DE2026202B2 - Druckmittelbetriebener regler - Google Patents

Description

Balgwaage, also einem nach dem Drehmomentver- ein?s offenen oder geschlossenen Kreisringes ausgegleichsprinzip arbeitenden Regler, zur P-Bereichs- bildet Kreisscheiben- oder kreissektorförmige Steuerverstellung ein unter einer Last stehender Drehpunkt glieder können ebenfalls verwendet werden, sie haben längs eines Waagebalkens verschoben werden, was jedoch den Nachteil, daß entweder ihr Gewicht weoffensichtlich mit größeren Herstellungsschwiengkei- 5 sentlich größer als das eines entsprechend bemesseten verbunden ist, als sie ein um einen Punkt dreh- nen kreisringförmigen Steuergliedes ist oder sie bei barer Schweiikarm bietet Eine andere Möglichkeit gleichem Gewicht teurer in der Herstellung sind. Die für die P-Bereichseinstellung besteht in der Verwen- Verbindung des Steuergliedes mit dem Schwenkarm dung einer sogenannten Druckteilerschaltung, die je- erfolgt mittels eines Gelenkes oder, was fertigungsdoch eine nichtlineare Kennlinie besitzt, so daß der io technisch besonders günstig ist, mittels einer Blattjeweils eingestellte P-Bereich nicht über den ganzen feder, die am Schwenkarm und am Steuerglied fest-Aussteuerbereich konstant ist. geklemmt ist. Ebenso besteht die Möglichkeit, den

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Regler zu Schwenkarm als Blattfeder auszubilden, was sich schaffen, bei dem unterschiedliche Federeigenschaf- aber nur dann empfiehlt, wenn die Schwenkarmlange ten und/oder Abmessungen der Druckkörper ohne 15 kurz ist, da sich andernfalls ein erschütterungsemp-Schwierigkeiten kompensiert werden können und die findlicher Aufbau ergeben kann.
Empfindlichkeit unabhängig von dem jeweils einge- Die Übertragung des Hubs oder der Auslenkung

stellten P-Bereich und dem Aussteuerbereich ist, wo- der beweglichen Teile der Druckkörper auf das hei die für die P-Bereichseinstellung konstruktiv ein- Steuerglied erfolgt bei einem Regler mit vier Druckfachen Mittel der nach dem Wegvergleichsprinzip ar- 20 körpern, beispielsweise Bälgen, deren Wirkungslimen beitenden Regler beibehalten werden sollen. sich ungefähr rechtwinklig schneiden, und einem

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Reg- Steuerglied in Form eines offenen oder geschlossenen I er wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch ge- Kreisrings am zweckmäßigsten dadurch, daß der belöst, daß das andere Ende des Schwenkarmes feder- wegliche Teil jedes Druckkörpers oder em mit dem elastisch oder gelenkig, den Mittelpunkt der kreisför- 25 jeweiligen Teil verbundener Stößel unmittelbar mit migen Kontur des Steuergliedes auf den Wirkuügs- dem Außenumfang des Steuergliedes in Berührung linienschnittpunkt zentrierend, exzentrisch am Steuer- steht. Der Vorteil einer solchen Ausführungsform glied befestigt ist. besteht darin, daß keine Steuerglied und Druckkörper

