DE3046595A1

DE3046595A1 - Regelventilanordnung

Info

Publication number: DE3046595A1
Application number: DE19803046595
Authority: DE
Inventors: Lothar 2870 Delmenhorst Albers
Original assignee: G Kromschroeder AG
Current assignee: Elster Kromschroeder GmbH
Priority date: 1980-12-11
Filing date: 1980-12-11
Publication date: 1982-07-22

Description

Regelventilanordnung
Die Erfindung betrifft eine Regelventilanordnung mit einem Regelventil, bei welchem eine Feder einer Stellkraft das Gleichgewicht hält, die von einer Magnetspule mit veränderbarem Spulenstrom auf einen mit einem Ventilschließkörper verbundenen Anker ausgeübt wird.
Die DE-PS 842 572 zeigt ein elektromagnetisches Regelventil, insbesondere für Kühlanlagen, mit einer Feder, die der durch einen regelbaren Spulenstrom mit Hilfe eines auf der Ventilspindel befindlichen Eisenkerns ausgeübten Stellkraft das Gleichgewicht hält. Dieses Regelventil weist eine Magnetspule mit einem unbeweglichen Weicheisenkern und einem zylindrischen beweglichen Kern oder Anker auf, in den die Ventilspindel eingeschraubt ist. Die Ventilspindel bildet an ihrem Ende einen kegelförmigen Ventilschließkörper und trägt einen Federteller.
Eine Feder drückt auf den Federteller und belastet die Ventilspindel und den Ventilschließkörper in Schließrichtung. Der Spulenstrom durch die Magnetspule ist mittels eines Einstellwiderstands einstellbar. Der durch den Spulenstrom auf den Anker ausgeübte elektromagnetischen Stellkraft wird durch die Federkraft die Waage gehalten. Die Gleichgewichtsstellung hängt dabei von der Stärke des Spulenstroms ab und kann somit durch Veränderung des Spulenstroms verändert werden.
Die Strömungsrichtung ist bei dem bekannten Regelventil so, daß die Strömung in Öffnungsrichtung des Ventilschließkörpers durch den Ventilsitz strömt, d.h. der durch die Feder in Schließrichtung belastete Ventilschließkörper stromab von dem Ventilsitz angeordnet ist.
Die praktische Realisierung eines solchen Regelventils bietet große Schwierigkeiten. Auch ist das bekannte Regelventil in der in der DE-PS 842 572 dargestellten Form für viele Axiwendungen nicht geeignet.
Der bewegliche Kern oder Anker, der unbewegliche Kern und die Magnetspule bilden einen magnetischen Kreis mit einem Luftspalt. Die Kraft, die von der Magnetspule auf den beweglichen Kern ausgeübt wird, hängt daher nicht nur von dem Spulenstrom sondern auch von der den Luftspalt bestimmenden Lage des beweglichen Kerns in der Magnetspule ab. Die Kraft wird bei festem Spulenstrom umso größer, je weiter der bewegliche Kern in die Magnetspule hineinbewegt wird. Wenn also bei einem eingestellten Spulenstrom bei einer bestimmten Lage des beweglichen Kerns oder Ankers ein Gleichgewicht zwischen der elektromagnetischen Stellkraft und der Kraft der Feder besteht, so ist dieses Gleichgewicht in der Praxis labil: Eine Verschiebung des beweglichen Kerns in die Magnetspule hinein durch irgendwelche Einflüsse, z.B. eine Erhöhung des Vordrucks, bewirkt eine überproportionale Erhöhung der Stellkraft, die nicht mehr durch die Federkraft kompensiert wird, so daß das Ventil in die voll geöffnete Stellung fährt.
In der Praxis sind daher Magnetventile nur als unstetig arbeitende Ventile ausgebildet und angewandt worden.
Entweder haben Magnetventile nur die beiden Schaltstellungen t'vollgeöffnet" und "vollständig geschlossen, oder es werden Zwischenstellungen durch mechanische Anschläge hergestellt.
Das Regelventil nach der DE-PS 842 572 ist ein Nadelventil, bei welchem der Ventilschließkörper praktisch von einem konischen Ende des Ventilstößels gebildet wird.
Der Durchsatz eines solchen Ventils ist nur gering. Das Ventil ist kaum geeignet z.B. zur Regelung der Gaszufuhr zu einem Brenner. Um größere Strömungsquerschnitte zu erhalten, sind übliche Magnetventile Tellerventile mit einem stromauf von einem Ventilsitz angeordneten Ventilteller, der von einer Feder in Schließrichtung belastet ist. Durch die Ausbildung des Ventilschließkörpers als Tellerventil können größere Strömungsquerschnitte beherrscht werden. Dadurch, daß der Ventilteller stromauf von dem Ventilsitz angeordnet ist, wirkt der Vordruck im schließenden Sinne, gleichsinnig mit der Feder, so daß das Ventil nicht -etwa bei einem Bruch der Feder- von dem Vordruck aufgedrückt werden kann.
