DE2547883C3 - - Google Patents

Description

daß mindestens die beiden äußeren Membranen durch eine den mittleren Bauteil durchquerende Stange miteinander verbunden sind und daß die Stange an mindestens einem ihrer freien Enden mit dem Steuereingang des pneumatischen Verstärkers in Eingriff steht.

Wegen der vorbeschriebenen Verbindungen sind die Kammern und die beiden entgegengesetzt auf den Waagebalken arbeitenden Düsen gleichermaßen von den Zuluftdruckschwankungen betroffen, so daß eine Kompensation erfolgt und ein schwingungsfreies, genaues Arbeiten bei hoher Verstärkung gewährleistet ist.

Das gegenläufige Arbeiten zweier Düsen ist an sich bekannt (DE-AS 11 27 503). Es handelt sich im bekannten Fall jedoch um eine reine Kompensationsmeßeinrichtung bzw. um ein pneumatisches Vergleichsglied. Zwei auf zwei Membrankammern geführte Leitungen stellen dabei signalmäßig Eingänge dar, über die zu vergleichende Drücke zugeführt werden. Die Stangenenden einer mit der Membran verbundenen Stange bilden Prallplatten, die mit Düsen in Meßleitungen zusammenarbeiten. Die Stangenenden sind im bekannten Fall folglich Meßausgänge, aber keine Signalausgänge für die Stellgröße. Wenn bei einer Variante der bekannten Anordnung eine der erstgenannten Leitungen als Ausgang für eine Schneckensteuerung dient, so ist das entsprechende Stangenende nicht Ausgang für die Stellgröße. Beim erfindungsgemäßen Stellungsregler bestimmt die Stellung des Stangenendes die Stellgröße. Die Stange arbeitet nicht in einer Führung, also reibungsfrei.

Vorzugsweise weist der mittlere Bauteil des erfindungsgemäßen Stellungsreglers eine Membran auf, die mit der Stange und mittels dieser mit den äußeren Membranen verbunden ist. Zur Verschiebung der Stange bei Änderung der Führungsgröße muß somit vorteilhaft lediglich die geringe Walkarbeit für die drei Membranen aufgebracht werden. Zuluftdruckschwankungen haben auf die Stangenstellung aus dem bereits angeführten Grund und wegen der sich wechselseitig kompensierenden Kammerkräfte keinen Einfluß. Dabei wird das aus der vorerwähnten DE-OS 18 15 002 an sich bekannte Kompensationsprinzip genutzt. Jedoch sind beide Kammern über eine Drossel mit der Zuluftleitung verbunden, so daß eine Kompensation unabhängig von der Anstiegsgeschwindigkeit einer Zuluftdruckänderung erfolgt

Vorteilhaft stehen beide freien Enden der Stange mit Verstärkern in Eingriff, die ausgangsseitig an eine der Stellkammern oberhalb tzw. unterhalb des kolbenförmigen Stellorgans angeschlossen sind. Bei dieser Ausführung kann unabhängig von der gewünschten Änderungstendenz der Istgröße eine rein pneumatische Einstellung des Stellorgans erfolgen. Da beide an das Düsen-Prallplatteri-System angeschlossene Kammern gleichmäßig mit Zuluft beaufschlagt sind, befindet sich die die Membran verbindende Stange unabhängig von Änderungen des Zuluftdruckes in einer Gleichgewichtslage. Der erfindungsgemäße Stellungsregler mit »Selbstkompensation« ist also auch bei Einsatz für ein doppeltwirkendes Steilglied (Ventil) einfacher als die im Zusammenhang der DE-OS 21 05 776 bekannte Ausführung; denn das komplizierte bekannte Steuerrelais kann durch das Doppelkammersystem und zwei relativ einfache pneumatische Verstärker ersetzt werden, ohne daß jeder dieser Verstärker gemäß der DE-OS 18 15 002 mit einer Koin7insationseinrichtung auszurüsten ist. Die erfindungsgemäße Regelanordnung erlaubt gegenüber der bekannten Anordnung vorteilhaft ein schwingungsfreies Arbeiten bei kleinem »r,,-Bereich (Proportional-Bereich), d. h. es ergibt sich vergleichsweise eine kleinere — und absolut gesehen — eine minimale bleibende Abweichung.

In einer anderen Ausführungsform kann der mittlere Bauteil eine zentrale Durchgangsbohrung für die Stange besitzen, in der letztere frei, also ohne Überwindung von in Haftreibung, verschiebbar ist. Die äußeren Membranen sind in diesem Fall kreisringförmig gestaltet und an ihrem Innenrand in dem mittleren Bauteil eingespannt. Sie begrenzen mit diesem zusammen die ringraumförmigen Kammern. Die Stange trägt an jedem ihrer freien π Enden ein Erweiterungsstück, das mit der entsprechenden äußeren kreisringförmigen Membran symmetrisch zur Stangenachse verbunden ist.

