DE2749786C2 - Einstellvorrichtung für den Proportionalbereich eines eine Proportinal- und Integraleinheit aufweisenden pneumatischen Reglers - Google Patents

Einstellvorrichtung für den Proportionalbereich eines eine Proportinal- und Integraleinheit aufweisenden pneumatischen Reglers

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Description

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Die Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer derartigen aus der DE-OS 15 23 489 bekannten Einstellvorrichtung für den Proportionalbereich eines eine Proportional- und Integraleinheit aufweisenden pneumatischen Reglers ist ein Eingangsverbindungsstück zwischen Druckbälgen für den Drucksollwert und den Druckistwert angeordnet und schwimmend an einer viertelkreisförmigen Prallplatte gelagert. Gegen die Prallplatte ist eine Düse gerichtet, welche um &o eine Achse auf einem Proportionalbereichsäncterungshebel schwenkbar gelagert ist. An der Prallplatte ist ferner ein Gegenkopplungsglied befestigt, das zwischen einem Integral- und Proportionaldruckbalg angeordnet, ist. Die von Integral- und Proportionaldruckbalg erzeugte Gegenkopplungskraft hängt vom Gegendruck der gegen die Prallplatte gerichteten Düse ab. Bei einer derartigen Einstellvorrichtung für den Proportionalbereich eines pneumatischen Reglers können sich Schwierigkeiten ergeben aufgrund von Schwankungen am Reglereingang, wenn diese unbegrenzt zur Auswirkung kommen, da hierdurch die Wirkung der Gegenkopplungskräfte beeinträchtigt wird
Ein weiterer bekannter pneumatischer Regler vom Kraftgleichgewichtstyp(offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 33 095 von 1974) enthält jeweils eine Einstellvorrichtung für den Proportionalbereich, eine Proportional- und Integraleinheit sowie einen Komparator, um den Obergang vom manuellen in den automatischen Betrieb in gleichgewichtsfreier und stoßfreier Art und Weise durchzuführen. Die Kraft, weiche von der Änderungseinrichtung für den Propor-„tignalbereich auf die Proportional- und Integraleinheit übzrtragen.werden kann, ist auf einen bestimmten Bereich begrenzt, um zu verhindern, daß die Kraft eines Waagebalkens in der Proportional- und Integraleinheit aus dem Gleichgewicht kommt aufgrund der Sättigung des Vergleichsausgangs des Komparators beim manuellen Betrieb.
Derartige pneumatische Regler benötigen daher Bälge und andere zusätzliche mechanische Einrichtungen, um einen Übergang vom manuellen auf den automatischen Betrieb gleichgewichtsfrei und stoßfrei durchführen zu können. Hieraus ergibt sich eine aufwendige Konstruktion des Reglers.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einstellvorrichtung für den Proportionalbereich eines eine Proportional- und Integraleinheit aufweisenden pneumatischen Reglers der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der trotz geringen baulichen Aufwandes Schwankungen am Reglereingang sich nur begrenzt auswirken, so daß die Gegenkopplungskräfte immer im gewünschten Ausmaß zur Wirkung kommen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Die Unteransprüche enthalten Weiterbildungen der Erfindung.
Als vorteilhaft erweist es sich, daß durch die Begrenzung des Eingangs eine Sättigung des Ausgangs eines Komparators, der den Reglerausgangsdruck bei automatischem und manuellem Betrieb miteinander vergleicht, verhindert wird, so daß ein Übergang vom manuellen Betrieb auf den automatischen Betrieb gleichgewichtsfrei und stoßfrei und ohne Voreinstellung besonderer Bedingungen durchgeführt werden kann. Die Anzahl der mechanischen Teile, welche aneinander reiben, sind bei Erzielung hoher Genauigkeit auf ein Minimum reduziert.
Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden. Es ze:gt
F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels mit gleichgewichtsfreiem und stoßfreiem Übertragungsmechanismus von mechanischem auf automatischen Betrieb;
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer Änderungseinrichtung für den Proportionalbereich;
F i g. 3 eine schematische Darstellung des Änderungsmechanismus für den Proportionalbereich in der F i g. 2;
F i g. 4 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit zwischen einem Gegenkopplungsglied und einer Lasche im Änderungsmechanismus für den Proportionalbereich in der F i g. 2 und
Fig. 5 eine modifizierte Ausführungsform des Gegenkopplungsgliedes.
