DE19740637A1 - Durchflußregler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußregler für strömende Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Um das Volumen von strömenden Flüssigkeiten zu messen, und auf einen definierten Wert einzustellen, sind bis jetzt physikalisch voneinander getrennte Einrichtungen in Form von Zahnradmeßzellen, Turbinenmeßzellen, elektromagnetischen Geräten und Stellgliedern sowie Ventile in unterschiedlichen Ausführungen erforderlich. Nachteilig an der Kombination dieser voneinander getrennten Einrichtungen ist die Größe der daraus resultierenden Regelstrecke. Hierdurch wird der Einbau dieser Vor­ richtungen in Einrichtungen kleiner Bauart wie beispielsweise Lacksprühpistolen sehr stark eingeschränkt.

Aus der DE 37 13 542 C2 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Volumendurch­ flusses dV/dt bekannt. Hierbei wird das Durchflußvolumen in einem Ventilkörper aus dem gemessenen Differenzdruck und der Größe der differenzdruckerzeugenden Öff­ nung am Ventilsitz ermittelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußregler aufzuzeigen, mit dem das Volumen einer strömenden Flüssigkeit gemessen und gleichzeitig auf einen vorgebbaren Wert eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ein Ventil und eine Regeleinrichtung zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Der Volumendurchfluß einer strömenden Flüssig­ keit wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung so eingestellt, daß zunächst der au­ genblickliche Volumendurchfluß der Flüssigkeit aus den Meßsignalen berechnet wird. Bei Abweichungen von einem in der Regeleinrichtung gespeicherten Sollwert wird die Öffnungsweite des Ventils so verändert, daß sich der gewünschte Volumendurchfluß einstellt. Der erfindungsgemäße Durchflußregler ist mit zwei, die Temperatur kom­ pensierenden Drucksensoren ausgerüstet. Mit diesen kann die Druckdifferenz zwi­ schen dem Einlaß und dem Auslaß des Ventils sowie die Temperatur im Ventil ermit­ telt werden. Die Temperatur im Ventil kann auch mit Hilfe eines zusätzlichen Ther­ moelements ermittelt werden. Die Öffnungsweite des Ventils wird mit einer Ventil­ nadel eingestellt, die mit Hilfe eines elektrischen Antriebs in Form eines Schrittmotors bewegt wird. In der Regeleinrichtung werden die Meßsignale der Drucksensoren er­ faßt und gespeichert. Die Regeleinrichtung errechnet daraus den augenblicklichen Volumendurchfluß und vergleicht ihn mit einem Sollwert, der für diese Flüssigkeit in der Regeleinrichtung gespeichert ist. Bei Abweichungen gibt die Regeleinrichtung eine Signal an den Antrieb, der dann die Ventilnadel so bewegt, daß die Öffnungswei­ te des Ventils entsprechend eingestellt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders zur Einstellung der erforderlichen Lackmengen beim robotergestützten Lackieren von Bauelementen jeglicher Art und Form eignet.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer schematischen Zeichnung näher erläu­ tert.

Die einzige zur Beschreibung gehörige Figur zeigt einen Durchflußregler 1 mit einem Ventil 2, einem elektrischen Antrieb 3 und einer elektronischen Reglereinrichtung 4. Das Ventil 2 ist aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff vorzugsweise aus Edel­ stahl gefertigt. Es weist wenigstens einen Einlaßkanal 2A und einen Auslaßkanal 2B für eine strömende Flüssigkeit 100 auf. Ferner ist das Ventil 2 mit Öffnungen 5 und 6 versehen. An jede Öffnung 5, 6 wird ein Drucksensor 7, 8 angeschlossen, in den ein Thermoelement (hier nicht dargestellt) integriert ist. Anstelle der beiden Drucksenso­ ren 7 und 8 können in den Öffnungen 5 und 6 auch die Schenkel eines Differenz­ drucksensors (hier nicht dargestellt) angeordnet werden. Die Öffnungsweite des Ventilkanals 9, der durch das Ventil 2 geführt und an den Einlaufkanal 2A und den Auslaufkanal 2B angeschlossen ist, kann mit einer senkrecht zur Längsachse des Kanals 9 angeordneten Ventilnadel 10 eingestellt werden. Das Ende der Ventilnadel 10, das von dem Kanal 9 wegweist und nach oben gerichtet ist, ist mit einer Spindel 11 verbunden. Diese ist in einem Ventilsitz 2S beweglich gehaltert. Der Ventilsitz 2S ist senkrecht zur Längsachse des Kanals 9 angeordnet. Die Spindel 11 steht mit dem elektrischen Abtrieb 3 in Verbindung, der bei dem hier dargestellten Ausführungsbei­ spiel als Schrittmotor ausgebildet ist. Mit Hilfe der Spindel 11 und der daran befestig­ ten Ventilnadel kann die Öffnung des Ventils 2 bzw. der Querschnitt des Kanals 9 auf jeden definierten Wert eingestellt werden. Die Weite der Öffnung kann zudem konti­ nuierlich überprüft werden. Beim Ermitteln der Öffnungsweite wird beispielsweise von einer Referenzstellung ausgegangen, bei der das Ventil 2 vollständig geschlossen ist. Aus der Anzahl der Motorschritte kann jede Position der Ventilnadel 10 ermittelt und damit die augenblickliche Weite der Öffnung genau bestimmt werden. Die Weite der Öffnung ist damit zu dem Hub der Spindel 11 direkt proportional. Das Ventil 2 weist zusätzlich Spülkanäle 15 auf, die ein schnelles Spülen der Bauelemente innerhalb des Ventils 2 ermöglichen, die in einem direkten Kontakt mit der jeweiligen Flüssigkeit (hier nicht dargestellt) stehen. Die Spülflüssigkeit (hier nicht dargestellt) wird über ei­ nen Einlaßkanal 16 in das Ventil 2 eingeleitet. Der Einlaßkanal 16 ist an die Spülka­ näle 15 angeschlossen. Ein Auslaßkanal (hier nicht dargestellt) für die Spülflüssigkeit ist ebenfalls vorgesehen.

