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Regelvorrichtung für eine Abf lußmenge
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Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Abflußmenge
eines strömungsfähigen Mediums aus einem Speicherbecken o.dgl. Staubehälter mit
einer Abflußleitung, einem den Abflußleitungsquerschnitt verändernden Stellglied,
einer Meßeinrichtung für eine für den Sollwert der Abflußmenge maßgebliche Führungsgröße
und mit einer Ubertragungsanordnung zwischen der Meßeinrichtung und dem Stellglied
zur Verarbeitung des Meßergebnisses gemäß einer vorbestimmten Abhängigkeit in eine
Stellgrö-Be für das Stellglied.
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Eine Vorrichtung dieser Art ist aus dem DE-GM 79 14 750 (Pfeiffer)
für die Abflußregelung aus einem einer Mischkanalisation zugeordneten Speicherbecken
zur nachgeschalteten Kläranlage bekannt, wobei der Auftrieb eines vom Beckenfüllstand
abhängigen Schwimmers mittels eines Übersetzungsgestänges auf eine vor der Abflußöffnung
im Bekken drehbar gelagerte Drosselblende übertragen wird.
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Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist die fehlende Selbstkorrektur
des eingestellten Abflußquerschnitts, da bei Behinderung des Beckenabflusses durch
sperrige Gegenstände
u.dgl. oder auch schon bei stärkerer Reibung
die allein vom Schwimmer eingeleiteten Antriebskräfte nicht mehr zur Durchführung
der Bewegungen der Drosselblende ausreichen.
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Andererseits kann die aus der DE-PS 26 14 731 bekannte Abflußregelung
(Jakobi-Drossel) als Prototyp der bisher bekannten, von Schwimmern betätigten Unterwassersteuerungen
gelten. Tatsächlich mißt die Jakobi-Drossel nicht den Abfluß, sondern den Unterwasserstand,
wobei hier nicht nur die Ablagerungsgefahr von Schmutz teilen unter den Schwimmern
zu berücksichtigen sind, sondern auch Zweifel an der grundsätzlichen Funktionsfähigkeit
bestehen, nämlich wie z.B. bei mittleren und großen Stauhöhen die erforderliche
Auftriebskraft erzeugt werden soll und auch hinsichtlich der Möglichkeit der Beeinflussung
der Beziehung Wasserstand/Abfluß durch den Abflußstrahl.
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Alle diese schwimmerangetriebenen Systeme können mit ihrer starren
Übersetzung der Auftriebs- und damit Antriebskräfte die vom Füllstand abhängigen
Einflüsse, einschließlich der Lagerreibung am Verschluß bis hin zu den dynamischen
Einflüssen des Strahls, nicht berücksichtigen.
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In der Abwassertechnik muß der praktische Kanalbetiieb mit sehr vielen
Inhomogenitäten des Abflusses fertig werden, wozu beispielsweise sperriges:Kantholz,
Steine auch größeren Formates sowie Textilien und Kunststoffabfälle gehören. Die
bisherigen schwimmergetriebenen
Lösungsvorschläge sind daher allesamt
durch die Ablagerungs- und Absetzgefahr von Feststoffen unter den Schwimmern bedroht.
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Darüber hinaus spielen in der Abflußleitung einer Mischwasserkanalisation
unter Umständen auch noch andere Fremdeinflüsse, z.B. Temperaturänderungen oder
aggressive Gase eine gewisse Rolle und beeinlussen den mechanischen Abflußvorgang.
Wird wie bei Schwimmern nur eine begrenzte Kraft, nämlich die sich ständig ändernde
Auftriebskraft ausgewertet, so sind mit zunehmender Betriebsdauer größere Streuungen
der Meßgenauigkeit zu erwarten.
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Demgegenüber ist die Erfindung nicht auf die Regelung des Abflusses
von Mischwasser beschränkt, sondern hat ein wesentlich weiteres Anwendungsfeld,
nämlich für die Abflußregelung beliebiger strömungsfähiger Medien, z.B.