Die Fig. I zeigt ein Blockschaltbild eines Ausfüh-
rungsbeispiels des pneumatischen Reglers. Dieser besitzt einen Obergangsmechanismus vom manuellen auf den automatischen Betrieb, welcher im nicht ausgeglichenen Zustand stoßfrei arbeitet In einem Block 100 ist eine Einstellvorrichtung für den Proportionalbereich untergebracht
Diese Einstellvorrichtung besitzt, wie aus den Figuren zu ersehen ist, einen Eingangsbalken 101, dessen eines Ende mit der Wand eines Gehäuses 102 über ein biegbares Element 103 verbunden ist Das andere Ende des Eingangsbalkens 101 ist über ein weiteres biegbares Element 104 mit dem einen Ende eines Eingangskopplungsstücks 105 verbunden. Der Eingangsbalken 101 ist mit einem DrucksoUwsrt Ps und einem Druckistwert P, beaufschlagt Diese werden von einem Sollwertbalg 13 und dem Istwertbalg 14, welche zu beiden Seiten des Eingangsbalkens 101 angeordnet sind, geliefert
Ein Proportionalbereichsänderungshebel 110 besitzt zwei äußere Schenkel 111 und HZ Diese sind über biegbare Elemente 115 und 116 mit Halterungen 113, 114 verbunden, um die sie im wesentlichen reibungslos innerhalb eines begrenzten Bereiches verschwenkt werden können. Die entgegengesetzt liegenden Enden der beiden Schenkel 111 und 112 sind feat mit einem Verbindungssteg 117 verbunden, so daß ein U-förmiges 2> einstückiges Joch entsteht
Die einen Enden von zwei schwenkbaren Armen 118 und 119 sind über biegbare Elemente 120 und 121 mit dem Verbindungssteg 117 verbunden. Die anderen Enden der schwenkbaren Arme sind über biegbare *> Elemente 122 und 123 mit einer Endplatte 124 verbunden. Außerdem ist mit der Endplatte 124 das andere Ende des Eingangskoppiungsstücks 105 fest verbunden.
Ein Gegenkopplungsglied 125 mit im wesentlichen 3~> L-förmiger Gestalt ist zwischen den beiden schwenkbaren Armen 118 und 119 angeordnet Das Ende des langen Arms des Gegenkopplungsgliedes 125 ist mit dem Ende der Endplatte 124 über ein biegbares Element 126 verbanden. Das äußere Ende des kurzen Arms 127 des L-förmigen Rückkopplungsgliedes 125 ist mit einem kurzen Arm 129 einer L-förmigen Prallplatte 128 verbunden. Diese Prallplatte besteht aus elastischem Material mit einer bestimmten Federkonstanten, so daß ein Spalt zwischen den kurzen Armen 127 und 129 π entsteht. Das andere Ende der Prallplatte 128 ist als freies Ende ausgebildpt und befindet sich gegenüber einer Düse 40.
Die Federkonstante der Prallplatte 128 ist so gewählt, daß die Verlagerung des freien Endes, welches '*< gegenüber der Düse angeordnet ist, etwa 0,2 mm bei 100%sger Änderung (Spannweite der Änderung des pneumatischen Signals 0,3 kg f/cm2) eines Integraldruckbalges 17 beträgt.
Das andere Ende der Prallplatte 128 ist mit einem ">"> Ende eines Gegenkopplungsbalkens 132 über ein biegbares Element 131 verbunden. Das andere Ende des Gegenkopplungsbalkens 13i! ist über ein biegbares Element 133 mit der Gehäusewand 102 verbunden. Der Gegenkopplungsbalken 132 ist beaufschlagt durch die Kräfte Ffb, welche von dem Integräldfuckbälg 17 und einem Proportionaldruckbalj; 41 herrühren. Diese Bälge sind einander entgegengesetzt gerichtet zu beiden Seiten des Gegenkopplungsbalkens 132 angeordnet.
