DE2806830A1

DE2806830A1 - Pneumatischer regler

Info

Publication number: DE2806830A1
Application number: DE19782806830
Authority: DE
Inventors: Guenther Ing Grad Roth
Original assignee: GEC Sunvic Regler GmbH
Current assignee: Actemium Cegelec Services GmbH
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2806830C3; DE2806830B2; GB2014761B; GB2014761A

Description

'■>■■

H }7ΤΊ !—ι

* l'i-'X — ΐ' ^J'^'s ί '""7" ί

Patentanwalt· i^iV ' ^r""^{r r}"ⁱ-^r'-^:'< >■ "'"■■'; DIPL.-PHYS. JÜRGEN NEISSE DIPL.-CHEH. DR. RODOLP NOLGAST

D 562o Vclbert 11 - Langenbarg, Bökanbusch 41 Postfach 11 o3 86 Telefon (o2127) 4ol9 Telex 6516895

Pat«ntann«ldunq
G.E.C. Sunvic-Regler GmbH, Albertus-Magnus-Straße, 5650 Solingen-Wald

Pneumatischer Regler

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Segler, bei welchem Sollwert und Istwert sowie eine positive und eine negative Rückführung durch Drücke dargestellt sind und welcher einen eine Stellgröße bestimmenden Ausgangsdruck liefert/ enthaltend: ein Gehäuse/ einen beweglichen Innenkörper, der durch drei Membranen zentrisch in dem Gehäuse gehaltert ist, wobei ein Gehäuseinnenraum durch die Membranen in vier Druckkammern unterteilt ist, von denen eine erste von einem den Sollwert wiedergebenden Druck, eine zweite von einem den Istwert wiedergebenden und dem Druck in der ersten Druckkammer entgegenwirkenden Druck, eine dritte von einem eine negative Rückführung bewirkenden Druck und eine vierte von einem eine positive Rückführung bewirkenden Druck beaufschlagt ist, einen gedrosselten ZuluftanschluS und einen AusgangsdruckanschluB in Verbindung mit der dritten Druckkammer und eine Auslaßdüse, über die eine Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und der Atmosphäre herstellbar ist und die mit einer an dem Innenkörper vorgesehenen PrallflHche zusammenwirkt.

909834/0263

Bel einem bekannten pneumatischen Regler dieser Art hat der Gehäuseinnenraum zylindrische Grundform mit einer Einschnürung durch einen nach Innen vorspringenden Rand In der Mitte. Der Innenkörper hat zylindrische Grundform mit nach außen vorstehenden Rändern an jedem Ende, so daß ein spulenförmiges Gebilde entsteht. Je eine ringförmige Membran erstreckt sich . zwischen den nach außen vorstehenden Rändern des Innenkörpers und der Innenwandung des Gehäuseinnenraumes beiderseits der Einschnürung. Eine dritte ringförmige Membran erstreckt sich zwischen dem nach innen vorspringenden Rand an der Innenwandung des Gehäuseinnenraumes und dem zylindrischen Mittelteil des Innenkörpers. Auf diese Weise wird der Gehäuseinnenraum in drei Druckkammern unterteilt. Vor der einen Stirnfläche des Innenkörpers ist in der Stirnwand des Gehäuses eine Auslaßdüse angeordnet, welche eine Verbindung zwischen der dort gebildeten Druckkammer und der Atmosphere herstellt und durch die Stirnfläche des Innenkörpers mehr oder weniger stark abdeckbar ist. In diese Druckkammer mündet weiterhin ein durch eine Strömungsdrossel gedrosselter Zuluftanschluß. Hinter diesem Zuluftanschluß zweigt ein Ausgangsdruckanschluß ab.

