DE3035990C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Nachführeinheit, durch die eine für das Stellglied stoßfreie Umschaltung von Automa­ tik- auf Handstellbetrieb einer pneumatischen Reglerstation er­ möglicht wird, wobei eine einseitig mit einer Membran begrenzte Gegendruckkammer mit einer Zuluftdrucköffnung vorgesehen ist, in der ein Steuerglied sitzt, sowie eine von einem Arbeitsbalg gebildete Arbeitsdruckkammer, die miteinander in Wirkverbindung stehen, indem eine mit dem Arbeitsbalg verbundene Stange über eine Feder auf die Gegendruckkammer wirkt und diese Stange mit einem Stellhebel, der einer von Hand betätigbaren Einstellvor­ richtung zugeordnet ist, verbunden ist.

Derartige pneumatische Nachführeinheiten sind bekannt. Sie werden hauptsächlich in Verbindung solcher pneumatischer Regel­ stationen verwendet, die ein Betreiben der Reglerstation sowohl mit Handbetrieb als auch in automatischem Betrieb zulassen. Zu diesem Zweck weisen die Regler solcher Reglerstationen Umstell­ schalter auf, mit denen die gewünschte Betriebsart eingestellt werden kann. Arbeitet eine solche Reglerstation im Automatikbe­ trieb, so entfernen sich zwangsläufig die auf das Stellglied wirkenden Druckwerte von der jeweils letzt eingestellten Stel­ lung des Handstelldruckgebers. Da dies bei einem Umschalten von Automatik- auf Handstellbetrieb dann zur Folge hätte, daß das Stellglied stoßartig entsprechend der Druckdifferenz beauf­ schlagt wird, was eine hohe Beanspruchung der gesamten Teile bedeutet, sind Nachführeinheiten vorgesehen, die dies verhindern.

In der DE-AS 15 23 573 wird bei einer pneumatischen Drucksignal- Speichereinrichtung eine Vorrichtung beschrieben, die es er­ möglicht, die Umschaltung vom Automatik- auf den Handsteuer­ betrieb ohne Verzögerung und stoßfrei vorzunehmen. Hierzu ist vorgesehen, daß das zur Handsteuerung dienende bewegliche Ele­ ment während des Automatikbetriebs von seiner Handbetätigung mechanisch entkoppelt ist und ständig dem Drucksignal des auto­ matischen Reglers folgt. Wird dann auf Handsteuerung umgeschal­ tet, so nimmt das Element bereits die Stellung ein, die es auch im Handsteuerbetrieb bei dem gerade herrschenden Ausgangssignal einnehmen müßte.

Bei einer weiteren bekannten pneumatischen Regeleinheit (GB-PS 13 93 259 und GB-PS 13 93 260) wird das stoßfreie Umschalten zwischen Automatik- und Handbetrieb bei einer pneumatischen Regeleinrichtung mit einer aufwendigen Abgleicheinheit erreicht.

Eine weitere bekannte Nachführeinheit besitzt eine Arbeits­ druckkammer, die bei Automatikbetrieb von einem entsprechend dem Ausgangsdruck y _a des Reglers gebildeten Druckwerts beauf­ schlagt wird. Die in Form eines Balges ausgebildete Arbeits­ druckkammer dehnt sich hierdurch aus und überträgt über eine zentral angeordnete Stange die Kraft auf eine Feder, die ihrer­ seits auf eine Gegendruckkammer wirkt, in der ein Steuerteil sitzt. Dieses Steuerteil läßt dann Zuluft einströmen, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen diesen beiden Kammern herrscht. Die Bewegung der Stange wird bei bekannten Bauarten direkt auf einen Stellhebel übertragen, der in Betriebsstellung "Auto­ matik" die Bewegungen der Stange frei mit ausführen kann. Bei Handstellbetrieb wird dieser Stellhebel mit einer Einstellvor­ richtung verbunden, die es zuläßt, von Hand Kräfte über den Stellhebel auf die Stange und damit auf die Druckkammern auszu­ üben. Die Stellgröße y, die sich in Abhängigkeit der Drücke in den beiden Druckkammern ergibt, ist somit in Stellung "Hand" der Lage des Stellhebels zugeordnet und kann mit einem Ein­ stellknopf beeinflußt werden. Solche Nachführeinheiten arbeiten zuverlässig, solange die Zuluftzufuhr gewährleistet ist.