Bei beiden Ausführungsformen IpJJt sich, abhängig von der gewünschten Funktion des Regelkreises, z. B. Ju für eine invertierende Funktion, eine Abänderung dergestalt durchführen, daß für ein freies Ende der Stange ein fester Anschlag vorgesehen ist und das Stellglied eine Rückstellfeder aufweist.

Die Stange im beschriebenen Doppelkammersystem ji kann in ihrer Länge verstellbar gestaltet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen pneumatischen Regelkreis mit einer μ ersten Ausführungsform des Stellungsreglers,

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform des Doppelkammer-Systems des pneumatischen Stellungsreglers und

Fig.3 einen an sich bekannten pneumatischen Verstärker.

r, Ein druckmittelbetriebenes Stellglied 1 besitzt ein Stellorgan 2 und zwei Stellkammern 3 und 4. Das Stellorgan 2 kann z. B. ein Ventil in einer Leitung überwachen bzw. regeln (strichliniert angedeutet). An das Stellorgan 2 ist über einen Hebel 5 eine Feder 6 4i) angeschlossen, die eine dem Kammerdruck des Stellgliedes 1 proportionale Kraft auf einen Waagebalken 7 ausübt. Der Waagebalken 7 kann mit seinem einen Ende an der Stelle 8 angelenkt sein. Entgegen dem Wirkungssinn der Feder 6 ist ein Sollwertgeber 9 an den 4ϊ Waagebalken derart angeschlossen, daß sich der Waagebalken 7 normalerweise in einer Mktellage befindet. Der Sollwertgeber 9 besitzt einen Eingang 10 für die Führungsgröße w in Form eines Druckes. Der Druck w wird vom Sollwertgeber 9 in ein auf den -,ο Waagebalken 7 wirkendes Drehmoment umgesetzt. Dem anderen Ende des Waagebalkens 7 sind zwei Düsen 11 und 12 zugeordnet, so daß ein Düsen-Prallplatten-System gebildet ist.

Die Düsen 11 und 12 stehen mit einem Doppel-

V) kammersystem 13 in Verbindung, das eingangsseitig an die Zuluftleitung 14 angeschlossen ist. Die Düse Sl ist mit einer Kammer 15 und die Düse 12 ist mit einer Kammer 16 verbunden. Zwischen der Zuluftleitung 14 und der Kammer 15 befindet sich eine Drossel 17 und

Mi zwischen der Zult'tleitung 14 und der Kammer 16 eine Drossel 18.

Die Kammer 15 ist durch eine äußere Membran 19 und die Kammer 16 ist durch eine äußere Membran 20 abgeschlossen. Die beiden äußeren Membranen 19 und hi 20 sind durch eine Stange 21 verbunden, deren freie Enden 22 bzw. 23 auibrhalb der äußeren Membranen 20 bzw. 19 liegen. Die äußeren Membranen 19 und 20 sind mit ihren äußeren Rändern in äußere Gehäuseteile 24

und 25 eingespannt.

Das Doppelkammer-System besitzt einen mittleren Bauteil 25 mit einer mittleren Membran 26. Die Stange 21 durchquert die mittlere Membran 26 und ist mit dieser, die Kammern 15, 16 im Durchquerungsbereich gegeneinander abdichtend, verbunden. Sie kann auch beidseitig an die mittlere Membran 26 angeklebt sein.

Das Doppelkammer-System 13 ist symmetrisch zur Achse der Betätigungsstange und symmetrisch zur Mittelebene des mittleren Teiles 25 gestaltet Die der Düse 11 zuzuordnenden rechtsseitigen Teile sind daher vorstehend mit ungeraden Zahlen und die der Düse 12 zuzuordnenden linksseitigen Teile mit geraden Zahlen bezeichnet.

An die freien Enden 23 bzw. 22 der Betätigungsstange 21 schließen sich l.uftspalte 27 bzw. 28 und daran pneumatische Verstärker 29 bzw. 30 an. Die pneumatischen Verstärker 29 und 30 besitzen jeweils einen an die /.üiüiiiCüüng !4 angeschlossenen hingang 3s bzw. 32 und einen zum Stellorgan 1 führenden Ausgang 33 bzw. 34. Die jeweilige Ausgangsgröße Ki bzw. V^ liegt in Form eines Druckes vor und wird in die untere Kammer 4 bzw. die obere Kammer 3 des Stellorgans übertragen. Eis liegt folglich insoweit ein düsendruckgesteuertes Verstärkersystem vor.

