DE2450700C3 - Pneumatischer Stellungsregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Stellungsregler, der mit einer Hebelanordnung nach dem Prinzip des Kraftvergleichs arbeitet und dem Hebelausschlag über ein an einem Hebelarmende angeordneten Düsen-Prallplatten-System einen pneumatischen Druck zuordnet und bei dem die mit der Düse zusammenwirkende Prallplatte als Schieberplatte ausgebildet ist, die vom Hebelarm betätigt wird und mit einer Steuerkante quer vor der Düsenmündung vorbei bewegbar ist.

Solche Stellungsregler sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So ist es beispielsweise bekannt, elektropneumatische Stellungsregler dadurch zu schaffen, daß der Hebel einseitig von der Kraft einer Magnetspule beaufschlagt wird, auf die ein elektrisches Eingangssignal wirkt. Dieser Kraft wirkt die Kraft eines Druckbalges entgegen, dessen Druck wiederum von dem Düsenprallplattensystem gesteuert wird, das gleichzeitig den pneumatischen Ausgangsdruck liefert. Solche Stellungsregler sind im allgemeinen als Feldgeräte eingesetzt und entsprechend ihrem Montageort, beispielsweise an Ventilen, Klappen o. dgl. ständigen Erschütterungen ausgesetzt. Bei der vorher erwähnten Ausge· staltung eines elektropneumatischen Stellungsreglers liegt beispielsweise ein elektrisches Eingangssignal in der Größenordnung von 0 bis 20 mA vor, wodurch ein adäquater Ausgangsdruck von etwa 0,2 bis I bar erreicht wird. Da diese Geräte daher auf sehr niedrigem Kraftniveau arbeiten, sind sie sehr erschütterungsemp findlich, Der im allgemeinen spielfrei an Kreuzbändern gelagerte Hebelarm kann zwar ausgewuchtet und somit gegen lineare Schwingungen unempfindlich gemacht werden. Es ist aber nicht möglich, diese Maßnahme auch gegen Drehschwingungen anzuwenden, wie sie beispielsweise bei Ventilen auftreten.

Bei einer Bauart, wie sie aus der DEOS 22 64 220 bekannt ist, erfolgt die Regelung über ein Düsen-Prallplatten-System, bei welchem die Prallplatte als Schie- berplatte ausgebildet ist, und vom Hebelarm üb°r eine Steuerkante betätigt wird. Dabei wird die Schieberplatte senkrecht zur Mündung der Düse hin- und herbewegt. Der Aussteuerweg des Düsen-Prallplatten-Systems beträgt in der Regel 0,01 bis 0,03 mm. Bei durch Erschütterungen angeregten Fehlschwingungen schlägt der Hebelarm nun auf der Seite des Düsen-Prallplatten-Systems bereits nach 0,01 bis 0,03 mm an der Düse an und, da sich je nach Größe der Schwingungen und des Rückpralls von der Düse ein mittlerer Düsen-Prallplat ten-Abstand einstellt, der nicht mit dem durch den Kraftvergleich hervorgerufenen Abstand übereinstimmt, ändert sich der Ausgangsdruck des Umformers unkontrollierbar in bezug zur Eingangsgröße.

Bei einer anderen Bauart, wie sie aus der Druckschrift

»Automatik« März 1963, Seite 91 bis 96, bekannt ist, ist eine als Prallplatte wirkende Schieberplatte über einen Pendelarm an einer Schwenkachse befestigt, die senkrecht zur Düsen^chse liegt Von dem Pendelarm wird die Schieberplatte quer über die Düsenmündung bewegt, wobei es nachteilig ist, daß der Pendelarm mit der Schieberplatte Trägheitskräften unterliegt und wegen seiner Längä auch gegen Drehschwingungen empfindlich ist, wodurch eine exakte Regelung nur schwer erreicht werden kann.

