DE2713998A1

DE2713998A1 - Pneumatischer baustein mit zeitverhalten

Info

Publication number: DE2713998A1
Application number: DE19772713998
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dr Ing Multrus
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1978-10-05
Also published as: DE2713998B2; DE2713998C3; CA1097157A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Bau-
stein, nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Derartige Bansteine bilden ale Stabilisatoren Zusatzgeräte, für pneumatische P-Regler. Sie ermöglichen am eigentlichen Regler einen kleinen P-Bereich einzustellen, wodarch Regelschwingungen vermieden werden. Ein bekannter, als Stabilisator veiwendbarer pneumatischer Baustein dieser. Art weist eine Steuereinheit auf, bei der mehrere in einem gehäuse angeordnete Membranen durch einen Steg miteinander verbunden sind. Die Membrane weisen unterschiedliche wirksame Membranflächen auf und unterteilen verschiedene Kammern. Einer Kammer wird der vom Regler kommende veränderliche Steuerdruck zugeführt und diese Kammer ist über cine oder mehrere Drosseln mit den anderen Kammern verbunden. Der Steg steht einer Düse gegenüber und bildet mit dieser ein Düse/Prallplattesystem. Unter der Düse befindet sich die Steuerkammer eines pneumatischen Verstärkers. Die Steuerkammer ist an die Zuluft angeschlossen und wird in Abhängigkeit von der Stellung des Steges mer oder weniger entlüftet. Der Verstärker dient der Leistungsverstärkung und liefert als Ausgangsdruck den Stelldruck für ein nachgeschaltetes Stellglied. Das dynamische und auch das statische Verhalten dieses bekannten pneumatischen Bausteins ist auf Grund der Mehrstufigkeit und der vorhandenen unterschiedlichen Genauigkeit, flysterese usw., der hintereinander angeordneten Stufen relativ umbefriedigend. Hinzu kommt, daß zur Erzielung der gewünschten Funktion dieser bekannte Baustein einen verhältnismäßig aufwendigen Aufbau aufweist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen pneumatischen Baustein der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er einmal einen relativ einfachen Aufbau und zum anderen ein befriedigendes statisches und dynamisches Verhalten aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Die vorliegende Erfindung macht von einer Integration der Steuereinheit in den Verstärker Gebrauch, indem die über der Steuermembran liegende Steuerkammer durch wenigstens eine weitere membran, die mit der Steuermembran in Antriebsverbindung steht, in wenigstens zwei Kammern unterteilt wird, wobei diese Kammern über eine Drossel miteinander verbunden sind.
Anhand zweier in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sei die Erfindung im folgenden näher. erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen pneumatischen Baustein gemäß der Erfindung mit I-Verhalten, Fig. 1a den zeitlichen Verlauf eines Eingang-Steuerdruckes, Fig. Ib dcii zeitlicllen Verlauf des Ausgangdruckes des pneumatischen Bausteins, Fig. 2 einen pneuiiiatischen Baustein gemäß der Erfindung mit D-Verhalten, Fig. 2a den zeitlicheii Verlauf des Eingangs-Steuerdruckes, Fig. 2b den zeitlichen Verlauf des Ausgangsdruckes des pneumatischen Bausteins.
Gemäß Fig. 1 wurde ein pneumatischer Alternativverstärker 5 bekannter Bauart so modifiziert, daß mit ihm das gewünschte I-Verhalten realisierbar ist. Zu diesem Zweck wurde die über der Steuermembran 4 befindliche hammer durch eine weitere Membran 7 in zwei Kanullern 8 und 9 unterteilt und die Steuermembran 4 über einen Steg 2 mit der zusätzlichen iiembran 7 verbunden. Der Steg 2 bildet einen integralen Bestandteil des Steuerkörpers 1, wodurch sich ein cinziger Steuerteil 3 ergibt. Die oberste kammer 9 ist an den Eingangs-Steuerdruck pe angeschlossen und über eine Drossel 10 mit der darunter liegenden Kammer 8 verbunden. Die wirksame Membranfläche A1 der zusätzlichen Membran 7 ist wesentlich kleiner als die wirksame Membranfläche A2 der Steuermembran 4. Der Steuerkörper 1 ist in bekannter Weise als hohler Steuerkörper ausgebildet und an einer weiteren Membran 11 aufgehängt, wobei die durch die Steuermembran 4 und die weitere membran 11 gebildete Kammer in die Atmosphäre entlüftet ist. Der Steuerkörper 1 arbeitet mit einer umlaufenden Ringskante 13 als Ventilsits mit einem ersten Schließkörper 14 eines Doppelkegels 12 zusammen. Der Ventilsitz 13 bildet zusammen mit dem Schließkörper 14 ein Auslaßventil. Andererseits weist der Doppelkegel 12 einen zweiten Schließkörper 15 auf, der mit einer umlaufenden Ringkante 16 im Gehause des Verstärkers 5 zusammenarbeitet und ein Einlaßventil bildet. Dieses Einlaßventil steuert den Zutritt der Zuluft pz, zu der durch die beiden Ventile 13, 14 und 15, 16 abgeschlossenen Kammer 17. Dieser Kammer 17 wird der Ausgangsdruck pa entnommen.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des pneumatischen Bausteins gemäß Fig. 1 sei angenommen, daß der obersten Kammer 9 gemäß Fig. 1a ein Eingangs-Steuerdruck pe gemäß einer Sprungfunktion zugeführt wird. Gemäß Fig. 1b baut sich daher am Ausgang des pneumatischen Bausteins ohne Verzögerung ein Ausgangsdruck pa gemäß folgender Beziehung auf: A1 pa = pe . KVO = pe .
A2 Der Ausgangsdruck steiyt sodann gemäß Fig. 1b nach einer Exponentialfunktion allmählicij, wobei die Zeitkonstante des integrierenden Bausteins durch Tin vorgegeben ist, auf einen Wert gemäß folgender Beziehung an: pa = pe . KV = pe .
A3 Man erkennt aus den beiden vorstehenden Gleichungen, daß zunächst beim sprunghaften Anstieg des Eingangs-Ste@@rdruc@@s pe der Ausgangsdruck pa durch das Verhält@@ @@ wirksamen Membranflächen A1 und A3 der Membranen 7 und 1 vorgegeben ist. Da die wirksamen Membranflächen dieser beiden Membranen im vorliegeden Ausführungsbeispiel einander gleich sind, wird zunächst der Bingangsdruck am Ausgung mit dem Faktor 1 : 1 abgebildet. Wenn sich nach dem Ausgleichsvorgang der Druck in der Kammer 8 über die Drossel 10 dem Druck in der Kammer 9 angeglichen h@t, so ist die Wirkung der membran 7 vollständig ausgeschaltet, so daß der pneumatische Baustein ifl4 stationären Zustand nur noch als Verstärker arbeitet. Hierbei wird der 7usgangsdruck Pa durch das Verhältnis der wirksamen Membranflächen A2 und A3 der Membran 4 und 11 vorgegeben.
Der pneumatische Baustein gemäß Fig. 2 weist irn wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Baustein gemäß Fig. 1 auf mit dem einzigen Unterschied, daß die wirksamen Memranflächen Al und A2 der Membranen 7 und 4 nunmehr ein untgekertes Größenverhältnis aufweisen. Dies führt zu einer unterschiedlichen Funktion, die anhand der Figuren 2a und 2b kurz erläutert sei Gemäß Fig. 2a wird der oberen Kammer 9 wiederum ein sprunghaft ansteigender Eingangs-Steuerdruck pe zugeführt. Dieser Eingangsdruck wird ohne Verzögerung mit voller Verstärkung am Ausgang als Ausgangsdruck Pa ausgegeben, wobei der Verstärkungsfaktor durch das Verhaltnis der wirksamen Membran flächen der Membranen 7 und 11 vorgegeben ist. Es ergibt sich demnach anfänglich folgender Ausgangsdruck: pa = pe . Kvo = pe . ## Nach einem Ausgleichsvorgang, der durch die Vorhaltzeitkonstante TV bestimmt ist, ergibt sich am Ausgang folgender Druck: A2 pa . pe . Kv = Pe .
A3 Man erkennt also, daß, nachdem über die Drossel 10 ein Druckausgleich zwischen den Kammern 9 und 8 stattgefunden hat, die Wirkung der Membran 7 vollständig ausgeschaltet wird und das Verhalten des pneumatischen Bausteins im stationären Zustand nur noch durch den eigentlichen Verstärker vorgegeben wird, wobci auf Grund der gleich großen wirksamen Membranflächen A2 und A3 der Eingangs-Steuerdruck Pe nach dem Ausglcichsvoryang praktisch 1 : 1 abgebildet wird.