" Bei diesem nach dem Kraftvergleichsprinzip arbei- verbindenden Befestigungsmittel benötigt werden. Dies tenden Reeler dient der Schwenkarm wie bei dem 30 wirkt sich unter anderem günstig auf die Montage bekannten Kreuzbalgregler zur Einstellung des P-Be- des Reglers aus. Werden dagegen nur zwei D^ruc£- reiches. Durch die Anlenkung des Steuergliedes am körper verwendet, beispielsweise ein Differenzdruck-Schwenkarm wird jedoch erreicht, daß das Steuer- körper für den Ist- und den Sollwert und em weiteelied nicht mehr wie bei dem bekannten Kreuzbalg- rer Differenzdruckkörper für die Rückführung, eignet regler eine Taumel- bzw. Flächenbewegung, sondern 35 sich ein derartiger Aufbau wegen der dann ungenueine Linienbewegung ausführt: das Steuerglied be- genden Führung des Steuergliedes nicht mehr. Insweet sich mit seinem Mittelpunkt auf einem durch besondere in solchen und ähnlichen Fällen empfiehlt den Wirkungslinienschnittpunkt gehenden Kreis, des- es sich, den beweglichen Teil jedes Druckkörper sen Mittelpunkt mit dem Befestigungspunkt von mittelbar oder unmittelbar an einem offenen oder Steuerglied und Schwenkarm zusammenfällt. Die auf 40 geschlossenen Kreisring zu befestigen, der das Steuerdas Steuerglied wirkenden Kräfte lassen sich somit glied relativ zu diesem verdrehbar umschließt oder auf zwei, das Steuerglied auslenkende und zurück- von diesem umschlossen ist. Damit sind die bewegholende Kraftresultierende zurückführen, die in je- liehen Teile der Druckkörper und das Steuerglied m dem P-Bereich unabhängig von der Last an den glei- ihrer Lage zueinander eindeutig fixiert. Diese letzte chen Punkten des Steuergliedes angreifen. Dies hat 45 Ausführungsform kann im übrigen auch bei Vorzur Folge, daß einerseits sich die beiden auf dem handensein von vier oder mehr Einzeldruckkorpern Steuerglied und dem Schwenkarm sitzenden Teile verwendet werden.

des Abtastsystems unabhängig von dem eingestellten Die Zuordnung der Teile des Abtastsystems — als

P-Bereich und den auf das Steuerglied von den Abtastsystem kann ein übliches Düsen-Prallplatte-Druckkörpern ausgeübten Kräften in einer eindeutig 50 System, ein Düsen-Abdecker-System oder em Strahldefinierten Richtung relativ zueinander bewegen und düsen-Fangdüsen-System verwendet werden — zu andererseits in jedem Gleichgewichtszustand der dem Steuerglied und dem Schwenkarm kann nach Mittelpunkt der Kreiskontur des Steuergliedes kon- Belieben vorgenommen werden. Als zweckmäßig hat zentrisch zum Wirkungslinienschnittpunkt ist. Daher es sich jedoch erwiesen, die Düse bzw. Düsen, also ist der Aussteuerbereich unabhängig vom eingestell- 55 den schwereren Teil des Abtastsystems, am Schwenkten P-Bereich, und der P-Bereich ändert sich nicht arm, vorzugsweise in der Nahe seines Drehpunktes in Abhängigkeit von der Last. Zudem beruht darauf zu befestigen und die Prallplatte, den Abdecker oder die Möglichkeit, unterschiedliche Federeigenschaften die Fahne dem Steuerglied zuzuordnen,
und/oder Abmessungen der Druckkörper ohne Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung die in

Schwierigkeiten durch Verschwenken des Schwenk- 60 zum Teil schematischer Darstellung zwei Ausfunarmes, d. h. durch Verändern des P-Bereiches bei rungsbeispiele enthält, näher erläutert. Im einzelnen entsprechender Verschiebung des P-Bereich-Null- zeigt

punktes kompensieren zu können. Der erfindungs- Fig. 1 eine Aufsicht auf einen beschatteten Regler

semäße Regler vereinigt in sich somit die Vorteile mit zwei Differenzdruckkörpern,
eines Wegvergleichsreglers und die eines Kraft-oder 65 Fig. 2 einen Schnitt durch den Regler gemäß Drehmomentvergleichsreglers, ohne deren Nachteile F i g. 1 entlang der Linie MI und
zu besitzen. Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Regler mit vier

Das Steuerglied ist am zweckmäßigsten in Form Druckbälgen.

Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, enthält der von Düse 17 und der als Prallplatte 18 dienenden

Regler zwei Differenzdruckkörper 1 und 2, die je- Innenumfangsfläche des Kreisrhrjes 14 in jeder mög-

weils durch eine Membran 3 bzw. 4 in zwei Druck- liehen Winkellage des Schwenkannes 16 zwischen

kammern 5 und 6 bzw. 7 und 8 unterteilt sind. Der φ = 0° und φ = 90°, also in jeder P-Bereichsein-

Druckkammer 5 des Differenzdruckkörpers 1 wird 5 stellung, gleich groß.

der Istwert w und der Druckkammer 6 der Sollwert je Steigt nun der Istwert w aus irgendeinem Grunde zugeführt, während die Kammern 7 und 8 des Diffe- an, so wirkt in der dem Differenzdruckkörper 1 zurenzdruckkörpers 2 für die positive und negative geordneten Wirkungslinie eine dem Druckunterschied Rückführung R ₊ und R _ vorgesehen sind. Die bei- zwischen Istwert w und Sollwert χ entsprechende den Membranen 3 und 4 tragen jeweils einen Stößel 9 io Kraft auf den Kreisring 13 bzw. das Steuerglied 14. bzw. 10, dessen Längsachse mit der Wirkungslinie Diese Kraft setzt sich aus zwei Komponenten zusamdes jeweiligen Differenzdruckkörpers zusammenfällt. men, und zwar einer nur in Längsrichtung des Die Differenzdruckkörper 1 und 2 sind in einer Wir- Schwenkarmes 16 wirkenden Komponente und einer kungsebene so am Gehäuse 11 des Reglers befestigt, Komponente, durch die der Kreisring 13 bzw. das daß sich ihre Wirkungslinien in einem innerhalb des 15 kreisnngförmige Steuerglied 14 um den Befestigungs-Reglers liegenden Punkt 12 schneiden. Der Winkel, punkt 26 geschwenkt wird. Die Verschwenkung des unter dem sich die Wirkungsiinien schneiden, ist an Steuergliedes 14 hat zur Folge, daß sich der Abstand und für sich frei wählbar; um jedoch einen möglichst zwischen Düse 17 und Prallplatte 18 und damit der kompakten Aufbau zu erhalten und zur Gewähr- Druck in der Leitung 21 und entsprechend in der leistung einer leichten Einstellbarkeit der P-Bereiche, ao Ausgangsleitung 23 ändert. Der Stellzylinder oder empfiehlt sich ein Winkel von 90°. das Regelventil wird betätigt, und gleichzeitig setzt

Die freien Enden der Stößel 9 und 10 sind an die negative Rückführung R_ ein und nach einer durch einem geschlossenen Kreisring 13 angelenkt der ein die Drossel 25 hervorgerufenen Zeitverzögerung auch kreisringförmiges Steuerglied 14 umschließt, und die positive Rückführung R ₊. Die von dem riickzwar derart, daß das Steuerglied 14 relativ zum as führenden Differenzdruckkörper 2 auf den Kreisring Kreisring 13 gedreht werden kann. Exzentrisch am 13 ausgeübte Kraft setzt sich ebenfalls aus zwei Kom-Steuerglied 14 ist über eine Blattfeder 15 das eine ponenten zusammen, von denen die eine in Längs-Ende eines Schwenkarmes 16 befestigt, dessen ande- richtung des Schwenkarmes 16 wirkt und die andere res Ende dreh- und feststellbar im Wirkungslinien- eine Rückdrehung des verschwenkten Steuergliedes Schnittpunkt 12 am Gehäuse 11 angelenkt ist. Durch 3° 14 bzw. des Kreisringes 13 in seine Ausgangslage den Schwenkarm 16 erfolgt eine Zentrierung des hervorruft. Da die in Längsrichtung des Schwenk-Mittelpunktes des Kreisringes 13 und damit auch armes 16 wirkenden Kraftkomponenten jedoch desjenigen des Steuergliedes 14 auf den Wirkungs- keinerlei Einfluß auf das Abtastsystem haben, ist die linienschnittpunkt 12. Bewegungsbahn des Steuergliedes 14 relativ zum

Zur Umformung der Positionsveränderung des 35 Schwenkarm 16 in jeder Stellung desselben die gleiche