Aus dieser Druckschrift ist weiterhin eine Bauart bekannt, bei der eine Steuerkante durch eine Aussparung in einer Scheibe gebildet ist, die über der Düsenmündung durch Drehen der Scheibe um eine parallel zur Düsenachse versetzten Achse quer über der

■to Düsenmündung verschoben wird. Auch hier tritt der Nachteil auf, daß die Scheibe bei Druckbeaufschlagung durch die Düse in Schwingungen versetzt werden kann, die wegen des kleinen Abstandes zwischen Düse und der Scheibe die Regeleigenschaften stark beeinträchti gen können. Da die Achse der Scheibe seitlich versetzt zur Achse der Düse angeordnet ist, können Erschütterungen die Achsen gegeneinander unterschiedlich versetzen und so ebenfalis die Reglerwirkung beeinträchtigen.

so Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Stellungsregler so auszugestalten, daß eine exakte Regelung der Ausgangssignale auch bei unvermeidlich auftretenden D.ehschwingungen gewährleistet ist.

Die Erfindung besteht darin, daß die Schieberplatte Teil eines über ein Band von dem Hebelarmende verdrehbaren Rades ist. Durch die rotationssymmetrische Ausgestaltung eines solches Rades unterliegt dieser Teil mit der Schieberplatte selbst bei auftreten den Erschütterungen keinen Beschleunigungen, welche die Messung und den Ausgangsdruck beeinflussen könnten^ Es ist außerdem auch möglich, die Lagerung eines Rades sehr genau herzustellen, ohne daß der Aufwand zu groß wird.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn, die Drehachse des Rades senkrecht zu der Achse der Düse verläuft und wenn die Steuerkante der Schieberplatte durch eine Aussparung auf dem Umfang des Rades gebildet ist. Das

Rad bewegt sich bei dieser Ausführungsform frei über der Düse und kann daher bei Auslenkung des Hebelarmes über das Band entsprechend verdreht werden, ohne daß mechanische Anschläge oder zusätzliche Störschwingungen die Umformung beeinträchtigen können. Da der Weg, der zur vollständigen Abdeckung der Düse notwendig ist, etwa um den Faktor 10 größer als der Aussteuerweg bekannter Prallplatten ist, kann die Empfindlichkeit der Düsen-Prallplatten-Anordnung gegenüber herkömmlichen Systemen daher wesentlich herabgesetzt werden, weil die durch Schwingungen erzeugten Störungen des Ausgangssignals etwa um den Faktor 10 kleiner werden.

Zweckmäßig kann das Band dabei mindestens teilweise auf einem neben dem die Schieberplatte bildenden Zylinderteil vorgesehenen Zylinderansatz aufgewickelt sein, so daß ein tangentialer Angriff der Verdrehkräfte vom Band gewählleistet ist, der keine oder nur ,geringe Rückwirkungen auf den Abstand der Steuerkante von der Düse hat.

Es ist auch vorteilhaft, wenn das Rad gegen die Wirkung einer Rückdrehfeder von dem Band verdrehbar ist, wodurch jedes Spiei ausgeschaltet wird. Diese Rückdrehfeder kann als Spiralfeder ausgebildet sein, die an einem mit dem Rad verbundenen zylindrischen Ansatz angreift und an einem Festpunkt befestigt ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines elektropneumatischen Stellungsreglers, bei dem über einen Hebelarm ein elektrisches Eingangssignal in ein pneumatisches Ausgangssignal umgewandelt wird, wobei die Schieberplatte Teil eines Rades ist, das in Abhängigkeit vom Hebelausschlag verdreht wird,

Fig.2 eine praktische Ausführungsform des elektropneumatischen Stellungsreglers der F i g. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,