Claims

Pneumatischer Baustein mit Zeitverhalten Patentansprüche: (1.)Pneumatischer Baustein mit einem Verstärker und einer auf den Verstärker einwirkenden ein Zeitverhalten vorgebenden Steuereinheit, wobei ein veränderlicher Steuerdruck über eine Steuermembran auf einen Steucrkörper des Verstärkers einwirkt, die Steuereinheit übereinander angeordnete, durch einen Steg verbundene membranen mit unterschiedlichen wirksamen Membranflächen aufweist und wobei durch die Membranen gebildete Kammern über wenigstens eine Drossel miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Steuerkörper (1) mit dem Steg (2) zu einem einzigen Steuerteil (3) verbunden ist, daß die Steuermembran (4) des Verstärkers (5) zugleicii eine Membran der Steuereinheit (6) bildet und daß die über der Steuermembran (4) hcfindliche Kammer durch wenigstene eine weitere Membran (7) in wenigstens zwei Kammern (8,9) unterteilt ist, die über die Drossel 110) verbunden sind.
2. Baustein nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z c i c h n e t , daß die Steuermembran (4) und die weitere Membran (7) unterschiedliche wirksame Flächen (A1, A2) anfweisen.
3. Baustein nach Anspruch 2, d a u u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Erzielung eines I-Verhaltens die wirksame Membranfläche (A1) der zusätzlichen Membran (7) kleiner als die wirksame Membranfläche (A2) der Steuermembran (4) ist und daß der Steuerdruck (pe) der Kammer (9) über der zusätzlichen Membran zugefuhrt ist.
4. Baustein nach Anspruch 2, d a d u r c h g c k e n n -z e i c ii n e t , daß zur Erzielung eines D-Verhaltens die wirksame Membranfläche (A1) der zusätzlichen Membran (7) größer als die wirksame Membranfläche (A2) der Steuermembran (4) ist und daß der Steuerdruck (pe) der Kammer (9) über der zusatzlichen Membran zugeführt wird.
5. Baustein nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einem pneumatischen Alternativverstärker, dessen Steuermembran als Doppelmembran ausgebildet i5t, @ a d u r c h y e k e n n -z e i c h n e t , daß die beiden Membranen (4,11) der Doppelmembran unterschiedliche wirksame Membranfläche (A2, A3) aufweisen, die durch ihr Flächenverhältnis die Verstärkung (KV) des Bausteins im stationären Zustaiid vorgeben.
6. Baustein nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Steuerkörper (3) mit einem Doppelkegel (12) zusammenwirkt und ein Auslanventil bildet.