DE3020036A1 - Einstellbare drossel und damit aufgebauter einstellbarer druckteiler - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE · DipL-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH 41 · " D 5620 VELBERT 11 -LANGENBERG Postfach 110386 ■ Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung

Sunvic-Regler GmbH, Albertus-Magnus-Straße 11, D-5650 Solingen 19

Einstellbare Drossel und damit aufgebauter einstellbarer Druckteiler.

Die Erfindung betrifft eine einstellbare Drossel mit einem in eine Drosselöffnung ragenden, durch ein axial bewegliches Stellglied bis zu einer Schließstellung verstellbaren Drosselkegel.

Bei üblichen einstellbaren Drosseln ist ein Drosselkegel fest an einem Stellglied in Gestalt einer Gewindespindel angebracht. Dieser Drosselkegel wird durch Verdrehung der Gewindespindel mehr oder weniger tief in eine Drosselöffnung in Form einer Bohrung eines Drosselgehäuses eingeschraubt. Es wird dann ein "^" veränderbarer, ringförmiger Drosselquerschnitt zwischen dem Drosselkegel und dem Rand der Drosselcffnung gebildet. In vielen Fällen muß dieser Drosselquerschnitt sehr genau und in einem sehr großen Ein— Stellbereich von z.B. 1:500 reproduzierbar eingestellt

werden. Die Drosselkegel sind dabei lange_r sehr schlanke Körper, so daß sich bei einer Drehung der Gewindespindel und einer axialen Bewegung des Drossel-

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kegeis der Strömungsquerschnitt sehr feinfühlig verändern läßt.

Bei der Herstellung solcher einstellbarer Drosseln werden sehr hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt. Der Drosselkegel muß genau zu der Drosselöffnung zentriert sein. Sitzt der Drosselkegel außermittig zu der Drosselöffnung, so kommt er beim Zudrehen der Drossel zunächst auf einer Seite am Rand der Drosselöffnung zur Anlage, so daß die Schließbewegung der Drossel und damit der Einstellbereich vor Erreichen der vollen Schließstellung begrenzt wird. Da der Drosselkegel sehr schlank ist und die Verstellung durch eine Stellspindel mit flacher Steigung erfolgt, besteht außerdem die Gefahr, daß die Drosselkegel durch Keilwirkung deformiert oder abgeschabt wird.

Es ist daher bekannt, den Drosselkegel oder einen ^Q sonstigen Drosselkörper, z.B. eine Kugel, durch eine vorgespannte Feder in Schließrichtung zu belasten und die Drossel durch eine kraftschlüssig an dem Drosselkörper angreifende Stellspindel aufzudrücken. Auf diese Weise ist die zwischen dem Drosselkörper und dem Rand der Drosselöffnung maximal wirksame Kraft durch die Vorspannung der Feder bestimmt und begrenzt. Diese Anordnungen sind jedoch kompliziert, da Führungs- bzw. Stellmittel*auf beiden Seiten der Drosselöffnung vorgesehen werden müssen. Auch werden dadurch die axialen Abmessungen der einstellbaren Drossel unerwünscht groß.

Beispiele für einstellbare Drosseln der vorstehend geschilderten Art sind in der Zeitschrift "rtp-Regelungstechnische Praxis" 1969 Heft 1 S.M3 und der DE-AS 24 21 832 gezeigt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

einstellbare Drossel der eingangs definierten Art so auszubilden, daß eine genaue Zentrierung des Drosselkegels zu der Drosselöffnung gewährleistet ist. 5

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Drosselkegel· an dem Stellglied querbewegiich angebracht und durch Reibungskraft in seiner jeweiligen Lage gehaiten ist.

Auf diese Weise zentriert sich der Drosselkegel bei eine Verstellung der Drossel in die Schließstellung an der Drosselöffnung, indem sich der Drosselkegel unter Überwindung der Reibungskraft quer zur Achse des Stellglieds bewegen kann. Die bei diesem einmaligen Einstellvorgang allenfalls zwischen Drosselkegel und Rand der Drosselöffnung auftretende Kraft ist auf diese Reibungskraft begrenzt, kann also nicht zu einer Deformation des Drosselkegels führen. Bei dem anschließenden Betrieb sitzt der Drosselkegel stets genau zentrisch in der Drosselöffnung.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen einstellbaren Drossel sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 6.