Diese bekannte Anordnung arbeitet als Regler wie folgt:

Auf die an die letzterwähnte Druckkammer angrenzende, sich ala Ringkammer um den Innenkörper herumerstreckende Druckkammer wird ein einen Sollwert w, z.B. einen Temperatursollwert, wiedergebender Druck gegeben. Ein den Istwert χ wiedergebender Druck ist auf die an diese Druckkammer jenseits der mittleren Membran angrenzende Druckkammer geschaltet. Schließlich erhält die Druckkammer, die vor der der Auslaßdüse abgewandten Stirnfläche des Innenkörpers gebildet wird, einen Druck, der einer mit einem geeigneten Zeitverhalten wirksam werdenden positiven Rückführung R entspricht, womit z.B. ein Integralverhalten des Reglers erzielt werden kann. Der Ausgangsdruckanschluß ist mit einem Stellglied, z.B. einem Membranventil, verbunden, durch das der Istwert χ beeinflußbar ist. Eine

90983A/0263

Abweichung von Istwert χ und Sollwert w bewirkt eine Veränderung des Ausgangedruckes, der einer Stellgröße y entspricht. Der Druck In der die Auslaßdüse enthaltenden Druckkammer stellt eine negativ· Rückführung dar.

Im ausgeregelten Zustand sind die Drücke In den Druckkammern paarweise gleich. Während des Regelvorganges treten jedoch Druckdifferenzen zwischen den Druckkammern auf, die auch an den Membranen wirksam werden. Die Membranen müssen daher In der Lage sein, diese Druckdifferenz aufzunehmen. Wenn die Membran hierzu hinreichend dick gemacht und ggf. noch alt einem Gewebe verstärkt werden, dann wird dadurch die freie Beweglichkeit des Innenkörpers und dessen Regelspiel beeinträchtigt. Es ist daher bekannt, in jeder Membran eine Sicke vorzusehen. Dabei tritt eine Hysterese auf, wenn die an der Membran wirksame Druckdifferenz ihr Vorzeichen ändert und daher die Sicke von der einen Seite zur anderen umspringt. Bei einem bekannten pneumatischen Regler der geschilderten Art besteht daher jede Membran aus zwei im Abstand übereinander zwischen Innenkörper und Gehäuse eingespannten ringscheibenförmigen, je eine Sicke bildenden Teilen. Der Zwischenraum zwischen diesen Teilen ist jeweils mit der Atmosphäre verbunden, so daß jede der Sicken unabhängig von dem Vorzeichen der Druckdifferenz zwischen den Druckkammern stets in der gleichen Richtung vorspringt, nämlich zu dem Zwischenraum hin. Eine solche Anordnung ist sehr aufwendig.

Ein weiteres Problem bieten die Toleranzen der wirksamen Flächen, über welche die Drücke in den Druckkammern auf den Innenkörpern wirken. Wenn die Membranflächen der beiden Teile der "Doppelmembranen" nicht genau gleich sind, dann wirkt eine resultierende Kraft, welche den Innenkörper in die eine oder die andere Endstellung zu bewegen trachtet. Es ist bei dem bekannten pneumatischen Regler daher eine Feder vorgesehen, deren Vorspannung einstellbar ist. Durch Einstellung dieser

909834/0263

.-tr -

Feder soll die durch die Flächentoleranzen hervorgerufene resultierende Kraft kompensiert werden. Diese Kompensation 1st jedoch nur näherungsweise möglich, da, wie sich zeigen läßt, der Fehler vom Betrag des Istwertes abhängig ist.

Bei dem bekannten Regler sind die Druckkammern, auf welche die eine Rückführung bewirkenden Drücke aufgeschaltet sind, vor den Stirnflächen des Innenkörpers gebildet, während die Druckkammern für die den Sollwert w und den Istwert χ wiedergebenden Drücke als Ringkaxmnern ausgebildet sind. Der Proportionalbereich, der bei solchen Reglern maximal einstellbar ist, beträgt üblicherweise 500%. Bei der bekannten Reglerkonstruktion muß daher

sein, wobei D der wirksame Durchmesser der großen Membranen und d der wirksame Durchmesser der kleinen Membranen ist. Daraus folgt für die bekannte Anordnung ein Verhältnis der Durchmesser von

§- I - 1,118.

Solche geringen Durchmesserunterschied® sinä hlnslelitllsh dar Toleranzen nur schwer zu beherrschen.

