DE2827753A1

DE2827753A1 - Steuervorrichtung fuer eine betaetigungseinrichtung, insbesondere fuer den stellantrieb eines ventils

Info

Publication number: DE2827753A1
Application number: DE19782827753
Authority: DE
Inventors: Clemens Ryzner
Original assignee: Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1978-06-23
Filing date: 1978-06-23
Publication date: 1980-01-03
Also published as: GB2026138B; DE2827753B2; PL216525A1; GB2026138A; FI791952A; FI62716C; FI62716B; NL7904777A; DE2827753C3

Description

Steuervorrichtung für eine Betätigungseinrichtung, insbesondere für den Stellantrieb eines Ventils

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Betätigungseinrichtung, insbesondere für den Stellantrieb eines Ventils, beispielsweise eines Mischventils, wobei ein in einem Gehäuse verschiebbares Steuerorgan vorgesehen ist.

Das Teilen und Mischen von Stoffströmen, wie z. B. bei Temperaturregelungen etwa für die Kühleinrichtungen von Großdieselmotoren, muß bei rauhem Betrieb mit ständigen starken Erschütterungen mittels Ventilen ausgeführt werden, die für diese Betriebsart geeignet sind. Das bedeutet, daß auch die Hilfs- und Steuergeräte einfach und robust ausgeführt sein müssen und übliche Präzisionsinstrumente als Soll- und Istwertgeber zum Einregeln nicht verwendet werden können.

Bei Mischventilen mit zv/ei Eingängen für "kalt" und "warm" ergibt sich das Problem, die Temperatur am Ausgang möglichst konstant zu halten, vor allem wenn die Temperatur des am Eingang "warm" zugeführten Mediums starken Schwankungen unterworfen ist.

Zur Steuerung solcher Mischventile werden häufig Widerstandsthermometer verwendet, bei denen durch Versuche festgestellt wurde, daß sie eine Ansprechverzögerung von 100 bis 200 s/°G haben. Das bedeutet, daß in dem für solche Zwecke hauptsächlich in Betracht kommenden Temperaturbereich*, von ca. 60 bis 70 G eine Temperaturänderung von I⁰G erst nach 100 bis 200 Sekunden als Änderung des elektrischen Widerstandes vermerkt wird. Bei Verwendung von 2-Punkt-Reglern, die nur in die Stellungen "voll auf" und "voll zu" gefahren werden können, würde sich ein ständiges Auf und kl -wischen zu hoher und zu tiefer Temperatur ergeben. Elektronische Regler arbeiten genauer, sind aber aufwendig und oft für den erwähnten rauhen Betrieb

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nicht geeignet. Außerdem ergibt sich durch ihre Punktionsweise vor allem bei schneller Temperaturänderung zwar eine schnellere Ansprechzeit, dafür aber ergeben sich größere Unterschiede, so daß auch hier in Verbindung mit der schon genannten Verzögerung an den Widerstandsthermometern eine starke Schwankung um den gewünschten Wert herum auftritt. Diese Regelungen sind unbefriedigend in all den Fällen, in denen in kurzer Zeit plötzliche Temperaturänderungen auftreten können, wie es z. B. bei Dieselmotoren der Pail ist, die mit schwankender Leistungsabgabe arbeiten. Durch die Verzögerung der Widerstandsthermometer oder sonstiger Temperaturfühler ergeben sich starke Schwankungen, ohne daß der gewünschte optimale Wert innerhalb einer zugelassenen kleinen Toleranz eingehalten werden kann, wobei sich für das Bauteil, bei dem die Temperatur über längere Zeit beibehalten werden soll, nachteilige Folgen ergeben.

V/egen dieser Unzulänglichkeiten werden Wachsregler dort eingesetzt, xto die zu regelnde bzw. konstant zu haltende Temperatur auftritt, beispielsweise am Ausgang eines Teil- oder Mischventiles. Bei diesen Reglern wird eine durch Temperaturänderung bewirkte Ausdehnung über ein Gestänge zur Verstellung eines Ventils verwendet. Hierdurch ergibt sich eine Ansprechgenauigkeit von etwa +_ 4 bis 8°C,. die aber, nicht ausreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß sie im Aufbau und robust ist, eine genaue Regelung zuläßt und auch bei Erschütterungen einwandfrei arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuervorrichtung mit einem in einem Gehäuse verschiebbaren Steuerorgan dadurch gelöst, daß ein relativ zu dem Steuerorgan verschiebbares Steuerelement vorgesehen ist, das durch das Steuerorgan in dem Gehäuse verstellbar ist.