Die erfindungsgemäße einstellbare Drossel ist vorteilhaft anwendbar bei einem einstellbaren Druckteiler, der aus einer Festdrossel und einer einstellbaren Drossel besteht. Solche Druckteiler sind insbesondere anwendbar zur Einstellung des Proportionalbereichs bei pneumatischen Kraft- und MomentenVergleichsreglern. Es ergibt sich dabei das Problem, daß die Strömung bei solchen Druckteilern je nach Betriebszustand des Reglers in der einen oder der anderen Richtung durch den Druckteiler hindurchgehen kann. Anders als bei einem elektrischen Spannungsteiler mit

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ohmschen Widerständen ist jedoch der Strömungswiderstand einer aus einem Drosselkegel und einer Drosselöffhurig bestehenden einstellbaren Drossl von der Strömungsrichtung abhängig. Wird daher bei einem aus Festdrossel und einstellbarer Drossel bestehenden Druckteiler als Festdrossel einfach eine Drosselblende oder eine Drosselbohrung gewählt, so wird das Teilerverhältnis des Druekteilers von der Strömungsrichtung abhängig.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, einen unter Verwendung einer einstellbaren Drossel Und einer Festdrossel aufgebauten Druckteiler so auszubilden, daß sich für beide Strömungsrichtungen das gleiche Teilerverhältnis ergibt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für beide Strömungsrichtungeri die Festdrossel und die einstellbare Drossel in der Strömungsrichtung gesehen im wesentlichen gleiche geometrische Konfigurationen '-";■; zeigen,. ■-.--.■

Auf diese Weise ändert sich der Strömungswiderstand der Festdrossel bei einer Umkehr der Strömungsrichtung in gleicher Weise wie der Strömungswiderstand der einstellbaren Drossel, so daß das Verhältnis der Strömungswiderstände und damit das Teilerverhältnis des Druekteilers im wesentlichen unverändert bleibt.

^ Weitere Ausgestaltungen des Druekteilers sind Gegenstand der Unteransprüche 8 bis 10.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zügehörigen Zeichnungen näher erläutert:

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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen mit

einer einstellbaren Drossel und einer Festdrossel aufgebauten Druckteiler.

Fig. 2 zeigt ein mit einer einstellbaren

Drossel aufgebautes pneumatisches Zeitglied.

Fig. 3 zeigt schematisch einen mit einstellbaren Drosseln und einem einstellbaren

Druckteiler aufgebauten pneumatischen PID-Regler.

Der Aufbau der einstellbaren Drossel ist in Fig. und in Fig. 2 im wesentlichen der gleiche _r und entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die einstellbare Drossel 10 enthält einen Drossel— kegel 12, der in eine Drosselöffnung 14 ragt und durch ein axial bewegliches Stellglied 16 bis zu einer Schließstellung verstellbar ist. Der Drosselkegel 12 ist an dem Stellglied 16 querbeweglich angebracht und durch Reibungskraft in seiner jeweiligen Lage gehalten. Zu diesem Zweck weist das axial verstellbar geführte Stellglied 16 an seiner Stirnseite eine Ausnehmung 18 mit einem nach innen vorstehenden Rand 20 auf. Der Drosselkegel 12 ragt mit seinem rückwärtigen Ende in die Ausnehmung 18 hinein und

liegt mit einem Radialflansch 22 mit seitlichem Spiel innerhalb der Ausnehmung 18 auf dem nach innen vorstehenden Rand 22 auf. Zwischen dem Grund der Ausnehmung 18 und dem Drosselkegel 12 ist eine Druckfeder 24 angeordnet, welche den Radialflansch 22 in

reibschlüssiger Anlage an dem Rand 20 hält. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Grund der Ausnehmung 18 eine zylindrische

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Vertiefung 26 gebildet, durch welche die Druckfeder geführt und zentriert gehalten wird.

Das Stellglied 16 ist ein in einem Drosselgehäuse geradgeführter, von einer Druckfeder 30 in einem die Drossel.10 öffnenden Sinne beaufschlagter Kolben. An der dem Drosselkegel 12 abgewandten Stirnseite dieses Kolbens liegt ein in das Drosselgehäuse 28 einschraubbarer, umgekehrt-topfförmiger, den Kolben koaxial umgebender Stellknopf 32 an. Auf diese Weise ist das eigentliche Stellglied 16 rein axial beweglich, so daß eine einmal erfolgte radiale Zentrierung des Drosselkegels 12 zu der Drosselöffnung 14 von der Stellbewegung unbeeinflußt bleibt. Eine Schraubbewegung führt der Stellkopf aus, der nur kraftschlüssig an der Stirnfläche des Stellglieds 16 angreift und dieses gegen die Wirkung der-Druckfeder verstellt. Die Druckfeder 30 nimmt dabei gleichzeitig das Spiel aus den Gewindegängen des Stellknopfes, so

^Q daß ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Einstellung des Stellknopfes 32 und der Stellung des Stellglieds 16 gewährleistet ist. Die umgekehrttopf förmige Ausbildung und die Anordnung des Stellknopfes 32 ermöglicht eine raumsparende Ausbildung

der Drossel 10.