Die pneumatische Regelanordnung nach F" i g. 1 hat folgende Wirkungsweise: Eine Erhöhung des Druckes in der oberen Kammer 3 des Stellgliedes 1 führt zu einer Verschiebung des Steilorgans 2 nach unten und damit zu einer Verminderung der auf den Waagebalken 7 einwirkenden Kraft der Feder 6. Der Waagebalken 7 dreht sich aus seiner Mittellage entgegen dem Uhrzeigersinn nach unten, soweit es die durch den Sollwertgeber 9 und durch das Düsen-Prallplatten-System 21—7 übermittelten Kräfte zulassen. In der Kammer 16 des Doppel-Kammer-Systems entsteht ein höherer Druck als in der Kammer 15. Die Stange 21 verschiebt sich nach links, und der Luftspalt 28 am Steuereingang des Verstärkers 30 wird verringert. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 30 wird erhöht (normalwirkendes System nach VDI-VDE 2177. d.h. steigender Eingang führt zu steigendem Ausgang). Damit erhöht sich der Druck in der unteren Kammer 4 des Stellgliedes. Die in der Kammer 3 aufgetretene Druckänderung durch Lageänderung des Stellorgans 2. verursacht durch eine Störgröße der Regelstrecke, wird kompensiert. Das Stellorgan 2 kehrt in seine Ruhelage und der Waagebalken 7 kehrt in seine Mittellage zurück.

Bei einer Änderung der Führungsgröße, z. B. bei fallender Führungsgröße, wird der Waagebalken im Uhrzeigersinn gedreht, und der Druck in der Kammer 15 erhöht sich. Die Stange 21 bewegt sich etwas nach rechts, der Luftspalt 27 wird verringert, und der Verstärker 29 erzeugt einen erhöhten Ausgangsdruck y,. so daß sich das Stellorgan nach unten bis zur durch die Führungsgröße vorgegebenen neuen Ruhelage bewegt.

Zuluftdruckschwankungen werden in gleicher Weise in die beiden Kammern 15 und 16 übertragen, so daß auf die Stange 21 gleich große, entgegengesetzt gerichtete Kräfte wirken und sich keine Schwingungen und Wegänderungen der Stange 21 ergeben. Aussteuerungen, insbesondere kleinste Teilaussfjuerungen der Verstärker 29 und 30, sind somit ausgeschlossen.

Die pneumatische Regelanordnung arbeitet folglich im gewünschten Regelbereich bzw. im gewünschten .Stellbereich seines .Stellorgans schwingungsfrei und mit hoher Verstärkung. Die jeweilige Lage des Stellorgans 2 ist stabil bei äußeren Einflüssen am Stellorgan und der pneumatische Stellungsregler ist z.uluftdruck-kompen· siert.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 besitzt der mittlere Bauteil 125 eine zentrale Durchgangsbohrung 136 für die Stange 121, die in ersterer frei verschiebbar ist. Die äußeren Membranen 119 und 120 sine kreisringförmig gestaltet. Sie sind an ihrem Innenrand ir den mittleren Bauteil 125 eingespannt und begrenzer mit diesem zusammen die ringraumförmigen Kammerr 115 und 116. Die Stange 121 trägt an jedem ihrer Frider 123 bzw. 122 ein F.rweiteruiigsstiick 137 bzw. 138. da? mit der entsprechenden äußeren kreisringförmiger Membran 119 bzw. 120 symmetrisch zur Stangenachsc verbunden ist. vorzugsweise sind die Erweitcrungsstük kc 137 und 138 topfförmig gestaltet. An ihren äußerer Rändern sind die ringförmigen Membranen 119, 120 ir ciüocrc vjCmuüsc'CmC

Wie im Falle der Ausführung nach Fig. 1 ergibt siel jeweils abhängig von der Düseneinstellung am Düsen Prallplatten-System und somit abhängig von dei Erhöhung des Druckes in der Kammer 115 odei Kammer 116 eine Verschiebung der Stange 121 gegenüber dem ortsfesten mittleren Teil 125 nach rcchü oder nach links.