Während bei einem üblichen 2-Punkt-Regler z. B. durch öffnen und Schließen einer Leitung mittels eines Steuerorgans _ g _

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sich, dauernd ein Übersteuern ergibt und eine hone Schalthäufigkeit auftritt, wenn ein bestimmter enger Temperaturbereich am Austritt eines Mischventils angesteuert werden soll, kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Steuervorrichtung bei wesentlich geringerer Schalthäufigkeit ein angesteuerter, enger Temperaturbereich mit größerer -Genauigkeit eingehalten werden. Dies erfolgt dadurch, daß bei Beginn einer Steuerbewegung ein Schaltvorgang ausgelöst und über einen bestimmten Stellweg aufrechterhalten werden kann, während bei Umkehr der Steuerbewegung durch die Mitnahme bzw. Relativverschiebbarkeit zwischen Steuerorgan und Steuerelement ein umgekehrter Schaltvorgang ausgelöst werden kann, obwohl sich das Steuerorgan in einer bestimmten Entfernung von.der Stellung befindet, in der der vorausgehende Schaltvorgang ausgelöst wurde. Die Relatiwerschiebbarkeit zwischen Steuerorgan und Steuerelement ermöglicht ein vorzeitiges Ansprechen auf eine Änderung des eingegebenen Wertes, wodurch ein Übersteuern weitgehend vermieden und dadurch auch die Schalthäufigkeit verringert wird. Eine solche Steuervorrichtung kann trotz der hohen Ansprechgenauigkeit einen sehr einfachen und robusten Aufbau haben.

Das Steuerorgan und das relativ zu diesem bewegliche Steuerelement sind bei der erfindungsgemäßen Ausbildung gegen unterschiedlich starke Widerstände verschiebbar, wobei der Verstellweg des Steuerelementes durch Anschläge begrenzt wird. Je nachdem, ob der Reibungswiderstand des Steuerorgans relativ zum Steuerelement größer ist als dessen Reibungswiderstand am Gehäuse oder umgekehrt, sind verschiedene Ausführungsformen möglich, wobei jeweils der Verstellweg des Steuerelementes durch Anschläge, sei es am Steuerorgan und/oder am Gehäuse, begrenzt wird.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Steuervorrichtung kann sowohl hydraulisch bzw. pneumatisch als" auch elektrisch arbeiten. Hierzu können im Gehäuse sowie im Steuerorgan und/oder im Steuerelement von diesem freigebbare und absperrbare Druckmittelleitungen vorgesehen werden oder es können am Gehäuse

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sowie am Steuerorgan und/oder am Steuerelement von diesen betätigbare elektrische Kontakte Torgesehen werden.

Das Steuerorgan und das Steuerelement können in jeder ge-.eigneten Form ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise ist das Steuerorgan als Stange ausgebildet, die für die Anlage einer Verstelleinrichtung mit wenigstens einem Ende am Gehäuse frei liegt, wobei das Steuerelement als auf der Stange verschiebbarer Ring ausgebildet ist, der mit seinem Außenumfang an der Gehäusewand gleitet.

Weitere Ausgestaltungen nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine pneumatisch bzw. hydraulisch arbeitende Steuervorrichtung, wobei sich Steuerorgan und Steuerelement in einer Endstellung befinden;

Fig. 2 bis 5 die Steuervorrichtung nach Fig. 1, wobei Steuerorgan und Steuerelement verschiedene Stellungen relativ zueinander einnehmen;

Fig. 6 eine andere Ausführungsform einer pneumatisch bzw. hydraulisch arbeitenden Steuervorrichtung;

Fig. 7 in einem Längsschnitt eine elektrisch arbeitende Steuervorrichtung, wobei Steuerorgan und Steuerelement sich in einer Endstellung befinden;

Fig. 8 bis 11 die Steuervorrichtung nach Fig. 7» wobei^Steuerorgan und Steuerelement sich in verschiedenen Stellungen relativ zueinander befinden; und

Fig. 12 eine abgewandelte Ausführungsform einer elektrisch arbeitenden Steuervorrichtung. ο

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In den Figuren ist mit 1 ein Gehäuse mit einer zentrischen Bohrung bezeichnet, in der in Richtung der Längsachse eine Steuerstange 2 verschiebbar ist. Diese Steuerstange 2 ist im oberen Teil des Gehäuses 1 an einem verengten Abschnitt 3 dieser zentrischen Bohrung und im unteren Teil des Gehäuses mittels einer durch ein Gewinde verstellbaren Führung 4 geführt. Mit 5 sind Dichtungsringe an diesen Führungsabschnitten bezeichnet. Das auf der Außenseite des Gehäuses vorstehende Ende der Steuerstange ist mit diametral vorstehenden Zapfen 6 und einem daran anliegenden Federteller 7 versehen, an dem sich eine am Gehäuse 1 anliegende Druckfeder 8 abstützt, welche die Kolbenstange 2 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten drückt.

Bei 9 ist in den Figuren schematisch eine Verstelleinrichtung angedeutet, die in Abhängigkeit von Temperaturänderungen in der angegebenen Pfeilrichtung Verstellbewegungen ausführt. Bei dieser Verstelleinrichtung kann es sich z. B. um einen Wachsregler handeln, dessen auf einer Seite im Wachs eingebetteter Stift die Steuerstange 2 beaufschlagt. Es können auch andere Verstelleinrichtungen als Meßwertgeber vorgesehen werden. Zur Umsetzung von Temperaturänderungen in Längenänderungen können beispielsweise Metalle mit hohem Ausdehnungskoeffizienten, Flüssigkeiten oder andere Einrichtungen vorgesehen werden, die ähnlich einem Wachsregler arbeiten.