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Flüssigkeiten beliebiger Art, z.B. öl oder Chemikalien aus größeren
Speicherbecken, oder den Abfluß aus einem Haupt- oder Staukanal in davon versorgte
einzelne Bewässerungsgebiete, oder auch die geregelte Abgabe eines Gases aus einem
Speicherhälter, wobei die von der Meßeinrichtung ermittelte Führungsgröße, die für
die Sollwert-Vorgabe der Abf lußmenge maßgeblich ist, z.B. aus dem Beckenfüllstand
oder einer bestimmten zeitabhängigen Vorschrift oder einer von anderen Einflüssen
abhängigen Größe bestehen kann, die für das Beispiel der Bewässerung die Sonneneinstrahlung,
der Grad der Luftfeuchtigkeit usw. sein können. Selbst auf dem Gebiet der Mischwasserkanalisation
sind noch andere Einsatzfälle als derjenige der Abflußregelung aus einem Becken
denkbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer vom Maß der Füllung
des Speichers unabhängigen Regelung der Abflußmenge auf einen zulässigen Höchstwert
eine möglichst große Steuergenauigkeit zu erreichen, Störanfäl keiten der Regelvorrichtung
im Betrieb zu verringern, insbesondere auftretende Hindernisse oder Verstopfungen
im Abfluß zu erkennen und selbsttätig zu beseitigen und die Abflußströmung so zu
führen, daß die Gefahr für Ablagerungen oder Verstopfungen gering bleibt.
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Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist diese Aufgabe bei einer Regelvorrichtung
der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die Übertragungsanordnung ein
Vergleichsglied enthält, dem an getrennten Eingängen einerseits ständig der von
der Meßeinrichtung abgeleitete Sollwert und andererseits ein am Stellglied abgenommener
Istwert anliegen, und daß stromab hinter dem in seiner Offenstellung vorgespannten
Stellglied eine von der Abfluß strömung angetriebene Strömungskraftmaschine angeordnet
ist zur Lieferung von Hilfsenergie in einen untergeordneten Regelkreis, der außer
dem Vergleichsglied einen Stellmotor für das Stellglied enthält, dem nach Maßgabe
der ermittelten Regelabweichung mehr oder weniger Hilfsenergie zugeführt wird bzw.
durch Entspannung der Hilfsenergie ein Hilfsenergieabfluß stattfinden kann.
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Ein wesentliches Merkmal dieses Vorschlages besteht in der fremdenergiefreien
Funktionsweise, da die von der Abflußströmung selbst angetriebene Strömungskraftmaschine
soviel Energie zur Verfügung stellt, daß alle erforderlichen
Bewegungsabläufe
behinderungsfrei durchgeführt werden können. Die Stellenergie steht in jeder Betrieb
phase gleichermaßen zur Verfügung. Die Integrierung der Strömungskraftmaschine über
den untergeordneten Regelkreis in die erfindungsgemäße Regelvorrichtung ermöglicht
deren vielseitigen Einsatz bei unterschiedlichsten Bedingungen, wozu beispielsweise
im Fall der Abwasserregelung die aus dem dynamischen Abflußvorgang im Kanalnetz
erforderlichen Auf/Zu-Steuerungen gehören oder auch die Veränderlichkeit des Ansprechens
eing Klärüberlaufes, die Bewegung einer Regenüberlaufklappe beim Rückstau von Unterwasser
in der Abfluß leitung oder auch die Ablaufbetätigung in Rückhaltebecken.
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Die Meßeinrichtung für die meist unabhängige Eingangsgröße kann beliebiger
Art sein,z.B. ein Schwimmer, der keine Stellkraft auf das Stellglied auszuüben hat,
eine Fotozelle, kapazitive oder induktive Meßfühler oder dergleichen, deren Ausgangssignale
gegebenenfalls nach Verstärkung, einem Steuergerät in Form eines Rechners oder Programmsteuergerätes
zugeführt werden, um von dort als Steuerbefehle oder Stellinformationen zur Weitergabe
an die Übertragungsanordnung zur Verfügung zu stehen. Im Fall der Abflußregelung
von Gasen würde als Eingangsgröße zweckmäßigerweise die im Speicher vorhandene Spannung
mittels einer geeigneten Druckmeßmethode ermittelt werden.