Die Berechnung des momentanen Volumendurchflusses erfolgt in der elektronischen Reglereinrichtung 4, die beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildet ist. Die Reg­ lereinrichtung 4 steht über Signalleitungen 17 mit dem elektrischen Antrieb 3 und den Drucksensoren 6 und 7 in Verbindung. In der Reglereinrichtung 4 sind die Sollwerte der Volumendurchflüsse für alle Flüssigkeiten gespeichert, die durch den Durchfluß­ regler 1 geleitet werden sollen. Die Reglereinrichtung 4 berechnet die Druckdifferenz p_e-p_a aus den beiden Meßsignalen p_e, p_a, die den Druck im Ventil 2 beim Eintritt und beim Austritt einer jeden Flüssigkeit wiedergeben. Diese Meßsignale p_e, p_a enthalten ferner Informationen über die Temperatur T im Inneren des Ventils 2. Zu diesem Zweck sind in die beiden Drucksensoren 7 und 8 Thermoelemente (hier nicht darge­ stellt) integriert. Der Durchflußbeiwert D wird für jede Flüssigkeit, die durch den Durchflußregler 1 geleitet werden soll, durch Kalibrierung bestimmt und in der Reg­ lereinrichtung 4 gespeichert.

Die Temperaturabhängigkeit des Durchflußbeiwerts D ist auf die Temperaturabhän­ gigkeit der Viskosität der jeweiligen Flüssigkeit zurückzuführen, die durch den Durch­ flußregler 1 geleitet wird. Die Öffnungsweite des Ventils 2 ist wie bereits oben er­ wähnt zur Position der Spindel 11 und damit zur Stellung des Schrittmotors 3 direkt proportional.

Mit Hilfe der Gleichung:

ermittelt die Reglereinrichtung 4 den Istwert des Volumendurchflusses. ρ ist die tempe­ raturabhängige Dichte der jeweiligen Flüssigkeit, welche durch den Durchflußregler 1 geleitet wird. Der Volumendurchfluß, welcher von der Reglereinrichtung 4 berechnet wird, wird mit dem gespeicherten Sollwert des Volumendurchflusses für die zugehöri­ ge Flüssigkeit verglichen. Bei Abweichungen wird die Öffnungsweite des Ventils 2 ver­ ändert. Hierzu wird von der Reglereinrichtung 4 ein Steuersignal an den elektrischen Antrieb 3 gegeben, der daraufhin die Ventilnadel 10 nach oben oder unten bewegt.

Claims (5)

1. Durchflußregler für strömende Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ventil (2) und eine elektronische Reglereinrichtung (4) zu einer Bau­ einheit zusammengefaßt sind.

2. Durchflußregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öff­ nungsweite des Ventils (2), die Druckdifferenz zwischen dem Einlaßkanal (2A) und dem Auslaß (2B) des Ventils (2) sowie die Temperatur T in dem Ventil (2) mit der Re­ geleinrichtung (4) erfaßbar, speicherbar und/oder einstellbar ist, und daß die Regel­ einrichtung (4) als Mikroprozessor ausgebildet ist

3. Durchflußregler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Öffnungsweite des Ventils (2) mit einer Ventilnadel (10) einstellbar ist, die über eine Spindel (11) an einen elektrischen Antrieb (3) angeschlossen ist, der über Signalleitungen (17) mit der Regeleinrichtung (4) in Verbindung steht.

4. Durchflußregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß an das Ventil (2) Drucksensoren (6, 7) mit integrierten Thermoelementen angeschlossen sind, und daß die Drucksensoren (6, 7) über Signalleitungen (17) an die Regeleinrichtung (4) angeschlossen sind.

5. Durchflußregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Antrieb (3) zur Einstellung der Öffnungsweite des Ventils (2) von der Regeleinrichtung (4) über eine Signalleitung (17) ansteuerbar ist.