Auf der Steuerstange 2 ist bei allen Ausführungsformen ein Steuerring 10 verschiebbar angeordnet, der bei der Ausführungsform nach den Figo ^Λ bis 6 auf einem im Durchmesser verringerten Abschnitt -H der Steuerstange 2 angeordnet ist. Die Absätze der Steuerstange bilden Anschläge für den Steuerring 10. Mit sind in Achsrichtung des Steuerringes 10 verlaufende Bohrungen bezeichnet, die bei der pneumatischen bzw.hydraulischen Arbeitsweise der Steuervorrichtung eine Verbindung zwischen den beiden Seiten des Steuerringes "0 herstellen»

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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 ist am Gehäuse bei 14 ein Anschluß für die Zuleitung eines Druckmediums und bei 15 ein Anschluß für die zu dem zu steuernden Ventil führende.. Leitung vorgesehen. Die Steuerstange 2 ist auf der Seite des Einlasses 14 des Druckmediums mit einer längs der Achse verlaufenden Steuerbohrung 16 versehen, die bei 17 in radialer Richtung in einen Ringkanal auf dem im Durchmesser verringerten Abschnitt 11 mündet. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Steuerstange 2 in entsprechender Weise mit einer längs der Achse verlaufenden Steuerbohrung 18 versehen, die bei 19 mit der Atmosphäre in Verbindung steht und bei 20 in einen Ringkanal auf dem Abschnitt 11 mündet. Die Mündungsöffnungen 17 und 20 sind auf dem Abschnitt 11 der Steuerstange 2 in einem solchen Abstand voneinander angeordnet, daß sie einzeln und gemeinsam von dem Steuerring 10 abgedeckt werden können.

Auf dem Außenumfang des Steuerrings 10 sind Dichtungsringe 21 angeordnet. Mit 22 sind Dichtungsringe auf dem Abschnitt 11 der Steuerstange 2 bezeichnet. Diese Dichtungen 21 und 22 sind so ausgebildet und angeordnet, daß die Reibung am Außenumfang des Steuerrings 10 in der zentrischen Bohrung des Gehäuses 1 wesentlich höher ist als die Reibung des Abschnitts 11 der Steuerstange 2 in der Bohrung des Steuerringes 10, so daß die Steuerstange 2 solange gegenüber dem Steuerring 10 verschoben werden kann, bis dieser von der Steuerstange 2 durch einen der Absätze 12 mit genommen wird.

Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung nach Fig. 1 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 5 näher erläutert. Die Steuervorrichtungtung wird relativ zu dem Wachsregler bzw. dem Ausdehnungsgerät 9j das Temperaturänderungen in Längenänderungen umsetzt, so angeordnet, daß bei der gewünschten minimalen Temperatur von z.B. 60°C das Ausdehnung« ~c-rät 9 gerade an der Steuerstange 2 anliegt, wenn der Steuerring 10 durch die von der Feder 8 beaufschlagte Steuerstange 2 an der verstellbaren Führungs 4 anliegend gehalten wird. In dieser in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung

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ist die Zufuhr des Druckmediums durch die Bohrung 16 und die radiale Mündungsöffnung 17 durch den Steuerring 10 abgesperrt. Die zum Ventil bzw. Stellantrieb führende Anschlußleitung 15 ist über die Längsbohrungen 13 im Steuerring 10, die radiale Mündungsöffnung 20 und die Längsbohrung 18,19 mit der Atmosphäre verbunden und damit entlüftet. Das zu steuernde Mischventil ist bei dieser Stellung der Steuervorrichtung beispielsweise durch Federkraft_f in eine Endstellung gefahren, in der der Anschluß "kalt" vollkommen abgesperrt und der Anschluß "warm" voll geöffnet ist.

Wenn in dieser Stellung der Steuervorrichtung nach Fig. 1 eine Temperaturerhöhung am Ausgang des Mischventils auftritt, so bewirkt diese eine Verstellung des Ausdehnungsgeräts 9» so daß die Steuerstange 2 entgegen der Kraft der Feder 8 und dem an der Steuerstange 2 anliegenden Druck des bei 14 eingeleiteten Druckmediums in das Gehäuse 1 hineingeschoben wird, wobei der Steuerring 10 aufgrund der höheren Reibung an der Gehäusewand in seiner Stellung verbleibt, bis der in Fig. 2 wiedergegebene Betriebszustand erreicht ist. Die Steuervorrichtung kann so ausgelegt werden, daß eine Temperaturerhöhung von 0,4⁰C am Auslaß des Mischventils die Steuerstange 2 soweit verschiebt, daß die Mündungsöffnung 20 abgesperrt wird, während gleichzeitig noch die Mündungsöffnung 17 abgesperrt bleibt, so daß die zum Ventil bzw. Stellantrieb führende Leitung 15 nicht mehr entlüftet ist. Eine weitere Erhöhung um 0,4⁰C verschiebt die Steuerstange 2 soweit, daß bei weiterhin abgesperrter Entlüftung die Mündungsöffnung 17 der von dem Druckmittel beaufschlagten Bohrung 16 freigelegt wird, so daß das Ventil bzw. der Stellantrieb mit Druckmedium beaufschlagt wird und das Mischventil aus der Endstellung herausführt, wodurch der Anschluß "kalt" etwas geöffnet und der Anschluß "warm" entsprechend gedrosselt wird.