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Die Verarbeitung des Meßergebnisses in eine Stellinformation erfolgt
beispielsweise bei einer Beckenabflußregelung unter Berücksichtigung hydraulischer
Ausflußgesetzmäßigkeiten, wobei die endgültige Stellinformation zusätzlich nach
weiteren Gesichtspunkten einer Zeitvorgabe oder dergl. erzeugt worden sein kann.
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Ein anderes wichtiges Merkmal des Grundgedankens der vorliegenden
Erfindung ergibt sich aus der Zwischenschaltung des untergeordneten Regelkreises
bzw. des mit seinem Ausgang in diesem Regelkreis liegenden Vergleichsgliedes zwischen
der vom Sollwertgeber kommenden Stellanweisung und dem vom Stellglied abgenommenen
Istwert. Aus dem vorgegebenen Sollwert und dem aus der Stellung des Verschlußorgangs
in der Abfluß leitung abgenommenen Istwert ermittelt das Vergleichsglied die Regelabweichung
und erzeugt daraus gleichzeitig ein an den Stellmotor weitergegebenes Signal, mit
dem dort die zur Verfügung stehende Hilfs-oder Stellenergie je nach Regelabweichung
mehr oder weniger eingesetzt wird, um das Verschlußorgan (Stellglied) entweder entgegen
seiner Vorspannung in Richtung seiner Schließstellung zu betätigen oder die Betätigungskraft
zu verringern.
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Ein anderes wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der Überwachung
der in den Regelkreis eingespeisten Hilfsenergie über die Strömungskraftmaschine.
Diese dient im allgemeinsten Fall als Detektor für das Vorhandensein der angenommenen
Abflußmenge. Im Fall einer Störung durch Verstopfung der Abflußleitung wird die
Energieerzeugung in der Kraftmaschine unterbrochen, so daß aufgrund des eingetretenden
Druckabbaus keine Betätigungskraft mehr zur Verfügung steht, um das Stellglied gegen
seine Vorspannung in irgendeiner bestimmten den Abflußquerschnitt verengenden Stellung
zu halten. Folglich kehrt in diesem Fall das Stellglied automatisch in seine Offen
stellung zurück. Die Abflußleitung bleibt solange geöffnet, bis die Verstopfung
selbsttätig ausgespült worden ist. Die Strömungskraftmaschine kann zur Kontrolle
dahingehend eingesetzt werden, ob die der Stellung des Verschlußorganes entsprechende
Abflußmenge tatsächlich abfließt.
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Mit der von der Strönungskraftmaschine, beispielsweise einem in die
Abflußströmung eintauchenden Wasserrad, erzeugten Hilfsenergie zur Regelung lassen
sich auch zusätzliche Aufgaben aus anderen ähnlichen Anwendungsgebieten lösen, wie
die Höhenanpassurgeines Kärüberlaufes, der Antrieb eines Beckenräumers, elektrische
Stromerzeugung, Belüftung des Abwassers auf einer Zwischenstrecke, Spülung von Kanalabflüssen
während Trockenwetterperioden, Reinigungsvorgänge im Regenwasser z.B. durch Filtration,
Mikrosiebe oder mit Hilfe eines Rechens vor dem Klärüberlauf. Auf diese Weise entsteht
eine netzunabhängige Energieversorgung für die Lösung von Aufgaben in Bereichen,
in denen eine elektrische Stromversorgung nicht ohne weiteres verfügbar ist, z.B.
im dazu gehörenden Kanalnetz oder in dessen Nachbarschaft.
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Bei einer Regelvorrichtung für den Abfluß einer gespeicherten Flüssigkeit
besteht zweckmäßigerweise die Meßeinrichtung aus einem Schwimmer und der Sollwertgeber
aus einer unter Ausnutzung der Schwimmer-Auftriebskraft verstellbaren Steuerkurve,
an deren Steuerkante eine den einen Eingang des Vergleichsgliedes bildende Antriebsstange
geführt ist. Da bei der erfindungsgemäßen Konzeption die Stellenergie aus der fließenden
Strömung entnommen wird und folglich die Eingangsgröße für die Abflußsteuerung lediglich
gemessen zu werden braucht, bietet sich bei Flüssigkeiten als einfachste Lösung
ein Schwimmer an, da seine Auftriebskraft unter allen Umständen die zur Erzeugnung
und zur Weiterleitung des Meßergebnisses notwendige Energie liefern wird.