Bei der bevorzugten Ausbildung der Drossel 10 sitzt in dem Boden 34 des umgekehrt-topfförmigen Stellknopfes 32 eine Justierschraube 36, die an der Stirnseite des das Stellglied 16 bildenden Kolbens anliegt. Diese Justierschraube 36 gestattet eine Nullpunktjustierung. Durch die zentrale Anlage der Justierschraube 36 mit einer balligen Fläche an der Stirnfläche des Stellglieds 16 werden auch Reibungsmomente bei der Verdrehung des Stellknopfes 32 von dem Stellglied 16 ferngehalten.

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Das Drosselgehäuse 28 weist eine zylindrische, mit dem. Innengewinde 38 zur Aufnahme des Stellknopfes 32 versehene Ausnehmung 40 auf. Koaxial in dieser Ausnehmung 40 ist ein Kragen 42 gebildet, in welchem der das Stellglied 16 bildende Kolben abdichtend geführt ist. Die Abdichtung erfolgt durch einen O-Ring 44. Der Kolben weist an seinem aus dem Kragen herausragenden Ende einen Radialflansch 46 auf. Die Druckfeder 30 ist um den Kragen 42 herum angeordnet und liegt einerseits an dem Radialflansch 46 und andererseits am Boden der zylindrischen Ausnehmung 40 an. Die Drosselöffnung 14 ist eine gleichachsig zu dem Kragen 42 im Drosselgehäuse 28 vorgesehene Bohrung.

Diese Anordnung ist sehr raumsparend. Die Druckfeder 30 ist innerhalb des Stellknopfes 32 angeordnet. Sie wird durch den Kragen 42 geführt, der gleichzeitig zur Führung des Stellglieds 16 dient.

Der Drosselkegel 12 ist gestuft. Er weist eine relativ stumpfe Spitze 48 und einen rückwärtigen Teil 50 mit kleinem Kegelwinkel auf. Diese Form des Drosselkegels 12 trägt dem nichtlinearen Zusammenhang zwischen Strömungswiderstand und Strömungsquerschnitt Rechnung und gestattet eine bessere Entzerrung eine,r etwa an dem Stellknopf 32 angebrachten Einstellskala.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bildet die einstellbare Drossel.10 einen Teil eines aus einer Festdrossel 52 und der einstellbaren Drossel 10 _. bestehenden einstellbaren Druckteilers. Dabei ist sichergestellt, daß für beide Strömungsrichtungen die Festdrossel 52 und die einstellbare Drossel 10 in der Strömungsrichtung gesehen im wesentlichen gleiche

•J-³ geometrische Konfigurationen zeigen.

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Ζμ diesem Zweck enthält die Festdrossel 52 einen - Erosselkegel 54, der in eine Drosselöffnung 56 hineintragt,. Die Drosselkegel 54 und 12 von Festdrossel 52 ; " und einstellbarer Drossel 10 zeigen in Strömungsrichtung gesehen in die gleiche Richtung. Die Fest- ; . drossel 52 weist ein topfförmiges Festdrosselgehäuse 56 auf, in dessen verdicktem Boden eine als Drosselöffnung 56 dienende zentrale Bohrung vorgesehen ist. Der: mit einem Radialflansch .60 versehene Drossel- ^egel 54 der Festdrossel 52 ist mit diesem Radial-

flansch 60 in das topfförmige Festdrosselgehäuse 58 '/:. eingepaßt, so daß der Drosselkegel 54 in die Bohrung ; ragt. Der Drosselkegel 54 enthält einen T-Kanal, der ;■■"-".." aus einer von der Grundfläche des Drosselkegels 54 -15 ausgehenden, axialen Sacklochbohrung 62 und einer

diese schneidenden, in, der Mantelfläche des Drossel-■"■-■;"■■""-"".'Jeegels.-".5"4'.-iin Abstand .von der Drosselstelle mündenden : Querbohrung-64 besteht. Das Festdrosselgehäuse 58

...ist in das die einstellbare Drossel 10 enthaltende _:Drosselgehäuse 28 eingesetzt. In dem Drosselgehäuse V₁ ist ein Verbindungskanal 66 gebildet, welcher den um den außerhalb der Drosselöffnung 14 liegenden Teil des einstellbaren: Drosselkegels 12 herum gebildeten Baum 68 mit der als Drosselöffnung 56 dienenden Bohrung des Festdrösselgehäuses 58 verbindet.