Der Erfindung liegt die Aufgab® sugruaae? ©la©a Regler der eingangs definierten Art @© aussub£ld@n_r Toleranzen der Membranflächen keinem @&&r ©isiaa Einfluß auf das Arbeiten des

Erfindungsgemäß ist der Regler g®Is©nas©ieto®fe üns^h ©läo Kombination der nachstehendeis

(a) Der Gehäuseinnenraum enthält einen Mittelabschnitt von größerem Querschnitt und beiderseits desselben Endabschnitte von gegenüber dem Mittelabschnitt vermindertem Querschnitt.

(b) Der Innenkörper weist einen Mittelteil von größerem Querschnitt und beiderseits desselben Endteile von geringerem Querschnitt auf, wobei der Mittelteil des Innenkörpers im Mittelabschnitt des Gehäuseinnenraumes angeordnet ist und die Endteile des Innenkörpers in die Endabschnitte des Gehäuseinnenraumes hineinragen.

(c) Je eine ringförmige Membran erstreckt sich zwischen jedem der Endteile des Innenkörpers und der Innenwandung des zugehörigen Endabschnitts des Gehäuseinnenraumes, und eine dritte ringförmige Membran erstreckt sich zwischen dem Mittelteil des Innenkörpers und der Innenwandung des Mittelabschnitts des Gehäuseinnenraumes·

(d) Die erste und die zweite Druckkammer sind vor den Stirnflächen des Innenkörpers gebildet und die dritte und vierte Druckkammer erstrecken sich ringförmig um den Innenkörper herum, wobei sie durch die dritte ringförmige Membran voneinander getrennt sind.

Bei einem so aufgebauten Regler ist das für einen Proportionalbereich geforderte Verhältnis der wirksamen Membrandurohmesser gegeben durch

was zu einem Durchmesserverhältnis von

I ■ 6 ° 2,45

führt. Bei einem solchen Durchmesserverhältnis fallen Toleranzen der Durchmesser weniger ins Gewicht.

909834/0263

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann jede der Membranen von einem einsigen dünnen ringscheibenförmigen Teil gebildet sein. . .

Dann fallen resultierende Kräfte weg, die durch unterschiedliche wirksame Flächen der beiden Teile einer Doppelmembran hervorgerufen werden können.

Um trotzdem ohne die eingangs zum Stand der Technik geschilderten Schwierigkeiten eine Druckdifferenz an den Membranen aufnehmen zu können, ist es vorteilhaft daß die ringscheibenförmigen Teile aus einem gummielastischen Werkstoff ohne verstärkende Einlagen bestehen und daß die von den Membranen überbrückten Ringspalte zwischen Innenkörper und Gehäuse beiderseits der Membranen abgeschrägte Kanten aufweisen und so eng sind, daß die Membranen bei Aufblähung infolge einer Druckdifferenz an den abgeschrägten Kanten zur Anlage kommt und gegen überlastung abgestützt wird. r:

Ein Nullpunktabgleich kann dadurch ermöglicht werden, daß die AuslaßdUse axial verstellbar im Gehäuse gehaltert ist. ; ~

Alle vorgespannten Abgleichfedern, wie sie bei dem erwähnten bekannten Regler vorgesehen sind, können dabei entfallen. .

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel' ■ μ unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert)

Fig. 1 zeigt schematisch einen nach der Erfindung

aufgebauten Regler. .

Fig. 2 zeigt «inen Schnitt durch eine konstruktive Aueführung des Reglers. ,. -.·.;-

909834/0263

Das Gehäuse 10 des Reglers bildet einen Göhäusainnenrauo 12 der einen zylindrischen Mittelabschnitt 14 von größerem Querschnitt und beiderseits desselben zylindrische Endabschnitte 16 und von gegenüber dem Mittelabschnitt 14 vermindertem Querschnitt enthält. In dem Geh3useinnenraum 12 ist ein Innenkörper 20 axialbeweglich angeordnet. Dieser Innenkörper 20 weist einen zylindrischen oder scheibenförmigen Mittelteil 22 von größerem Querschnitt und beiderseits desselben zylindrische Endteile und 26 von geringerem Querschnitt auf. Der Mittelteil 22 des Innenkörpers 20 ist im Mittelabschnitt 14 des Gehäuseinnenraumes 12 angeordnet, und die Endteile 24 und 26 des Innenkörpers 20 ragen in die Endabschnitte 16 bzw. 18 des Gehäuseinnenraumes hinein. Je eine ringförmige Membran 28,30 erstreckt sich zwischen jedem der Endteile 24 bzw. 26 des Innenkörpers 20 und der Innenwandung des zugehörigen Endabschnitts 16 bzw. 18 des Gehäuseinnenraumes. Eine dritte ringförmige Membran 32 erstreckt sich zwischen dem Mittelteil 22 des Innenkörpers 20 und der Innenwandung des Mittelabschnitte 14 des Gehäuseinnenraumes 12.