F i g. 3 zeigt einen üblichen pneumatischen Verstär ker, wie e? z. B. für den Verstärker 29 in Fig. I zui Anwendung kommen kann. Abhängig von der Höhe de; Ringspaltes 27 am Steuereingang des Verstärkers 2\ kann der gezeigte Ventilkegel mittels z. B. des freier Endes 23 gehoben werden und somil der Durchfluß vor der Zuluftseite — Eingang 31 — zur Stellgliedseite Ausgang 33 — geändert werden. Durch eine Über strömbohrung 34 strömt stetig Zuluft in den Ausgang 33 Gemäß Gleichgewichtsbedingung muß die durch der Eingang 31 über die Überströmbohrung 34 in di< Ausgangsseite strömende Luft über eine Mittelbohrun; 35 zum Ringspalt abgeliefert werden, wobei sich eir geringer Absland des freien Endes 23 zum Verstärker ventil einstellt. Bei einer Leckage am Stellglied 1 würdi es normalerweise zu einem »Pumpen« bzw. einei Instabilität des Regelkreises kommen. Der Verstärke 29 sorgt durch die Einstellung seines Ringspaltes 27 füi einen Ausgleich dieser Leckage.

Durch die selbsttätige Einstellung des Ringspaltes 2', in Zusammenhang mit der Überströmbohrung 3' werden auch kleinere prozentuale Änderungen in Stellbereich genau ausgeregelt, im Gegensatz zu eine üblichen zusätzlichen öffnung in der Auslaßseite zu Atmosphäre, bei der es zu einem »schwimmendt..< Ventilkegel kommt, der wegen unterschiedlicher Gleit und Haftreibung mit Hystereseerscheinungen verbun den ist.

Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung eir beliebiger Sollwertgeber, z. B. auch ein an der Waagebalken 7 angeschlossenes Tauchspulsystem, unc beliebige Verstärker eingesetzt werden können.

Die Stange 21 bzw. 121 läßt sich in an sich bekannte] Weise in ihrer Länge verstellen (DT-OS 21 05 776), se daß bei den Herstellungstoleranzen großzügiger verfah ren werden kann und und sich dennoch eine genaui Einstellung der Ringspalte 27, 28 bewerkstelligen läßt Diese Einstellung ist wesentlich beim doppe'itwirkendei System, hai dem über Einstellung an Schrauben an dei Stangenenden 22, 23, 122, 124 — ohne Belastung an Stellorgan 2 — die Gleichheit und Größe der Drücke ii den Stellkammern 3 und 4 eingestellt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Stellungsregler für ein druckmittelbetriebenes Stellglied, dessen Stellorgan an einen nach dem Waagebalkenprinzip arbeitenden Kraftvergleicher angeschlossen ist, der die der Stellung des Stellorgans entsprechende Istgröße mit einer Führungsgröße vergleicht und der mit einem Teil seines Waagebalkens zusammen mit einer Düse ein Düsen-Prallplatten-System darstellt, das ausgangsseitig über einen eingangsseitig an einer Zuluftleitung liegenden düsendruckgesteuerten Verstärker mit dem Stellglied verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich beidseitig des Waagebalkens (7) Düsen (11, 12) befinden, die jeweils an eine durch eine äußere Membran (19, 20; 119, 120) begrenzte, über eine Drossel (17, 18; 117, 118) mit der Zuluftleitung (14) verbundene Kammer (15; 115 bzw. 16; 116) eines selbständigen Doppelkammersystems (13) angeschlossen sind, daß die Kammern (ίΞ, 16; 115, 116) des Doppelkammersystems (13) durch einen mittleren ortsfesten Bauteil (25, 125) getrennt sind, daß mindestens die beiden äußeren Membranen (19, 20; 119, 120) durch eine den mittleren Bauteil (25; 125) durchquerende Stange (21; 121) miteinander verbunden sind und daß die Stange (21; 121) an mindestens einem ihrer freien Enden (22, 23; 122, 123) mit dem Steuereingang des pneumatischen Verstärkers (29 bzw. 30) in Eingriff steht.

2. Stellungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnrt, daß der mittlere Bauteil (25) eine mittlere Membran (26) aufweist, die mit der Stange (21) und mittels dieser mit den äußeren Membranen (19,20) verbunden ist (F i g. 2).

3. Stellungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bauteil (125) eine zentrale Durchgangsbohrung (136) für die Stange (121) besitzt, in der letztere frei verschiebbar ist, daß die äußeren Membranen (119, 120) an ihrem Innenrand in den mittleren Bauteil (125) eingespannt sind und mit diesem zusammen die ringraumförmigen Kammern (115, 116) begrenzen und daß die Stange (121) an jedem ihrer freien Enden (122 bzw. 123) ein Erweiterungsstück (137 bzw. 138) trägt, das mit der entsprechenden äußeren kreisringförmigen Membran (119 bzw. 120) symmetrisch zur Stangenachse verbunden ist (F i g. 2).