Bei solchen Ventilen ist aber die zum Öffnen des Ventils erforderliche Kraft größer als die Kraft, die erforderlich ist, um das Ventil gegen die Wirkung der Feder geöffnet zu halten. Zum Öffnen des Ventils muß nämlich die auf die fläche des Ventiltellers wirkende Druckdifferenz zwischen Vor- und Hinterdruck überwunden werden. Bei einem normalen, voll öffnenden und vollständig schließenden Magnetventil wird üblicherweise der Spulenstrom so ausgelegt, daß er die Öffnungskraft überwindet. Der Anker und Ventilschließkörper werden dann in der Offenstellung mit einem erheblichen Kraftüberschuß an einem Anschlag gehalten. Dieser Kraftüberschuß ergibt sich daraus, daß einmal die auf den Ventilteller im Schließzustand wirksame Kraft in der Offenstellung wegfällt und daß zum anderen die auf den Anker bei vorgegebenem Spulenstrom wirksame Stellkraft, wie oben erläutert, umso höher wird, je weiter der Anker oder bewegliche Kern unter Verringerung des Luftspalts in die Magnetspule hineinbewegt wird. Das führt zu einem unötig hohen Leistungsverbrauch des Magnetventils.
Ein solcher erhöhter Leistungsverbrauch stellt einmal bei Anlagen, die zahlreiche Magnetventile enthalten, einen nicht vernachlässigbaren Kostenfaktor dar. Zum anderen werden die Magnetspulen unerwünscht warm, was die Explosionssicherheit beeinträchtigen kann.
Der zum Öffnen eines solchen Magnetventils erforderliche, erhebliche Kraftüberschuß würde natürlich die Instabilität eines Regelventils nach der DE-PS 842 572 zusätzlich erhöhen, wenn man dieses nach Art eines üblichen Magnetventils, wie beschrieben, ausbilden wollte.
Stetig verstellbare Regelventile sind daher entweder durch einen Elektromotor oder durch eine hydraulische oder pneumatische Hilfskraft gesteuert.
Regelventile, die durch einen Elektromotor verstellt werden, könneElim Gefahrenfall nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit geschlossen werden. Insbesondere werden sie nicht geschlossen, wenn die Stromversorgung ausfällt. Regelventile mit hydraulischer oder pneumatischer Hilfskraft setzen das Vorhandensein dieser Hilfskraft voraus Sie sinq konstruktiv aufwendig und erfordern Wandler zum Umsetzen elektrischer Signale in die nicht-elektrische Hilfskraft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Regelventil der eingangs definierten Art Zwischenstellungen zwischen der voll geöffneten und der vollständig geschlossenen Stellung auch in der Praxis zu realisieren.
Dabei soll das Regelventil vorzugsweise stetig verstellbar sein. Die Leistungsaufnahme soll möglichst gering gehalten werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß (a) ein Fühler vorgesehen ist, der auf den Hub des Ventilschließkörpers oder eine davon beeinflußte Größe anspricht und ein elektrisches Regelsignal liefert, (b) das Fühlersignal als Istwert einen elektrischen Regler beaufschlagt, auf den gleichzeitig ein Sollwert oder eine Führungsgröße aufgeschaltet ist und (c) der Spulenstrom vom Ausgangssignal des Reglers steuerbar ist.
Die Erfindung gestattet es, ein übliches Magnetventil ohne zusätzlithe mechanische Anschläge o.dgl. in vorgegebenen drosselnden Zwischenstellungen zu halten oder stetig zu verstellen. Dadurch wird ein sehr einfach aufgebautes Regelventil erhalten, das rein elektrisch gesteuert ist, also keine nicht-elektrische Hilfskraft benötigt Im Gefahrenfall bewegt sich der Magnetventilteller in dfe durch d'ie Feder festgelegte mechanische Endlage, wenn der Spulenstrom abgeschaltet wird oder die Stromversorgung ausfällt (z.B. Schnellschluß bei stromlos geschlossenen Ventilen).
Der Spunenstrom wird bei diesem Regelventil stets auf den Wert geregelt, der gerade erforderlich ist, um der Kraft der Feder und sonstigen eventuell auf den Ventilschließkörper wirkenden Kräften das Gleichgewicht zu halten. Damit wird die Leistungsaufnahme des Regelventils optimiert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ausführungsbeispiel der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Längsschnitt durch ein als Regelventil benutztes Magnetventil.