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Anstelle eines Schwimmers kann auch eine Druckmeßeinrichtung eingesetzt
werden, die ebenfalls keine Versorgung mit Fremdenergie benötigt und die sowohl
bei Flüssigkeiten als auch bei Gasen den für die Berechnung des Abflusses benötigten
Druckwert liefert.
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Darüberhinaus ist auch jede andere Füllstandshöhenabtastung denkbar,
da über die von der Strömungskraftmaschine erzeugte Hilfsernergie entweder direkt
oder auch gespeichert zur Verfügung steht.
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Das Vergleichsglied ermittelt aus dem eingegebenen Sollwert und dem
aus der Stellung des Verschlußorgans in der Abflußleitung abgenommenen Istwert die
Regelabweichung, die als Stellanweisung oder Regelbefehl an den untergeordneten
Regelkreis weitergegeben wird, um mit der von der Strömungskraftmaschine her verfügbaren
Stellenergie den Stellmotor mehr oder weniger zu beaufschlagen und damit die ermittelten
Regelabweichungen rückgängig zu machen. Dabei wird das Verschlußorgan (Stellglied)
entweder entgegen seiner Vorspannung in Richtung seiner Schließstellung betätigt
oder die Betätigungskraft wird verringert, damit das Stellglied sich selbsttätig
in Richtung auf seine Offenstellung hin bewegen kann.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Stellmotor aus
einem Hydraulikzylinder und das Vergleichsglied aus einem dem Zylinder nachgeschalteten
Steuerventil mit zwei zueinander relativ beweglichen Ventilteilen zur Änderung der
Spaltweite einer Durchlaßöffnung für einen Hilfsenergie-Olstrom, wobei der erste
Ventilteil mit dem Sollwertgeber und der zweite Ventilteil mit dem Stellglied in
Verbindung steht, um von diesem den Istwert abzunehmen. Die beim Vergleich von Sollwert
und Istwert festgestellte Regelabweichung drückt sich mechanisch in einer Anderung
der öffnungsspaltweite des Ventils und daraus folgend hydraulisch in Druckänderungen
der im Hydraulikzylinder wirksamen Hilfsenergie aus. Dadurch können am Stellglied
ständig die von sich ändernden Sollwerteingaben (z.B. aufgrund von Zuflußänderungen
zum Becken) verursachten Regelabweichungen ausgeglichen werden.
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Es versteht sich, daß bei Anwendung einer anderen Energieform der
von der Strömungskraftmaschine aus der Abfluß strömung zurückgewonnenen Energie,
z.B. Elektrizität, das Vergleichsglied ein elektrischer Widerstand oder eine Hochfrequenzdrossel
sein kann und der Stellmotor als Hubmagnet oder Elektromotor verwirklicht würde.
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Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die
Strömungskraftmaschine als zusätzliche Uberwachungseinrichtung mit der Meßeinrichtung
für die Eingabegröße gekoppelt ist, um von dieser auf eine dem Sollwert der Abf
lußmenge proportionale Leistungsabgabe eingestellt zu werden, damit die bei Abweichung
des Beckenabflusses vom Sollwert eintretende Änderung der erzeugten Hilfsenergiemenge
als Korrekturwert dem Stellmotor für das Verschlußorgan der Abflußleitung zugeführt
wird. Auf diese Weise bietet sich die Möglichkeit für eine einfach zu praktizierende
Feinregulierung, soweit diese im Hinblick auf die der Regelvorrichtung eigene Ansprechdynamik
(Hilfsenergie) im Regelkreis über eine stillstehende Zahnradpumpe abbaut und damit
die Vorspannung am Stellglied überwiegt. Die Detektorfunktion der Strömungskraftmaschine
hat Bedeutung für die Überwachung eines überhaupt stattfindenden Abflusses, solange
der Speicher gefüllt ist. Bei einer Verstopfung oder bei einer anderen Betriebsstörung
der Vorrichtung ist die Energieerzeugung unterbrochen. Dadurch öffnet die am Stellglied
angreifende systeminterne Vorspannung den Verschluß solange, bis die Verstopfung
selbsttätig ausgespült worden ist.