Der wesentliche Nachteil liegt in der Wiederinbetriebnahme einer solchen Nachführeinheit nach einem Ausfall der Zuluft­ versorgung. Dann nämlich wäre es wünschenswert, daß die der bei Ausfall der Zuluftversorgung vom Stellglied eingenommenen Stellung entsprechende Handstellgröße auch nach Ausfall der Zuluftversorgung noch der Stellung des Stellhebels vor Ausfall der Zuluftversorgung entspricht. Dies wird bei bekannten Nachführeinheiten nicht gewährleistet, da bei Ausfall der Zu­ luftversorgung der Druck in der Arbeitsdruckkammer abfällt, wodurch sich die mit der Stange verbundene Feder entspannt. Da­ durch verstellt sich die Stange und überträgt diese Bewegung direkt über den Stellhebel auf die von Hand betätigbare Ein­ stellvorrichtung. Diese verstellt sich dadurch und weist daher nach Wiedereinsetzen der Zuluftversorgung eine andere Stellung auf, als sie der immer noch vom Stellglied eingenommenen Stel­ lung entsprechen würde. Weiterhin ist von Nachteil, daß das Steuerglied sich nach Ausfall der Zuluftversorgung oftmals in einer Stellung befindet, in der es die Zuluftzufuhröffnung so abdeckt, daß die Zuluftversorgung nur unter umständlicher ex­ terner Beaufschlagung des Steuergliedes wieder in Gang kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nachführeinheit der eingangs genannten Art zur stoßfreien Umschaltung von Automatik- auf Handstellbetrieb einer pneumatischen Regelsta­ tion so zu schaffen, daß die Handstelldruckgröße y _H immer den­ selben Wert einnimmt, der sich vor Ausfall der Zuluftversorgung eingestellt hat und daß die Inbetriebnahme der Nachführeinheit nach Ausfall der Zuluftversorgung einfach und zuverlässig erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Nachführeinheit durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß der Stellhebel nicht mehr starr, sondern über ein eine elasti­ sche Verbindung darstellendes Federelement mit der Stange ver­ bunden ist. Die Stange hat dadurch die Möglicheit, bei Ausfall der Zuluftversorgung sich über einen bestimmten, festlegbaren Bereich gegenüber dem Stellhebel in der Richtung zu bewegen, in der die Stange bei Ausfall der Zuluftversorgung beaufschlagt wird. Diese Bewegung wird aber dadurch nicht auf den Stellhebel übertragen; die Handeinstellvorrichtung behält den Wert bei, den sie vor dem Ausfall der Zuluftzufuhr eingenommen hat. Setzt die Zuluftversorgung wieder ein, wird die Stange in umgekehrter Richtung solange beaufschlagt, bis der Anschlag die Bewegung der Stange in umgekehrter Richtung als Vorausfall der Zuluft­ versorgung auf den Stellhebel überträgt. Dadurch setzt die Verbindung zwischen Stellhebel und Stange genau in dem Punkt ein, in dem sie durch den Ausfall der Zuluftversorgung unter­ brochen wurde.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist vorteilhaft, wenn das die elastische Verbindung darstel­ lende Federelement auf der Stange zwischen einer der Stange zugeordneten Mutter und einem dem Stellhebel zugeordneten Mitnehmer angeordnet ist. Ein solches Federelement kann in die­ se Position sehr einfach gebracht werden und kann zusätzlich noch bewirken, daß der Steuerteil nach Ausfall der Zuluft­ versorgung die Zuluftzufuhröffnung nicht vollständig verschließt.