Die Membranen 28,30,32 unterteilen den Gehäuseinnenraum 12 in vier Druckkammern. Eine erste Druckkammer 34 ist vor der in den Figuren unteren Stirnfläche des Innenkörpers 20 in dem Endabschnitt 18 gebildet und wird von der Membran 30 begrenzt. Eine zweite Druckkammer 36 ist vor der in den Figuren oberen Stirnfläche des Innenkörpers 20 in dem Endabschnitt 16 gebildet und wird von der Membran 28 begrenzt. Eine dritte Druckkammer 40 erstreckt sich ringförmig um den Innenkörper herum zwischen den Membranen 28 und 32. Eine vierte Druckkammer 42 erstreckt sich ringförmig um den Innenkörper herum zwischen den Membranen 32 und 30.

Die erste Druckkammer 34 ist über einen Anschluß 44 von einem den Sollwert w wiedergebenden Druck beaufschlagt. Die zweite Druckkammer 36 ist über einen Anschluß 46 von einem den Istwert χ wiedergebenden Druck beaufschlagt. Dieser Druck wirkt

909834/0263

λΛ

nach unten in Figur 2 auf den Innenkörper 20 und wirkt somit dem Druck in der ersten Druckkammer entgegen, der eine nach oben in Figur 2 wirkende Kraft auf den Innenkörper 20 ausübt. In der dritten Druckkammer 40 wirkt ein Druck, der «ine negative Rückführung R*" bewirkt. In die dritte Druckkammer mündet ein über eine Strömungsdrossel 48 gedrosselter Zuluftanschluß 50. Weiterhin ragt in die dritte Druckkammer eine Auslaßdüse 52, über die eine Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 40 und der Atmosphäre herstellbar ist. Diese Auslaßdüse 52 wirkt mit einer an dem Innenkörper 20 vorgesehenen Prallflache 54 zusammen, die hier von der Stirnfläche des Mittelteile 22 gebildet wird. Ein Ausgangsdruckanschluß 56, an dem ein die Stellgröße y bestimmender Druck abgenommen wird, steht in Verbindung mit der dritten Druckkammer 40 und dem Zuluftanschluß 50 stromab von der Strömungsdrossel 48. Auf diese Weise wird ein Druck in der dritten Druckkammer 40 erzeugt, welcher der Stellgröße y proportional ist und auf den Innenkörper 20 eine nach unten in Figur 2 gerichtete resultierende Kraft ausübt, dil© also in der gleichen Richtung wirkt wie der den Sollwert χ wiedergebende Druck in der ersten Druckkammer. Die Auslaßdüse 52 ist mittels eines Feingewindes axial verstellbar in Gehäuse 10 gehaltert.

Auf die vierte Druckkammer 42 wird schließlich über einen Anschluß 58 ein Druck gegeben, der einer positiven Rückführung R* entspricht.

Jede der Membranen 28,30,32 ist vora ©Ine® einzigen_s ringscheibenförmigen Teil gebildet« dessen Dicke b®iiipieJLsweis@ 0,3 bis 0,5 nun bei einer radial©« Br©it© von 1«g η b©teag©u Kann. Die ringscheibenföraiigen Teil® besfe®h®n aus ©inera guifsnialastischen Werkstoff ahn® v@sBtäskmnä® EinXagon und daiher hochflexibel. Die von d©a Membranen 28_i3©_1?32 öbesbslä Ringspalte 60,62,64 zwlmahmn %mv&nk&gp®% 20 im«3 GoMuib© D© weisen beiderseits der HemhgQM 2S_ff3iD_?32 abgfsssoteägfe s,Β« 66,68,70 uad 12_e eaf ^mS, oimä ß® ©ag,? <äaß <äi©

909834/0263

23,30,32 bei Aufblähung infolge einer Druckdifferenz an den abgeschrägten Kanten zur Anlage kommen und gegen Überlastung abgestützt werden.

