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Regler mit einstellbarem Proportionalitätsbereich
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Die Erfindung betrifft einen Regler mit einstellbarem Proportionalitätsbereich,
bei dem ein Ring durch die Druckdifferenz in Meßwerken, wie beispielsweise Balgpaare
o.dgl., deren Wirkachsen senkrecht zueinanderstehen, beaufschlagt wird und als Prallring
mit einer schwenkbaren Düse zusammenarbeitet.
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Solche Regler sind z.B. aus der DE-PS 1 126 657 bekannt, bei denen
die Meßwerke als Bälge innerhalb eines Prallrings kreuzförmig so angeordnet sind,
daß die beiden Enden eines Balges jeweils am Innenumfang und einem würfelförmigen
Mittelstück befestigt sind. Dadurch ergibt sich aber der Nachteil, daß eine Auslenkung
infolge Druckbeaufschlagung durch ein Balgpaar das andere Balgpaar nicht unbeeinflußt
läßt, weil die Balgpaare wegen ihrer Befestigung am Ring miteinander gekoppelt sind.
Da der Ring nur von den vier Bälgen an ihren jeweils äußeren Enden gehalten wird,
kann auch eine statische Druckbeaufschlagung des Ringes durch die Bälge diesen verformen.
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Bekannt ist auch aus der DE-OS 1 523 489, den Prallring durch ein
Kreissegment zu ersetzen. Aber auch hierbei tritt der Nachteil auf, daß von einem
Balgpaar durch Druckbeaufschlagung hervorgerufene Verschiebungen über das Segment
auf das andere salgpaar ein Drehmoment ausüben, wodurch in solchen Vergleichersystemen
Fehlerquellen entstehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Regeleinrichtungen zu vermeiden und eine Regeleinrichtung zu schaffen, bei der sich
die verschiedenen Regelgrößen gegenseitig nicht beeinflussen und zu verhindern,
daß
durch eine statische Druckbeaufschlagung der Ring sich verformen
kann.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Meßwerke diametral gegenüber
am Ring angelenkt sind und die Wirkachse des einen Meßwerkes radial und die des
anderen Meßwerkes tangential oder parallel zur Tangentialrichtung verläuft. Dadurch,
daß die Meßwerke diametral gegenüber am Ring angelenkt sind und die Wirkachse des
einen Meßwerkes radial und die des anderen Meßwerkes tangential oder parallel zur
Tangentialrichtung verläuft, wird erreicht, daß die durch Druckdifferenzen hervorgerufenen
Wege der Meßwerke voneinander entkoppelt erfolgen und somit keine Störung der Regeleigenschaften
durch eine übertragung der Bewegung eines druckbeaufschlagten Meßwerkes auf ein
nicht beaufschlagtes Meßwerk erfolgt. Weiterhin wird eine Verformung des Prallringes
durch statische Drücke vermieden, da sich die Meßwerke nicht am Prallring abstützen,
sondern lediglich den Druckdifferenzen entsprechende Wege auf diese übertragen.
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Vorteilhaft ist es hierbei, wenn jedem Meßwerk ein Angriffspunkt am
Ring, der jeweils dem des anderen Meßwerkes diametral gegenüberliegt mit dem Prallring
so verbunden ist, daß sich die Wirkachsen der Meßwerke in einem Angriffspunkt schneiden.
Da hierdurch die Angriffspunkte der Meßwerke diametral gegenuberliegen und die Wirkachsen
der Meßwerke sich in einem Angriffspunkt schneiden, wirkt ein Meßwerk in radialer
Richtung auf den Ring und das andere Meßwerk in tangentialer oder parallel zur Tangente
weisenden Richtung. Das in radialer Richtung auf den Ring wirkende Meßwerk bewirkt
eine Parallelverschiebung des Ringes entlang der Wirkrichtung, das in tangentialer
Richtung angreifende Meßwerk bewirkt eine
Schwenkung des Ringes
um den Angriffspunkt des in radialer Richtung wirkenden Meßwerkes. Durch eine Überlagerung
dieser beiden Richtungskomponenten kann der Ring gegenüber der Düse innerhalb eines
gewünschten Bereiches in jede Richtung verschoben werden, wobei der Düsenschwenkarm
mit dem Prallring über einen möglichen Winkelbereich von 360° zusammenarbeiten kann.