Der Anschlag kann zweckmäßiger Weise ein die Stange durchset­ zender Stift sein, der soweit über den Durchmesser der Stange übersteht, daß der Weg des Stellhebels gegenüber der Stange hierdurch zuverlässig begrenzt wird. Hierbei wird das Federele­ ment so gewählt, daß der Federweg sowie die Federkonstante so bemessen ist, daß die zwischen der Stange und der Gegenkammer angeordnete Feder keine Veränderung der Stellung der Einstellvorrichtung hervorruft.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Federkonstante des Federelementes so bemessen ist, daß die von ihm auf die in entspannter Stellung an der Zwischenstange und Gegenkammer angeordnete Feder ausgeübte Kraft ausreicht, um das Steuerglied in einer Stellung so zu halten, daß es die Zuluftdrucköffnung freigibt. Dadurch kann durch Dimensionierung des erfindungsge­ mäßen Federelementes sichergestellt werden, daß nach Ausfall der Zuluftversorgung die entsprechenden Drücke beim Wiederein­ setzen der Versorgung schnell aufgebaut werden können.

Der dem Stellhebel zugeordnete Mitnehmer wird in einfachster Weise von dem Rand einer in den Stellhebel eingebrachten Bohrung gebildet, die einen etwas größeren Durchmesser als die durch diese gesteckte Stange aufweist. Damit liegt das Federe­ lement direkt am Stellhebel an. Durch die Dimensionierung der Bohrung wird sichergestellt, daß keine Reibungsübertragung zwischen der Stange und dem Stellhebel erfolgen kann, sondern die auftretenden Kräfte nur über das Federelement übertragen werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auf der Stange ein sich über die in Richtung der Gegendruckkammer weisende Hälfte erstreckendes Gewinde vorgesehen sein. Dann kann die als Feder­ teller dienende Mutter über einen größeren Bereich verstellt werden, wobei hiermit der Federweg und der Mitnehmerbereich zwischen Stellhebel und Stange dann jeweils an die gewünschten Bedingungen angepaßt werden kann. In einer vorteilhaften Aus­ führungsform ist das Federelement als Spiralfeder ausgebildet.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem im folgen­ den beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbei­ spiel. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine er­ findungsgemäße Nachführeinheit und

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Nach­ führeinheit gemäß Fig. 1 in teilweise geschnit­ tener Darstellung.

In der in Fig. 1 gezeigten schematischen Darstellung ist eine im gesamten mit 1 bezeichnete Nachführeinheit zu sehen, die eine mit 2 bezeichnete Einstellvorrichtung umfaßt. Diese Nach­ führeinheit weist einen Gegendruckraum 3 auf, der einseitig von einer elastischen Membran 4 begrenzt wird. In diesen Gegen­ druckraum 3 führt eine Zuluftöffnung 6, durch die die Gegen­ druckkammer 3 mit einem Zuluftdruck p _Z dann beaufschlagt werden kann, wenn die Kugel 5 a, die Bestandteil des Steuergliedes 5 ist, die Öffnung freigibt. Das Steuerglied 5 besteht aus zwei Kugeln 5 a und 5 b, die über ein Verbindungsglied 5 c miteinander verbunden sind. Der Handstelldruck y _H stellt sich am Ausgang des Kanals 8 ein, der bei Handstellbetrieb dem Stellglied zugeführt wird. Dies kann über den schematisch dargestellten Schalter 26 erreicht werden. Zwischen dem Schalter 26 und dem nicht näher gezeigten Stellglied wird ein Druckwert abgezweigt, der über die Leitung 9 in der Wand der Nachführeinheit einer Arbeitsdruckkammer 10 zugeführt wird, die von einem elastischen Arbeitsbalg 11 gebildet wird. Der Balg 11 steht mit der Gegen­ druckkammer 3 in Wirkverbindung, indem eine zentral angeordnete Stange 13 fest mit der freien Balgseite 27 verbunden ist. Diese Stange 13 wirkt über ein Rändel 14 und einen Flansch 15 auf eine Feder 16, die mit einem Ende an einem einen Balg 12 abschließen­ den Abschlußstück 12a festgelegt ist. In dieses Abschlußstück 12 a ist eine Auslaßöffnung 7 eingebracht, die von der Kugel 5 b des Steuerteiles 5 abgedichtet werden kann. Ist diese Auslaß- Öffnung 7 geöffnet, so wird die Gegendruckkammer dadurch mit dem Atmosphärendruck verbunden, da in dem Raum, in welchem die Feder 16 angeordnet ist, eine Bohrung 28 eingebracht ist, wodurch dieser Raum auf atmosphärischem Druck liegt. Die Gegen­ druckkammer 3 ist über eine Drosselbohrung 3 b mit dem Raum 3 a außerhalb des Balges 12 verbunden.

