DE202013102701U1 - Electropneumatic converter for a positioner - Google Patents
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Abstract
Elektropneumatischer Umformer für einen Stellungsregler, mit einem pneumatischen Stellantrieb, dem entsprechend ermittelter elektrischer Stellgrößen Druckluft zugeführt oder abgelassen wird, gekennzeichnet durch mindestens zwei aufeinander liegende Scheiben (4, 5), die relativ zueinander bewegbar sind, wobei eine erste Scheibe (5) zumindest eine Zuführöffnung (6) für Druckluft, wenigstens eine Entlüftungsöffnung (7) sowie mindestens eine Stelldrucköffnung (8) und die zweite Scheibe (4), auf der der ersten Scheibe (5) zugewandten Seite zumindest einen Kanal (9) aufweisen, der in einer Stellung der Scheiben (4, 5) zueinander die Zuführöffnung (6) mit der Stelldrucköffnung (8) und in einer anderen Stellung die Stelldrucköffnung (8) mit der Entlüftungsöffnung (7) luftdurchlässig verbindet.Electro-pneumatic converter for a positioner, with a pneumatic actuator, the compressed air is supplied or discharged according to determined electrical control variables, characterized by at least two superimposed discs (4, 5) which are movable relative to each other, wherein a first disc (5) at least one Feed opening (6) for compressed air, at least one vent opening (7) and at least one control pressure opening (8) and the second disc (4) on which the first disc (5) facing side at least one channel (9), in one position the discs (4, 5) to each other the supply opening (6) with the control pressure opening (8) and in another position, the control pressure opening (8) with the vent opening (7) permeable to air.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektropneumatischen Umformer für einen Stellungsregler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an electropneumatic converter for a positioner according to the preamble of claim 1.
Derartige elektropneumatische Umformer werden für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Beispielhaft sei hier die Betätigung von Armaturen wie Stellventilen o.dgl. genannt, wobei zur Verstellung dem angeschlossenen pneumatischen Stellantrieb entsprechend elektrischer Stellgrößen Druckluft zugeführt oder abgelassen wird. Such electropneumatic converters are used for different purposes. As an example, here is the operation of valves such as control valves or the like. called, for adjustment to the connected pneumatic actuator according to electrical control variables compressed air is supplied or discharged.
Zur Realisierung dieser Funktion sind verschiedene Systeme bekannt, deren Einsatz jedoch mit erheblichen Nachteilen verbunden ist. To realize this function, various systems are known, but their use is associated with significant disadvantages.
In der
Durch Veränderung der Stromstärke kann die Magnetkraft und damit der Abstand zwischen der Düse und der Prallplatte beeinflusst werden, zur Einstellung des Drucks. By changing the current strength, the magnetic force and thus the distance between the nozzle and the baffle plate can be influenced to adjust the pressure.
Jedoch ist zur Funktion ein permanenter Haltestrom erforderlich, was naturgemäß zu entsprechenden Betriebskosten führt. Dies gilt gleichermaßen für systembedingte dauerhafte Druckverluste, die den Betrieb dieses Systems als wirtschaftlich nachteilig ausweisen. However, a permanent holding current is required for operation, which naturally leads to corresponding operating costs. This equally applies to system-related permanent pressure losses, which prove the operation of this system economically disadvantageous.
Aus der
Weiter sind Systeme bekannt, die anstelle von Magnetventilen Piezoventile aufweisen mit piezoelektrischen Biegebalken. Furthermore, systems are known which have piezo valves instead of solenoid valves with piezoelectric bending beam.
Allen gemeinsam ist, dass sie, um die elektrische Leistungsaufnahme gering zu halten, zwei Stufen benötigen und zwar eine elektropneumatische Vorstufe und eine pneumatische Hauptstufe. Gegebenenfalls sind auch Druckminderer für die Vorstufe notwendig. What they all have in common is that they require two stages in order to keep the electrical power consumption low, namely an electropneumatic pre-stage and a pneumatic main stage. If necessary, also pressure reducers for the preliminary stage are necessary.