Fig. 2 ist ein Diagramm und veranschaulicht die Abhängigkeit der von der Magnetspule aufzubringenden Hubkraft von der Ventilstellung.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Stellungsregelkreises für das Magnetventil.
Fig. 4 ist spin detailliertes Blockschaltbild ähnlich Fig. 3 und zeigt außerdedie verschiedenen Mqglichkeiten der Sollwertvorgabe.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines Regelkreises, bei dem die Stellung des Magnetventils in Abhängigkeitt von einer durch diese Stellung beeinflußten Meßgröße geregelt wird.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, bei dem ein Führungsregler den Stellungsregelkreis nach Fig. 3 oder 4 in Abhängigkeit von einer durch die Ventilstellung veränderten Meßgröße beeinflußt.
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer Brennersteuerung als Anwendungsbeispiel einer Regelventilanordnung.
Das Magnetventil 10 von Fig.1 enthält ein Gehäuseunterteil 12 mit einem Einlaßstutzen 14 und einem dazu gleichachsigen Auslaßstutzen 16. Einlaßstutzen 14 und Auslaßstutzen 16 sind durch eine Zwischenwand 18 voneinander getrennt, die einen zylindrischen, den Einlaß- und den Auslaßstutzen 14 bzw. 16 verbindenden Ventilsitz 20 bildet. Die Achse dieses Ventilsitzes 20 verläuft senkrecht zur Achse von Einlaß- und Auslaßstutzen 14, 16.
Koaxial zu dem Ventilsitz 20 bildet das Gehäuseunterteil 12 einen zylindrischen Kragen oder Stutzen 22. Zwischen dem Kragen 22 und dem Ventilsitz 20 ist ein kegelstumpfförmiges Sieb 24 angeordnet.
In den Kragen 22 ist ein Antriebsteil 26 abdichtend eingesetzt. Das Antriebsteil 26 enthält eine Magnetspule 28 mit einem Weicheisenmantel 30 und einem feststehenden Weicheisenkern 32 sowie einem beweglichen Kern oder Anker 34. Zwischen dem feststehenden Weicheisenkern 32 und dem Anker 34 ist ein Luftspalt 36 gebildet.
An dem Anker 34 sitzt ein Ventilstößel 38, der einen mit dem Ventilsitz 20 zusammenwirkenden, stromauf von dem Ventilsitz 20 angeordneten Ventilteller 40 trägt. Der Ventilteller 40 ist in Schließrichtung von einer vorgespannten Feder 42 belastet.
Bei Erregung der Magnetspule 28 mit einem Spulenstrom bildet sich ein Magnetfeld aus, wobei die magnetischen Feldlinien durch den Weicheisenmantel 30, den feststehenden Weicheisenkern 32, den Luftspalt 36 und den Anker 34 verlaufen. Die Feldlinien suchen den Luftspalt 36 zu verkleinern und erzeugen eine nach oben, d.h. in Öffnungsrichtung und gegen die Vorspannung der Feder 42 wirkende Stellkraft. Diese Stellkraft wird bei einem vorgegebenen Spulenstrom, wie oben erwähnt, umso größer1 je kleiner der Luftspalt 36 wird.
Fig. 2 zeigt den Verlauf der auf den Ventilteller 40 wirkenden Kräfte, die durch die elektromagnetische Stellkraft überwunden werden müssen. Kurve 44 zeigt den Verlauf der Kraft, die von der Feder 42 allein auf den Ventilteller 40 ausgeübt wird. Diese Kraft steigt von einem endlichen Wert beim Ventilhub null, d.h. bei vollständig geschlossenem Ventil, linear an. Der Wert beim Ventilhub null entspricht der durch die Vorspannung der Feder 42 hervorgerufenen Schließkraft. Zusätzlich wirkt auf den Ventilteller jedoch auch noch eine Kraft durch die Druckdifferenz zwischen Einlaßstutzen 14 und Auslaßstutzen 16, die auf der Fläche des Ventiltellers wirksam ist. Diese Kraft wirkt ebenfalls in Schließrichtung und überlagert sich der Kraft der Feder 42. Unter Berücksichtigung dieser zusätzlichen Kraft entspricht der Kraftverlauf in Abhängigkeit vom Hub etwa der Kurve 46 in Fig. 2. Dieser Kraft überlagert sich noch je nach der Verstellrichtung des Ventils 10 die Lagerreibung, so daß der Kraftverlauf etwa den gestrichelten Kurve: 48 oder 50 folgt.