Die Einstellvorrichtung 2 ist mit einer Welle 22 versehen, die von Hand gedreht werden kann und in dem Fall, daß der Regler in Handstellbetrieb betrieben werden soll, mit der Fahne 21 zu­ sammenwirkt. Die Fahne 21 überträgt die Schwenkbewegung auf eine Welle 25, die einen aus der Fig. 2 zu erkennenden Stellhebel 24 trägt. Die Welle 25 ist exzentrisch im Randbereich der Nachführ­ einheit gelagert, so daß der senkrecht von ihr abstehende Stell­ hebel 24 die Schwenkbewegung bei Beaufschlagung der Fahne 21 mit ausführt. Vom Stellhebel 24 ist in der in Fig. 1 gezeigten Dar­ stellung der Mitnehmer, der vom Rand 19 einer in den Stellhebel eingebrachten Bohrung gebildet wird, zu erkennen, über den eine Verbindung zwischen der Stange 13 und dem Stellhebel 24 erfolgen kann.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß eine Bewegung der Stange 13 entlang der Linie A-A auf den Stellhebel über eine elastische Verbindung, in diesem Falle eine Spiralfeder 17, erfolgt, die auf der Stange 13 angeordnet ist und mit einer als Federteller dienenden Mutter 18 mit einem Ende festgelegt ist. Das andere Ende liegt am Rand 19 der im Stellhebel vorgesehenen Bohrung an, die dadurch als Mitnehmer dient. In Wirkrichtung des Kraftvektors K ist der Weg, den der Stellhebel gegenüber der Stange 13 ausführen kann, durch einen Anschlag begrenzt, der in diesem Falle von einem Stift 20 gebildet wird, welcher in die Stange 13 eingesetzt ist. Die Fahne 21 wird in Hand­ stellbetrieb über die Arretiervorrichtung 23 mit der Welle 22 in Verbindung gebracht. In Stellung Automatik ist die Fahne frei beweglich und kann eine Schwenkbewegung senkrecht zur Zwischenebene durchführen.

Die Nachführeinheit arbeitet wie folgt:

In Stellung Automatik wird der Arbeitsdruckraum 10 und damit der Arbeitsbalg 11 vom Druckwert y _A über den Kanal 9 beauf­ schlagt. Die dadurch auf diesen ausgeübte Kraft wird über die zentral angeordnete Stange 13 auf die Feder 16 übertragen, die auf den Balg 12 wirkt, der dann das Steuerteil 5 betätigt. Dadurch wird die Kugel 5 a von ihrem Sitz gehoben, was zur Folge hat, daß Zuluft einströmen kann, bis ein Kräftegleich­ gewicht in den beiden Druckkammern 3 und 10 herrscht. Die bis dahin von der Stange 13 ausgeführte Bewegung wird über den Mitnehmerstift 20 und den Stellhebel auf die sich in Automatikbetrieb frei bewegliche Fahne 21 übertragen, wobei diese dann immer eine Stellung innehat, die den beiden Druck­ werten y _A = y _H entspricht. Wenn nun vom Automatik- auf Hand­ betrieb umgeschaltet wird, erfolgt die Umschaltung stoßfrei. In Stellung Hand wird die Fahne 21, welche den Stellhebel trägt, von der Andruckrolle 29 mit der Welle 22 in Wirkverbindung ge­ bracht, wobei dadurch die Stellgröße y von Hand beeinflußt werden kann.

