eine solche Verstellung sind verhältnismäßig große Kräfte nötig. Eine genügend feinfühlige Verstellung ist nur mittels einer Verstärkungseinrichtung möglich.
• Es sind schon Regelvorrichtungen verwendet worden, bei denen mit den Drücken an den Ausgängen der pneumatischen Verstärkungseinrichtung unmittelbar ein auf das Stellglied einwirkender Kolben beaufschlagt wurde. Diese Anordnung ist zwar im Aufbau einfach, hat jedoch den Nachteil, daß sich ein Druck auf das Stellglied im Sinne einer Verstellung desselben auswirkt. Um dies zu vermeiden, hat m-n auch schon Vorrichtungen verwendet, bei denen das Stellglied eine Spindelmutter aufweist, die durch Drehung einer Spindel verstellt wird. Ein Druck auf das Stellglied hat wegen der Selbsthemmung zwischen Spindelmutter und Spindel keine Rückwirkung auf den Verstellantrieb.
• Bei einer von der Anmelderin bisher verwendeten Regelvorrichtung ist die pneum tische Verstärkungseinrichtung an einen Steuerschieber zur Steuerung eines hydraulischen Kreislaufes ange.schlossen. Dieser hydraulische Kreislauf enthält eine Ölpumpe mit antreibendem Elektromotor und einen Ölmotor zum Antrieb der Spindel, mit der das Stellglied verstellt wird. Mit einer solchen Regelvorrichtung läßt sich mit einem schwachen Steuerluftdruck eine sehr exakte Verstellung auch eines Stellgliedes erreichen, das große Betätigungskräfte für seine Verstellung benötigt. Allerdings ist die Regelvorrichtung teuer, da Zaharadpumpen, hydraulische Steuerschieber und Ölmotoren Präzisionsteile mit entsprechend hohen Eerstellungskostcn sind.
• Regelvorrichtungen enthalten meist auch Sicherheitsendschalter, die weitere Verstellbewegungen dann verhindern sollen, wenn der zulässige Verstellweg überschritten wird, wenn sich also das Stellglied den sogenannten Hartlagen nähert. Bei der bekannten pneumatisch-hydraulischen Vorrichtung sind diese Endschalter als Ventile ausgebildet, deren genaue Einstellung relativ zum Ventilbetätigungsglied schwierig ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der hohen Verstellgenauigkeit, wie sie eine Vorrichtung mit hydraulischer Zwischenstufe hat, den Aufwand an teueren Bauelementen zu verringern.
• Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch eine pneumatisch betätigbare Schalteinrichtung zur Betätigung mindestens eines elektrischen Schalters, auf dessen Schalterbetätigungsglied die beiden Ausgangsdrücke der Verstärkungseinrichtung in entgegengesetztem Sinn einwirken und einen elektrischen Stellmotor zum Antrieb des mit großer Kraft zu betätigenden Stellgliedes, wobei der elektrische Schalter unmittelbar oder mittelbar über ein Schütz die Umpolung des elektrischen Stellmotors zur Änderung seiner Drehrichtung bewirkt.
• Bei einer 80 ausgeführten Regelvorrichtung ist ein hydraulischer Kreislauf nicht mehr vorhanden. Er ist durch eine verhältnismäßig einfach ausgebildete elektrische Einrichtung ersetst. Ein Elektromotor, der bei der hydraulischen Einrichtung für den Antrieb der Ölpumpe nötig war, wird unmittelbar als Antriebsmotor für das Stellglied verwendet. Die Drehrichtungsbestimmung des elektrischen Motors erfolgt in einfacher Weise über Schalter, die pneumatisch betätigt werden, so daß auch ein teuerer, präzise gearbeiteter hydraulischer Steuerschieber wegfällt. Auch die erfindungsgemäße Regelvorrichtung läßt sich dort verwenden, wo eine explosionsgeschützte Ausführung verlangt wird, da sowohl Schalter als auch Elektromotoren, also alle hier zu verwendenden elektrischen Bauteile in explosionsgeschützter Ausfuhrung zur Verfügung stehen.
• Das Schalterbetätigungsglied kann einen Schieber aufweisen, wobei auf jedes Schieberende einer der Ausgangsdrücke der Verstärkungseinrichtung einwirkt, und am Schieber eine Rückstellvorrichtung vorgesehen ist, die den Schieber in eine Mittellage drückt. Es können jedoch auch andere Einrichtungen für die Schalterbetätigung verwendet werden, so z.B. eine Vorrichtung mit einer Membran, die auf ihren beiden Seiten mit den Ausgangs drücken der pneumatischen Verstärkungseinrichtung beaufschlagt wird.