Man erkennt,-daß zum Öffnen des Ventils 10 eine Stellkraft aufgebracht werden muß, die größer ist als die in der voll geöffneten Stellung wirksame Kraft der Feder 42. Ein zum Öffnen des Ventils ausreichender Spulenstrom würde daher nach dem Öffnen das Ventil sofort in die voll geöffnete Stellung fahren, wobei noch nicht berücksichtigt ist, daß die Stellkraft durch die Verringerung des Luftspalts 36 mit zunehmenden Ventilhub zusätzlich anwächst.
Ein solches Magnetventil, das an sich bekannt ist, hat daher von Natur aus eine Schnappcharakteristik, d.h. es geht stets entweder in den voll geöffneten oder in den vollständig geschlossenen Zustand. Das gilt auch, wenn es nach Art der DE-PS 842 572 mit einstellbarem Spulenstrom betrieben wird.
Gemäß Fig. 3 ist jedoch mit dem Anker 34 ein Wegaufnehmer 52 verbunden, der ein dem Ventilhub proportionales Signal liefert. Hierfür kommen induktive, kapazitive, optische oder ohmsche Wegaufnehmer zur Anwendung. Das Signal des Wegaufnehmers wird durch einen Verstärker 54 verstärkt und am Eingang eines elektronischen Reglers 56, wie durch den Summationspunkt 57 dargestellt, einem Sollwert an einem<Eingang 60 entgegengeschaltet.
Das Ausgangs signal des Reglers 56 beaufschlagt einen Wandler 58, durch welchen das Ausgangssignal des Reglers 56 in eine Rechteckimpulsfolge umsetzbar ist, deren mittlere Einschaltzeit dem Ausgangssignal des Reglers 56 proportional ist. Das könnte beispielsweise ein Wandler sein,der Impulse konstanter Breite mit einer dem Ausgangssignal des Reglers proportionalen Frequenz liefert. Vor zugsweise enthält der Wandler 58 jedoch ein Pulsbreitenmodulator, durch den die Impulsbreite der mit einer festen Impulsfrequenz erscheinenden Impulse nach Maßgabe des Ausgangssgnals des Reglers veränderbar ist. Dadurch können die Impulse -unabhängig von'dem Ausgangs signal des Reglers, 56- mit eimer relativ hohen Frequenz erscheinen, die ein schnelles Ansprechen auf Veränderungen gestattet und praktisch keine mechanischen Schwingungen des Ventiltellers 40 anregt. Vorzugsweise wird die Impulsfrequenz durch einen mit dem Pulsbreitenmodulator 63 verbundenen Oszillator 62 bestimmt, dessen Frequenz wesentlich höher als die Netzfrequenz ist und z.B. mehr als 1 Kilohertz beträgt.
Das ist in Fig. 4 dargestellt. Der Wandler 58 enthält einen Pulsbreitenmodulator 63. Der Pulsbreitenmodulator 63 wird von einem Oszillator 62 mit einer Frequenz von 3 Kilohertz getaktet. Er erhält ein Steuersignal von dem Regler 56 und liefert eine Impulsfolge mit der Frequenz 3 Kilohertz, wobei aber das Verhältnis von Einschaltzeit e und Ausschaltzeit t der Impulse nach Maßgabe des Ausgangssignals des Reglers 56 verändert.
Diese Impulsfolge wird über den Ubertrager 74 einem elektronischen Schalter 70 als Leistungsstufe zugeführt, der im Stromkreis der Magnetspule 28 liegt und durch die Rechteckimpulsfolge angesteuert wird. Über den elektronischen Schalter 70 fließt von dem als Gleichstromquelle dienenden Netzteil 66 ein Spulenstrom durch die Magnetspule 28, wenn und solange ein Rechteckimpuls erscheint. Der Mittelwert dieses Spulenstroms ist proportional dem Ausgangssignal des Reglers.
Der Oszillator 62, der Pulsbreitenmodulator 63, der Regler 55 und der Weggeber erhalten eine Versorgungsgleichspennung von z.B. 24 Volt von einem Netzteil 68, das ebenfalls von der Netzwechselspannung gespeist ist.
Der induktive egaufnehmer 52 kann vorzugsweise mit einer hohen Frequenz von z.B. 10 Kilohertz arbeiten.
Wie aus der etwas ausführlicheren Fig. 4 hervorgeht, in der im übriger für entsprechende Teile die gleichen Bezuqszeichen vorgesehen sind wie in Fig. 3, ist der Regler 56 ein PI-Regler mit einer proportionalen Rückführung. Zwischen dem Pulsbreitenmodulator 63 und dem elektronischei! Schaltern 70 ist zur galvanischen Trennung ein Übertrager 74 vorgesehen.