Im einzelnen weist das Drosselgehäuse 2 8 eine zylindrische Vertiefung 70 seitlich von der Drossel-Öffnung 14 auf. In diese Vertiefung 70 ragt das

**■ -. Festdxosselgehäuse 58 .hinein, so daß zwischen dem FestTdrösselgehäuse 58 und der Wandung der Vertiefung

r eine das Festdrosselgehäuse 58 umgebende Kammer ge-.bildet wird. Diese Kammer ist nach außen durch einen Radialflansch 72 des Festdrosselgehäuses 58 abge-

schlössen, mit welchem dieses im Drosselgehäuse 28

gehalten ist. Diese Kammer, in welche die Drosselöffhung 56 mündet, 1st mit dem Räum 68 über den Kanal -;.-. verbunden. ;

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] Ein erster Druckmittelanschluß E. ist mit der Sacklochbohrung 62 des T-Kanals verbunden. Ein zweiter Druckmittelanschluß E~ ist mit der Drosselöffnung 14 der einstellbaren Drossel 10 verbunden. Ein Auslaß A des Druckteilers liegt an einem von dem Raum 68 ausgehenden Kanal 74 des Drosselgehäuses 28.

Es kann nun der Druck an dem Druckmittelanschluß E.. größer als der Druck an dem Druckmittelanschluß E„ sein.

IQ In diesem Fall strömt das Druckmittel durch den T-Kanal 6-2,64 in das Innere des Festdrosselgehäuses 58, um den Drosselkegel· 54-in Richtung von der Basis zur Spitze hin - herum durch die Drosseisteile und durch die Drosselöffnung 56 in die Kammer zwischen Vertiefung 70 und Festdrosseigehäuse 58, von dort über den Kanal 66 in den Raum 68 und um den Drosselkegel 12 herum ebenfalls in Richtung von der Basis zur Spitze hin über die Drosselste^e und die Drosselöffnung (Bohrung) 14 zu dem Druckmittelanschluß E„. über den Kanal 74 wird dann ein Druck abgegriffen, der durch das Verhältnis der Strömungswiderstände von Festdrossel und einstellbarer Drossel bestimmt ist und zwischen den Drücken an den Druckmittelanschlüssen E. und E„ liegt.

Es kann aber auch der Druck an dem Druckmittelanschluß E- größer als der Druck an dem Druckmittelanschluß E₁ werden. In diesem Falle kehrt sich die Strömungsrichtung um. Das Druckmittel strömt durch die Drosselöffnung 14 um den Drosselkegel 12 - in Richtung von der Spitze zur Basis hin - in den Raum 68, von dort über den Kanal 66 zur Drosselöffnung 56, um den Drosselkegel 54 herum - ebenfalls in Richtung von der Spitze zur Basis hin- und durch den T-Kanal 62,64 zum Druckmittelanschluß E■ ..

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Die Strömungswiderstände der Drosseln sind für die beiden Strömungsrichtungen unterschiedlich. Da aber die Strömung bei beiden Strömungsrichtungen an den beiden Drosseln die gleichen geometrischen Konfigurationen vorfindet, ändert sich die Strömungswiderstände der beiden Drosseln in gleichem Maße, . wenn die Strömungsrichtung umgekehrt wird. Das Teilverhältnis des Druckteilers bleibt daher für beide Strömungsrichtungen in wesentlichen das gleiche. 10

Fig. 2 zeigt eine andere Anwendung einer einstellbaren Drossel 10, nämlich bei einem pneumatischen Zeitglied.

Ein Behälter 76, der ein Speichervolumen 78 bildet, ist durch eine Membran 80 mit einer Platte 82 in zwei Kammern unterteilt. Die eine Kammer bildet das Speichervolumen 78, während die andere Kammer 84 über eine Auslaßdüse 86 mit der Atmosphäre in Ver-

^-0 bindung steht. Auf das Speichervolumen 78 wird über die einstellbare Drossel 10 ein Eingangsdruck von einem Eingang 8 7 gegeben. Dieser Eingangsdruck baut sich in dem Speichervolumen 78 langsam auf, so wie ein Kondensator bei einem elektrischen RC-Glied aufgeladen wird.