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Dies Selbstregelungsverhalten der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung
ist auch wirksam im Fall von Verstopfungen am Stellglied der Abflußleitung, da die
Spülkraft alle durch Abseztung aufgebauten Hindernisse wieder beseitigt. Um hängengebliebene
Hindernisse in der Abfluß leitung vor der Strömungskraftmaschine zu beseitigen,
kann deren Gewicht nahezu ausgeglichen sein und ihre Kupplung mit einer als Sollwertgeber
wirkenden Steuerkurve aus einer teleskopisch ausgeführte Stellstange bestehen.
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Gemäß einer zweiten grundsätzlichen Ausführungsform einer Regelvorrichtung
der eingangs bezeichneten Art wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in der Übertragungsanordnung
stromab hinter dem in seine Offen stellung vorgespannten Stellglied eine von einem
Sollwertgeber auf eine bestimmte Eintauchtiefe in die Abfluß leitung eingestellte
Strömungskraftmaschine vorgesehen ist, welche die in ständigem Vergleich mit der
vorhandenen Abflußströmung ermittelte Regelabweichung als einen in Stellenergie
umgewandelten Regelbefehl für das Stellglied weitergibt.
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Durch diesen Vorschlag entsteht eine baulich einfachere Lösung, da
der Umstand ausgenutzt wird, daß die zu regelnde Größe , d.h. die Abflußmenge, dynamischer
Art ist. Deshalb kann hier das bei der oben vorgeschlagenen Lösung notwendige untergeordnete
Regelsystem für die Hilfsenergie entfallen.
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Die in die Abflußströmung eintauchende Kraftmaschine, z.B.
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ein Flügelrad, Wasserrad oder eine Pelton-Turbine, wirkt als Vergleichsglied
zur Differenzbildung zwischen Istwert und Sollwert der der Ablflußströmung proportionalen
Drehzahl. Das Ausgangssignal ist folglich eine Drehzahländerung, die über eine angeschlossene
ölpumpe weitergegeben wird als Regelbefehl in Form eines sich ändernden öldruckes
an den Stellmotor des Stellgliedes. Selbstverständlich können auch hier andere Energieübertragungsmedien
mit entsprechenden Stellmotoren zur Anwendung kommen.
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Die als Vergleichsglied wirkende Strömungskraftmaschine zieht zwar
eine etwas ungenauere trägere Regelung nach sich, da die innerhalb der Abflußströmung
stattfinden Änderungen gedämpft (mit Schlupf) auf die Kraftmaschine und damit auf
die Druckölförderung einwirken. Außerdem erfolgen im Unterschied zur erstbeschriebenen
Lösung Messung und Vergleich stromab hinter dem Stellglied. Dennoch sind zahlreiche
Anwendungsfälle vorhanden, in denen es auf eine noch preiswertere
und
praktisch wartungsfreie Konstruktion ankommt, während die Anforderungen an die Genauigkeit
und das schnelle Ansprechverhalten der Regelung eine untergeordnete Rolle spielen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Ausführungsbeispiele von Regelvorrichtungen anhand der Zeichnungen.
Es zeigen Fig. 1 eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer Regelvorrichtung
gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Übersicht einer praktischen Ausführungsform
einer Regelvorrichtung ähnlich Fig.1, Fig. 3 eine andere Prinzipdarstellung der
Regelvorrichtung nach Fig. 2, und Fig. 4 eine schematische Übersicht über eine zweite
Ausführungsform einer Regelvorrichtung nach der Erfindung.
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Entsprechend Fig. 1 liefert ein Füllstands- oder Druckmesser P beliebiger
Art aus einem Speicherbehälter B ständig seine Meßwerte an einen Sollwertgeber SW
, an dessen Ausgang entsprechend einer beliebig gewählten Vorgabefunktion ein Sollwertsignal
v erscheint, das einem Vergleichsglied oder Komparator K zugeführt wird.