8098

Claims

β .?. ~ ι #· y -; rr r>!"~. r j Patentansprüche

1. Pneumatischer Regler, bei welchem Sollwert und Istwert sowie eine positive und eine negative Rückführung durch Drücke dargestellt sind und welcher einen eine Stellgröße bestimmenden Ausgangsdruck liefert, enthaltend: ein Gehäuse, einen beweglichen Innenkörper, der durch drei Membranen zentrisch in dem Gehäuse gehaltert ist, wobei ein Gehäuseinnenraum durch die Membranen in vier Druckkammern unterteilt ist, von denen eine erste von einem den Sollwert wiedergebenden Druck, eine zweite von einem den Istwert wiedergebenden und dem Druck in der ersten Druckkammer entgegenwirkenden Druck, eine dritte von einem eine negative Rückführung bewirkenden Druck und eine vierte von einem eine positive Rückführung bewirkenden Druck beaufschlagt ist, einen gedrosselten Zuluftanschluß und einen Ausgangsdruckanschluß in Verbindung mit der dritten Druckkammer und eine Auslaßdüse, über die eine Verbindung zwischen d«r zweiten Druckkammer und der Atmosphäre herstellbar ist und die mit einer an dem Innenkörper vorgesehenen Prallfläche zusammenwirkt,

gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Merkmale ζ

(a) Der Gehäuseinnenraum (12) enthält einen Mittelabschnitt (14) von größerem Querschnitt und beiderseits desselben Endabschnitte (16/18) von gegenüber dem Mittelabschnitt (14) verminderten Querschnitt.

909834/0263 - " -

ORIGINAL INSPECTED

(b) Der Innenkörper (20) volet einen Mittelteil (22) von größerem Querschnitt und beiderseits desselben Endteile (24,26) von geringerem Querschnitt auf, wobei der Mittelteil (22) des Innenkörpers (20) la Mittelabschnitt (14) des Gehäuseinnenraumes (12) angeordnet ist und die Endteile (24,26) des Innenkörpers (20) in die Endabschnitte (16,18) des Gehäuseinnenraumes (12) hineinragen.

(c) Je eine ringförmige Membran (28,30) erstreckt sich zwischen jedem der Endteile (24,26) des Innenkörpers (20) und der Innenwandung des zugehörigen Endabschnitts (16,18) des Gehäuseinnenraumes (12), und eine dritte ringförmige Membran (32) erstreckt sich zwischen dem Mittelteil (22) des Innenkörperβ (20) und der Innenwandung des Mittelabschnitts (14) des Gehäüseinnenraumes (12).

(d) Die erste und die zweite Druckkammer (34,36) sind vor den Stirnflächen des Innenkörpers (20) gebildet und die dritte und vierte Druckkammer (40,42) erstrecken sich ringförmig um den Innenkörper (20) herum, wobei sie durch die dritte ringförmige Membran (32) voneinander getrennt sind.

2. Pneumatischer Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das jede der Membranen (28,30,32) von einem einzigen dünnen ringscheibenförmigen Teil gebildet ist.

3.. Pneumatischer Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringscheibenförmigen Teile aus einea gummielastischen Werkstoff ohne verstärkende Einlagen bestehen und daß die von den Membranen (28,30,32) überbrückten Ringspalte (60,62,64) zwischen Innenkörper (20) und Gehäuse (10) beiderseits der Membranen (28,30,32)

909834/0263

- 12 -

abgeschrägte Kanten (66,68,70,72) aufweisen und so eng sind, daß die Membranen (28,30,32) bei Aufblähung infolge einer Druckdifferenz an den abgeschrägten Kanten
(66,68,70,72) zur Anlage kommen und gegen überlastung abgestützt werden.

4. Pneumatischer Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die AuslaBdüse (52) axial verstellbar im Gehäuse (10) gehaltert ist.

909334/0283