• Die pneumatisch betätigbare Schalteinrichtung kann zwei Schalter aufweisen, wobei das Schalterbetätigungsglied Je nach seiner Stellung den einen oder den anderen Schalter betätigt. Die Schalter können Kontakte aufweisen, die in mit Schutzgas gefüllten Hüllen angeordnet sind und die mittels eines am Schalterbetätigungsglied angeordneten Magneten betätigbar sind. Solche Schalter haben im Zusammenhang mit der Verwendung in einer Regelvorrichtung zwei Vorteile, nämlich einmal den Vorteil, daß sie mit sehr geringen Betätigungskräften geschaltet werden können und zum anderen den Vorteil, daß die Kontakte völlig eingeschlossen sind und eine eventuelle Funkenbildung auch in explosionsgefährdeter Umgebung wegen der Umhüllung der Kontakte unschädlich ist. Die Umhüllung ist in der Regel eine Glashülle.
• Eine Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung mit Endschaltern, die mit einem mit dem Stellglied verbundenen oder von diesem antreibbaren Schalterbetätigungsglied zusammenwirken und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Endschalter so angeordnete elektrische Schalter sind, daß der Stellmotor kurz vor Erreichen der Hartlagen des Stellgliedes abgestellt wird. Auch die Endschalter haben vorteilhafterweise magnetisch betätigbare von einem Schutzgas umgebene Kontakte. Die Verwendung elektrischer Endschalter hat gegenüber der Verwendung pneumatischer Endschalter den Vorteil, daß sich die Endachalter leichter einstellen lassen. Elektrische Endschalter sind bei der erfindungsgemäßen R.gei vorrichtung deshalb mit geringem Aufwand anwendbar, weil das Stellglied mit inew Elektromotor unmittelbar angetrieben wird und deshalb eine schnelle Stillsetzung auf elektrischem Wege möglich ist.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
• Beim dargestellten Beispiel soll eine sogenannte Regeltraverse 1 in Abhängigkeit von einem über die Steuerleitung 2 zugeführten Steuerdruck eingestellt werden. Der Steuerluftdruck, der von einem Manometer 3 angezeigt wird, ist verhältnismäßig schwach und schwankt zwischen 0,2 und 1 atü. Die Regeltraverse 1 verstellt die Mechanik einer im Gehäuse 4 untergebrachten Antriebsvorrichtung für den Kolben einer Dosierpumpe.
• Der über die Steuerluftleitung 2 ankommenden Steuerlultdruck wird zunächst in eine pneumatische, insgesamt mit 5 bezeichnete Verstärkungseinrichtung eingeleitet. Mit Hilfe der Drücke, die aus der pneumatischen Verstärkungseinrichtung 5 austreten, wird die insgesamt mit 6 bezeichnete Schalteinrichtung betätigt, die die Drehrichtung eines Elektromotors 7 steuert, der über ein Getriebe 8 die Verstellung der Regeltraverse 1 herbeiführt. Im folgenden werden die Elemente der Regelvorrichtung im einzelnen beschrieben.
• Der pneumatischen Verstäraungaeinrichtuag 5 wird über die Leitung 9 Druckluft mit einem Druck von 3 bis 6 atü über ein Absperrventil 10 zugeführt. Die Luft passiert eine sogenannte Wartung einheit 11, in der die Luft gereinigt und getrocknet wird. Nach der Wartungseinheit verzweigt sich der Luftstrom in zwei Leitungen 12, 13, in denen Drosseln 14 und 15 angeordnet sind. An der Leitung 1'2 befindet sich eine Tastdüse 16 und an der Leitung 13 eine Tastdüse 17. Zwischen den Tastdüsen 16, 17 erstredt sich ein Waagebalken 18, an dem sich mit den Tastdüsen zusammenwirkende Platten 16' und 17' befinden, die die Ausströmung aus den Tastdüsen 16 und 17 mehr oder weniger verhindern können. Der Waagebalken 18 ist bei 19 drehbar gelagert und über eine Verbindungsstange 20 mit einer innerhalb eines Gehäuses 21 befindlichen Membran 22 verbunden. Die Leitungen 12 und 13 münden in ein Schalterbetätigungsorgan 23.
• Das Schalterbetätigungsorgan 23 hat e n Gehäuse 24, in dem eine Stange 25 verschiebbar ist. Die Enden der Stange 25 sind mit Tellern 26, 27 versehen und münden in Räume 28, 29. Diese Räume sind durch Membranen 30, 31 luftdicht abgeschlossen. Außerhalb der Membranen 30, 31 befinden sich Lufträume 32, 33, in die die Leitungen 12 bzw. 13 münden. Der Raum 29 ist rechts durch eine Scheibe 59 abgeschlossen, die sich an eine durch einen Sprengring 60 gebildete Schulter anlegen kann. Die Scheibe 51 wird durch eine Feder 61 gegen einen Sprengring 62 gedrückt, der auf dem rechten dünnen Ende 25 der Stange 25 sitzt. Auf dieses dünne Ende ist auch eine Scheibe 63 aufgefädelt, die durch die Feder 61 gegen die Schulter am Übergang zwischen dem dicken Teil der Stange 25 und dem dünnen Stangenteil 25' vorhanden ist und die sich an das Gehäuse 24 anlegen kann. De beschriebene Anordnung gestattet unter Zusammendrückung der Feder 61 eine Verschiebung der Stange in beiden Längsrichtungen der Stange, sorgt Jedoch dafür, daß die Stange 25 stets in ihre Mittellage zurückkehrt.