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In der vom Speicherbehälter B abgehenden Abflußleitung A ist ein Stellglied
S in Form eines Schiebers oder Schützes vorgesehen, der von einem Stellmotor M gesteuert
wird. Einen gefüllten Speicherbehälter vorausgesetzt, entspricht die jeweilige Stellung
des Stellgliedes S dem Istwert der Abf lußmenge. Dieser Istwert x wird demVergleichsglied
K als zweiter Eingang zugeführt.
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Stromab hinter dem Stellglied S ist eine von der Abflußströmung
angetriebene
Strömungskraftmaschine WR angeordnet, mit der Hilfsenergie erzeugt und in einen
untergeordneten Regelkreis zum Antrieb des Stellmotors M eingespeist wird. Die im
Vergleichsglied K festgestellte Differenz zwischen Soll-und Istwert wird als korrigierender
Stellbefehl y an den Stellmotor M weitergegeben. Im Sinne der allgemeinen Regeltechnik
findet die Differenzbildung, Feststellung der Regelabweichung und daraus Erzeugung
eines Regelbefehls innerhalb des eigentlichen "Reglers" statt, der in Fig. 1 mit
unterbrochenen Linien umrandet an der Stelle R angedeutet ist.
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Die Funktion der soweit beschriebenen Regelfunktion läßt sich allgemein
dahingehend beschreiben, daß das Verschlußorgan oder Stellglied S in Abhängigkeit
vom Füllstand oder Druck im Speicherbehälter B dauernd nachgeregelt und in seinen
Stellbewegungen durch aus der Abflußströmung direkt entnommene Energie angetrieben
wird. Darüber hinaus ist eine Abflußabhängigkeit in sofern vorhanden, als bei Verstopfungen
oder überhaupt abnehmender Abflußmenge die Hilfsenergieerzeugung entsprechend nachläßt
oder aufhört und dadurch das Stellglied durch die systeminterne Vorspannung automatisch
in die Offenstellung gelangt.
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Wenn die Strömungskraftmaschine WR über die Verbindung z gemäß Fig.
1 in der Weise an den Sollwertgeber SW angeschlossen ist, daß es eine dem Sollwert
entsprechende Eintauchtiefe in die Abflußleitung A erhält, so erfolgt durch die
vom Behälterfüllgrad und von dem zugeordneten Ausflußgesetz bestimmte Vorgabe die
Verstellung auf eine entsprechende Eintauchtiefe, die der Erzeugung einer bestimmten
Hilfsenergiemenge proportional ist. Insoweit steht in gewissem Umfang
eine
Korrekturregelgröße zur Verfügung, die weitgehend von den tatsächlichen Bedingungen
der Abflußströmung der Leitung A abhängig ist. Über die Strömungskraftmaschine WR
wird kontrolliert, ob die dem Stand des Verschlusses (Stellglied-Stellung) entsprechende
Flüssigkeits- bzw. Gasmenge tatsächlich abströmt.
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Bei einer praktischen Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird in einem an
einem Staubehälter kommunizierend angeschlossenen Meßbehälter 10 der Füllstand 12
von einem Schwimmer 16 gemessen. Der Schwimmer ist über ein Seil 18 und eine Umlenkrolle
20 mit einer auf einer Führung 21 beweglichen ersten Steuerkurve 22 verbunden ist,
die mit einer bestimmten Rückstellkraft in Fig. 2 nach rechts vorgespannt ist und
als Sollwertgeber eine die entsprechende Ausflußgesetzmäßigkeit berücksichtigende
Steuerkante 24 aufweist. Unmittelbar an die erste Steuerkurve 22 ist eine zweite
Steuerkurve 26 angeschlosssen, die eine Steuerkante 28 für die Eintauchtiefe der
Strömungskraftmaschine bei der jeweiligen Füllstandshöhe im Behälter B besitzt.