Bei Ausfall der Zuluft baut sich der Druck in der Arbeitskammer 10 ab, was zur Folge hat, daß sich die Feder 16 ganz ausdehnt, und damit die Stange 13 in Richtung des Kraftvektors K ver­ schiebt. Bei bekannten Bauarten hat sich dadurch auch die Stellung der Fahne 21 verschoben, weil der Stellhebel fest mit der Stange verbunden war. Erfindungsgemäß kann dies jetzt nicht mehr geschehen, da bei Ausfall der Zuluft die Stange 13 zwar immer noch in Richtung des Kraftvektors K verscho­ ben wird, dadurch aber die Spiralfeder 17 zusammengedrückt wird, wodurch sich die Stellung des Stellhebels 24 dann nicht verändert. Dies kann über die Dimensionierung des Federweges und der Federkonstante erreicht werden. Eine Kraftüber­ tragung auf den Stellhebel kann so erst dann erfolgen, wenn sich die Feder 16 bereits vollständig ausgedehnt hat. Damit verbleibt die Fahne 21 in ihrer Stellung. Es entfernt sich lediglich der Stift 20 von dem Mitnehmerteil 19 des Stell­ hebels. In dieser zusammengedrückten Stellung der Spiralfeder 17 kann bei geeigneter Wahl der Federkonstanten die Feder so ausgelegt sein, daß sie noch genügend Druck auf den Balg 12 und damit auf das Steuerteil 5 ausübt, so daß die Kugel 5 a des Steuerteiles 5 die Druckluftzufuhröffnung 6 nicht verschließt. Dadurch ist gewährleistet, daß beim Wiedereinsetzen der Druck­ luftzufuhr sich in der Nachführeinheit wieder schnell ein Druck aufbauen kann, der dann zur Folge hat, daß sich der Balg 11 wieder ausdehnt und die Stange solange nach unten drückt, bis der Anschlag 20 wieder am Mitnehmer 19 des Stell­ hebels 24 anliegt. Diese Stellung entspricht aber genau der zuletzt eingenommenen Stellung der Nachführeinheit, wodurch damit auch nach dem Wiedereinsetzen der Druckluftzufuhr eine stoßfreie Umschaltung von Automatik- auf Handbetrieb er­ möglicht wird.

Die Stange 13 ist auf ihrer der Gegendruckkammer 3 zugeordneten Hälfte mit einem Gewinde 30 versehen, wodurch sich die Vor­ spannung der Spiralfeder 17 über die als Federteller dienende Mutter 18 variieren läßt. Ebenso läßt sich über das Rändel 14 die Null­ punkteinstellung variieren. Die Bereichseinstellung kann durch Verdrehen des Flansches 15 bewirkt werden.

In Fig. 2 ist in teilweise geschnittener Darstellung eine nach dem Schema der in Fig. 1 gezeigten Nachführeinheit aufge­ baute Einheit gezeigt, bei der die Anordnung des Stellhebels 24 sowie der Sitz der exzentrisch gelagerten Welle 25 zu erkennen ist. Ebenso ist in einem Teilausschnitt die Kugel 5 b des Steuerteiles 5, welches im Gegendruckraum 3 angeordnet ist, zu sehen. Der Kanal 9 ist ebenfalls ausschnittsweise ange­ ordnet.