In jedem Fall sind die bekannten Systeme nur mit einem erheblichen fertigungstechnischen Aufwand zu realisieren und relativ hohen Betriebskosten zu betreiben. In any case, the known systems can only be realized with a considerable production outlay and operate at relatively high operating costs.
Überdies sind die elektropneumatischen Vorstufen relativ klein und filigran mit kleinen Ventilöffnungen und Kanälen ausgeführt, um so die elektrische Leistungsaufnahme gering zu halten. Bei unsauberer Druckluft können diese verschmutzen und so zum Ausfall des Stellungsreglers führen. Moreover, the electropneumatic precursors are relatively small and filigree with small valve ports and channels designed to keep electrical power consumption low. In the case of unclean compressed air, they can pollute and lead to failure of the positioner.
Während bei dem Einsatz von Magnetventilen, ebenso wie bei dem System Düse-Prallplatte ein permanenter Haltestrom erforderlich ist, sind die Piezoventile aufgrund der Bauweise der Piezobiegebalken nur in einem recht eingegrenzten Temperaturbereich einsetzbar. While in the use of solenoid valves, as well as in the system nozzle baffle plate, a permanent holding current is required, the piezo valves are due to the design of the piezoelectric bending beam only in a fairly limited temperature range can be used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen elektropneumatischen Umformer für Stellungsregler so weiterzuentwickeln, dass er einfacher und kostengünstiger herstell- und betreibbar ist. The invention has for its object to further develop a generic electropneumatic converter for positioner so that it is easier and cheaper to manufacture and operable.
Diese Aufgabe wird durch einen elektropneumatischen Umformer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by an electropneumatic converter with the features of claim 1.
Durch die Erfindung werden eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik erreicht. So kann die Umwandlung der elektrischen Stellgrößen, insbesondere eines 4–20mA-Signals in einen pneumatischen Arbeitsdruck für den pneumatischen Stellantrieb ohne zusätzliche Hilfsenergie erfolgen, woraus sich schon ein kostengünstigerer Betrieb ergibt. Die für die relative Bewegung der beiden Scheiben zueinander erforderliche Kraft kann durch einen sehr kleinen elektrischen Motor aufgebracht werden, der aus dem 4–20mA-Signal gespeist wird. The invention achieves a number of advantages over the prior art. Thus, the conversion of the electrical control variables, in particular a 4-20mA signal into a pneumatic working pressure for the pneumatic actuator without additional auxiliary energy, resulting in a more cost-effective operation. The force required for the relative movement of the two disks relative to each other can be applied by a very small electric motor powered by the 4-20mA signal.
Dabei ist eine Scheibe fest stehend angeordnet, während die andere, mit dem Motor verbundene Scheibe dazu vorzugsweise reversierend bewegbar ist. In this case, a disc is arranged stationary, while the other, connected to the motor disc is preferably reversibly movable.
Die Scheiben bestehen aus einem verschleißfesten Material, vorzugsweise aus Keramik, wodurch geringe Reibwerte bei der Relativbewegung der beiden Scheiben zueinander gegeben sind, was in besonderer Weise die erforderliche Leistung für die Relativbewegung der Scheiben minimiert. The discs are made of a wear-resistant material, preferably ceramic, whereby low coefficients of friction in the relative movement of the two discs are given to each other, which minimizes the required power for the relative movement of the discs in a special way.
Darüber hinaus zeichnet sich Keramik durch eine hohe Festigkeit aus, die zum einen zu einer Verschleißminimierung führt und zum anderen dazu, dass sich Schmutzpartikel, die sich in die Öffnungen setzen, abgeschert werden, so dass sie nicht zwischen die Scheiben gelangen. Hierdurch wird von vornherein eine Verschleißursache unterbunden. In addition, ceramic is characterized by a high strength, which leads to a minimization of wear on the one hand and on the other hand, that particles of dirt that settle in the openings, are sheared off so that they do not get between the discs. As a result, a cause of wear is prevented from the outset.
Selbstverständlich können auch andere entsprechend harte Scheibenmaterialien mit geringen Reibwerten eingesetzt werden. Of course, other correspondingly hard disc materials with low coefficients of friction can be used.