4. Stellungsregler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden freien Enden (22, 23; 122, 123) der Stange (21; 121) mit Verstärkern (29 bzw. 30) in Eingriff stehen, die ausgangsseitig an eine der Stellkammern (3 bzw. 4) oberhalb bzw. unterhalb des kolbenförmigen Stellorgans (2) angeschlossen sind.

5. Stellungsregler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für ein freies Ende der Stange (21; 121) ein fester Anschlag vorgesehen ist und das Stellglied (1) eine Rückstellfeder aufweist.

6. Stellungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (21) durch die mittlere Membran (26) durchgeführt und mit ihr verbunden ist.

7. Stellungsregler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (21; 121) in ihrer Länge verstellbar gestaltet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellungsregler für ein druckmittelbetriebenes Stellglied, dessen Stellor-"' gan an einen nach dem Waagebalkenprinzip arbeitenden Kraftvergleicher angeschlossen ist, der die der Stellung des Stellorgans entsprechende Istgröße mit einer Führungsgröße vergleicht und der mit einem Teil seines Waagebalkens zusammen mit einer Düse ein

in Düsen-Prallplatten-System darstellt, das ausgangsseitig über einen eingangsseitig an einer Zuluftleitung liegenden düsendruckgesteuerten Verstärker mit dem Stellglied verbunden ist.

Der Stellungsregler kann Anwendung finden bei der

ii Einstellung eines Ventils zur Regulierung eines Flüssigknitsdurchsatzes in einer Leitung.

Innerhalb eines derartigen bekannten Stellungsreglers (DE-OS 21 05 776) überwacht ein pneumatisches Relais die Lage des auf Druck ansprechenden

-'" Stellgliedes. Die Betätigungsstange des Stellgliedes ist über Rückführeinrichtungen in Form eines Hebelgetriebes und eine sogenannte Rückkopplungsfeder an einen Waagebalken bzw. eine sogenannte Rückkopplungsfeder an einen Waagebalken bzw. mittels eines Ankers

y-i eines Stellmotors angeschlossen. Der Anker bildet zusammen mit einer Düse ein Düsen-Prallplatten-System, das ausgangsseitig am Signaleingang des Steuerrelais liegt. Das Steuerrelais ist eingangsseitig an die Zuluftleitung und ausgangsseitig an eine Kammer des

i«) Stellgliedes angeschlossen. Es enthält Ventilteile, die durch Biegeteile mechanisch in der Gleichgewichtslage zentriert gehalten sind, womit Schwingungen möglich und die Einstellbedingungen nicht über lange Zeit konstant sind. Der zuführungsseitige Druck ist einstellbar bzw. reduzierbar; es sind von dieser Seite her auf die Ventilteile des Steuerrelais langzeitig einwirkende Störkräfte vermieden.

Es ist weiterhin ein zuluft- bzw. vordruckkompensierter Verstärker bekannt (DE-OS 18 15 002), bei dem

w Störungen durch ZuluftdruckschwiL.ikungen kompensiert sind. Neben einer über eine Drossel mit der Zuluftleitung verbundenen Kaskadenkammer ist eine ebenfalls mit Zuluft verbundene Kompensationskammer vorgesehen. Beide Kammern werden von einem zentralen Stößel durchdrungen und sind durch in diesen Stößel eingespannte Membranen begrenzt. Der Stößel betätigt ein Ventil mit einem »schwebenden Regelkegel«. Bei dieser Funktion sind Reibungskräfte in der Führung zu überwinden. Die Kaskadenkammer besitzt

>n luftausgangsseitig eine Düse, die mit einer Prallplatte zur Vorgabe der Führungsgröße zusammenarbeitet. Bei Zuluftdruckschwankungen wirkt auf den Stößel in der Kompensationskammer eine gleich große, jedoch der Kraft in der Kaskadenkammer entgegengerichtete Kraft. Schwingungen aufgrund von Zuluftdruckschwankungen sind folglich ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt, ausgehend vom Gegenstand der eingangs genannten Gattung, die Aufgabe zugrunde, einen Stellungsregler zu schaffen, der bei gerätetech-

W) nisch einfachem Aufbau ein schwingungsfreies Arbeiten bei hoher Verstärkung gewährleistet.

Die Lösung besteht darin, daß sich beidseitig des Waagebalkens Düsen befinden, die jeweils an eine durch eine äußere Membran begrenzte, über eine

hi Drossel mit der Zuluftleitung verbundene Kammer eines selbständigen Doppelkammersystems angeschlossen sind, daß die Kammern des Doppelkammersystems durch einen mittleren ortsfesten Bauteil getrennt sind,