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etr.: Patenatanmeldung Regelventil bei deii bisher bekannten bervoventilen
wurden für den Antrieb relativ aufwendige Torque-Motoren eingesetzt. Dieses Antriebssystem
erfordert in der kegel eine mehrstufige Ventilausführung.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird der üblicherweise verwenete Gleichstrom-Betätigungsmagnet
als Ventilantrieb beibehalteii. Der normale Betätigungsmagnet ist allerdings nur
in der Lage, zwei stabile positionen (hub-Anfangs- und Endstellung) einzunehinen.
Bekannt sind Ausführungen, bei welchen der Betätigunbsmagnet gegen eine Federkennlinie
arbeitet. Durch bin stellung eines bestimmten regelbaren Erregerstromes können dann
auch beliebige Zwischenstellungen erreicht werden. Infolge der unterschiedlichen
Xeibungs- und Strömungskräfte im Ventilteil läßt sich hiermit jedoch kein genaues
Regelverhalten erzielen.
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Dieser hachteil wird bei der vorliegenden erfindung durch eine elektrische
Rdckfuhrung kompensiert.
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Eine ähnliche Anordnung wurde auch bei der Patentanmeldung P 2049
431.9 - Stellantrieb für Ventile - erwähnt. Bei dieser Anmeldung handelt es sich
jedoch nur um eine Lageregelung (Hubregelung) des Antriebsmagneten (Stellantrieb).
Ein mit der Regelstrecke (Durchfluß-, Geschwindigkeit-, Lageregelung) geschlossener
Regelkreis kann hiermit nicht aufgebaut werden.
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Der prinzipielle Aufbau ist aus Fig. 1 ersichtlich. Es handelt sich
dabei um ein 4/2 Wegeventil mit geringer Überdeckung der Steuerkanten und federzentrierter
Mittelstellung4 Die zwei Betätigungsmagnete wirken direkt wie beim bekannten Wegeventil
auf den Ventilkolben. Zur Rückmeldung der Kolbenstellung wird zwischen einem Magneten
und dem Wegeventil ein Wegmeßsystem einw gebaut. Vorzugsweise können hierzu Linearpotentiometer
eingesetzt werden. er wesentliche Vorteil dieser Erfindung ist, daß die erwärmte
Anordnung mit geringen Kosten an handelsüblichen Wegeventilen
angebaut
werden kann, und daß es sich um ein einstufiges Regelventil handelt, welches relativ
unempfindlich gegen Verschmutzung ist.
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Die gesamte Anordnung besteht gemäß Fig. 1 aus einem Differenzverstärker
7, einem .,egeventil 12 mit zwei Betätigungsmagneten 1o u. 11 und einem Wegemeß-System
4-. Durch die Äddierer-Schaltung über die verstellbaren Ohmschen Widerstände 3 wird
der Eingang des Differenzverstärkers 7 mit der Differenzspannung zwischen dem vorgegebenen
Sollwert am Anschluß 1 dem Istwert der Regelstrecke am Anschluß 2 und dem jeweiligen
Spannungswert vom Abgriff des mit der Ventilstellung gekoppelten Wegmeßsystems 4
gespeist. Alle drei Spannungen können im vorliegenden Fall pos. u. neg. Werte gegenüber
dem Massepunkt am Anschluß 5 des Verstärkers annehmen. Der Anschluß muß dabei so
erfolgen, daß einem pos. Sollwert eine negative Istwertspannung und eine neg. Spannung
des ivegemeßsystems (Riickführung) gegenübersteht.
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Das Iegmeßsystem muß so ausgeführt sein, daß bei pos. oder neg.
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Verschiebung aus der Mittellage jeweils auch eine pos. oder neg.
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Spannungswert am Anschluß 6 auftritt.
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Der mechanische Aufbau ist aus Fig. 2 ersichtlich. In dem Ventilkörper
1 wird der Ventilkolben 2 verschiebbar geführt. Beide sind so ausgebildet, daß die
gewünschte Ventilfunktion erreicht wird.
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Der Ventilkolben 2 wird über zwei Scheiben 3 und zwei Federn 4 in
seiner Mittelstellung mech. fixiert. Im vorliegenden Fall sind in dieser Mittelstellung
alle Ventilanschlüsse gesperrt. Durch die Magnete 5 kann der Ventilkolben aus dieser
Mittelstellung in eine linke oder rechte Endlage gebracht werden; dadurch wird im
Ventil jeweils eine Durchflußrichtung freigegeben.
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Zur Rückmeldung der Ventilstellung im Regelkreis ist zwischen einem
Magneten rund dem Ventilgehäuse ein Wegmeßsystem 6 angebracht.
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Im vorliegenden Fall wird hierzu ein ohmscher Drahtwiderstand 7 verwendet.
