DE202011108832U1

DE202011108832U1 - Elektro-pneumatischer Umformer

Info

Publication number: DE202011108832U1
Application number: DE202011108832U
Authority: DE
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2021-12-09

Abstract

Elektro-pneumatischer Umformer zur Umsetzung eines elektrischen Steuersignals (5) in einen adäquaten Steuerdruck (11) mit einer Düsenanordnung, deren Düsenöffnung (9) in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal (5) proportional geöffnet oder verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) von einer Magnetspule (6) umschlossen ist und der Düsenöffnung (9) eine federbelastete, magnetisierbare Kugel (3) vorgelagert ist, wobei die Düsenöffnung (9) als Sitz für die Kugel (3) ausgebildet ist, und dass das elektrische Steuersignal (5) an die Magnetspule (6) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektro-pneumatischen Umformer zur Umsetzung eines elektrischen Steuersignals in einen adäquaten Steuerdruck, wie er regelmäßig in der Prozessindustrie zur Betätigung pneumatischer Stellantriebe eingesetzt wird.
Derartige pneumatische Stellantriebe sind einschlägig bekannt und beispielsweise in der DE 10 2007 019 045 A1 ausführlich beschrieben. In Abhängigkeit von einem pneumatischen Steuerdruck wird ein mechanisches Stellglied an eine vorgegebene Position verfahren. Als Stellglied sind Ventile, Klappen oder andere den Durchfluss eines Prozessmediums regulierenden Einrichtungen geeignet.
Der pneumatische Stellantriebe wird regelmäßig durch einen Stellungsregler bedient. Stellungsregler für pneumatische Stellantriebe sind ausgebildet, ein elektrisches Steuersignal, das den Sollwert für die Position abbildet, in einen adäquaten Steuerdruck umzusetzen. Der Sollwert wird dabei regelmäßig als eingeprägter Strom von 0/4...20 mA über eine Zweidrahtleitung übertragen. Der Umsetzung des Stroms in einen adäquaten Steuerdruck dient der elektro-pneumatische Umformer.
Es ist bekannt, den elektro-pneumatischen Umformer als Düse-Prallplattensystem auszubilden. Dabei wird der Druck der Steuerluft mittels dieses Düse-Prallplattensystem entsprechend einem elektrischen Signal verändert. Hierzu wird über einen Druckregler zunächst die Steuerluft auf einen konstanten Druck geregelt. Anschließend strömt diese Steuerluft durch eine Düse gegen eine Prallplatte. Mit Verstellen des Abstandes der Prallplatte zur Düse kann der Durchfluss und somit auch der Staudruck verändert werden. Aus der DE 10 2006 059 938 B3 ist bekannt, den Abstand der Prallplatte zur Düse des Düse-Prallplattensystem durch eine Tauchspulanordnung einzustellen. Ein derartiger elektro-pneumatischen Umformer weist eine Vielzahl komplexer mechanischer Bauteile auf, deren Herstellung sehr aufwendig und damit teuer ist.
Aus der EP 1758 007 A1 ist ferner bekannt, den elektro-pneumatischen Umformer mit piezoelektrischen Biegewandlern auszustatten, welche empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen sind und daher nur intermittierend bewegt werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektro-pneumatischen Umformer anzugeben, der die Nachteile der bekannten Umformer vermeidet und dessen Herstellung mit geringem Aufwand verbunden ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von einer für sich bekannten Düsenanordnung aus, deren Düsenöffnung in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal proportional geöffnet oder verschlossen wird.
Erfindungsgemäß ist die Düse von einer Magnetspule umschlossen und der Düsenöffnung eine federbelastete, magnetisierbare Kugel vorgelagert, wobei die Düsenöffnung als Sitz für die Kugel ausgebildet ist. Das elektrische Steuersignal ist an die Magnetspule angeschlossen. Im weiteren wird zunächst von einer stromlosen Magnetspule ausgegangen.
Im drucklosen Zustand lagert die Kugel durch die Kraft der Feder auf der Düsenöffnung und verschließt diese.
Bei einem vorhandenen Staudruck in der Düse wird die Kugel gegen die Kaft der Feder von ihrem Sitz abgehoben und gibt die Düsenöffnung teilweise frei. Dabei schwebt die Kugel auf einem Luftkissen, dass sich vor der Düsenöffnung bildet. Der sich an der Düsenöffnung einstellende Staudruck entspricht dem Kräftegleichgewicht zwischen dem Staudruck an der Düsenöffnung und der Kraft der Feder, die auf die Kugel in Richtung der Düsenöffnung wirkt.