Eine Bewegung der Stange 13 hat zur Folge, daß, wenn die Bewegung in Richtung zur Gegendruckkammer 3 hin erfolgt, der Schwenkhebel 24 über den Mitnehmer beaufschlagt wird. Da bei einer solchen Nachführeinheit nur sehr geringe Wege zurückzulegen sind, genügt es, die Bohrung, deren Rand als Mitnehmer für die Spiralfeder 17 wirkt, mit nur geringfügig größerem Durchmesser auszubilden, als dem, der der Stange 13 entspricht. Der Stellhebel 24 führt daher kleine Wege in den mit den Pfeilen gezeigten Richtungen aus. Diese Wege werden über die Welle 25 auf die nur teilweise ge­ zeigte Fahne 21 übertragen, die wahlweise zwischen Hand- und Automatikbetrieb entweder fest über die Welle 22 betätigt werden kann, oder aber frei gegenüber dieser sich bewegen kann.

Durch die Erfindung ist der Stellhebel 24 nicht starr mit der Stange 13 verbunden, was zur Folge hat, daß in der oben be­ schriebenen Weise auch nach Ausfall der Zuluftzufuhr und Wieder­ einschalten der Zuluft ein stoßfreies Umschalten zwischen Hand- und Automatikbetrieb erfolgen kann. Gleichzeitig kann die Spiralfeder 17 dafür sorgen, daß das Steuerteil 5 die Zuluftzufuhr­ öffnung 6 nach Ausfall der Zuluft nicht vollständig verschließt, so daß bei Wiedereinsetzung der Zuluftversorgung ein schneller Druckaufbau in der Nachführeinheit erfolgen kann.

Claims (7)

1. Pneumatische Nachführeinheit, durch die eine für das Stellglied stoßfreie Umschaltung von Automatik- auf Handstell­ betrieb einer pneumatischen Reglerstation ermöglicht wird, wo­ bei eine einseitig mit einer Membran begrenzte Gegendruckkammer mit einer Zuluftdrucköffnung vorgesehen ist, in der ein Steuer­ glied sitzt, sowie eine von einem Arbeitsbalg gebildete Arbeitsdruckkammer, die miteinander in Wirkverbindung stehen, indem eine mit dem Arbeitsbalg verbundene Stange über eine Feder auf die Gegendruckkammer wirkt und diese Stange mit einem Stellhebel, der einer von Hand betätigbaren Einstellvorrichtung zugeordnet ist, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung einer Kraft (K′) des Stellhebels (24) auf die Stange (13) entgegen der Ausdehnrichtung der Gegendruckkammer (3) ein eine elastische Verbindung darstellendes Federelement (17) vorgesehen ist, dessen Federweg (f) und Federkonstante so bemessen ist, daß die Feder (16) in entspannter Stellung keine Änderung der Einstellvorrichtung (2) hervorruft, und daß ein Anschlag (20) vorgesehen ist, über den der Stellhebel (24) zur Übertragung einer Kraft (K) in Ausdehnrichtung der Gegendruckkammer (3) auf die Stange (13) wirkt.

2. Pneumatische Nachführeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (17) auf der Stange (13) zwischen einer der Stange (13) zugeordneten Mutter (18) und einem dem Stellhebel (24) zugeordneten Mitnehmer (19) ange­ ordnet ist.

3. Pneumatische Nachführeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (20) von einem die Stange (13) durchsetzten Stift (20) gebildet wird.

4. Pneumatische Nachführeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante des Fe­ derelementes (17) so bemessen ist, daß die von ihm auf die Fe­ der (16) in entspannter Stellung ausgeübte Kraft ausreicht, das Steuerglied (5) in einer Stellung so zu halten, daß es die Zu­ luftdrucköffnung (6) freigibt.

5. Pneumatische Nachführeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mitnehmer (19) der Rand einer in den Stellhebel (24) eingebrachten Bohrung dient, die einen etwas größeren Durchmesser als die durch diese gesteckte Stange (13) aufweist.

6. Pneumatische Nachführeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stange (13) ein sich über die in Richtung der Gegendruckkammer (3) weisenden Hälfte erstreckendes Gewinde (30) vorgesehen ist, an dem die Mutter (18) verstellbar angeordnet ist.

7. Pneumatische Nachführeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (17) als Spiralfeder (17) ausgebildet ist.