Der Ausgang des Verstärkers 54, der das Signal des Weggebers 52 abgreift und verstärkt, kann Schwellwertschaltern zugeführt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform beaufschlagt das verstärkte Ausgangssignal des Weggebers 52 zwei Schwellwertschalter 76 und 78.
Jeder Schwellwertschalter 76, 78 spricht bei einem vorgegebenen Hub des Ventilschließkörpers 40 an und liefert ein diesen Hub signalisierendes Ausgangssignal. Bei der beschriebenen Ausführung spricht der eine Schwellwertschalter 76 bei vollständig geschlossenem Ventil an und der andere Schwellwertschalter 78 bei voll geöffnetem Ventil. Die elektronischen Schwellwertschalter 76, 78 steuern äe ein Relais 80 bzw. 82 an.
Mit dem Sollwerteingang 60 des Reglers 56 können über die Arbeitskontakte der Relais 84, 86, 88, 90 wahlweise verschiedene Sollwertgeber 92, 94, 96, 98 anschaltbar sein.
Wie im linken oberen Teil von Fig. 4 angedeutet ist, können die Sollwertgeber 92, 94, 96, 98 je ein Zeitglied enthalten, so daß der Sollwert nach Schließen oder Öffnen des betreffenden Arbeitskontakts mit einem vorgegebenen Zeitverhalten in einen Endwert einläuft und eine entsprechende Bewegung des Ventilschließkörpers bewirkt.
Auf diese Weise kann ein mehrstufiges Ventil realisiert werden.
Es kann aber auch der Sollwert oder die Führungsgröße von einem Srom-Spannungs-Wandler 100 geliefert werden, wenn Sollwert oder Führungsgröße in üblicher Weise als eingeprägter Strom zwischen 0 und 20 Nilliampere vorliegt. Schließlichkann der Sollwert auch einfach an einem Potentiometer 102 einstellbar sein.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Durch den Sollwert wird eine Spannung vorgegeben, die einer bestimmten Stellung des Weggebers 52 und damit des Ventiltellers 40 entspricht. Wenn der Ventilteller diese Stellung einnimmt, liefert der Weggeber 52 ein der Sollwert-Spannung entsprechendes Signal. Die Regelabweichung ist dann null. Weicht der Ventilteller 40 von dieser durch die Sollwert-Spannung bestimmten Stellung ab, so tritt am Regler 56 eine Regelabweichung auf. Dadurch wird der Spulenstrom zur Korrektur dieser Regelabweichung verändert. Die Regelung erfolgt so, daß das Signal des Weggebers 52 gleich dem vorgegebenen Sollwert ist.
Dieser Zustand ist unabhängig von der Hub- und Spulenstromcharakteristik der elektromagnetischen Stellkraft.
Diese Charakteristiken beeinflussen allerdings die Stabilität der Regelung. Durch die Wahl eines mit hoher Frequenz getakteten Pulsbreitenmodulators 63 zur Steuerung des elektronischen Schalters 70 kann jedoch eine so schnelle Reaktion des Regelkreises auf Störungen erreicht werden, daß diesesRegelproblem beherrschbar ist.
Die Regelung erfolgt so, daß bei der durch den Sollwert vorgegebenen Stellung des Ventiltellers 40 die durch den Spulenstrom erzeugte Stellkraft gerade den übrigen, gemäß Fig. 2 wirksamen Kräften die Waage hält. Es treten daher keine überschüssigen Kräfte auf, und die Leistungsaufnahme aus der Versorgungsspannung 61 entspricht nur dem unbedingt Notwendigen. Das bringt die eingangs schon geschilderten Vorteile. Durch die Verwendung eines von Impulsen gesteuerten elektronischen Schalters 70 wird auch die Verlustleistung im Steuerkreis gering ç;ehalten, L da bei dem elektronischen Schalter 70 stets entweder der Strom oder die Spannung null ist.
Bei der bisher beschriebenen Anordnung gibt der Sollwert oder die Führungsgröße jeweils eine bestimmte Stellung des Regelventils, d.h. einen bestimmten Hub des Ventil- tellers 40 vor. Stattdessen kann, wie in Fig. 5 dargestellt ist, statt des Weggebers 52 ein Fühler 404 vorgesehen sein, der auf eine vom Hub des Ventiltellers 40 abhängige Meßgröße wie Druck, Druckdifferenz, Volumenstrom etc. anspricht. Am Eingang des Reglers 56 ist das Signal dieses Fühlers einem den Sollwert dieser Meßgröße darstellenden Signal entgeengeschaltet. Das Regelventil 10 stellt sich dann nicht so ein, daß ein vorgegebener Hub des Ventiltellers erfolgt, sondern so, daß die besagte Meßgröße auf dem vorgegebenen Wert gehalten wird.