Fig.3 die Draufsicht auf den Stellungsregler der Fig.2,

Fig.4 die Frontansicht des Stellungsreglers der F i g. 2 und 3 und

F i g. 5 eine vergrößerte Darstellung des in den F i g. 2 bis 4 eingesetzten Rades in Richtung des Pfeiles VII gesehen, an dessen Umfang eine Steuerkante für die Beeinflussung der Düse gebildet ist.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform ist das in der Zeichnung linke Ende eines in Punkt 2 ortsfest gelagerten Hebels 1 mit einer Magnetspule 13 versehen, die in einen Permanentmagneten 14 eintaucht und daher bei Anlegen eines die Spule durchfließendes Stromes je nach der Größe dieses Stromes eine Kraft 3 hervorruft, die den Hebel 1 zu verdrehen versucht. Dieser Kraft 3 entgegen wirkt wiederum eine Kraft 4, die durch den pneumatischen Druck innerhalb eines Balges 15 hervorgerufen wird, der von einer nicht dargestellten Druckquelle Ober die Leitung 16 beaufschlagt wird, dip hinter einer beispielsweise durch ein Venturirohr gebildeten Drosselstelle 17 in die den pneumatischen Ausgangsdruck 10 aufweisende Leitung 18 übergeht, deren Druck davon abhängt, wieweit der Mündungsquerschnitt der Düse 5 in Abhängigkeil von der Bewegung des Hebels I freigegeben wird.

Das freie Ende des Hebelarmes Xa in der Zeichnung rechts am Hebel 1 ist über ein Band 19 mit einem Rad 20 verbunden, dessen Drehachse 21 senkrecht auf der Achse 22 der Düse 5 steht und seitlich in die geeignet ausgebildeten Lagern 21 gelagert ist. Die Drehachse 21

des Rades 20 schneidet sich bei dieser Ausführung auch mit der Achse 22 der Düse 5, Am Umfang des Rades 20 ist eine Aussparung 24 vorgesehen, deren Abmessungen auf den Mündungsquerschnitt der Düse 5 abgestimmt sein können. In der gezeichneten Lage wird der Querschnitt der Düse durch die Lage der Aussparung 24 vollständig freigegeben. Unter der Annahme, daß in dieser Lage Gleichgewicht des Systems herrscht, wird bei Ansteigen des elektrischen Eingangssignales die Kraft 3 erhöht, so daß sich der Hebel 1 in der Zeichnung im Uhrzeigersinn verdreht und dabei die in der Zeichnung rechte Steuerkante 25 des Rades 20 in den Mündungsquerschnitt der Düse 5 hineindreht.

Dadurch dreht sich auch das Rad 20 in der Zeichnung im Uhrzeigersinn, was durch die Anordnung einer Rückdrehfeder bewirkt werden kann. Damit steigt der Druck in der Leitung 18 an und auch der Ausgangsdruck 10. Gleichzeitig wird aber durch den im Balg 15 ansteigenden Druck auch eine Rückkopplung bewirkt, so daß wieder abhängig von dem Eingangssignal eine Gleichgewicbtsstellung erreicht wird, die durch den erhöhten pneumatischen Ausgangsdr.vK IO aufrechterhalten bleibt. Unterliegt das System Drehf ihwingungen aufgrund von Erschütterungen, so werden die Anschläge des in der Zeichnung rechten Hebelarmendes la über das Band 19 dem Rad 20 übertragen, dessen Steuerkante

25 nur über einen Teil der Mündung der Düse hin und her pendelt. Dieses Hin- und Herpendeln bewirkt aber insgesamt keine nennenswerte Veränderung des Ausgangsdruckes 10 und da das Rad 20 selbst durch Schwingungen aufgrund der symmetrischen Ausbildung nicht so beeinflußt werden kann, daß dadurch wiederum Ausgangsdruckänderungen hervorgerufen werden, ist dieses System geeignet, gerade bei Kraftvergleichssystemen eingesetzt zu werden, die bedingt durch den Montageort unvermeidlichen Erschütterungen ausgesetzt sind.