Kreisringes 13 bzw. des Steuergliedes 14, die bei- und die Abstandsänderung zwischen den beiden

spielsweise durch eine Abweichung des Istwertes w Teilen des Abtastsystems proportional den auftreten-

vom Sollwert χ entstanden ist, in ein Drucksignal, ist den Differenzdrücken. Der Aussteuerbereich, d. h.

ein Abtastsystem vorhanden, das aus einer Düse 17 der Bereich zwischen dem kleinsten und dem größten und einer Prallplatte 18 besteht. Die Düse 17 sitzt auf *o Abstand zwischen den beiden Teilen des Abtast-

einem am drehbar gelagerten Ende des Schwenkannes systems, ist also vom jeweils eingestellten P-Bereich

16 quer zur Schwenkarmachse angeordneten Trag- unabhängig und, da die Lage des Schwenkarmes 16

arm 19 und ist radial auf die als Prallplatte 18 die- sich bei der Verschwenkung des Steuergliedes 14

nende Innenumfangsfläche eines der beiden Kreis- nicht ändert, der jeweils eingestellte P-Bereich über ringe 13 bzw. 14 ausgerichtet. 45 den ganzen Aussteuerbereich konstant. Schließlich

Je nach Beschaltung des Reglers mit Leitungen, beruht darauf die Möglichkeit, durch Verschwenken

Drosseln und Verstärkern kann dieser als Kaskaden- des Schwenkannes 16 und eine entsprechende Ver-

relais, PID-Regler oder, wie in vorliegendem Beispiel, Schiebung der auf dem Kreisring 13 angeordneten

als PI-Regler betrieben werden. Die Düse 17 ist hier- P-Bereichsskala 27 in die entgegengesetzte Richtung, bei einmal über eine Drossel 20 an ein Netz mit kon- 50 also durch Verändern der P-BereichseinsteHung bei

stantem Druck und zum anderen über eine Leitung 21 entsprechender Änderung des P-Bereich-Nullpunktes,

an einen Druckverstärker 22 angeschlossen, der eben- eine Eichung des Reglers vornehmen zu können, so

falls mit konstantem Druck gespeist wird. Die zu daß auf die Verwendung ausgewählter Druckkörper

einem nicht gezeichneten Regelventil, SteDzylrnder verzichtet werden kann.

od. dgl. führende Ausgangsleitung 23 des Verstärkers 55 In F i g. 3 ist schließlich ein Regler mit vier jeweils

22 steht über eine Stichleitung 24 unmittelbar mit tun 90° gegeneinander versetzt in einer Wirkungs-

der Druckkammer 8 and mittelbar über eine Drossel ebene angeordneten Bälgen 28, 29, 30 und 31 dar-

25 mit der Druckkammer 7 des Differenzdruckkör- gestellt, von denen die Bälge 28 und 29 mit dem Ist-

pers 2 in Verbindung. und dem Sollwert beaufschlagt werden und die Rück-

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Reglers 60 fährbäTge mit 30 und 31 bezeichnet sind. Der bewegsei davon ausgegangen, daß bei Übereinstimmung liehe Teil jedes Balgs steht über einen Stößel unmittelvon Sollwert χ und Istwert w die Mittelpunkte der bar mit dem kreisringförmigen Steuerglied 32 in Be-Kreisringe 13 and 14 konzentrisch zum Wirkungs- rührung, das seinerseits in Punkt 33 gelenkig mit dem linienschnittpunkt 12 liegen. eine Prallplatte 34 tragenden Schwenkarm 35 ver-

Dnrch entsprechende Anordnung der Differenz- 65 bonden ist Der Schwenkarm 35 ist im Wirkungsdrockkörper 1 und 2 und geeignete Wahl der Stößel- linienschnittpunkt 12 dreh- und feststellbar gelagert längen läßt sich dies erreichen. In einer derartigen Die Düse 36 des Abtastsystems ist auf dem Steuer-Position der Kreisringe 13 und 14 ist der Abstand glied 32 befestigt Das Regelsystem kann als P-, PI-

\r-

oder PID-Regler od. dgl. geschaltet werden. Die Wirkungsweise ist analog dem oben beschriebenen Regelsystem.