Die Endplatte 124 ist zwischen zwei Anschlägen 134 und 135, welcne zu beiden Seiten der Endplatte vorgesehen sind, angeordnet. Die Anschläge dienen zur Begrenzung der Auslenkung der Enden der schwenkbaren Arme 118 und 119 auf einen bestimmten Bereich. Diese Auslenkung wird hervorgerufen durch ein Ablenkeingangssignal, welches an das Eingangskopplungsstück 105 gelegt ist
Ein Komparator III besitzt eine Prallplatte 27, welche um einen Stützpunkt 26, der am einen Ende der Prallplatte liegt, schwenkbar ist Ein Balg 24' ist mit einem automatischen Ausgangsdruck Pa, welcher vom Luftsteuerrelais 22 kommt beaufschlagt Ein Balg 25 ist mit dem automatischen Ausgangssdruck Pa oder einem manuellen Ausgangsdruck Pm von einer Zufuhreinrichtung 23 beaufschlagt Diese Bälge sind zu beiden Seiten der Prallplatte 27 und einander entgegengerichtet angeordnet Eine Düse 28 ist am freien Ende der Prallplatte 27 vorgesehen. Die Düse 28 ist mit dem Luftdruck P0 aus der Zuführungseinrichtung 20 über eine Drossel 29 beaufschlagt Ein Schalter 30 dient als Umschalter beim Obergang vom automatischen auf den manuellen Betrieb. Dieser Schalter ist mit den anderen Schaltern 31 und 32 gekoppelt Ein Kontakt A für den automatischen Betrieb am Sd" /lter 30 ist mit dem Ausgangsdruck P1 für den auior-atischen Betrieb, welcher vom Luftsteuerrelais 22 geliefert wird, beaufschlagt Ein Kontakt M für den manuellen Betrieb ist mit dem Augangsdruck Pn, für den manuellen Betrieb, weither von der Zuführeinrichtung 23 kommt, beaufschlagt. Der bewegliche Kontakt ist mit einem Ausgangsanschluß 24 des pneumatischen Reglers verbunden. Der Anschluß A des Schalters 31 für den automatischen Betrieb ist nicht angeschlossen. Der bewegliche Kontakt des Schalters ist mit dem Gegendruck der Düse 28, d. h. mit dem Vergleichsausgang des Komparators 111 beaufschlagt. Der Anschluß bzw. Kontakt M des Schalters 32 für den manuellen Betrieb ist an den beweglichen Kontakt angeschlossen, welcher mit dem Gegendruck der Düse 40 beaufschlagt ist.
Der gleichgewichtsfreie und stoßfreie Übergang vom manuellen Betrieb auf den automatischen Bptrieb wird bei herkömmlichen pneumatischen Reglern erschwert durch die Sättigung des Vergleicherausgangs P1' des Komparators III während des manuellen Betriebs. Hieraus ergibt sich ein Verlust des Kräftegleichgewichts am Waagebalken und infolgedessen wird die Bedingung P1 = Pn, nicht erfüllt. Der Übertragungsmechanismus dient zur Begrenzung der Kraft, welche auf die Proportional- und Integraleinheit von der Einstellvorrichtung für den Proporticnalbereich übertragen wird. Diese übertragene Kraft wird auf einen bestimmten Bereich begrenzt. Die Begrenzung der auf die Proportional- und Integraleinheit übertragenen Kraft erfolgt durch Sättigung des Gegendrucks der Düse 40.
Dieser Kraftbereich bleibt konstant und ist unabhäng.g von Änderungen bzw. Schwankungen des Druck-Sollwerts P, und des Druckistwerts Pv Außerdem ist dieser Kraftbereich unabhängig vom Proportionalbereichb/a · 100%.
Die Wirkungsweise des Änderungsmechanismus für den Proportionalbereich soll anhand der F i g. 3 erläutert werden. Das Eingangskopplungsstück 105 ist durch den Sollwertbalg 13 und den Istwertbalg 14 mit einer Kraft Fin beaufschlagt. Die Prallplatte 128 wird durch den Integraldruckbalg 17 und den Proportionaldruckbalg 41 mit einer Gegenkopplungskraft Ffb beaufschlag!.
Wenn sich die gemessene Kraft erhöht, erhöht sich die Kraft Fw, welche am Eingangskopplungsstück 105 wirkt. Die schwenkbaren Arme 118 und 119 werden
dabei um B in der F i g. 3 nach links geschwenkt. Auf diese Weise kommt das Gegenkopplungsglied 125 näher an die Düse 40 heran, so daß der Düsengegendruck anwächst. Durch das Anwachsen des Düsengegendrucks wächst der Druck des Proportionaldruckbalgcs 41 und damit erhöht sich die Kraft F/,v, welche auf den Gegenkopplungsbalken 132 zur Einwirkung kommt. Die schwenkbaren Arme 118 und 119 werden in der Figur nach rechts verschwenkt und verbleiben im Gleichgewichtszustand. Im Gleichgewichtszustand ist das Gleichgewicht der Kräfte, welche auf die schwenkbaren Arme wirken, durch die Gleichung
F;,vsin λ — F/rflsin/?
gegeben.