Dabei kann natürlich die in der Wirkachse ausgeführte Bewegung auch die Resultierende
von mehreren, beispielsweise von zwei über einen Hebel miteinander gekoppelten Meßwerken
sein. Durch eine solche Ausgestaltung besteht bei dieser Regleranordnung eine Symmetrie
zur Verbindungsgeraden der Anlenkpunkte.
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Es erweist sich dabei als vorteilhaft, daß die Meßwerke als Balgpaare
ausgebildet sind und daß die Angriffspunkte der Balgpaare am Umfang des Ringes als
Kugellager ausgebildet sind, wobei die Kugellager spielfrei in Bohrungen im Bereich
des Prallringumfanges sitzen. Dadurch wird erreicht, daß eine nahezu reibungsfreie
Übertragung der Wege auf dem Ring gewährleistet ist und daß der Ring sich um den
Angriffspunkt des in radialer Richtung wirkenden Balgpaares nach Druckbeaufschlagung
des in tangentialer Richtung wirkenden Balgpaares reibungsfrei gedreht werden kann.
Dies bedeutet, daß die den Druckdifferenzen entsprechenden Wege ohne Verluste auf
den Prallring übertragen werden können, wodurch eine sehr exakte Regelung erzielt
werden kann.
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Eine vorteilhafte Anordnung der Balgpaare ergibt sich daraus, daß
die Balgpaare in einer Ebene unterhalb des Prallringes so angebracht sind, daß ein
Balgpaar innerhalb des Umfangsradius' des Prallrings in zur Tangente paralleler
Richtung und das andere Balgpaar in radialer Richtung liegt, wobei ein Balg des
in radialer Richtung wirkenden Balgpaares innerhalb und der andere außerhalb des
Umfangsradius' des Prallrings liegt Diese Anordnung ist besonders platzsparend und
zudem erfordert sie keine besonderen übertragungsvorrichtungen der Wege
auf
den Prallring, wie z.B. Hebel- oder Federverbindungen, da die Bälge so angeordnet
sind, daß es genügt, an den Mittelstücken der Balgpaare Stifte in vertikaler Richtung
anzubringen, die die Balgpaare über das Kugellager mit dem Prallring verbinden.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn an dem Balgpaar, dessen Wirkachse
tangential oder parallel zur Tangente gerichtet ist, eine Federlagerung des Übertragungsstiftes
erfolgt, wobei zur Federlagerung eine als aus zwei ineinanderliegenden U-förmigen
Blattfederbügeln, die an ihren Enden miteinander verbunden sind, bestehende Blattfeder
verwendet werden kann, an der am äußeren Bügel die Halterung für den Übertragungsstift
befestigt wird und der innere Bügel an das Mittelstück des Balgpaares geschraubt
ist. Eine so geartete Blattfeder bewirkt, daß die Wege des Balgpaares, welche in
tangentialer Richtung erfolgen, direkt auf den Prallring übertragen werden. Diese
Übertragung erfolgt ohne Reibungsverluste. Erfolgt dagegen eine Druckbeaufschlagung
in dem in radialer Richtung wirkenden Balgpaar, so wird sich der obere Bügel der
Blattfeder,auf dem der Übertragungsstift im Kugellager des Prallrings liegt, gegenüber
dem inneren Bügel, der fest mit dem in tangentialer Richtung wirkenden Balgpaar
verbunden ist, spreizen Dadurch wird eine Parallelverschiebung des Rings in radialer
Richtung ermöglicht, ohne daß die Wirkungsachse des in tangentialer Richtung wirkenden
Balg-Meßwerkes beeinträchtigt bzw. ausgelenkt wird.
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Es kann auch günstig sein, daß ein oder beide Balgpaare in einer Ebene
unterhalb des Prallrings außerhalb vom Umfang des Prallrings angeordnet sind und
ihre infolge von Druckbeaufschlagung erzeugte Bewegung durch geeignete Elemente,
wie z.B.