Steigt die Temperatur am Auslaß des Mischventils trotzdem weiter, so werden nunmehr Steuerstange 2 und Steuerring 10 zusam-

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men im Gehäuse nach oben verschoben, bis die in Fig. 3 wiedergegebene Stellung erreicht ist, in der weiterhin die Entlüftung abgesperrt und der Durchlaß des Druckmediums zum Stellantrieb offen ist. Das Mischventil wird somit weiter in Richtung auf die andere Endstellung gefahren, bis im Extremfall der Anschluß "kalt" voll offen und der Anschluß "warm" voll geschlossen ist.

Durch die verstellbare Führung 4 kann der mögliche Hub des Steuerringes 10 den .Temperaturänderüngen entsprechenden Längenänderungen des Ausdehnungsgeräts 9 so angepaßt werden, daß die Anlage des Steuerringes 10 in der oberen Endstellung am_Gehäuse 1, wie es die Fig. 3 zeigt, bei der gewünschten Maximaltemperatür von z.B. 63°C gegeben ist.

Wenn die Temperatur bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Stellung um 0,4⁰C unter 63⁰C absinkt, so wird entsprechend der Rückstellbewegung des Ausdehnungsgerätes 9 die Steuerstange 2 durch die Druckfeder 8 und/oder durch den an der Steuerstange 2 anliegenden Druck des bei 14 eingeleiteten Druckmediums soweit nach unten verschoben, daß die Mündungsöffnung 17 der Zuführungsleitung des Druckmediums abgeschlossen und der Stellantrieb des Mischventils nicht weiter beaufschlagt wird. Bei weiterem Absinken der Temperatur um 0,4⁰C zieht sich das Ausdehnungsgerät 9 weiter zurück, wobei die Steuerstange 2 in die in Fig. 4 wiedergegebene Stellung verschoben wird, in der die Mündungsöffnung 20 der Entlüftungsleitung von dem in seiner Stellung verbliebenen Steuerring 10 freigegeben ist und über die Längsbohrung 13 im Steuerring den Stellantrieb des Mischventils entlüftet, so daß das Mischventil in die Position weniger "kalt", mehr "warm" gefahren wird. Sinkt die Temperatur weiter, so wird schließlich auch der Steuerring 10 von der sich weiter nach unten verschiebenden Steuerstand 2 durch den oberen Absatz 12 mitgenommen.

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Bleibt die Temperatur auf einem Wert zwischen 63 und 6O⁰C, so wird zunächst die Verstellbewegung der Steuerstange bei unveränderter Beaufschlagung des Stellantriebs am Mischventil unterbrochen. Wenn aber die Temperatur um 0,4⁰C wieder ansteigt, so wird die Steuerstange 2 soweit relativ zum Steuerring 10 verschoben, daß beide Mündungsöffnungen 17 und 20 abgesperrt sind, und damit das Mischventil die zuletzt eingenommene Stellung beibehält. Die Stellung von Steuerstange 2 und Steuerring 10 über diese Betriebsart ist in Fig. 5 wiedergegeben. Durch eine Temperaturänderung um +_ 0,4⁰C wird eine der Öffnungen 17 oder 20 durch eine Verschiebebewegung der Steuerstange 2 relativ zum Steuerring 10 freigegeben, worauf einer der zuvor beschriebenen Steuervorgänge erfolgt.

Mit der beschriebenen Steuervorrichtung ist es somit möglich, eine Temperatur am Ausgang eines Mischventils bei einer Ansprechgenauigkeit von + 0,4⁰C in einem Toleranzbereich von 3°C konstant zu halten.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 ist die Steuerstange 2 neben der Druckfeder 8 auch durch den Druck des bei 14 zugeführten Druckmediums beaufschlagt. Bei einem entsprechend hohen Druck des Druckmediums könnte die Druckfeder 8 entfallen.