Der erfindungsgemäße Regler kann auch als Recheneinrichtung für Aufgaben der Struktur

verwendet werden, wobei der linke Klammerausdruck die Summe der auf das Steuerglied 14 wirkenden Differenzdrücke, die von den jeweils auf einer 'Wirkungslinie hegenden, mit dem Reglerausgang in Verbindung stehenden Druckkörpern — beispielsweise Druckkörper 2 in F i g. 1 oder Bälge 30 und 31 in F i g. 3 — herrühren, umfaßt und der rechte Klammerausdruck die Summe der auf das Steuerglied 14 wirkenden Differenzdrücke, die von den jeweils auf . einer Wirkungslinie liegenden, mit dem Reglereingang in Verbindung stehenden Druckkörpern — Druckkörper 1 in F i g. 1 oder Bälge 28 und 29 in Fig. 3 — herrühren, und tg<p der sogenannte Ver-Stärkungsfaktor ist, der theoretisch Werte von Null bis Unendlich und praktisch von ungefähr 0,001 bis über 1.000 annehmen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209539/18

9*.

Claims (7)

1 2 den einen Teil des Systems tragenden oder bildenden, Patentansprüche: eine kreisförmige Kontur aufweisenden Steuerglied, an dem die beweglichen Teile der Druckkörper an-

1. Druckmittelbetriebener Regler mit Druck- greifen, und einem den anderen Teil des Systems trakörpern für den Istwert, den Sollwert und die 5 genden oder bildenden Schwenkarm, der an seinem Rückführung, die in einer Wirkungsebene mit sich einen Ende dreh- und feststellbar im Wirkungslinienin einem innerhalb des Reglers liegenden Punkt Schnittpunkt am Gehäuse angelenkt ist
schneidenden Wirkungslinien am Gehäuse be- Es sind bereits Regler bekannt, die in einer Wirfestigt sind, und einem Abtastsystem, insbesondere kungsebene einen Istwertbalg und einen diesem geeinem Düsen-Prallplatte-System, mit einem den io genüberliegenden Sollwertbalg sowie ein quer dazu einen Teil des Systems tragenden oder bildenden, angeordnetes Rückführbalgpaar enthalten. Die Bälge eine kreisförmige Kontur aufweisenden Steuer- sind jeweils an einem Ende am Reglergehäuse beglied, an dem die beweglichen Teile der Druck- festigt und am anderen, beweglichen Ende untereinkörper angreifen, und einem den anderen Teil des ander mit einem ringförmigen Steuerglied verbunden, Systems tragenden oder bildenden Schwenkarm, 15 das als Prallplatte eines Düsen-Prallplatte-Abtastder an seinem einen Ende dreh- und feststellbar systems dient Die Düse dieses Systems sitzt am Ende im Wirkungslinienschnittpunkt am Gehäuse auge- eines Schwenkarmes, dessen anderes Ende dreh- und lenkt ist dadurch gekennzeichnet, daß feststellbar im Wirkungslinienschnittpunkt am Gedas andere Ende des Schwenkarmes (16; 35) fe- häuse des Reglers angelenkt ist Diese nach dem Wegderelastisch oder gelenkig, den Mittelpunkt der 20 Vergleichsprinzip arbeitenden Regler — sogenannte kreisförmigen Kontur des Steuergliedes (14; 32) Kreuzbalgregler — haben gegenüber den nach dem auf den Wirkungslinienschnittpunkt (12) zentrie- Drehmoment- oder Kraftvergleichsprinzip arbeitenden rend, exzentrisch am Steuerglied (14; 32) be- Reglern den Vorteil, daß für die P-Bereichseinstelfestigt ist lung konstruktiv günstige Lösungen möglich sind. So

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 erfolgt bei dem bekannten Regler die Einstellung des zeichnet, daß das Steuerglied (14; 32) die Form jeweils gewünschten P-Bereiches lediglich durch Dreeines offenen oder geschlossenen Kreisrings be- hen des Schwenkannes um einen bestimmten Winkel, sitzt. Nachteilig ist, daß für diese Regler in bezug auf ihre