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Die vom unteren Behälterbereich abgehende Abflußleitung 14 enthält
einen Segmentschütz 30, der bei 32 schwenkbar gelagert und mit einem Seil über eine
Umlenkrolle 36 an ein Vorspann- oder Belastunqsqewicht 36 angeschlossen ist. Am
Seqmentschütz 30 greift als Stellmotor ein feststehender Hydrozylinder 38 mit dem
Ende seiner Kolbenstange 40 an.
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Ein Steuerventil 42 enthält eine einstellbare Öffnung 41, die zwei
zueinander relativ bewegbaren Ventilteilen 44, 50 definiert ist. Der eine Ventilteil
44 ist über eine Antriebsstange 46 und eine Folgerolle 48 auf der Steuerkante 24
der
ersten Steuerkurve 22 geführt, während der andere Ventilteil
50 über eine in sich starre Verbindung 52 an die Kolbenstange 40 des Stellmotors
38 angeschlossen ist und sich folglich mit dieser und dem Stellglied 30 mitbewegt.
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Ein stromab hinter dem Segmentschütz 30 angeordnetes Wasserrad WR
erzeugt mit seinen in die Abflußströmung eintauchenden Schaufeln eine rotierende
Antriebskraft, die über eine Getriebeverbindung 54 und eine Pumpe 56 einen Ölförderstrom
erzeugt, der mittels einer Leitung 58 dem Hydrozylinder 38 und von dort mittels
einer Leitung 60 dem Steuerventil 42 zugeführt wird, um von dort über eine Rücklaufleitung
62 in einen Vorratsbehälter 64 zu fließen, aus dem die Pumpe 56 ansaugt.
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In dem aus Pumpe 56, Hydrozylinder 38 , Steuerventil 42 und den Verbindungsleitungen
dazwischen und zum Ölbehälter gebildeten Regelkreis R wird bei Drosselung des ölstromes
im Steuerventil 42 der Druck in der Leitung 60 erhöht, so daß der Kolben des Hydrozylinders
den Schütz 30 solange in Schließrichtung betätigt, bis der Gleichgewichtszustand
im Regelsystem wiederhergestellt ist, d.h. bis die durch die Verschiebung der Sollwertkurve
22 am Steuerventil verursachten Anderung der Relativstellung der beiden Ventilteile
beseitigt ist und die ursprüngliche Spaltweite vorliegt. Letztere ist durch die
Fördermenge der Pumpe 56 und das Belastungsgewicht 34 bestimmt.
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Das vorzugsweise auf Tragarmen 66 an der Stell 68 schwenkbar gelagerte
Wasserras WR ist gewichtsmäßig weitgehend ausgeglichen und steht über eie Stellstange
70 und eine Folgerolle 72 mit der Steuerkante 28 der zweiten Steuerkurve 26 in Eingriff.
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Die Stellstange 70 besitzt einm teleskopisch federnden Aufbau, so
daß die Stellstange und damit das Wasserrad gegenüber mit der Abflußströmung ankommenden
Gegenständen nachgiebig ausweichen kann.
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Fig. 3 veranschaulicht in einer anderen Darstellung das Funktionsschema
der in Fig. 2 gezeigten praktischen Ausführungsform einer Reglungsvorrichtung nach
der Erfindung. Man erkennt auf der linken Seite in Fig. 3 ein durch senkrecht aufeinanderfolgende
Pfeile dargestelltes übergeordnetes Steuersystem, ausgehend von der zu messenden
beliebigen unabhängigen Vorgabe-Größe, z.B. dem Füllstand eines Speicherbehälters.
Der Meßwert wird in einen Sollwertgeber zu einem Sollwertsignal verarbeitet, das
im einfachsten Fall direkt über einen nicht gezeigten Stelltrieb zur Verstellung
des Stellgliedes weitergegeben würde, um die Abflußmenge entsprechend zu beeinflussen.
Da für den Betrieb der Regelvorrichtung keine Fremdenergie benutzt werden soll und
im Fall eines Schwimmers als Meßgerät die Auftriebskraft nicht immer ausreicht,
um Behinderungen am Stellglied durch Lagerreibung und Verschmutzung zu beseitigen,
wird in die Übertragungsanordnung zwischen Sollwertgeber und Stellglied ein Regelkreis
eingeführt, dessen Funktionsschema auf der rechten Seite in Fig. 3 veranschaulicht
ist.