Es kann sein, daß zwischen einer Stellbewegung des Regelventils 10 und der entsprechenden Änderung der Meßgröße oder dem Ansprechen des Fühlers 104 eine solche Zeitverzögerung liegt daß der Regelkreis von Fig. 5 instabil werden und das Regelventil 10 in eine Endstellung fahren'könnte. In einem solchen Fall kann die in Fig. 6 dargestellte Anordnung zur Erzeugung eines Führungsgrößensignals bei einer Anordnung nach Fig. 3 vorgesehen werden. Die Lage des Ventiltellers LLO wird durch einen ersten Regelkreis mit einem Weggeber 52 stabil geregelt. Das Signal des Weggebers 52 ist als Istwertsignal auf den Regler 56 aufgeschaltet. Es ist jedoch ein weiterer Fühler 104 (Fig. 6) vorgesehen, der auf eine durch die Stellung des Ventiltellers 40 bestimmte Meßgröße, z.B. Druck p, Druckdifferenz a p oder Volumenstrom V anspricht. Der Sollwert des Reglers 56 ist nach Maßgabe des Fühlersignals dieses weiteren Fühlers veraElderbar. Zu diesem Zweck ist ein zweiter Regler 108 vorgesehen. Am Eingang dieses Reglers 108 ist im Punkt 110 das Fühlersignal einem den Sollwert der Meßgröße darstellenden Signal entgegengeschaltet, das an einem Eingang 112 anliegt. Der Ausgang 60 des Reglers 108 liefert den Sollwert für den Hub des Ventiltellers 40.
Wenn eine auf einen Gefahrenzustand ansprechende 'iicEIerh^it¢.vo*richtunsY vorgesehen ist, dann kann ein tSchnellschluß des Regelventils 10 einfach dadurch erreicht werden, daß die Versorgungsspannung für den Spulenstrom durch die Sicherheitseinrichtung im Gefahrenzustand abschaltbar ist.
Ein Anwendungsbeispiel des Regelventils mit einer solchen Sicherheitseinrichtung ist in Fig. 7 dargestellt.
Fig. 7 zeigt eine Regeleinrichtung für einen Brenner 114, der einen Ofen 116 beheizt. Es sind zwei Regelaufgaben zu lösen: Die Temperatur ß des Ofens soll auf einem vorgegebenen Sollwert #soll gehalten werden und Gas und Luft sollen dem Brenner im richtigen stöchiometrischen Verhältnis zugeführt werden. Es ist weiter ein sog.
Feuerungsautomat 118 üblicher Art vorgesehen, der die Zündung des Brenners 114 bewirkt und überwacht.
Der Führungsautomat 118 bewirkt nach Schließen einer Starttaste 120 in üblicher Weise die Zündung des Brenners 114 über eine Zündspule 122 und eine Zündelektrode 124.
Die Zündung und Flamme wird durch einen auf die Ionisation der Flamme ansprechenden Ionisationsdetektor 126 überwacht.
An dem Ofen 116 sitzt ein Temperaturfühler 128, der ein Istwertsignal ist liefert. Dieses Istwertsignal ist ist wird im Punkt 130 am Eingang eines Reglers 132 mit einem Sollwert so11 an einen Eingang 134 vergleichen. Der Regler 132 steuert einen Stellmotor 136, der über ein Getriebe 138 eine Luftklappe 140 in einem Luftzufuhrkanal 142 verstellt. In dem Luftzufuhrkanal 142 zum Brenner 114 ist ein Getbläse 144 angeordnet, das von einem Motor 146 angetrieben wird. Auf diese Weise wird die dem Brenner 114 zugeführte Luftmenge nach Maßgabe der tatsächlichen und der verlangten Ofentemperatur verändert.
Ein Druckfühler 148 stromab von dem Gebläse 144 liefert ein elektrisches Signal, das die dem Brenner zugeführte Luftmenge wiedergibt. Das Signal des Druckfühlers 148 ist über einen Verstärker 150 und einen Funktionsgenerator 152 für die Zustandskorrektur auf einen Summierpunkt 154 am Eingang eines Reglers 156 geschaltet.
In einer Gaszuleitung 158 zu dem Brenner 114 liegt ein als Magnetventil nach Fig. 1 ausgebildetes Regelventil 10 mit einem Weggeber 52, das von einer Regeleinrichtung 160 nach Art von Fig. 2 geregelt ist.