Die Fig. 6 zeigt eine abgewandelte AusfUhrungsform der pneumatisch oder hydraulisch arbeitenden Steuervorrichtung nach den Fig. 1 bis 5, wobei gleiche oder entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind die Reibungswiderstände zwischen Steuerstange, Steuerring und Gehäusewand so ausgelegt, daß der Reibungswiderstand zwischen Steuerstange 2 und Steuerring 10 wesentlich höher ist als de" zwischen dem Außenumfang des Steuerrings 10 und der Gehäusewand. Gegenüber der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 ist anstelle des Anschlusses 14 für die

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Druckmittelzufuhr und der durch die Steuerstange führenden Steuerbohrung 16 bei der'Bauweise nach Fig. 6 eine seitlich am Gehäuse angeordnete Anschlußbohrung 23 für das Druckmittel vorgesehen, die von dem Steuerring 10 abgesperrt und freigegeben werden kann. Anstelle der durch die Steuerstange führenden Entlüftungsbohrung 18,19 ist ferner im Bereich des Verstellweges des Steuerringes 10 eine Entlüftungsbohrung 24 seitlich am Gehäuse angebracht. Ferner sind bei der Bauweise nach Fig. 6 auf der Steuerstange 2 keine Anschläge für den Steuerring 10 ausgebildet, da dieser aufgrund der höheren Reibung mit der Steuerstange von dieser ohnehin mitgenommen wird, sobald sie sich verstellt und der Verstellweg des Steuerrings 10 nicht durch einen der Anschläge 25 oder 26 begrenzt wird, die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 durch einen Absatz der zentrischen Bohrung im Gehäuse und durch die verstellbare Führung 4 gebildet werden.

Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung nach Fig. 6 entspricht der nach den Fig. 1 bis 5· Die Stellung von Steuerstange 2 und Steuerring 10 in Fig. 6 entspricht der in Fig. 1. Der Stellantrieb am Mischventil ist über die Bohrung 24 entüftet, während die Druckmittelzufuhr bei 23 abgesperrt ist. Bei einer Temperaturerhöhung um 0,4⁰C wird die Steuerstange 2 zusammen mit dem Steuerring 10 von dem Ausdehnungsgerät 9 soweit in das Gehäuse eingedrückt, daß von dem Steuerring 10 die beiden Bohrungen 23 und 24 abgedeckt sind, und damit die Entlüftung des Stellantriebsmischventil unterbrochen wird. Bei einer weiteren Temperaturerhöhung um 0,4⁰C wird die Steuerstange 2 mit dem Steuerring 10 weiter nach oben verschoben, so daß bei Absperrung der Entlüftungsbohrung 24 die Bohrung 23 freigegeben wird, sobald über die Längsbohrungen 13 im Steuerring 10 Druckmittel zum Stellantrieb des Mischventils gelangt. Bei einer weiteren Verstellung der Steuerstange 2 nach oben bleibt dieser Zustand beibehalten, dn Jer Steuerring 10 durch Anlage an dem Anschlag 25 festgehalten wird, wobei die Entlüftungsbohrung 24 abgesperrt ist.

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Wenn, die Temperatur um 0,4°C sinkt, se· wird die Steuerstange 2 mittels der Druckfeder 9 wieder nach unten gedruckt, wobei gleichzeitig der Steuerring 10 mitgenommen wird, unabhängig davon, in welcher Stellung sich die Steuerstange 2 zuvor befunden hat. Hierdurch kann sofort die Druckmittelzufuhr abgesperrt und bei weiterem Absinken der Temperaturum 0,4⁰C die Entlüftungsbohrung 24 freigegeben werden.

Bei der schematisehen Darstellung in Fig. 6 ist kein Anschlag für die Verstellbewegung der Steuerstange 2 nach unten wiedergegeben. Ein solcher Anschlag kann in einfacher Weise durch einen Absatz auf der Steuerstange 2 entsprechend dem Absatz 12 in Fig. 1 ausgebildet werden. Der Verstellweg des Steuerringes 10 und damit die Ansprechgenauigkeit kann durch die verstellbare Führung 4 eingestellt werden. Der einzuhaltende Temperaturbereich am Mischventil kann durch die Auslegung des Ausdehnungsgeräts 9 und auch durch die Anordnung der Steuervorrichtung relativ zum Ausdehnungsgerät beeinflußt werden.

Die Fig. 7 zeigt eine Steuervorrichtung, die anstelle der hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsweise nach den Fig. 1 bis 6 für einen elektrischen Stellantrieb eines Mischventils oder dergl. ausgelegt ist. Für gleiche oder entsprechende Bauteile sind wieder die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 6 verwendet.

Die Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 11 ist wiederum so ausgelegt, daß der Reibungswiderstand des Steuerringes 10 an der Gehäusewand größer ist als der Reibungswiderstand der Steuerstange 2 am Steuerring, so daß bei einer Verstellbewegung der Steuerstange 2 zunächst diese allein bewegt wird, bis der Steuerring 10 durch einen der Anschläge 27,28 mitgenommen v/ird, die bei diesem Aurführungsbeispiel durch Bunde auf der Steuerstange 2 ausgebildet sind.