• Am Gehäuse 23 ist bei 34 ein Hebel 35 drehbar gelagert, der durch ein Gelenk 36 mit der Stange 25 verbunden ist. Am freien Ende des Hebels 25 ist ein Permanentmagnet 37 angebracht.
• Die elektrische Schalteinrichtung 6 hat zwei Schalter 38 und 39. Diese Schalter sind vorzugsweise Schalter mit magnetischen Kontakten, die in einer luftdicht verschlossenen Glashülle untergebracht sind, die mit Schutzgas gefüllt ist. Die Schalter 38 und 39 sind so relativ zum Magneten 37 angeordnet, daß sie geschlossen werden, wenn der Magnet 37 in ihre Nähe kommt.
• Die Schalter 38, 39 sind über Leitungen 40, 41 mit einem Schütaschalter 42 verbunden. Der Schützschalter 42 ist dreipolig und als sogenannter Wendeschalter gebaut. Im Schalter 42 wird der über die Netzleitung 43 ankommende Strom über eine Motorzuleitung 43' zu dem Elektromotor 7 geleitet. Je nach Schalterstellung hat der Elektromotor 7 verschiedene Drehrichtungen.
• Der Elektromotor 7 treibt mittels einer auf seiner Welle 44 sitzenden Schnecke ein Schneckenrad 45 an. Das Schneckenrad 45 ist über Scherstifte 46 mit dem einen Teil 47 einer aus den Teilen 47 und 48 bestehenden Kupplung verbunden. Mit dem Kupplungsteil 47 ist auch eine Spindel 49 verbunden, die in eine Spindelmutter an der Regeltraverse 1 eingreift.
• Mit dem Kupplungsteil 48 ist eine Meßepindel 50 verbunden, die in eine Spindelmutter 51 eingreift. An der Spindelmutter 51 befindet sich wieder ein Permanentmagnet 52. Zwischen der Spindelmutter 51 und dem Waagebalken 18 ist eine Meßfeder 53 angeordnet. Dem Permanentmagneten 52 sind zwei Endschalter 54, 55 zugeordnet, die wiederum als Schalter mit Magnetkontaktenausge bildet sind wie die Schalter 38, 59. Die Schalter 54, 55 sind über Leitungen 56, 57 mit dem Schützschalter 42 verbunden.
• Das Schneckenrad 45 kann im Falle eines Versagens der automatischen Regeleinrichtung auch mittels eines Handrades 58 angetrieben werden, das jenseits der Schnecke auf einer Verlängerung der Motorwelle 44 sitzt.
• Die Regelvorrichtung arbeitet wie folgt.
• Über die Leitung 9 strömt ständig Luft mit einem Druck zwischen 3 und 6 atü zu. Diese Luft strömt durch die Tastdüsen 16 und 17 aus. Bei der mittleren Stellung des Waagebalkens, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, ist die Ausströmung aus beiden lastdüsen gleich, so daß auch der Druck in den Leitungen 12 und 13 gleich ist. Ändert sich nun an diesem Gleichgewichtszustand dadurch etwas, daß sich der Druck der Steuerluft in der Leitung 2 andert, so wird zunächst der Waagebalken 18 verschwenkt. Es sei angenommen, daß der Steuerdruck zunehme. In diesem Fall wirkt auf die linke Seite der Membran 22 ein verstärkter Druck ein und der Waagebalken 18 wird nach rechts verschwenkt, wobei die Beßfeder 53 etwas zusammengedrückt wird, Hierbei nähert sich die Abdeckplatte 17 der Tastdüse 17 und die Ausströmung aus dieser Düse wird behindert, wodurch der Druck in der Leitung 13 ansteigt. Da sich gleichzeitig die Abdeckplatte 16' von der Meßdüse 16 entfernt hat, ist die Ausströmung aus dieser erleichtert und der Druck in der Leitung 12 sinkt ab. Dies hat zur Folge, daß der Druck in der Luftkammer 32 sinkt und der Druck in der Luftkammer 33 steigt, wodurch die Stange 25 nach links bewegt wird. Durch diese Bewegung nach links wird der Permanentmagnet 37 nach rechts geschwenkt (die Bewegungsumkehr wird durch den Hebel 35 bewirkt). Hat sich der Permanentmagent 37 dem Schalter 39 genügend weit genähert, so wird der Schaber 39 geschlossen. Hierdurch wird der Schützschalter 42 betätigt und der Elektromotor mit solcher Drehrichtung in Gang gesetzt, daß die Spindel 49 mit solcher Drehrichtung gedreht wird, daß sich die Regeltraverse 1 nach links bewegt.