In die zweite Kammer 84 wird über eine Drossel 88 Zuluft geleitet. Die Platte 82 bildet mit der Auslaßdüse 86 eine veränderbare Auslaßdrossel. Bei einem

^ Anstieg des Drucks in dem Speichervolumen 78 wird die Auslaßdrossel 82,86 zunehmend geschlossen, so daß der Druck in der Kammer 84 entsprechend ansteigt. Dieser Druck wird als Druck einer Druckmittelströmung an einem Auslaß 90 der Kammer 84 abgegriffen.

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Da die oben beschriebene einstellbare Drossel 10 die genaue Einstellung sehr kleiner Strömungsquerschnitte gestattet, kann das zur Erzielung einer vorgegebenen Zeitkonstante erforderliche Speichervolumen 78 relativ klein gehalten werden.

Fig. 3 veranschaulicht einen Anwendungsfall der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Baugruppen und zeigt einen pneumatischen PID-Regler.

,' An einem Eingang 92 ist ein Sollwert als pneumatischer Druck vorgesehen. Ein Istwert wird ebenfalls als pneumatischer Druck an einem Eingang 94 dargestellt. Schließlich liefert der Regler eine Stellgröße als pneumatischer Druck an einem Ausgang 96.

Der Regler enthält im "P-Teil" ein Gehäuse 98 mit einem Mittelteil 100 von großem Durchmesser und zwei Endteilen 102 und 104 von kleinerem Durchmesser.

in dem Gehäuse 98 sitzt ein Körper 106 mit einem scheibenförmigen Mittelteil 108 im Mittelteil 100 des Gehäuses 98 und Endteilen 110,112, die auf beiden Seiten des Mittelteils 108 in die Endteile 102 bzw. 104 des Gehäuses 98 hineinragen. Eine ringförmige Membran 114 erstreckt sich zwischen dem Endteile 110 des Körpers 106 und dem Endteil 102 des Gehäuses 98. Eine ebensolche ringförmige Membran 116 erstreckt sich zwischen dem Endteil 112 des Körpers 106 und dem Endteil 104 des Gehäuses 98. Schließlich erstreckt sich

^O eine dritte ringförmige Membran 118 zwischen dem Mittelteil 108 des Körpers 106 und. dem Mittelteil 100 des Gehäuses 98. Auf diese Weise wird das Gehäuse 98 in vier Kammern 120,122,124 und 126 unterteilt.

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' In die Kammer 124, die (in nicht dargestellter Weise) über eine Drossel mit einem Zuluftanschluß verbunden ist, ragt eine außermittige Auslaßdüse 128, die mit dem Mittelteil 108 des Körpers 106 eine veränderliche Auslaßdrossel bildet. Von dieser Kammer 124 geht eine Leitung 130 aus, welche mit dem "Stellgrößen"-Ausgang 96 verbunden ist.

Die Kammer 120 ist mit dem "Sollwert"-Eingang 92 verbunden.

Auf die Kammer 126 ist im Gleichgewichtszustand der Istwert geschaltet. Die Aufschaltung des Istwerts erfolgt jedoch über die als "D-Teil" bezeichnete Anordnung.

Diese Anordnung enthält ein Gehäuse 130 mit einem zylindrischen Teil 132 von relativ großem Durchmesser und einem zylindrischen Ansatz 134 von kleinerem Durchmesser. In dem Gehäuse 130 sitzt ein Körper 136 mit einem scheibenförmigen Kopf 138 und einem zylindrischen Schaft 140. Eine ringförmige Membran 142 erstreckt sich zwischen dem Umfang des Kopfes 138 und der-Innenwandung des zylindrischen Teils 132. Eine weitere ringförmige Membran 144 erstreckt sich zwischen dem unteren Ende des Schafts 140 und der Innenwandung des Ansatzes 134. Auf diese Weise wird der Teil 132 durch die Membran 142 in eine flachere obere Kammer und eine dickere untere Kammer 148 unterteilt, und der

Ansatz 134 wird durch die Membran 144 abgeschlossen und bildet eine Kammer 150.

Auf dem Boden des Ansatzes 134 ist eine Auslaßdüse vorgesehen, die mit der unteren Stirnfläche des

Schafts 140 eine veränderbare Auslaßdrossel bildet.

Die Kammer 150 ist über eine Leitung 154 mit der ; Kammer 126 verbunden. Über eine einstellbare Drossel 156,

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welche nach Art von Fig. 2 aufgebaut ist, ist die Kammer 150 weiterhin mit der Kammer 148 verbunden, die ein Speichervolumen bildet. Schließlich ist die Kammer 150 in nicht dargestellter Weise über eine Drossel mit einem Zuluftanschluß verbunden.