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Auf der Ober- und Unterseite des Gehäuses 1 sind Kontaktstifte 29 und 30 angeordnet, die in Bohrungen des Gehäuses 1 bzw. in Bohrungen eines Einsatzstückes 31 angeordnet sind, das mittels eines Gewinderinges 32 im Gehäuse festgelegt ist. Diese Kontaktstifte 29_f30 stehen jeweils über elektrisch leitende Druckfedern 33 mit Kontaktstücken 34 und 35 in Verbindung, die auf dem Steuerring 10 angeordnet sind. Die Kontaktstücke 34 auf der Oberseite des Steuerringes 10 sind getrennt voneinander an diametral gegenüberliegenden Stellen des Steuerrings angeordnet, wie auch die Kontaktstücke 35 auf der Unterseite des Steuerrings. Durch die elektrisch leitenden Bunde 27 und 28 können die Kontaktstücke 34 bzw. 35 miteinander verbunden werden. Bei der in Fig. 7 wiedergegebenen Stellung sind die Kontaktstücke 34 durch den Bund 27 miteinander verbunden, so daß der Stromfluß zwischen den Kontaktstiften 30 geschlossen ist, während der Stromfluß zwischen den Kontaktstiften 29 durch den nicht an den Kontaktstücken 35 anliegenden Bund 28 unterbrochen ist. Die Kontaktstifte 30 sind beispielsweise für den Rechtslauf und die Kontaktstifte 29 für den Linkslauf eines Stellmotors vorgesehen. Das Gehäuse 1, der Steuerring 10 sowie das Einsatzstück 31 sind aus elektrisch nicht leitendem Material, beispielsweise Kunststoff, gefertigt. Zweckmäßigerweise wird auch die Steuerstange 2 aus elektrisch nicht leitendem Material hergestellt. Es ist auch möglich, die Bunde 27,28 auf der Steuerstange 2 zu isolieren.

Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung nach den Fig. 7 bis 11 entspricht der der pneumatischen bzw. hydraulischen Steuervorrichtung nach den Fig. 1 bis 6, wobei jeweils auch die in den einzelnen Fig. 1 bis 6 wiedergegebenen Betriebszustände denen in den Fig. 7 bis 11 entsprechen.

In dem.in den Fig. 7 und 9 wiedergegebenen Betriebszustand, in dem sich der Steuerring 10 in einer Endstellung befindet und der durch die Kontaktstifte, die Federn und Kontaktstücke ge-

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bildete Schalter durch einen Bund 27 oder 28 geschlossen ist, bleibt der Stellmotor eingeschaltet, obwohl sich das Mischventil in der entsprechenden Endstellung befinden kann. Für diese Fälle ist eine im Stellmotor eingebaute, drehmomentabhängige Endschaltung vorgesehen, welche verhindert, daß der Motor weiter gegen die Endstellung arbeitet. Der Verstellweg des Steuerringes 10 kann über den Gewindering 32 eingestellt werden, der dem verstellbaren Führungsteil 4 der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 6 entspricht.

Wenn in der in Fig. 7 wiedergegebenen Stellung eine Temperaturerhöhung eintritt, wird zunächst die Steuerstange 2 soweit verschoben, daß der elektrisch leitende Bund 27 sich von den Kontaktstücken 34 abhebt und damit den Stromfluß zwischen den Kontaktstiften 30 unterbricht, während andererseits der Stromfluß zwischen den Kontaktstiften 29 noch nicht hergestellt ist. Bei weiterer Temperaturerhöhung wird dann dieser untere Schalter geschlossen, so daß der Stellmotor in die Gegenrichtung umläuft- (Fig. 8). Dieser Betriebszustand wird beibehalten, wenn die Temperatur weiter steigt, bis die in Fig. 9 wiedergegebene Stellung erreicht ist. Bei einer geringfügigen Absenkung der Temperatur bei dem in Fig. 9 wiedergegebenen Betriebszustand wird der untere Schalter geöffnet und der obere geschlossen, wie die Fig. 10 zeigt. Wenn sich die Temperatur innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, nimmt die Steuerstange 2 die in Fig. 11 wiedergegebene Stellung ein, in der beide Schalter am Steuerring 10 geöffnet sind, und damit auch der Stellmotor nicht betätigt wird, so daß das Mischventil in seiner Stellung verbleibt.

Damit ist es auch mit dieser elektrisch arbeitenden Steuervorrichtung möglich, eine Temperatur in einem Toleranzbereich von beispielsweise 3°C konstant zu halten, wobei die Ansprechgenauigkeit etwa +_ 0,4⁰C betragen kann. Die Anspruchegenauigkeit kann durch den Abstand der Bunde 27 und 28 eingestellt werden.

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Wird bei gegebener Dickenabmessung des Steuerringes 10 dieser Abstand vergrößert, so wird damit die Anspreohgenauigkeit der Steuervorrichtung verringert. Zu diesem. Zweck kann wenigstens einer der Bunde 27,28 verstellbar auf der Steuerstange 2 angebracht sein. Bei der Bauweise nach den Fig. 1 bis 6 erfolgt die Einstellung der Ansprechgenauigkeit durch die Auslegung der Dickenabmessung des Steuerringes 10 im Verhältnis zum Abstand der Bohrungen 17 und 20 bzw. 23 und 24. Die gewünschte Minimaltemperatur des zu regelnden Bereiches wird durch die Anordnung des Steuergerätes nach Fig. 7 relativ zum Ausdehnungsgerät 9 bei der unteren Endstellung des Steuerringes 10 festgelegt, während die Maximaltemperatür durch die Verstellung des oberen Anschlags am Einsatzstück 31 mittels des Gewinderinges 32 erfolgt.