3. Regler nach Anspruch 2 mit vier Druckkör- Federeigenschaften und Abmessungen ausgewählte pern, deren Wirkungslinien sich ungefähr recht- 30 und zueinander passende Bälge verwendet werden winklig schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß müssen, da andernfalls der Aussteuerbereich bei jeder bewegliche Teil jedes Druckkörpers (28, 29, weils einem bestimmten P-Bereich von Regler zu 30, 31) oder ein mit dem jeweiligen Teil verbun- Regler verschieden groß ausfallen und dies einen bedener Stößel unmittelbar mit dem Außenumfang triebsmäßigen Einsatz der Regler erheblich behindern des Steuergliedes (32) in Berührung steht. 35 würde. An sich ist es theoretisch möglich, Abwei-

4. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- chungen in den Federeigenschaften und/oder Abmeskennzeichnet, daß der bewegliche Teil (3, 4) jedes sungen der Bälge in gewissen Grenzen durch Ver-Druckkörpers (1, 2) mittelbar oder unmittelbar an schwenken der Düse, also durch Verändern des einem offenen oder geschlossenen Kreisring (13) P-Bereiches bei gleichzeitiger Änderung des P-Bebefestigt ist, der das Steuerglied (14) relativ zu 40 reich-Nullpunktes, zu kompensieren. Dies bringt in diesem verdrehbar umschließt oder von diesem der Praxis jedoch solche Schwierigkeiten mit sich, umschlossen ist. daß das Auswählen von Bälgen gleicher Federeigen-

5. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, schäften und Abmessungen wesentlich einfacher und dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm billiger ist. Ein weiterer Nachteil dieser Kreuzbalg-(16) und das Steuerglied (14) mittels einer Blatt- 45 regler besteht darin, daß der Aussteuerbereich vom feder (15) miteinander verbunden sind. jeweils eingestellten P-Bereich abhängig ist, die Emp-

6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, findlichkeit des Reglers in den verschiedenen P-Bedadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm als reichen also unterschiedlich groß ist. Dieser Effekt Blattfeder ausgebildet ist. wird bei einem bekannten Kreuzbalgregler dadurch

7. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit 50 zu beseitigen versucht, daß der Winkel zwischen dem einem Düsen-Prallplatte-System als Abtastsystem, Istwertbalg und dem einen Rückführbalg etwas kleidadurch gekennzeichnet, daß die Düse (17) auf ner und der Winkel zwischen dem Sollwertbalg und einem am drehbar gelagerten Ende des Schwenk- dem anderen Rückführbalg etwas größer als 90° gearmes (16) quer zur Schwenkarmachse angeord- wählt und das ringförmige Steuerglied elastisch verneten Tragarm (19) sitzt und radial auf die als 55 formbar ausgebildet wird. Abgesehen davon, daß mit Prallplatte (18) dienende Innenumfangsfläche diesen Maßnahmen die Abhängigkeit des Aussteuereines der beiden Kreisringe (13; 14) ausgerich- bereiches vom P-Bereich nur vermindert und nicht tet ist. vollständig beseitigt werden kann, ist eine derartige

Lösung konstruktiv ungünstig.

60 Des weiteren sind nach dem Drehmoment- oder Kraftvergleichsprinzip arbeitende Regler bekannt, bei

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckmittel- denjn die Beanspruchung der Druckkörper günstiger

betriebenen Regler mit Druckkörpern für den Istwert, als bei den Wegvergleichsreglern ist und unterschied-

den Sollwert und die Rückführung, die in einer Wir- liehe Federeigenschaften und/oder Abmessungen der

kungsebene mit sich in einem innerhalb des Reglers 65 Druckkörper ohne wesentliche Schwierigkeiten kom-

liegenden Punkt schneidenden Wirkungslinien am Ge- pensiert werden können, während für die P-Bereichs-

häuse befestigt sind und einem Abtastsystem, insbe- einstellung aufwendigere Konstruktionen erforderlich

sondere einem Düsen-Prallplatte-System, mit einem sind. So muß beispielsweise bei einer sogenannten