Da der Proportionalbereich proportional ist zum Verhältnis der Eingangskraft Fw zur Gegenkopplungskraft Ffo. d. h. FisIFfb = sin a/sin ß, kann der Proportionalbereich durch Verschwenken des Verbindungsste-.»öi ι (7 m ain^r Ae*r ΚαιγΙργί Ώ irhtnn<jf*n vpränHprt
werden. Dabei werden ebenfalls die Winkel λ und ß, solche von den schwenkbaren Armen 118 und 119 si ' ie dem Eingangskopplungsstück 105 und dem Gegenkopplungsglied 125 gebildet werden, verändert.
Die seitliche Verschiebung einer Kraftangriffsstelle B au! dem Ei; gangs.kopplungsstück 105. d. h. die seitliche Verschiebung der Endplatte 124, ist durch die Anschläge !34 und 135 begrenzt. Die Gegenkopplungskraft Ffb wirkt auf das Gegenkopplungsglied 125, während die Prallplatte 128 in Abhängigkeit von ihrer Federkraft, wie in Fig. 4 gezeigt, verschoben wird. Die Prallplatte 128 ist in der Weise angeordnet, daß beim Verbiegen in eine bestimmte Richtung eine negative Gegenkopplungsschleife entsteht, durch welche der Zwischenraum zwischen der Prallplatte 128 und der Düse 40 konstant gehalten wird.
Im Fall eines idealen Waagebalkentyps wird die Prallplatte 128 nicht verbogen. Außerdem wird die Kraftangriffsstelle B nicht wesentlich durch Eingangsund Gegenkopplungskräfte verschoben. Beim vorliegenden System handelt es sich jedoch um ein solches, bei welchem die Kräfte nicht immer ideal .nsgeglichen sind. Es tritt sowohl ein Kräfteausgleich als auch ein Verschiebungsausgleich ein. Die Verschiebung der Steile B wächst um einen solchen Betrag, der notwendig ist. um die Auslenkung der Prallplatte 128 zu eliminieren.
Die Anschläge 134 und 135 dienen zur Begrenzung der Auslenkung der Stelle B auf einen bestimmten Bereich, wenn die Abweichungen der Eingänge, weiche von den Drucksollwert- und Druckistwertbälgen 13 und 14 kommen, überc.js groß sind. Das Eingangskopplungsstück 105. insbesondere die Endplatte 124. welche mit dem Einganeskoppiungsstück 105 verbunden ist, liegt in der Mitte zwischen den beiden Anschlägen 134 und 135, wenn ein normaler Zustand ohne irgendeine Eingangsabiveichung vorhanden ist. Die Endplatte 124 kommt jedoch mit einem der beiden Anschläge 134 und 135 in Berührung, wenn die Eingangskraft überaus hoch ist.
Wie im vorstehenden schon erwähnt, handelt es sich beim dargestellten Änderungsmechanismus für den Proportionalbereich um einen solchen vom nicht perfekten Kraftausgleichstyp. Insofern ist die Bewegung bzw. Auslenkung der Kraftangriffsstelle B, welche durch eine Ausgleichskraft, die innerhalb eines normalen Kräftebereichs liegt, ausgelöst wird, größer als die Auslenkung im Falle eines Typs mit perfektem Kraftausgleich. Insofern kann der Abstand zwischen den beiden Anschlägen 134 und 135 vergrößert werden, so daß Beschränkungen bezüglich der Arbeitsgenauigkeit gelockert werden können.
ίο Für den Fall, daß eine allzu hohe Kraft auf das Eingangskopplungsstück 105 zur Einwirkung kommt, kommt die Endplatte 124 in Berührung mit einem der beiden Anschläge 134 bzw. 135. Die Prallplatte 128 kann, wie in Fig.4 gezeigt, gebogen sein. Auf diese Weise entsteht eine geschlossene Schleife im Regler, in dem die Prallplatte 128 mit einer Gegenkopplungskraft leicht gebogen wird.
Das bedeutet mit anderen Worten, daß bei einer allzu starken Abweichung der Eingangskraft die Kraft,
χι wplrhe an der Stelle ß über das Eingangskopplungsstück 105 zur Auswirkung kommt, durch einen der beiden Anschläge 134 bzw. 135 begrenzt wird. Die Gegenkopplungsschleife welche den Proportionaldruckbalg 41, die Prallplatte 128 und die Düse 40 enthält, ist
■>.=> noch im Betrieb und beispielsweise wächst der Gegendruck der Düse 40 mit der Druckerhöhung des Integraldruckbalges 17.