Die Fig. 12 zeigt eine abgev/andelte Ausführungsform einer elektrisch arbeitenden Steuervorrichtung, die der in Fig. 6 wiedergegebenen Ausführungsform hinsichtlich der Betriebsweise entspricht. Der Reibungswiderstand zwischen der Steuerstange 2 und dem Steuerring 10 ist so ausgelegt, daß er wesentlich größer ist als der Reibungswiderstand zwischen dem Außenumfang des Steuerringes 10 und der Gehäusewand, so daß bei jeder Verstellbewegung der Kolbenstange 2 der Steuerring 10 mitgenommen wird, bis er an einem der Anschläge 36 oder 37 zum Anliegen kommt, die durch einen Absatz der zentrischen Bohrung des Gehäuses 1 und durch das verstellbare Einsatz- und Führungsstück 31 gebildet werden.

Zum Unterschied gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind die Kontaktstücke 34 und 35 auf den beiden Seiten des Steuerelements 10 nicht getrennt, sondern durchgehend ausgebildet, so daß die Kontaktstifte 30 und 29 durch Anlage des Steuerringes 10 mitein^r^:er verbunden werden.

Die in Fig. 12 wiedergegebene Stellung entspricht der in Fig. 11 wiedergegebenen, bei der beide Schalter den Stromfluß

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zwischen den Kontaktstiften unterbrochen haben und der Stellmotor nicht bewegt wird. Bei einem Temperaturanstieg bzw. -abfall um einen bestimmten Betrag wird der obere bzw. untere Schalter geschlossen und der Stellmotor betätigt.

Zur Begrenzung der Verstellbewegung der Steuerstange 2 relativ zum Gehäuse 1 können auf der Steuerstange 2 in einem bestimmten Abstand voneinander Absätze bzw. Anschläge ähnlich den Absätzen 12 in Fig. 1 vorgesehen werden, durch welche über die Anlage an dem Steuerring 10 die Verstellbewegung nach oben und unten begrenzt wird. Diese Absätze haben einen größeren Abstand voneinander als der Verstellweg des Steuerringes 10 zwischen den Anschlägen- 36 und 37 beträgt. Durch solche auf der Steuerstange 2 angeordnete Absätze oder Anschläge kann der Temperaturbereich festgelegt werden, in welchem die Steuervorrichtung anspricht. Insofern entsprechen die nicht 'dargestellten Absätze auf der Steuerstange 2 den durch das Gehäuse und das Führungsstück 31 gebildeten Anschlägen in Fig. 7, während die Anschläge 36 und 37 nach Fig. 12 den durch die Bunde 27 und 28 gebildeten Anschlägen nach Fig. 7 entsprechen. Dies gilt auch für die Bauweise nach Fig. 6, bei der entsprechende Anschläge auf der Steuerstange 2 vorgesehen werden können.

Bei der Bauweise nach Fig. 12 sind die Steuerstange 2, der Steuerring 10, das Gehäuse 1 bzw. die Führungen für die Κοητ taktstifte zweckmäßigerweise aus elektrisch nicht leitendem Material gefertigt, jedoch ist es auch möglich, die Kontaktstifte und die Kontaktstücke gegenüber den umgebenden Bauteilen entsprechend zu isolieren.

Als Antriebe für das zu regelnde Gerät, beispielsweise Mischventil, können an sich bekannte pneumatisch oder hydraulisch arbeitende Stellantrieb ':sw. elektrische Stellantriebe vorgesehen werden. Für einen elektrisch-hydraulisch arbeitenden Stellantrieb kann eine Kombination der in Fig. 1 und Fig. 7 bzw. Fig. 6 und Fig. 12 wiedergegebenen Steuervorrichtungen

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vorgesehen v/erden. Eine solche Kombination wird so ausgelegt, daß der Stellantrieb nur solange eingeschaltet ist, als eine Änderung der Temperatur am Mischventil auftritt.

Es sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Bauweisen möglich. So kann beispielsweise der unterschiedlich große Widerstand für die Verschiebung .von Steuerstange und Steuerring gegebenenfalls auch durch entsprechend ausgelegte Federn ausgebildet werden. Auch können die einzelnen Bauteile der Steuervorrichtung eine andere Formgebung als die beschriebene haben. So kann beispielsweise das in den Ausführungsbeispielen als zylindrische Stange ausgebildete Steuerorgan 2 auch eine rechteckige oder plattenförmige Ausgestaltung aufweisen, wobei anstelle des Steuerringes 10 ein blockförmig oder dergleichen ausgebildetes Steuerelement vorgesehen werden kann, das in einer entsprechenden Führung eines Gehäuses geführt ist.