Diese Anordnung arbeitet wie folgt:

Im Gleichgewichtszustand haben sich Druckdifferenzen über die Drossel 156 ausgeglichen. Der Körper 136 hat sich so eingestellt, daß der in der Kammer 150 herrschende Druck dem den Istwert repräsentierenden Druck in der Kammer 146 entspricht und dieser Druck hat sich über die Drossel 156 auch in der Kammer eingestellt. Beide Membranen 142 und 144 sind dann auch beiden Seiten von dem gleichen Druck beaufschlagt. Der "Istwert"-Druck wirkt über die Leitung 154 auch in der Kammer 126 und hält dem "Sollwert"-Druck in der Kammer 120 das Gleichgewicht, wobei angenommen sei, daß auch die Drücke in den Kammern 122 und 124 zunächst im Gleichgewicht seien.

Bei einer sprunghaften Änderung des "Istwert"-Drucks in der Kammer 146 bewegt sich der Körper 136 mit der Membran 142 zunächst nach unten. Die Auslaßdüse wird stärker abgedeckt und der Druck in der Kammer steigt an, bis der auf die Membran 144 und den Schaft 140 wirkende Druck dem auf die größere Fläche der Membran 142 und des Kopfes 138 wirkenden Druck das Gleichgewicht hält. Der Druck in der Kammer 150 ändert sich daher um die Istwertänderung multipliziert mit dem Flächenverhältnis. Der Druckanstieg in der Kammer 150 wird über die Leitung 154 unverzögert in der Kammer 126 wirksam und drückt den Körper 106 mit der Membran 116 nach oben. Hierdurch wird die Auslaßdüse 128 stärker freigegeben und der Druck im

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Raum124 sinkt, so daß der die Stellgröße darstellende \^: _Druck am Ausgang 96 absinkt.

Der Drück in der Kammer 148 bleibt zunächst unverändert. Er gleicht sich über die Drossel 156 all-

V mählich an den.Druck in der Kammer 150 an, wobei die Auslaßdüse 152 wieder weiter geöffnet wird, bis in allen drei Kammern 146,148,150 der gleiche Druck, nämlich der neue "Istwert"-Druck herrscht. Entsprechend klingt auch der Abfall des "StellgrÖßen"-Drucks wieder ab.

r Auf eine sprunghafte Änderung des Istwerts reagiert

also der; Regler mit einer starken, aber wieder .abklingenden Änderung der Stellgröße. Das ist das V D-Verhalten des Reglers.

- Die Kammern 122 und 124 im: Mittelteil 100 des Gehäuses

98 dienen der Gegenkopplung bzw. der Mitkopplung, Der /"Stellgrößen"-Druck in der Kammer 124 sucht die v~ Membran 118 nach oben zu bewegen und damit die Aus-" laßdüse128 weiter freizugeben und wirkt so seinem ;weiteren: Anstieg entgegen. Der Druck in der Kammer 122 sucht die Auslaßdüse 128 stärker abzudecken und so den "Stellgrößen"-Druck zu erhöhen.

'Die den "Stellgrößen"-Druck führende Leitung 130 ist

über eine Drossel· 10 mit einem Speichervolumen 78 .verbunden. Die Drossel 10: und das Speichervolumen .-bilden Teile eines pneumatischen Zeitglieds, das - nach Art von Fig. 2 aufgebaut ist. Entsprechende Teile sind in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen "versehen wie -in Fig. 2.

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Der Ausgangsdruck am Ausgang 90 des pneumatischen Zeitglieds liegt an einem Druckteiler 158 an, der nach Art des pneumatischen Druckteilers von Fig. 1 aufgebaut ist. Der Eingang E₁ des Druckteilers 158 liegt an dem Ausgang 90 des Zeitglieds, der Eingang E₂ des Druckteilers 158 liegt an der Leitung 130. Der Ausgang A des Druckteilers 158 ist mit der Kammer 122 verbunden.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:

Wenn die Drossel 10 des pneumatischen Zeitglieds voll geschlossen ist, so bleibt der Druck in dem Speichervolumen 78 konstant. Auf diesem Wert bleibt auch der Druck am Ausgang 90 und damit an dem einen Eingang E., des Druckteilers 158. Am anderen Eingang E₂ des Druckteilers 158 liegt der "Stellgrößen"-Druck. Am Ausgang A des Druckteilers 158 liegt ein Druck, der zwischen den vorgenannten beiden Drücken liegt.