Denkbar ist jedoch auch, bei Verwendung eines weniger verschleißfesten Materials in die einander zugewandten Seiten der Scheiben um die Öffnungen herum verschleißfeste Dichtungen einzulassen. However, it is also conceivable, when using a less wear-resistant material in the mutually facing sides of the discs around the openings to wear wear-resistant seals.
Gemäß der Erfindung weist die erste Scheibe, wie erwähnt bevorzugt die fest stehende, drei Öffnungen auf und zwar eine Zuführöffnung für Druckluft, eine Entlüftungsöffnung sowie eine Stelldrucköffnung. According to the invention, the first disc, as mentioned, preferably the fixed, three openings and that a supply port for compressed air, a vent opening and a control pressure opening.
Die Öffnungen, insbesondere die Zuführöffnung und die Entlüftungsöffnung der ersten Scheibe sind kreisrund oder davon abweichend, vorzugsweise tropfenförmig konturiert, wodurch die Regelgenauigkeit verbessert wird. The openings, in particular the feed opening and the vent opening of the first disk are circular or deviating, preferably contoured drop-shaped, whereby the control accuracy is improved.
Die aufliegende zweite Scheibe ist auf ihrer der ersten Scheibe zugewandten Seite mit mindestens einem Kanal versehen, der je nach Stellung, also Bewegung der zweiten Scheibe, einen Luftdurchlass entweder von der Zuführöffnung zur Stelldrucköffnung oder von der Entlüftungsöffnung zur Stelldrucköffnung herstellt. In einer Mittelstellung sind alle Öffnungen verschlossen. The resting second disc is provided on its side facing the first disc side with at least one channel, depending on the position, ie movement of the second disc, an air passage either from the supply port to the control pressure port or from the vent to the control pressure port. In a middle position, all openings are closed.
Bevorzugt sind die Entlüftungsöffnung und die Zuführöffnung, bezogen auf die Stelldrucköffnung in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet. Preferably, the vent opening and the feed opening, based on the control pressure opening at the same angular distance from one another.
Der Motor bzw. ein angeschlossenes Getriebe, mit dem die zweite Scheibe gegenüber der ersten bewegbar ist, können so ausgelegt sein, dass eine reversierende Bewegung der zweiten Scheibe erfolgt, je nach durch die Stellgrößen geforderter Öffnung bzw. Verschluss der Öffnungen. Dabei kann die Bewegung schwenkend oder linear erfolgen. The motor or a connected gear, with which the second disc is movable relative to the first, can be designed so that a reversing movement of the second disc takes place, depending on the manipulated variables required opening or closure of the openings. The movement can be pivoting or linear.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht vor, dass eine der Scheiben integraler Bestandteil eines Gehäuses ist und/oder die andere Scheibe Bestandteil des Rotors des elektrisch betriebenen Motors. Another idea of the invention provides that one of the disks is an integral part of a housing and / or the other disk part of the rotor of the electrically operated motor.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. An embodiment of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
Figuren
In der
Erfindungsgemäß ist der Umformer gekennzeichnet durch zwei aufeinander liegende Scheiben
Dabei ist eine erste, dem Stellantrieb zugewandte fest stehende Scheibe
Zur Verdrehung der zweiten Scheibe
Die erste Scheibe
Dabei weisen die Zuführöffnung
Die zweite Scheibe
Dabei ist die Länge des Kanals
In einer sozusagen Mittelstellung, in der der Umformer außer Betrieb ist, sind die Zuführöffnung
Bevorzugt ist die Anordnung der Zuführöffnung
Grundsätzlich ist auch eine andere Konfiguration, d.h., Anordnung und Anzahl von Scheiben denkbar, wobei die erste Scheibe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 4240802 C2 [0004] DE 4240802 C2 [0004]
- DE 19502212 C1 [0007] DE 19502212 C1 [0007]
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENT- UND RECHTSANWAELTE LOESENBECK, SPECHT,, DE |
|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20130822 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
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