Gegenüber einer üblichen Zweipunktregelung, bei der bei einem festgelegten Maximal- und Minimalwert ein Schaltvorgang·erfolgt, wird bei der erfindungsgemäßen Bauweise über den gesamten vorbestimmten Bereich eine Tendenz der Änderung des zu regelnden Wertes festgestellt und unmittelbar dagegen^gesteuert, ohne daß die Grenzwerte erreicht sind. Trotz der einfachen und robusten Bauweise, welche die erfindungsgemäße Stellvorrichtung ermöglicht, kann diese sehr feinfühlig auf Änderungen des zu regelnden Wertes ansprechen und diesen in einem sehr engen Bereich konstant halten.

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Leerseite

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koentgsborgar DipL-Phys. R. Holzbauer - Dip!.-Ing. F. KHnriseiser. - Dr. V-. Zumstein jun.

PATENTAN W Ä Ll E

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Patentansprüche

(i) Steuervorrichtung für eine Betätigungseinrichtung, insbesondere für den Stellantrieb eines Ventils, mit einem in einem Gehäuse verschiebbaren Steuerorgan, gekennzeichnet durch ein relativ zu dem Steuerorgan (2) verschiebbares Steuerelement (10), das durch das Steuerorgan (2) in dem Gehäuse (1) verstellbar ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (2) und das Steuerelement (10) gegen unterschiedlich starke Widerstände verschiebbar sind und der Verstellweg des Steuerelementes (10) relativ zum Steuerorgan (2) bzw. relativ zum Gehäuse (1) durch Anschläge (12j25,26;27,2S;36,37) begrenzt ist.
3. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, daaarch gekennzeichnet, daß der Verstellweg des Steuerorgans (2) relativ zum Gehäuse (1) durch Anschläge (12;27,28) begrenzt ist.

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4. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) sowie im Steuerorgan (2) und/oder im Steuerelement (10) von diesem freigebbare und absperrbare"Druckmittelleitungen ausgebildet sind.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungswiderstand des Steuerelementes (10) an der Gehäusewand größer ist als auf dem Steuerorgan (2), daß am Steuerorgan Anschläge (12) zum Mitnehmen des Steuerelementes (10) ausgebildet sind, und daß am Steuerorgan (2) Druckmittelöffnungen (17,20) ausgebildet sind, die von dem Steuerelement (10) absperrbar und freig'ebbar sind.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1) Anschläge für das Steuerelement (10) vorgesehen sind.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungswiderstand des Steuerorgans (2) relativ zum Steuerelement (10) größer ist als dessen Reibungswiderstand an der Gehäusewand, daß am Gehäuse Anschläge (25,26) für den Verstellweg des Steuerelementes (10) ausgebildet sind, und daß im Gehäuse SteuerÖffnungen (23,24) ausgebildet sind, die von dem Steuerelement (10) absperrbar und freigebbar sind.
8. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1) sowie am Steuerorgan (2) und/oder am Steuerelement (10) von diesen betätigbare elektrische Kontakte ausgebildet sind.

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9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8» aadurch gelrenrizeicmiet, daß der Reibungswiderstand des Steuerelementes (10) an der Gehäusewand größer ist als auf dem Steuerorgan (2), daß am Steuerorgan elektrisch leitende Anschläge (27,28) für das Steuerelement (10) und auf dem Steuerelement elektrische Kontakte (34,35) ausgebildet sind, die über Leitungen (29,30,33) auf die Außenseite des Gehäuses (1) geführt sind.
10. Steuervorrichtung nach Anspruch 9 » dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kontakte (34,35) auf dem Steuerelement (10) über Federn (33) und Kontaktstifte (29,30) auf die Außenseite des Gehäuses geführt sind.
Ή... Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungswiderstand des Steuerorgans (2) relativ zum Steuerelement (10) größer ist als dessen Reibungswiderstand ah der Gehäusewand, und daß am Gehäuse Anschläge (36,37) mit elektrischen Kontakten (29,30) für das Steuerelement (10) vorgesehen sind, die durch das Steuerelement geöffnet und geschlossen werden können.
12. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 11» dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (2), das Steuerelement (10) und das Gehäuse (1) aus elektrisch nichtleitendem Material gefertigt sind.
13. Steuervorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan als Steuerstange (2) ausgebildet ist, die für die Anlage einer Verstelleinrichtung (9) mit wenigstens einem Ende am Gehäuse (1) freiliegt, und daß das Steuerelement als auf der Steuerstange verschiebbarer Steuerring (10) ausgebildet ist.

Steuervorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen,dadurch gekennzeichnet,daß sowohl Druckmittelleitungen für eine pneumatische bzw. hydraulische Betriebsweise als auch elektrische Kontakte und Leitungen für eine elektrische Betriebsweise vorgesehen sind.

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Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Anschläge für das Steuerelement (10) bzwdas Steuerorgan (2). verstellbar ist.

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