Bei einer Erhöhung des Istwerts gegenüber dem Sollwert wirkt eine nach oben auf den Körper 106 gerichtete Kraft. Dadurch wird die Auslaßdrossel 128 weiter freigegeben und der "Stellgrößen"-Druck sinkt. Diesem Sinken wirkt der damit verbundene Abfall des Druckes in der Kammer 124 und die Verminderung der dadurch hervorgerufenen, nach oben gerichteten Kraft entgegen, während ein Abfall des Druckes in der Kammer 122 durch Verminderung der nach unten gerichteten Kraft

^ im Sinne einer weiteren Freigabe der Auslaßdüse wirkt.

Es stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein, bei welchem der "Stellgrößen"-Druck proportional der

Regelabweichung ist. Bei einer vorgegebenen Regelabweichung ist die Stellgrößenänderung umso größer, je

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näher der Druck am Ausgang A des Druckteilers 158 dem-Druck am Eingang E„ ist. Durch Einstellung der einstellbaren Drossel des Druckteilers 158 kann somit der Pröpörtionalitätsbereich des Reglers verändert werden. -

In dieser Form liefert der Druckteiler 158 ein P-Verhalten des Reglers.

Wenn die Drossel 10 des pneumatischen Zeitgliedes - geöffnet ist, gleicht sich der Druck am Ausgang und damit am Eingang E₁ des Druckteilers 158 mit Verzögerung an den "Stellgrößen"-Druck an. Damit wird auch der: Mitteldruck am Ausgang A des Druckteilers mit Verzögerung an den "Stellgrößen"-Druck angeglichen. ,-..,_..

Bei einer; sprunghaften Änderung des Sollwerts, d.h. des Druckes in der Kammer 120 bewegt sich der Körper^ 106 nach unten. Die Auslaßdüse 128 wird stärker abgedeckt und: der "Stellgrößen"-Druck in der Kammer 124 steigt an, so daß die an der Membran 118 wirksame Druckdifferenz dem auf die Fläche der Membran 114 wirkenden Druckanstieg die Waage hält. Diese Drückdifferenz wird über das Zeitglied abgebaut, so daß der "Stellgrößen"-Druck stetig ansteigen muß, um.den Gleichgewichtszustand aufrechtzuerhalten.

Das ergibt ein !-Verhalten des Reglers.

Im Endzustand ist der Istwert über die Stellgröße wieder an .den neuen Sollwert angeglichen, und in den beiden Kammern 122 und 124 herrschen gleiche

Drucke, die dem.für den neuen Sollwert erforderlichen 35

neuen "Stellgrößen"-Druck entsprechen.

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Je nach Betriebszustand des Reglers kann eine Strömung von E₁ nach E„ oder von E₂ nach E.. auftreten. Das Teilerverhältnis des Druckteilers 158 und damit der Proportionalitätsbereich des Reglers ist davon unabhängig.

Vorzugsweise wird für die Festdrossel wie für die einstellbare Drossel die gleiche Art von Drosselkegel 12,54 benutzt. Der Flansch des Drosselkegels dient einmal zur Auflage auf dem Rand 20 und das andere Mal zum Einpressen in das Festdrosselgehäuse

Statt der beschriebenen einstellbaren Drossel könnte jedoch für den Druckteilerauch eine andere einstellbare Drossel z.B. nach dem eingangs genannten Druckschriften benutzt werden. Wenn die Festdrossel dann in der gleichen Weise wie die einstellbare Drossel ausgebildet ist und bei beiden Strömungsrichtungen in gleicher Weise wie diese angeströmt wird, dann kann ebenfalls eine Unabhängigkeit des Teilerverhältnisses von der Strömungsrichtung erreicht werden.

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Leerseite

Claims (10)

10 - ^Ί: Patentansprüche

( 1. Einstellbare Drossel mit einem in eine Drosselöffnung ragenden, durch ein axial bewegliches 15 Stellglied bis zu einer Schließstellung ■"-"; ■"- verstelibaren Drosselkegel, dadurch gekennzeichnet,

- daJ3 der_: Drosselkegel (12) an dem Stellglied (16) ; querbeweglich angebracht, und durch Reibungskraft :- in seiner jeweiligen Lage gehalten ist. 20 :_; ; ; ■■■■:■.-■ V"';■. .;. .". _. ..■""..

2.ν Einstellbare Drossel nach Anspruch T, dadurch gekennzeichhet, daß

: . . (a)" das axial verstellbar geführte Stellglied (16) 25 _an seiner Stirnseite eine Ausnehmung (18)

mit einem nach innen vorstehenden Rand :, " : -.(20-) aufweist,

; . (b) der Drosselkegel (12). mit seinem rück-^ου : ^ wärtigen Ende in die Ausnehmung (18)

: .hineinragt und mit einem Radialflansch (22) "■'-. - : ; V _\- '- mit seitlichem Spiel innerhalb der Aus-V. nehmung (18) auf dem nach innen vorstehenden Rand (20) aufliegt und

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■) (c) zwischen dem Grund der Ausnehmung (18)

und dem Drosselkegel (12) eine Druckfeder (26) angeordnet ist, welche den Radialflansch (22) in reibschlüssiger Anlage an dem Rand (20) hält.