In den F i g. 2 bis 5 ist eine praktische Ausführungsform des elektropneumatischen Stellungsreglers gezeigt, der nach dem Prinzip der F i g. 1 aufgebaut \ί\. Mit dem Hebel 1 ist hier die Magnetspule 13 verbunden, die in den Permanentmagnet 14 eintaucht. Auf den Hebel 1 wirkt von der anderen Seite her zur pneumatischen Kraftkompensation der Balg 15 ein, der in der anhand F i g. 1 erläuterten Weise vom Ausgangsdruck beaufschlagt wird. Am in der Zeichnung rechten Hebelarmende la des Hebels 1 ist das Band 19 über eine Schraubenverbindung eingespannt und mindestens teilweise auf einen Zylinder 26 aufgewickelt, dessen Durchmesser in etwa dem Raddurchmesser entspricht. Die Drehachse 21 des Rades 20 sitzt in zwei in Böcken 27 eines Rahmens 28 für das ganze Gerät angeordneten Lagern 23. Der Zylinder 26 sitzt auf der Drehachse 21 und ist fest verbunden mit dem Rad 20. Das Rad 20 ist mit de" Aussparung 24 und der Steuerkante 25 versehen, die vor der Mündung der Düse S hin- und herbewegt wird, die ihrerseits auf einer Einsteliffjutter 29 angeordnet ist. Fest mit dem Rad 20 und dem Zylinder

26 verbunden und ebenfalls auf der Drehachse 21 angeordnet ist eine Befestigungsstelle für eine als Spiralfeder ausgebildete Rückdrehfeder 30, welche einmal dafür sorgt, daß die Bewegung des Hebels 1 spielfrei auf das Rad 20 übertragen wird und zum anderen dafür, daß eine Rückstellung dts Rades 20 vorgenommen wird. Außerdem ist das Gerät noch mit einer Nullpunktfeder 31 versehen, durch die eine Justierung vorgenommen werden kann.

Der Hebel 1 ist mit Hilfe einer bekannten

Kreu/bandlagerung 32 schwenkbar angeordnet. Zur Bereichseinstellung ist der Angriffspunkt des Balges 15 in einem Langloch 33 verstellbar, worin der Balg 15 mit einer Befestigungsmutter 34 gehalten wird. Die elektrischen Anschlüsse 35 für die Magnetspule 13 sind auf beiden Seiten des Geräts vorgesehen. Zur Grobauswuchtung sind an dem Hebel 1 Ausgleichsgewichte 36 vorgesehen. Mit der gezeigten Anordnung können die gewünschten Vorteile erzielt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Pneumatischer Stellungsregler, der mit einer Hebelanordnung nach dem Prinzip des Kraftvergleichs arbeitet und dem Hebelausschlag über ein an einem Hebelarmende angeordneten Düsen-Prallplatten-System einen pneumatischen Druck zuordnet und bei dem die mit der Düse zusammenwirkende Prallplatte als Schieberplatte ausgebildet ist, die vom Hebelarm betätigt wird und mit einer Steuerkante quer vor der Düsenmündung vorbei bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberplatte Teil eines über ein Band (19) von dem Hebelarmende (la) verdrehbaren Rades (20) ist.

2. Pneumatischer Stellungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (21) des Rades (20) senkrecht zur Achse (22) der Düse (5) verläuft

3. Pneumatischer Stellungsregler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (25) der Schieberplatte durch eine Aussparung (24) auf dem Umfang des Rades (20) gebildet ist

4. Pneumatischer Stellungsregler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (19) mindestens teilweise auf einem neben dem die Schieberplatte bildenden Rad (20) vorgesehenen Zylinder (26) aufgewickelt ist, und daß das Rad (20) gegen die Wirkung einer Rückdrehfeder (30) von dem Band (19) verdlrehbar ist.

5. Pneumatischer Stellungsregler nach den Ansprüchen 1 bib 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückdrehfeder (30) eine Spiralfeder ist, die an einem mit dem Rad (20) verbundenen Zylinderieil angreift und an einem Festpunkt befestigt "sx.