Sobald die Magnetspule durch das elektrische Steuersignal bestromt wird, wirkt eine magnetische Anziehungskraft auf die Kugel in Richtung der Düsenöffnung. Soweit die Magnetspule bei bestehendem Staudruck in der Düse bestromt wird, stellt sich in Abhängigkeit von dem elektrische Steuersignal ein neues Kräftegleichgewicht ein, das durch die Superposition der Kraft der Feder und der magnetischen Anziehungskraft zu einer Erhöhung des Staudrucks im Verhältnis zum Spulenstrom führt.
Vorteilhafterweise zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen sehr einfachen Aufbau bestehend aus wenigen Bauteilen, die einfach herstellbar sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In der einzigen Figur ist eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen elektro-pneumatischen Umformers dargestellt.
Der elektro-pneumatische Umformer umfasst eine druckmittelbestromte Düse 10, die von einer Magnetspule 6 umschlossen und deren Düsenöffnung 9 eine magnetisierbare Kugel 3 vorgelagert ist. Vorzugsweise besteht die Kugel aus Stahl. Die Düsenöffnung 9 ist als Sitz für die Kugel 3 ausgebildet. Die Kugel 3 ist durch eine vorgespannte Feder 2 belastet, deren Kraftwirkungsrichtung mit der Längsachse der Düse 10 fluchtet und die sie auf die Düsenöffnung 9 drückt. Ferner ist die Kugel 3 in einer Führung 1 in der Längsachse der Düse 10 verschieblich gelagert. Diese Führung 1 ist ausgebildet, außer der Kugel 3 auch die Feder 2 aufzunehmen und zu führen.
Die Magnetspule 6 weist Anschlüsse 5 auf, die mit einem elektrischen Steuersignal verbunden sind.
Die Düse 10 ist über einen Abzweig mit einem Zuluftkanal und einem Abluftkanal verbunden. Der Zuluftkanal ist über eine Drossel 7 mit einer Zuluft 8 aus einer nicht dargestellten Druckluftquelle gespeist. In Abhängigkeit vom freien Querschnitt der Düsenöffnung 9 stellt sich in der Düse 10 und im Abluftkanal ein Steuerdruck 11 ein, der am Abluftkanal abgegriffen wird.
Im drucklosen Zustand lagert die Kugel 3 durch die Kraft der Feder 2 auf der Düsenöffnung 9 und verschließt diese.
Bei Zufuhr von Zuluft 8 ensteht ein Staudruck in der Düse 10 und die Kugel 3 wird gegen die Kaft der Feder 2 von ihrem Sitz abgehoben und gibt die Düsenöffnung 9 teilweise frei. Dabei schwebt die Kugel 3 auf einem Luftkissen 4, dass sich vor der Düsenöffnung 9 bildet. Der sich an der Düsenöffnung 9 einstellende Staudruck entspricht dem Kräftegleichgewicht zwischen dem Staudruck an der Düsenöffnung 9 und der Kraft der Feder 2, die auf die Kugel 3 in Richtung der Düsenöffnung 9 wirkt.
Sobald die Magnetspule 6 durch das elektrische Steuersignal bestromt wird, wirkt eine magnetische Anziehungskraft auf die Kugel 3 in Richtung der Düsenöffnung 9. Soweit die Magnetspule 6 bei bestehendem Staudruck in der Düse 10 bestromt wird, stellt sich in Abhängigkeit von dem elektrische Steuersignal ein neues Kräftegleichgewicht ein, das durch die Superposition der Kraft der Feder 2 und der magnetischen Anziehungskraft zu einer Erhöhung des Staudrucks im Verhältnis zum Spulenstrom führt. In Abhängigkeit von dem elektrische Steuersignal an den Anschlüssen 5 der Magnetspule 6 ändert sich der Staudruck in der Düse 10 und damit der Steuerdruck 11 im Abluftkanal. Die Änderung des Steuerdrucks 11 ist proportional zur Änderung des elektrischen Steuersignals an den Anschlüssen 5 der Magnetspule 6.
Bezugszeichenliste

1: Führung
2: Feder
3: Kugel
4: Luftkissen
5: elektrisches Steuersignal
6: Magnetspule
7: Drossel
8: Zuluft
9: Düsenöffnung
10: Düse
11: Steuerdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007019045 A1 [0002]
DE 102006059938 B3 [0004]
EP 1758007 A1 [0005]

Claims

Elektro-pneumatischer Umformer zur Umsetzung eines elektrischen Steuersignals (5) in einen adäquaten Steuerdruck (11) mit einer Düsenanordnung, deren Düsenöffnung (9) in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal (5) proportional geöffnet oder verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) von einer Magnetspule (6) umschlossen ist und der Düsenöffnung (9) eine federbelastete, magnetisierbare Kugel (3) vorgelagert ist, wobei die Düsenöffnung (9) als Sitz für die Kugel (3) ausgebildet ist, und dass das elektrische Steuersignal (5) an die Magnetspule (6) angeschlossen ist.
Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (3) in einer Führung (1) beweglich angeordnet ist.
Elektro-pneumatischer Umformer nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (3) senkrecht zur Ebene der Düsenöffnung (9) beweglich angeordnet ist.