3. Einstellbare Drossel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

]0 (a) das Stellglied (16) ein in einem Drosselgehäuse (28) geradgeführter,.von einer Druckfeder (30) in einem die Drossel (10) öffnenden Sinne beaufschlagter Kolben ist und

(b) ein in das Drosselgehäuse (28) mittels eines Gewindes (38) einschraubbarer, umgekehrttopf formiger, den Kolben koaxial umgebender Stellknopf (32) an der dem Drosselkegel (12) abgewandten Stirnseite des Kolbens anliegt.

4. Einstellbare Drossel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Boden (34) des umgekehrt-topfförmigen Stellknopfes (32) eine Justierschraube (36) sitzt, die an der Stirnseite des Kolbens anliegt.

5. Einstellbare Drossel nach Anspruch. 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Drosselgehäuse (28) eine zylindrische,

mit Innengewinde (38) zur Aufnahme des Stellknopfes (32) versehene Ausnehmung (40)

aufweist,
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' (b) koaxial in dieser Ausnehmung (40) ein

Kragen (42) gebildet ist, in welchem der Kolben abdichtend geführt ist,

(c) der Kolben an seinem aus dem Kragen (42)

herausragenden Ende einen Radialflansch (46) aufweist,

(d) die Druckfeder (30) um den Kragen (42) herum angeordnet ist und einerseits an dem

Radialflansch (46) und andererseits am Boden der zylindrischen Ausnehmung (4O) anliegt und

(e) die Drosselöffnung (14) eine gleichachsig zu dem Kragen (42) in Drosselgehäuse (28) vorgesehene Bohrung ist.

6. Einstellbare Drossel nach einem der Ansprüche •^" 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkegel (12) gestuft ist.

7. Einstellbarer Druckteiler, insbesondere zur Einstellung des Proportionalbereichs bei

^ pneumatischen Kraft- und Momentenvergleichsreglern, bestehend aus einer Festdrossel und einer einstellbaren Drossel, unter Verwendung einer einstellbaren Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

für beide Strömungsrichtungen die Festdrossel (52) und die einstellbare Drossel (10) in der Strömungsrichtung gesehen im wesentlichen gleiche geometrische Konfigurationen zeigen.

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8. Einstellbarer Druckteiler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Festdrossel (52) einen Drosselkegel· (54) enthäl·^ der in eine Drosseiöffnung (56)

hineinragt und

(b) die Drosseikegel· (54) von Festdrossel· (52) und einste^barer Drossel· (10) in Strömungsrichtung gesehen in die gieiche

Richtung zeigen.

9. Einstei^arer Druckteiier nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß
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(a) die Festdrossel· (52) ein topfförmiges Festdrossel·gehäuse (58) aufweist, in dessen verdicktem Boden eine ais Drosselöffnung

(56) dienende, zentrale Bohrung vorgesehen ist,

(b) der mit einem Radial^ansch (60) versehene Drosselkegel (54) der Festdrossel (52) mit diesem Radiai^ansch (60) in das topfförmige Festdrosseigehäuse (58) eingepreßt

ist, so daß der Drosseikegel· (54) in die Bohrung ragt, und

(c) der Drosseikegel· (54) einen T-Kanai

^ enthäl·^ der aus einer von der Grundfiäche

des Drossel·kegel·s (54) ausgehenden, axiaien Sack^chbohrung (62) und einer diese schneidenden, in der Mantelflache des

DroΞselkegel·s, im Abstand von der Drossel-

ste^e mündenden Querbohrung (64) besteht.

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;; ;_V\ ν S 3020038

1 10* Einstellbarer Druckteiler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Festdrosselgehäuse (58) in ein die ein-5 stellbare Drossel (10) enthaltendes Drossel-

_ -gehäuse (28) eingesetzt ist und

Λ (br in dem Drosselgehäuse (28) ein Verbindungs- :; kanal (66) gebildet ist, welcher den um

10 den außerhalb der Drosselöffnung liegenden

Teil des einstellbaren Drosselkegels (12) herum gebildeten Raum (68) mit der als :Drosselöffnung (56) dienenden Bohrung des '-/-_ .:'" Festdrosselgehäuses (58) verbindet.

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