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Blattfedern oder Hebelstangen auf den Prallring übertragen werden.
Diese Anordnung kann vorzugsweise dann gewählt werden, wenn an die räumliche Dimension
des Reglers keine besonderen Anforderungen gestellt sind und z.B. eine Steuerung
durch Zusammenwirken von zwei Düsen mit dem Prallring erfolgen soll,
was
dann ermöglicht wird, weil in der Ebene unterhalb des Ringes innerhalb des Umfangs
keine Bälge mehr angebracht sind und so genügend Platz zum Anbringen einer Auffangdüse
o.dgl.
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vorhanden ist. Auch hierbei können die Hebelstangen oder die Blattfedern,
die zum Übertragen der Bewegung auf den Prallring nötig sind, wieder über Kugellager
mit dem Prallring verbunden sein, wodurch die exakte Arbeitsweise des Reglers nicht
beeinträchtigt wird.
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Soll für die Regleranordnung eine besonders raumsparende Anordnung
getroffen werden, so erweist es sich als günstig, wenn die Düse schwenkbar am Düsenstock
so angebracht ist, daß die Düsenaustrittsöffnung in radialer Richtung auf den Innenumfang
des Prallrings weist. Dadurch erfolgt eine Steuerung über den Abstand zwischen Innenumfang
des Prallrings und Düsenaustrittsöffnung, wodurch die Höhe des Reglers gering gehalten
werden kann und die Bälge in einer unterhalb des Prallrings gelegenen Ebene innerhalb
des Umfangs angebracht werden können.
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Für das Zusammenwirken der Düse mit dem Prallring können auch andere
Anordnungen getroffen werden. So kann z.B. die Regelung über eine Kantensteuerung
dadurch erfolgen, daß der Düsenschwenkarm in einer Ebene oberhalb des Prallrings
vorgesehen ist und die Düse an der Schwenkarmunterseite in vertikaler Richtung über
der Innenkante des Prallrings so angebracht ist, daß ihre Austrittsöffnung auf die
obere Innenkante des Prallrings weist. Eine Bewegung der Balgpaare verschiebt dann
den Prallring unterhalb der Düsenaustrittsöffnung gegenüber dieser so, daß der Luftdruck
in der zustrittsöffnung der Düse sich je nach Bewegung des Prallrings ändert.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, daß der Prallring flach ausgebildet
ist und über der oberen Innenkante des Prallrings eine Strahldüse und unter der
unteren Innenkante des Prallrings
eine Fangdüse durch einen gabelförmig
ausgebildeten Düsenschwenkarm gehalten wird, wobei der Luftstrom in vertikaler Richtung
von der Strahldüse zur Fangdüse fließt. Dabei ist der Prallring flach ausgebildet,
so daß er sich zwischen den Düsenaustrittsöffnungen in horizontaler Richtung bewegen
kann und damit die Strömungsquerschnitte verändert.
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Die Anordnung bietet den Vorteil, daß der Ring bei Erschütterungen
nicht gegen die Düse schlagen kann, und ermöglicht daher eine erschütterungsunempfindliche
Regelung.