Wenn die Federkonstante der Prallplatte 128 und der Abstand zwischen den beiden Anschlägen 134 und 135
ίο im wesentlichen ausgewählt sind, kann der Eingang beim automatischen Betrieb bzw. der automatische Eingang in der Weise beeinflußt werden, daß er dem Eingang beim manuellen Betrieb bzw. dem manuellen Eingang über eine Schleife folgt, wobei diese Schleife
.!"> den Integraldruckbalg 17. den Proportionaldruckbalg 41. die Düse 40, das Luftsteuerrelais 22 und den Komparator III enthält. Dies geschieht im manuellen Betrieb ohne Berücksichtigung von Eingangsabweichungen, dem manuellen Ausgangsdruck Pm und dem
Ju Proportionalbereich, ohne daß der Komparator gesättigt wird. Demzufolge kann der Zustand, welcher durch die Gleichung P3 = Pn, wiedergegeben ist, und welcher ein wesentliches Erfordernis des ausgleichsfreien und stoßfreien Übergangs von dem manuellen Betrieb in
-; den automatischen Betrieb ist, bei jeder Bedingung erzielt werden.
Beim Ausführungsbeispiel in der F i g. 2 ist ein Ende 129 der L-förmigen elastischen Prallplatte 128 mit einem Ende 127 des Gegenkopplungsgliedes 125 verbunden, so daß das Gegenkopplungsglied 125 ausgelenkt bzw. verschoben werden kann. In der Fi g. 5 ist eine besondere Ausführungsform dieses Teils dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist anstelle des L-förmigen Gegenkopplungsgliedes eine Platte 125' vorgesehen, welche gleichzeitig als Prallplatte für die Düse 40 verwendet wird. Die Platte 125' ist über ein biegbares Element 126' mit der Endplatte 124 unter Bildung eines kleinen Winkels, wie aus Fig. 5 ersichtlich, verbunden. Insofern ist die Platte, welche als
Ä0 Rückkopplungsplatte 125' wirkt, mit der Richtung, in welcher die Rückkopplungskraft Ffb wirkt, ausgerichtet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Einstellvorrichtung für den Proportionalbereich eines eine Proportional- und Integraleinheit aufweisenden pneumatischen Reglers mit einem Eingangsverbindungsstück, auf welches über Druckbälge Drucksollwert und Druckistwert einwirken, einem Gegenkopplungsglied, auf welches ein Integral- und Proportionaldruckbalg wirken, wobei die vom Integral- und Proportionaldruckbalg erzeugte Gegenkopplungskraft vom Gegendruck einer Düse abhängig ist, die gegen eine Prallplatte gerichtet ist, welche mit dem Gegenkopplungsglied über ein schwimmendes Gelenklager verbunden ist und mit einem schwenkbar gelagerten Proportionalbereichsänderungshebel, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsverbindungsstück als drehbar gelagerter Eingangsbalken (101) und das Gegenkopplungsglied als drehbar gelagerter Gegenkopplungsbalken (132) ausgebildet sind, die über eine elastische Verbindung (105,125,126,128) innerhalb eines begrenzten Bereiches (134—135) beweglich miteinander verbunden sind und die Prallplatte (128) einen Teil der elastischen Verbindung bildet.
2. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen zwei den begrenzten Bewegungsbereich bildenden Anschlägen (134,135) bewegliche Verbindungsstelle (B) der elastischen Verbindung als schwimmendes Gelenklager ausgebildet ist
3. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsbalken (101) und der Gegenkopplun^sbalken (132) über schwimmende Gelenklager mit der elastischen Verbindung (105,125,126,128) ve-bunden sind.
A. Einstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (128) mit dem Gegenkopplungsbalken (132) verbunden ist und senkrecht zu der auf sie einwirkenden Gegenkopplungskraft ablenkbar ist.
5. Einstellvorrichtung nach einem der ^Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Anschläge (134, 135) so bemessen ist, daß ein Komparator (III), der den Reglerausgangsdruck bei automatischem Betrieb und bei manuellem Betrieb miteinander vergleicht, ungesättigt bleibt.
IO
DE2749786A 1976-11-08 1977-11-07 Einstellvorrichtung für den Proportionalbereich eines eine Proportinal- und Integraleinheit aufweisenden pneumatischen Reglers Expired DE2749786C2 (de)

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