• Bei dieser Drehung wird auch die Spindelmutter 51 verschoben, und zwar in der gleichen Richtung wie die Regeltraverse. Hierdurch wird der Waagebalken 18 über die Meßfeder wieder in Richtung auf seine Mittellage hin gedrückt. Wenn der Zustand erreicht ist, daß in den Leitungen 12 und 13 wieder gleicher Druck herrscht, geht die Stange 25 wegen des Druckausgleiches in den Kammern 32 und 33 wieder in ihre Mittellage und der Schalter 39 öffnet sich und der Motor 7 kommt zum Stillstand. Der Regelvorgang ist damit beendet. Kommt ein neuer Regelimpuls, so laufen die beschriebenen Vorgänge wieder ab, wobei ein analoger Ablauf dann gilt, wenn der Druck in der Steuerleitung 2 absinkt und der Waagebalken 18 nach links verschwenkt wird.
• Wenn die Regeltraverse 1 über ihre zulässigen Endlagen hinaus gelangt ist und sich ihren sogenannten Hartlagen nähert, hat sich der Permanentmagent 52, der an der Spindelmutter 51 sitzt, einem der Schalter 54, 55 so weit genähert, daß diese Schalter betätigt werden. Entweder über die Leitung 56 oder die Leitung 57 wird dann der Schützschalter 42 in die Ausschaltungsstellung gebracht, so daß der Elektromotor 7 zum Stillstand kommt.
• Sollte die Endausechaltung versagen oder sonst ein unüberwindbarer Widerstand auftreten, so brechen die Scherstifte 46, wodurch das Schneckenrad 45 vom Kupplungsteil 47 abgekuppelt wird.
• Eine Handeinstellung der Pumpe kann am Handrad 58 vorgenommen werden, z. B. bei Ausfall des Steuerimpulses.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Regelvorrichtung zur mechanischen Verstellung eines mit großer Kraft zu betätigenden Stellgliedes in Abhängigkeit von einem Steuerdruck, unter dem ein Fluid steht, mit einer pneumatischen Verstärkungseinrichtung mit zwei Ausgängen, wobei das Verhältnis der pneumatischen Drücke an den Ausgängen durch den Steuerdruck bestimmt wird, gekennzeichnet durch eine pneumatisch betätigbare Schalteinrichtung (23) zur Betätigung mindestens eines elektrischen Schalters (38, 39), auf dessen Schalterbetätigungsglied (25, 35, 37) die beiden Ausgangsdrücke der Verstärkungseinrichtung (5) in entgegengesetztem Sinn einwirken und einen elektrischen Stellmotor (7) zum Antrieb des mit großer Kraft zu betätigenden Stellgliedes (1), wobei der elektrische Schalter (38, 39) unmittelbar oder mittelbar über ein Schütz (42) die Umpolung des elektrischen Stellmotors (7) zur Änderung seiner Drehrichtung bewirkt.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalterbetätigungsglied (23) einen Schieber (25) aufweist, wobei auf jedes Schieberende (26, 27) einer der Ausgangsdrücke der Verstärkungseinrichtung (5) einwirkt und am Schieber eine Rückstellvorrichtung (59 bis 63) vorgesehen iS, die den Schieber in eine Mittellage drückt.

3. Regelvorriditung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatisch betätigbare Schalteinrichtung (23, 6) zwei Schalter (38, 59) aufweist, wobei das Schalterbetätigungsglied (25, 35, 37) Je nach seiner Stellung den einen oder den anderen Schalter betätigt.

4, Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatisch betätigbaren Schalter (38, 39) in mit Schutzgas gefüllten Hüllen angeordnete gontakte aufweisen, die mittels eines am Schalterbetätigungsglied (25, 35, 37) angeordneten Magneten (37) betätigbar sind.

5. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Endschaltern, die mit einem mit dem Stellglied verbundenen oder von diesem antreibbaren Schalterbetätigungsglied zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Endschalter (54, 55) so angeordnete elektrische Schalter sind, daß der Stellmotor (7) kurz vor Erreichen der Hartlagen des Stellgliedes (1) abgestellt wird.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endschalter (54, 55) in mit Schutzgas gefüllten Hüllen angeordnete Kontakte auieiven, die mittels eines proportional mit dem Stellglied (1) verschiebbaren Magneten (52) betätigbar sind.

L e e r s e i t e