Über Leitung 162 wird das Signal des Weggebers 52 auf den Regler 56 gegeben. Leitung 164 gibt die pul-sbreitenmodulierte Impulsfolge auf die Magnetwicklung 28. An Leitung 60 liegt der Sollwert, der vom Ausgang des Reglers 156 gebildet ist. Über eine Leitung 166 liefert der Feuerungsautomat 118 die Versorgungsweehselspannung.
An der Gaszuleitung 158 ist stromab von dem Regelventil ein Druckfühler 168 angeordnet. Dieser Druckfühler 168 liefert ein elektrisches Signal, das die dem Brenner 114 zugeführte Gasmenge wiedergibt über einen Verstärker 170.
Dieses Signal wird im Summierpunkt 154 dem Luftmengensignal vom Funktionsgenerator 152 entgegengeschaltet.
Der Regler 156 liefert somit ein Signal, welches von der Differenz des Luftmengen- und des Gasmengensignals abhängt. Bei geeigneter Aufschaltung dieser Signale kann dafür gesorgt werden, daß der Regler 156 auf Abweichungen der Buft- und Gasmengen von dem richtigen stöchiometrischen Verhältnis anspricht, das für die Verbrennung e;pforderli,ch ist. Das Ausgangssignal des Reglers 156 liefert, wie gesagt, den Sollwert für den Lageregelkreis des Regelventils 10 in der Gasleitung.
Es wird also durch den Temperaturregler 132 eine Luftmenge nach Maßgabe des Wärmebedarfs vorgegeben. Der Luftmenge wird durch das Regelventil 10 die Gasmenge nachgeführt. Zu diesem Zweck werden Luftmengen- und Gasmengensignal durch den Regler 156 vergleichen. Dieser liefert einen Sollwert für die Stellung des Regelventils 10 an den Lageregelkreis.
Der Feuerungsautomat 118 überwacht die Funktion des Brenners 114 und der Brennerregelung. Sie erhält Signale von Schaltern 172, welche die Stellung der Luftklappe 140 signalisieren, einem Schwellwertschalter 174 mit einem Kontakt 176, der vom Ausgangssignal des Verstärkers 150 beaufschlagt ist und anspricht1 wenn die Luftmenge ein vorgegebenes Maß Enterschreitet, und von dem lonisationsflammenwächter 126, der anspricht, wenn die Flamme erlischt. In einem Stör- oder Gefahrenfall unterbricht der Feuerungsautomat 118 die Stromversorgung über Leitung 61 zu der Regeleinrichtung 160 des Regelventils 10.
Dadurch wird die Magnetspule 28 stromlos und das Regelventil 10 schließt sofort unter dem Einfluß der Feder 42.

Claims

Patentansprüche 1. Regelventilanordnung mit einem Regelventil, bei welchem eine Feder einer Stellkraft das Gleichgewicht hält, die von einer Magnetspule mit veränderbaren Spulenstrom auf einen mit einem Ventilschließkörper verbundenen Anker ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß (a) ein Fühler (52,104) vorgesehen ist, der auf den Hub des Ventilschließkörpers (40) oder eine davon beeinflußte Größe anspricht und ein elektrisches Signal liefert, (b) das Fühlersignal als Istwert einen elektrischen Regler (56) beaufschlagt, auf den gleichzeitig ein Sollwert oder eine Füh-rungsgröße aufgeschaltet ist und (c) der Spulenstrom vom Ausgangssignal des Reglers (56) steuerbar ist.
2. Hes-elventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (42) den Ventilschließkörper (40) in Schließrichtung belastet.
3. Regelventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (40) ein mit einem Ventilsitz (20) zusammenwirkender Ventilteller ist.
4. Regelventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß (a) der Spulenstrom der Magnetspule (28) von einer Gleichstromquelle (66) geliefert wird, (b) im Stromkreis der Magnetspule (28) ein elektronischer Schalter (70) liegt, (c) ein Wandler (58) vorgesehen ist, durch welchen das Ausgangssignal des Reglers (56) in eine Rechteckimpulsfolge umsetzbar ist, deren mittlere Einschaltzeit dem Ausgangssignal des Reglers (56) proportional ist, und (d) der elektronische Schalter (70) durch die Impulse der Rechteckimpulsfolge aufsteuerbar ist.
5. Regelventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennztichnet, daß-der Wandler (58) einen Pulsbreitenmodulator (63) enthält, durch den die Impulsbreite der mit einer festen Impulsfrequenz erscheinenden Impulse nach Maßgabe des Ausgangssignals des Reglers (56) veränderbar ist.
6. Regelventilanordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz durch einen mit dem Pulsbreitenmodulator (65) verbundenen Oszillator (62) bestimmt wird, dessen Frequenz wesentlich höher als die Netzfrequenz ist.
7. Regelventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz mehr als 1 Kilohertz, vorzugsweise 3 Kilohertz, beträgt.
8. Regelventilanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis ?, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wandler (63) und elektronischen Schalter (70) ein eine galvanische Trennung bewirkender Übertrager (74) vorgesehen ist.
9. Regelventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem ein auf den Hub des Ventilschließkörpers (40) ansprechender Fühler (52) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das ggf. verstärkte Ausgangssignal des Fühlers (52) wenigstens einen oder mehrere Schwellwertschalter (76, 78) beaufschlagt, der be einem vorgegebenen Hub des Ventilschließkörpers (40) anspricht und ein diesen Hub signalisierendes Ausgangssignal liefert.
10. Regelventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schwellwertschalter (76, 78) vorgesehen sind, von denen der eine bei voll geöffnetem und der andere bei voll geschlossenem Ventil (10) anspricht.
11. ReRelventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem ein auf den Hub des Ventilschließkörpers (40) ansprechender Fühler (52) vorgesehen ist, dessen Fühlersignal auf den Regler (56) aufgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (84,86,88,90,92,94,96,98) vorgesehen ist, durch welche wahlweise verschiedene Sollwerte auf den Sollwerteingang (60) aufschaltbar sind.
12. Regelventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Verlauf des von der besagten Einrichtung gelieferten Sollwerts Stellfunktionen für den Hub des Ventilschließkörpers (40) vorgebbar sind.
13. Regelventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem ein auf den Hub des Ventilschließkörpers (40) ansprechender Fühler (52) vorgesehen ist, dessen Fühlersignal als Istwert auf den Regler (56) aufgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß (a) ein weiterer Fühler vorgesehen ist, der auf eine durch die Stellung des Ventilschließkörpers bestimmte Meßgröße anspricht und (b) der Sollwert des Reglers (56) nach Maßgabe des Fühlersignals dieses weiteren Fühlers veränderbar ist.
14. Regelventilanordnung nach einem der Anspriiche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß (a) eine auf einen Gefahrenzustand ansprechende Sicherheitseinrichtung (118) vorgesehen ist und (b) die Versorgungsspannung für den Spulenstrom durch die Sicherheitseinrichtung (118) im Gefahrenzustand abschaltbar ist.
15. Regelventilanordnung nach Anspruch 1 zur Regelung der Gas und Luftzufuhr zu einem einen Ofen (116) beheizenden Brenner (114) dadurch gekennzeichnet, daß (a) das Regelventil (10) in der Gaszuleitung (158) zu einem Brenner (114) angeordnet ist, dem über eine Luftzuleitung (142) Verbrennungsluft zugeführt wird, (b) an der Gaszuleitung (158) hinter dem Regelventil (10) und an der Luftzuleitung (142) je ein Druckfühler (168 bzw. 148) vorgesehen ist, (c) das Signal des Druckfühlers (148) an der Luftzuleitung als Führungsgröße am Eingang eines Reglers (156) dem Signal des Druckfühlers (168) an der Gaszulertung (1.58) entgegengeschaltet ist und (d) der Regler (156) den Sollwert eines Reglers (56) liefert, der Bit einem auf den Hub des Ventilschließkörpers (40) des Regelventils (10) ansprechenden Weggeber (52) verbunden ist und den Hub des Ventilschließkörpers (40) regelt.
16. Regelventilanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckfühler (148) an der Luftzuleitung (142) und dem Regler (156) ein Funktionsgenerator (152) für die Zustandskorrektur eingeschaltet ist.
17. Regelventilanordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß (a) ein den Brenner (114) zündender und dessen Funktion überwachender Feuerungsautomat (118) vorgesehen ist und (b) die Versorgungsspannung für den Spulenstrom durch den Feuerungsautomat (118) bereitgestellt und bei liner Fehlfunktion des Brenners (114) abgeschaltet wird.
18. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß (a) an dem Ofen (116) ein Fühler (128) vorgesehen ist, der auf die Temperatur ( ) des Ofens (116) anspricht, (b) das elektrische Fühlersignal dieses Fühlers (128), das dqp Temperaturistwert ( a ist) darstellt, am Eingang eines elektrischen Reglers (132) einem Temperatursollwert ( #soll) oder einer Führungsgröße entgegengeschaltet ist und (c) vom Ausgang des Reglers (132) ein Stellmotor (136)i ansteuenbar ist, durch welchen der BuStstrom in der Luftzufuhrleitung (142) veränderbar ist.