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Weiterhin ist denkbar, daß sowohl über der oberen Innenkante des Prallrings
als auch unter der unteren Innenkante des Prallrings zwei Strahldüsen durch einen
gabelförmig ausgebildeten Düsenschwenkarm gehalten werden, wobei die Luft sowohl
von unten als auch von oben auf die Prallringinnenkanten strömt, wobei sich aus
den Druckdifferenzen, die je nach Lage des Prallrings zwischen den beiden Düsen
sich-einstellen, ein Signaldruck ergibt, der dann zur Steuerung verwendet wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Düsenschwenkarm am Düsenstock
über eine Schraubverbindung gehalten wird, da dadurch die Möglichkeit besteht, den
Düsenschwenkarm in einer Lage gegenüber dem Prallring zu fixieren und dadurch während
des Betriebs des Reglers eine konstante Einstellung der Düse gewährleistet wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen
in Zusammenhang mit den Unteransprüchen. Es zeigen: Fig. 1 die Draufsicht auf einen
erfindungsgemäß ausgebildeten Regler,
Fig. 2a den Querschnitt entlang
der Achse 1-1 des in Fig. 1 dargestellten Reglers, Fig. 2b den Querschnitt entlang
der Achse II-II des in Fig. 1 dargestellten Reglers, Fig. 3 weitere Anordnungsmöglichkeit
eines erfindungsgemäß angeordneten Reglers, Fig. 4a Düsenprallplattenabgriff, bei
dem die Steuerung über das Zusammenwirken der Düse mit dem Innenumfang des Prallrings
erfolgt, Fig. 4b Düsenprallplattenabgriff, bei dem die Steuerung über das Zusammenwirken
der Düse mit der inneren Oberkante des Prallrings erfolgt, Fig. 4c Düsenprallplattenabgriff
mit einer Strahl-Fangdüse und Fig. 4d Düsenprallplattenabgriff mit einer Doppeldüse.
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In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäß aufgebaute Regleranordnung dargestellt,
bei der die Balgpaare 4 und 5 in einer Ebene unterhalb eines Prallringes 1 angeordnet
sind.
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Entlang der Achse I-I, die einem Durchmesser des Prallrings 1 entspricht,
sind auf dem Prallring 1 zwei Kugellager 6 und 7 diametral gegenüberliegend angebracht.
Über diese Kugellager 6 und 7 ist der Prallring 1 mit den Mittelstücken 4c und 5c
der Balgpaare 4 und 5 verbunden. Innerhalb des Prallrings 1 und in einer Ebene mit
diesem liegt ein Düsenschwenkarm 3, der mit einer Schraube 9 auf dem Düsenstock
13 gehalten wird, an dessen Kopf eine Pralldüse 2 auf die Innenseite des Prallrings
1 weisend angebracht ist.
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Die Balgpaare 4 und 5 sind in U-förmigen Halterungen 17 so befestigt,
daß die Wirklinien I-I und II-II der Balgpaare 4 und 5 senkrecht zueinanderstehen,
wobei das Balgpaar 4 in radialer Richtung entlang der Achse I-I und das Balgpaar
5 parallel der Achse II-II wirkt, die senkrecht zur Achse I-I steht und durch die
Drehachse des Kugellagers 6 verläuft. Dabei liegt das Mittelstück 4c des Balgpaares
4 in der Mitte unterhalb des Kugellagers 7 tangential zum Prallring 1 verlaufend
und das Mittelstück 5c des Balgpaares 5 zwischen Kugellager 6 und Prallringmittelpunkt
so, daß eine äußerste Seite vertikal unterhalb des Kugellagers 6 liegt. An dieser
Seite ist eine entlang der Achse II-II verlaufende Blattfeder 8 angeschraubt.
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Die Verwirklichung einer Viertelkreisreglerschaltung mit einer so
erfindungsgemäß aufgebauten Regleranordnung ergibt sich dadurch, daß das Balgpaar
5 als Rückführbalgpaar vorgesehen ist, wobei dem Balg 5b die R und dem Balg 5a die
R+ Reglerfunktion zukommt. Der Balg 4b wirkt a]s Regelgröße X und der Bag 4a als
E'ührullcgsgröße W. Steht nun die Düse 2 mit dem Schwenkarm 3 so, daß sie entlang
der Achse I-I auf den Anlenkpunkt 6 des Balgpaares 5 weist, so hat der Regler seinen
kleinsten P-Bereich, ist also fast ein Auf-Zu-Regler, denn die Düse erfährt die
volle Wegbeeinflussung vom Balgpaar für X und W und eine Bewegung der Rückführbälge
geschieht parallel zur Lage von Düse und Prallring, führt also zu keiner Wegrückführung,
die auf den Düsenprallplattenabstand Einfluss hat. Steht dagegen die Düse 2 parallel
zur Wirkachse des Balgpaares 5, so erzeugt eine Regelabweichung keine Abstandsänderung
an der Düse und damit keine Druckänderung, der P-Bereich ist also unendlich groß.
