DE2713998C3

DE2713998C3 - Pneumatischer Baustein mit Zeitverhalten

Info

Publication number: DE2713998C3
Application number: DE19772713998
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dr.-Ing. 6454 Bruchkoebel Multrus
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1982-01-07
Also published as: DE2713998B2; DE2713998A1; CA1097157A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumati- »chen Baustein nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Derartige Bausteine bilden als Stabilisatoren Zusatzgeräte für pneumatische Proportional-Regler. Sie ermöglichen am eigentlichen Regler einen kleinen Proportional-Bereich einzustellen, wodurch Regel- »chwingungen vermieden werden. Ein aus der US-PS 81 547 bekannter, als Stabilisator verwendbarer pneumatischer Baustein dieser Art weist eine Steuereinheit auf, bei der mehrere in einem Gehäuse angeordnete Membranen durch einen Steg miteinander verbunden sind. Die Membranen weisen unterschiedliche wirksame Membranflächen auf und unterteilen verschiedene Kammern* Einer Kammer wird der vom Regler kommende veränderliche Steuerdruck zugeführt und diese Kammer ist über eine oder mehrere Drosseln mit den anderen Kammern verbunden. Der Steg steht einer Düse gegenüber und bildet mit dieser ein Düse/Prallplattesystem. Die Düse steht mit der Steuerkammer eines pneumatischen Verstärkers in Verbindung. Die Steuerkammer ist an die Zuluft angeschlossen und wird in Abhängigkeit von der Stellung des Steges mehr oder weniger entlüftet Der Verstärker dient der Leistungsverstärkung und liefert als Ausgangsdruck den Stelldruck fur ein nachgeschaltetes Stellglied. Das dynamische und auch das statische Verhalten dieses bekannten pneumatischen Bausteins ist auf Grund der Mehrstufigkeit und der vorhandenen unterschiedlichen Genauigkeit, Hysterese usw. der hintereinander angeordneten Stufen unbefriedigend. Hinzu kommt, daß zur Erzielung der gewünschten Funktion dieser bekannte Baustein einen aufwendigen Aufbau aufweist

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen pneumatischen Baustein der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er einmal einen einfacheren Aufbau und zum anderen ein besseres statisches und dynamisches Verhalten aufweist Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Ansprach 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand zweier in den Figuren der Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen pneumatischen Baustein gemäß der Erfindung mit integrierendem Zeitverhalten,
F i g. 1 a den zeitlichen Verlauf eines Steuerdruckes, Fig. Ib den zeitlichen Verlauf des Ausgangsdruckes des pneumatischen Bausteins,

Fig. 2 einen pneumatischen Baustein gemäß der Erfindung mit differenzierendem Zeitverhalten,
F i g. 2a den zeitlichen Verlauf des Steuerdruckes,
F i g. 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 iniegnerenöe Zeitverhalten realisierbar ist. Zu diesem Zweck wurde die durch die Steuermembran 4 abgegrenzte Kammer durch eine weitere Membran 7 in zwei Kammern 8 und 9 unterteilt und die Steuermembran 4 über einen Steg 2 mit der zusätzlichen Membran 7 verbunden. Der Steg 2 bildet einen integralen Bestandteil des Steuerkörpers 1. wodurch sich ein einstückiger Steuerteil 3 ergibt. Die Kammer 9 ist an den Steuerdruck p_e angeschlossen und über eine Drossel 10 mit der in Reihe dahintergeschalteten Kammer 8 verbunden. Die wirksame Membranfläche A 1 der zusätzlichen Membran 7 ist wesentlich kleiner als die wirksame Membranfläche A 2 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 Il gebildete Kammer in die Atmosphäre entlüftet ist. Der Steuerkörper 1 arbeitet mit einer umlaufenden Ringkante 13 als Ventilsitz mit einem ersten Schließkörper 14 eines Doppelkegels 12 zusammen. Der Ventilsitz der Ringkante 13 bildet zusammen mit dem Schließkörper 14 ein Auslaßventil. Andererseits weist der Doppelkegel 12 eineii zweiten Schließkörper 15 auf, der mit einer umlaufenden Ringkante 16 im Gehäuse des Verstärkers 5 zusammenarbeitet und ein Einlaßventil bildet. Dieses Einlaßventil steuert den Zutritt der Zuluft p₂, zu der durch die beiden Ventile 13,14 und 15,16 abgeschlossenen Kammer 17. Dieser Kammer 17 wird der Ausgangsdruck Pi entnommen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des pneumatischen Bausteins gemäß F i g. 1 sei angenommen, daß der Kammer 9 gemäß Fig. la ein Steuerdruck p_e gemäß einer Sprungfunktion zugeführt wird. Gemäß Fig. Ib baut sich daher am Ausgang des pneumatischen Bausteins ohne Verzögerung ein Ausgangsdruck p_a gemäß folgender Beziehung auf:

Pa = Pf'

= Pe

Al

Der Ausgangsdruck steigt sodann gemäß Fig. Ib nach einer Exponentialfunktion allmählich, wobei die Zeitkonstante des integrierenden Bausteins durch T_1n vorgegeben ist, auf einen Wert gemäß folgender Beziehung an:

Der pneumatische Baustein gemäß F i g. 2 weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Baustein gemäß F i g. 1 auf mit dem einzigen Unterschied, daß die wirksamen Membranflächen A 1 und A 2 der Membranen 7 und 4 nunmehr ein umgekehrtes Größenverhältnis aufweisen. Dies führt zu einer differenzierenden Funktion, die anhand der F i g. 2a und 2b kurz erläutert sei:

Gemäß Fig.2a wird der Kammer 9 wiederum ein

ίο sprunghaft ansteigender Steuerdruck p_e zugeführt. Dieser Eingangsdruck wird ohne Verzögerung mit voller Verstärkung am Ausgang als Ausgangsdruck p., ausgegeben, wobei der Verstärkungsfaktor durch das Verhältnis der wirksamen Membranflächen der Membranen 7 und 11 vorgegeben ist. Es ergibt sich demnach anfänglich folgender Ausgangsdruck:

· - Pe '

^A1

Po= Pe

= Pe '

Λ1
Ai

Man erkennt aus den beiden vorstehenden Gleichungen, daß zunächst beim sprunghaften Anstieg des Steuerdruckes p_e der Ausgangsdruck p_a durch das Verhältnis der wirksamen Membranflächen A 1 und A 3 der Membranen 7 und 11 vorgegeben ist. Da die wirksamen Membranflächen dieser beiden Membranen im vorliegenden Ausführungsbeispiel einander gleich sind, wird zunächst der Eingangsdruck am Ausgang 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 hat, so ist die Wirkung der Membran 7 vollständig ausgeschaltet, so daß der pneumatische Baustein im stationären Zustand nur noch als Verstärker arbeitet. Hierbei wird der Ausgangsdruck p„ durch das Verhältnis der wirksamen Membranflächen A 2 und A 3 der Steuermembran 4 und der Membran 11 vorgegeben.

Nach einem Ausgleichsvorgan?. der durch die Vorhaltzekkoi.stante T_v bestimmt ist, ergibt sich am Ausgang folgender Druck:

K —

A3

Man erkennt also, daß, nachdem über die Drossel IC 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, wobei auf Grund der gleich großen wirksamen Membranflächen A 2 und A 3 der Steuerdruck p_e nach dem Ausgleichs'organg praktisch 1 :1 abgebildet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pneumatischer Baustein mit einem Verstärker und einer auf den Verstärker einwirkenden ein integrierendes oder differenzierendes Zeitverhalten vorgebenden Steuereinheit, wobei ein veränderlicher Steuerdruck über eine Steuermembran auf einen Steuerkörper des Verstärkers einwirkt, die Steuereinheit parallel zueinander angeordnete, durch einen Steg verbundene Membranen mit unterschiedlich wirksamen Membranflächen aufweist und wobei durch die Membranen gebildete Kammern hinsichtlich des Steuerdruckes über wenigstens eine Drossel hintereinander geschaltet ι · sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (1) mit dem Steg (2) zu einem einstückigen Steuerteil (3) verbunden ist, daß die Steuermembran (4) des Verstärkers (5) zugleich eine Membran der das Zeitverhalten bestimmenden Kammer (8) der Steuereinheit (6) bildet und daß die davorgeschaltete Kammer (9) durch den Steuerdruck (pe) beaufschlagt ist.

2. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines integrierenden Verhaltens die vom Steuerdruck (p_e) beaufschlagte wirksame Membranfläche (A 1) kleiner als die wirksame Membranfläche (A 2) der Steuermembran (4) ist

3. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, cVß zur Erzielung eines differenzierenden Verhaltens die vom Steuerdruck (p_c) beaufschlagte wirksame Membranfläche (A 1) größer als die wirksame Membranfläche (A 2) der Steuermembran (4) ist.

4. Baustein nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einem pneumatischen Alternativverstärker, dessen Steuermembran aus zwei Membranen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Membranen (4,11) der Steuermembran unterschiedliehe wirksame Membranflächen (A 2, A 3) aufweisen, die durch ihr Flächenverhältnis die Verstärkung (Ky) des Bausteins im stationären Zustand vorgeben.

5. Baustein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (1) mit einem Doppelkegel (12) zusammenwirkt und ein Auslaßventil bildet.