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Der Regelkreis besteht aus einem Vergleichsglied (Ventil), das die
Abweichungen des Stellgliedes vom Sollwert unmittelbar in Regelbefehle umsetzt,
nach deren Maßgabe dem Stellmotor mehr oder weniger Energie zugeführt wird, um die
festgestellte Abweichung rückgängig zu machen. Die ganz rechts in Fig. 3 als Wasserrad
angedeutete Kraftmaschine dient als Detektor für das Vorhandensein eines regulär
großen Abflusses. Primär erzeugt die Kraftmaschine über die angekuppelte Pumpe die
zur Bewegung des Stellmotors notwendige Energie. Bei Verstopfungen wird die Energieerzeugung
unterbrochen. Diese Übertragungsanordnung erlaubt
eine geradlinige,
zügige und schnelle Abführung des Strömungsmediums so, daß die Verstopfungs- und
Ablagerungsgefahr minimal ist.
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In Fig. 4 ist ein vereinfachtes praktisches Ausführungsbeispiel für
eine Regelvorrichtung mit einem vereinfachten Aufbau gezeigt, bei der im Gegensatz
zu der Bauweise nach Fig. 1 - 3 der Istwert nicht am Stellglied bzw. Verschlußorgan
abgenommen wird. Anstelledessen ist eine Strömungskraftmaschine, z.B. Wasserrad
WR auf Schwenkarmen 80 mit Gegengewicht 82 weitgehend ausgeglichen auf einer ortsfesten
Schwenkachse 84 schwenkbar gelagert. Am Schwenkrahmen 82 greift eine Verbindungsstange
86 an, die mittels einer Folgerolle 88 auf der Steuerkante einer waagerecht beweglichen
Steuerkurve 90 geführt ist. Die Steuerkante der Steuerkurve 90 wird entsprechend
einer bestimmten Zeitfunktion bewegt, oder aber auch, wie oben beschrieben, in Abhängigkeit
vom Füllstand im Behälter B. In der Abflußleitung A ist ein in seiner Offenstellung
vorgespanntes Verschlußorgan 92 vorgesehen, das von einem Stellmotor 94 in Schließstellung
angetrieben wird.
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Stromab hinter dem Verschlußorgan 92 wird das Wasserrad WR über die
Sollwertkurve 90 und Stellstange 86 auf eine bestimmte Eintauchtiefe in die Abflußleitung
A eingestellt.
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Am Wasserrad wird in ständigem Vergleich mit dem Istwert der vorhandenen
Abfluß strömung eine Differenz ermittelt. Diese Differenz tritt als Drehzahländerung
gegenüber einer bei der normalen" vorgegebenen Eintauchtiefe in die Abflußströmung
erzeugten Drehzahl auf und wird über eine bei 96 angedeutete Getriebeverbindung
an eine Ölpumpe 98 weitergegeben, die in einem offenen Hydraulikkreis ständig den
Stellmotor 94 mehr
oder weniger beaufschlagt. An die Druckleitung
der Ölpumpe 98 ist außer dem Stellmotor 94 noch ein zu einem blvorratsbehälter führendes
Drosselventil 100 angeschlossen. Dieses Drosselventil 100 läßt sich auf eine bestimmte
Durchlaßmenge bei einem bestimmten öldruck einstellen, beispielsweise derart, daß
bei Normaldrehzahl des Wasserrades WR der von der Pumpe 98 erzeugte öldruck gerade
ausreicht, um den Stellmotor 94 entgegen der Kraft des Gegengewichtes G2 am Stellglied
in der jeweiligen Stellung festzuhalten.
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Bei einer nicht gezeigten Variante kann die in Fig. 4 gezeigte Abflußleitung
mit dem Drosselventil fortfallen.
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Der Ölrückfluß aus dem Stellmotor 94 erfolgt dann lediglich unter
der Last des Vorspanngewichtes G2 durch die Pumpe 98 hindurch zum Vorratsbehälter.
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