In Zwischenstellungen erfährt der Punkt des Prallrin<lc;, welcl ^ der Diisc gegeniberliegt,
Wegkomponenten von den Regelbälgen X und W und entsprechende, kompensierende Wegkomponenten
von den Rückführbälgen R+ und R , womit die gewünschte Regelwirkung erzielt wird.
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In der Fig. 2a ist ein Querschnitt entlang der Achse I-I der in Fig.
1 dargestellten Regleranordnung gezeigt. Dabei ist
der Stift 10a
zu erkennen, der auf dem Mittelstück des Balgpaares 4 im Schnittpunkt der Längsachse
des Mittelstückes und der Achse I-I angebracht und mit dem inneren Ring des Kugellagers
verbunden ist. Die Balgenden 23 stützen sich mit ihren Außenseiten an der Halterung
17 ab und werden durch Schrauben 24 in ihrer Höhe fixiert. Das mit seiner Längsachse
entlang der Achse I-I weisende Mittelstück 5c des Balgpaares 5 wird mit einer Schraube
16 an dem innenliegenden, U-förmigen Federbügel 8b befestigt. Am oberen Bügel 8a
der Blattfeder 8 sitzt ein Trägerstück 15, auf welchem der Stift 10b angebracht
und durch das Kugellager 6 gesteckt ist. Dabei liegt das Kugellager 6 spielfrei
in einer im Bereich des Prallringumfanges liegenden Bohrung 14.
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Aus dem in der Fig. 2b dargestellten Querschnitt durch die in Fig.
1 dargestellte Regleranordnung entlang der Achse II-II ist zu erkennen, daß die
Blattfeder 8 aus zwei U-förmigen Bügeln 8a und 8b, die miteinander verbunden sind,
besteht und zwei Bohrungen 15a und 16a aufweist, wobei über die Bohrung 15a das
Trägerstück 15 für den Übertragungsstift 10b gehalten wird und über die Bohrung
16a der innenliegende Bügel 8b mit dem Mittelstück 5c des Balgpaares 5 über eine
Schraube 16 verbunden ist. Zwischen den Unterkanten der Blattfeder 8 und dem Boden
der Halterung 17 ist ein Spalt s so ausgebildet, daß die Blattfeder 8 sich frei
und ohne Berührung des Bodens bewegen kann.
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Erfolgt eine Druckbeaufschlagung im Balg 4a, wo wird die dadurch hervorgerufene
Bewegung des Balgpaares 4 über den Stift 10a und das Kugellager 7 auf den Prallring
1 übertragen, der sich dadurch nach links entlang der Achse I-I bewegt. Diese Parallelverschiebung
des Prallrings 1 entlang der Achse I-I bewirkt, daß sich der obere Bügel 8a der
Blattfeder 8 nach außen gegenüber dem Bügel 8b spreizt, da die Bewegung des Prallrings
über das spielfrei in der Bohrung 14 sitzende
Kugellager 6 und
den Ubertragungsstift 1Ob auf die Blattfeder 8 direkt übertragen wird. Durch das
Spreizen der Blattfeder 8 wird erreicht, daß keine Übertragung der Bewegung auf
das Balgpaar 5 erfolgt. Wird dagegen das Balgpaar 5, z.B. der @al@ 5b von einem
Druck beau@schlag@, erfolgt dadurch die Übertragung der durch die Druckbeaufschlagung
hervorgerufenen'Bewegung des Balgpaares 5 auf den Prallring 1 so, daß dieser sich
um den Angriffspunkt, d.h. den Stift 10a des Balgpaares 4 dreht. Dadurch wird ebenso
keine Bewegung auf das Balgpaar 4 übertragen. Die Bewegungen der Balgpaare 4 und
5 sind also entkoppelt. Eine Überlagerung der beiden @@wagung@ @ichtungen bewirkt
dann die gewünschte Verschiebung des Prallringes 1 gegenüber der Düse 2.
