DE2806830B2

DE2806830B2 -

Info

Publication number: DE2806830B2
Application number: DE19782806830
Authority: DE
Inventors: Guenther Ing.(Grad.) 5650 Solingen Roth
Original assignee: Gec - Sunvic Regler 5650 Solingen GmbH
Current assignee: Gec - Sunvic Regler 5650 Solingen GmbH
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1979-12-13
Also published as: DE2806830A1; GB2014761B; DE2806830C3; GB2014761A

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen 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 der zweiten Druckkammer und der Atmosphäre herstellbar ist und die mit einer an dem Innenkörper vorgesehenen Prallfläche zusammenwirkt.

Bei 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 Atmosphäre 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 als Ringkammer um den Innenkörper herumerstreckende Druckkammer wird ein einen Sollwert w, z. B. einen Temperaturaollwert, 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 Abweichung von Istwert χ und Sollwert w bewirkt eine Veränderung des Ausgangsdruckes, der einer Stellgröße y entspricht Der Druck in der die Auslaßdüse enthaltenden Druckkammer stellt eine negative 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 mit einem Gewebe verstärkt werden, dann wird dadurch die freie Beweglichkeit des Innenkörpen, 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 Feder soll die durch die Flächentoleranzen hervorgerufene resultierende Kraft kompensiert werden. Diese Kompensation ist 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 Ringkammern ausgebildet sind. Der Proportionalbereich, der bei solchen Reglern maximal einstellbar ist, beträgt üblicherweise 500%. Bei dtr bekannten Reglerkonstruktion muß daher

= 5

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

/4= 1.Π8-

Solche geringen Durchmesserunterschiede sind hinsichtlich der Toleranzen nur schwer zu beherrschen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Regler der eingangs definierten Art so auszubilden, daß Toleranzen der Membranflächen keinen oder einen verminderten Einfluß auf das Arbeiten des Reglers haben.

Durch die GB-PS 10 09 887 ist ein System von pneumatischen Steuerelementen bekannt Eines dieser Steuerelemente ist ein Vergleicher mit einem in einem Gehäuseirnenraum angeordneten Innenkörper, bei welchem der Gehäuseinnenraum durch drei zwischen Gehäusewandung und Innenkörper eingespannte Membranen in vier Kammern unterteilt ist Der Innenkörper

jo weist einen Mittelteil von größerem Querschnitt und beiderseits desselben Endteile von geringerem Querschnitt auf. Der Gehäuseinnenraum hat eine dazu im wesentlichen komplementäre Grundform. Die beiden zu vergleichenden Drücke werden auf die beiden ringför-

j 5 migen inneren Kammern gegeben. Die vor der Stirnfläche des Innenteils gebildeten Kammern stehen mit Druckmittelanschlüssen in Verbindung. Die Stirnflächen des Innenkörpers beherrschen je einen Aus!aß.
Es handelt sich dabei um eine schaltende Vorrichtung, die je nachdem, welcher der zu vergleichenden Drücke der größere ist, in die eine oder die andere Endstellung geht Es handelt sich also nicht um einen stetigen Regler der vorliegenden Art, und die zu vergleichenden Drücke werden nicht auf die Kammern vor den Stirnflächen des Innenkörpers gegeben.

Erfindungsgemäß ist der Regler gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Merkmale:

(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 Endauschnitte des Gehäuseinnenraumes hineinragen.

to (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.

(e) In die dritte Druckkammer ragt die axial verstellbar im Gehäuse gehalterte Auslaßdüse, die mit einer von der ringförmigen Stirnfläche des Mittelteils gebildeten Prallfläche zusammenwirkt.

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

—£— ^{= 5}'

was zu einem Durchmesserverhältnis von
£ = tfT- 2,45

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

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann jede der Membranen von einem einzigen 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.

Ein Nullpunktabgleich kann dadurch ermöglicht werden, daß die Auslaßdüse 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 unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert

F i g. 1 zeigt schematisch einen nach der Erfindung aufgebauten Regler;

Fig.2 zeigt einen Schnitt durch eine konstruktive Ausführung des Reglers.

Das Gehäuse 10 des Reglers bildet einen Gehäuseinnenraum 12 der einen zylindrischen Mittelabschnitt 14 von größerem Querschnitt und beiderseits desselben zylindrische Endabschnitte 16 und 18 von gegenüber dem Mittelabschnitt 14 vermindertem Querschnitt enthält In dem Gehäuseinnenraum 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 24 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 12 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 Mittelabschnitts 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 nach unten in Fig.2 auf den Innenkörper 20 und wirkt somit dem Druck in der ersten Druckkammer entgegen, der eine nach oben in Fig.2 wirkende Kraft auf den Innenkörper 20 ausübt In der dritten Druckkammer 40 wirkt ein Druck, der eine negative Rückführung R-bewirkt In die dritte Druckkammer 40 mündet ein über eine Strömungsdrossel 48 gedrosselter Zuluftanschluß 50. Weiterhin ragt in die dritte Druckkammer 40 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 Prallfläche 54 zusammen, die hier von der Stirnfläche des Mittelteils 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 F i g. 2 gerichtete resultierende Kraft ausübt, die also in der gleichen Richtung wirkt wie der den Sollwert χ wiedergebende Druck in der ersten

so 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 von einem einzigen, dünnen, ringscheibenförmigen Teil gebildet, dessen Dicke beispielsweise 03 bis 0,5 mm bei einer radialen Breite von 1,6 mm betragen kann. Die ringscheibenförmigen Teile bestehen aus einem gummielastischen Werkstoff ohne verstärkende Einlagen und sind daher hochflexibel. Die von den Membranen 28, 30, 32 überbrückten Ringspalte 60,62,64 zwischen Innenkörper 20 und Gehäuse 10 weisen beiderseits der Membran 28,30,32 abgeschrägte Kanten, z. B. 66,68, 70 und 72, auf und sind so eng, daß die Membranen 28,30,32 bei Aufblähung infolge einer Druckdifferenz an den abgeschrägten Kanten zur Anlage kommen und gegen Überlastung abgestützt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 D. ruck und eine vierte von einem eine positive Rückführung bewirkenden Druck beaufschlagt ist, einen gedrosselten Zuluftanschluß und einen Ausgangsdruckan-Schluß 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 Prallfläche zusammenwirkt,

gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Merkmale:

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

(b) Der Innenkörper (20) weist einen Mittelteil (22) von größerem Querschnitt und beiderseits ^ll desselben Endteile (24, 26) von geringerem Querschnitt auf, wobei der Mittelteil (22) des Innenkörpers (20) im 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 Innenkörpers (20) und der Innenwandung des Mittelabschnitts (14) des ⁵" Gehäuseinnenraumes (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.

(e) In die dritte Dmckkammer (40) ragt die axial verstellbar im Gehäuse (10) gehalterte Auslaß- ^b0 düse (52), die mit einer von der ringförmigen Stirnfläche des Mittelteils (22) gebildeten Prallfläche (54) zusammenwirkt.

2. Pneumatischer Regler nach Anspruch 1, _b5 dadurch gekennzeichnet, daß 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 einem gummielastischen Werkstoff ohne verstärkenden 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) 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.