Der Drahtwiderstand besitzt eine Mittelanzapfung 8.
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Der Schleifer 9 ist an einem Federstahldraht 1o, welcher einseitig
fest eingespannt ist und durch den Bolzen 11 bewegt wird, befestigt.
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Dieser Bolzen 11 wird geführt durch den Ventilkolben 2 und durch die
betätigungsstange 12 des Magneten 5. Durch entsprechende Vorspannung des Federstahldrahtes
10 wird dieser bolzen 11 immer gegen den Ventilkolben 2 gedrückt, so daß die Stellung
des bolzens 11 immer niit der Ventilkolbenstel lung übereinstimmt. Damit ein stabiles
Arbeitsverhalten im Regelbereich erreicht wird, muß die Zugkraftkennlinie beider
i-iagnete nahezu über den gesamten Hub einen möglichst waagrechten Verlauf aufweisen.
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Das Ohmsche Wegmeßsystem 6 kann aucli durch ein induktives Meßsystem
ersetzt werden. In diesem Fall wird der Bolzen etwas anders ausgebildet und über
dem Bolzen werden 2 Spulen angeordnet (Prinzip Differentialdrossel Beschreibung
der Funktionsweise Fig. 1 hei der gezeicnneten ullstellung des Ventils ist der vorgegebene
Sollwert @ull. Der Abgriff 6 des Wegaufnehmers 4 muß so eingestellt werden, daß
keine Spannung auftritt. Die Nullstellung des Ventils wird mecJI. wie bereits beschrieben,
fixiert. Da arn Lingang des Verstärkers 7 keine Spannungsdifferenz auftritt, wird
auch am Ausgang keine Spannung abgegeben. Die Magnete werden nicht erregt; das Ventil
behält seine Mittelstellung.
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Wenn nun am Anschluß 1 ein pos. Sollwert best. größe vorgegben wird,
so wird durch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 7 dieser Wert verstärkt und
7 Ausgang wird eine pos. Ausgangsspannung auftreten. Durch die Wirkung der beiden
dioden 8 und 9 kann dabei nur ein Strom durch die Wicklung des Magneten 10 fließen.
Durch diesen Magneten 10 wird daher der Ventilkolben in die rechte Stellung (Fig.
2) gedrückt. Durch die Verschiebung wird sofort am Abgriff 6 des Potentiometers
4 eine ne,. spannung auftreten, welche auf den Eingang des Verstärkers 7 zuruckgefuhrt
wird. Die Verscliiebung des Ventilkolbens bzw. die Bewegung des Magnetankers wird
dann begrenzt, wenn die neg. Spannung am Abgriff 6 nahezu den Sollwert erreicht
nat. Durch diesen Vorgang wird an der Regelstrecke die Regel große (mit Verzögerung)
verändert. Die neg. Spannung der Regelgroße wird wieder auf der Eingang: zurückgeführt.
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Die verbleibende neg. Eingangsspannung des Verstärkers würde dadurch
zu rull werden. Dadurch wird die Spannung am Ausgang des Verstärkers absinken, und
die Kagnetkraft geht zurück.
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Durch diesen Einfluß wird sich daher der Ventilkolben in Richtung
seiner Mittelstellung bewegen. Durch diesen Einfluß wird die Spannung am Abgriff
des Potentiometers Ö verkleinert. @s wird sich daher in einer Zwischenstellung ein
stabiler Arbeitspunkt einstellen und zwar dann, wenn aus der Summe des pos. Sollwertes
eine so große pos. Restspannung verbleibt, daß am Ausgang des Verstärkers 7 eine
spannung auftritt, welche ausreicht, daß der Magnet in der Lage ist, den Ventilkolben
gegen die Wirkung der Feder und die StrömungsKräfte in der jeweiligen geforderten
Position zu halten.
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Jede Veränderung des Soll-Ist-Wertes oder der Rückführung wird sofort
durch den Regelkreis erfaßt und ausgeregelt. Man erhält daher das Verhalten eines
P-Reglers. Durch den einbau eines Kondensators 13 und Widerstand 14 kann die Funktion
einer nachgebenden Rückführung erreicht werden. Man erhält dadurch einen Regelkreis
mit proportional-integral-Verhalten.
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Patent ansprüche 1. Regelventil, welche aus einem bekannten wegeventil
und einem oder zwei Gleichstrom-Betätigungsmagneten besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Ventilkörper und einem .etätigungsmagneten ein Wegmeßsystem angeordnet
ist.
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2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ciie Wicklun-,
eines oder der beiden Betätigungsmagnete arn Ausgang eines Verstärkers angeschlossen
werden, an dessen Eingang eine Sollwertspannung, eine Istwertspannung und eine Spannung
des Wegmeßsystems anliegen.