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Hierbei ist es von Vorteil, daß die Stifte 10a und 1Ob in Kugellagern
7 und 6 geführt werden, da dadurch keine Reibungsverluste @u@@reten. I*:lne Verformung
des Prallrings wird ebenso ausgeschlossen, da der Prallring bei zu hohen Druckbeaufschlagungen
den dadurch hervorgerufenen Bewegungen entweder durch eine Drehung um den Stift
1Oa oder eine Parallelverschiebung entlang der Achse I-I durch Aufspreizen der Blattfeder
8 ausweichen kann.
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zwei der in Ti(t. 3 dargestellten Anordnung der ßälge wird die erfindungsgemäße
Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bewegungen aus einem Balg und einer Spiralfeder
20 bestehenden Regelelementes 26 über ein Federstück 19 und eine Hebelstange 7,
auf der ein Übertragungsstift angebracht ist, dem Prallring weitergeleitet werden.
Ilierzu wLrd der Ilebelarm 18 durch etne Schraube 25 an einem Federteil 19b befestigt,
welches einer Druckbeaufschlagung des Balges 26a entgegenwirkt. Bei dieser Anordnung
wird ein Balg durch eine Spiralfeder 20 ersetzt, die auf einem Federteller 21 sitzt
und mit einer Schraube 22 vorgespannt werden kann. Durch diese Feder wird der mit
dem Druck, welcher im Balg 26a herrscht, zu vergleichende
Druck
von der Feder hervorgerufen. Eine Verwendung einer solchen Spiralfeder ist selbstverständlich
nicht auf die Anordnung der Fig. 3 beschränkt.
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Es ist auch denkbar, daß das Balgpaar 5 außerhalb einer unterhalb
des Umfangs des Prallrings gelegenen Ebene erfindungsgemäß so angeordnet wird, daß
seine Bewegungen in tangentialer Richtung auf den Prallring übertragen werden, was
mit Hilfe von geeigneten Übertragungselementen geschehen kann.
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In den Fig. 4a bis 4c sind drei Arten des Düsenprallplattenabgriffs
dargestellt, die sich dadurch realisieren lassen, daß die Bälge in einer Ebene unterhalb
des Prallrings erfindungsgemäß angeordnet sind. Dabei ist in Fig. 4a ein Düsenprallplattenabgriff
dargestellt, wie man ihn verwenden kann, wenn die Bälge innerhalb des Prallringumfangs
in einer Ebene unter diesem angeordnet sind und so eine platzsparende Anordnung
geschaffen werden soll. Dabei ist die Düse 2 am Düsenschwenkarm 3, der auf dem Düsenstock
13 sitzt, so angebracht, daß sie in radialer Richtung auf den Innenumfang des Prallrings
weist und einen geringeren Durchmesser der Austrittsöffnung als die Höhe des Prallringinnenrandes
besitzt. Eine weitere Möglichkeit des Düsenprallplattenabgriffs zeigt Fig.
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4b, bei der die Steuerung der Regeleinheit über eine Kantensteuerung
so erfolgt, daß die Düse 2 an der Unterseite des Schwenkarms 3 axial über der oberen
Innenkante 29 des Prallrings mit ihrer Austrittsöffnung auf diesen weist und eine
Verschiebung des Prallrings den Düsendruck verändern kann.
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In der Fig. 4c ist noch eine weitere Möglichkeit des Düsenprallplattenabgriffs
dargestellt, bei der der Düsenschwenkarm 3 gabelförmig ausgebildet ist und zwei
Düsen trägt, deren Austrittsöffnungen sich gegenüberliegen, wobei die Düse 2 als
Strahldüse und die Düse 2a als Fangdüse dienen kann und
in deren
Verbindungsachse die Innenkante eines flach ausgebildeten Prallrings liegt, die
sich gegenüber dieser Achse nach Druckbeaufschlagung in den nicht dargestellten
Bälgen verschiebt. Es ist weiterhin auch möglich, die beiden Düsen 2 und 2a, wie
in Fig. 4d dargestellt, als Strahldüsen auszubilden, wobei dann durch eine Verschiebung
des Prallrings zwischen den beiden Düsen die Druckdifferenzen zwischen den Düsen
verändert und zum Regeln verwendet werden können.
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L e e r s e i t e