DE3700898A1 - Mengenregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mengenregelventil mit einer Ventilbohrung und einem mit dieser zusammenwirkenden Ventilkolben.

Mengen können z.B. mittels einer Blende gemessen werden. Blenden sind aber immer nur über beschränkte Bereiche einsetzbar und sie stellen zu­ sätzliche Konstruktionsmerkmale dar.

Die Erfindung sieht deshalb vor, den Öffnungsquerschnitt des Ventils selbst als Blende zu benutzen und die Stellung des Ventilkolbens relativ zur Ventilbohrung bzw. zum Ventilsitz zu verändern.

Die Erfindung geht hierbei von der Überlegung aus, daß es für jedes Druckgefälle am Ventil oder für jeden Differenzdruck eine definierte Kolbenstellung gibt, bei der sich die gewünschte Durchflußmenge ein­ stellt.

Nach der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, die Stellung des Ventil­ kolbens relativ zur Ventilbohrung abhängig von der vorgegebenen Durch­ flußmenge und dem sich am Ventil einstellenden Differenzdruck einzu­ stellen.

Die Stellung des Ventilkolbens relativ zur Ventilbohrung und damit der Öffnungsquerschnitt des Ventils kann z.B. mittels eines Magneten, eines Motors, eines Schrittmotors oder auch manuell verändert werden, während die jeweilige Stellung des Ventilkolbens mittels eines geeigneten Sensors gemessen werden kann, z.B. eines Drehwinkelaufnehmers bei Drehschieber­ ventilen, oder eines translatorischen Aufnehmers bei Sitz- oder Kolben­ ventilen.

(Unter Ventilbohrung ist hierbei der konstruktiv vorgesehene Ventil- Durchflußquerschnitt zu verstehen).

Das Ventil ist vorzugsweise mit zwei Druckmessern zur Messung des Eingangs- und des Ausgangsdruckes am Ventil versehen und es kann ferner zwei Temperaturmesser aufweisen zur Messung der Eingangs­ und der Ausgangstemperatur am Ventil, wodurch temperaturbedingte Viskositätsänderungen des Durchflußmediums berücksichtigt werden können.

Nach einem bevorzugten Verfahren zur Betätigung eines solchen Mengen­ ventils werden am Ventil der Ist-Wert der Kolbenstellung sowie der Eingangs- und Ausgangsdruck des Mediums gemessen und aus diesen Drücken der Differenzdruck gebildet, worauf der Soll-Wert der Durchflußmenge, der Differenzdruck und der Ist-Wert der Kolbenstellung in einen Rechner eingegeben werden, in welchem für vorgegebene Durchflußmengen und unterschiedliche Differenzdrücke die zugehörigen Kolbenstellungen gespeichert sind. Im Rechner werden dann die eingegebenen Werte mit den gespeicherten Werten verglichen und bei einer Abweichung des Ist- Wertes der Kolbenstellung vom Sollwert der Kolbenstellung vom Rechner ein Stellsignal an das Ventil zur Änderung der Kolbenstellung gegeben.

Gegebenenfalls werden die am Ventil gemessene Eingangstemperatur und die Ausgangstemperatur des Mediums in den Rechner eingegeben und ein Korrektursignal erzeugt, wenn diese Ist-Werte von im Rechner gespeicherten Bezugswerten abweichen, worauf dieses Temperatur-Korrektursignal dem Stellsignal überlagert wird.

Es werden somit das Stellsignal und das Temperatur-Korrektursignal an das Ventil gegeben, um die Kolbenstellung und damit den Öffnungsquerschnitt des Ventils entsprechend zu verändern.

Der Rechner kann ferner mit einem Medien-Korrektur-Schalter versehen sein, der unterschiedliche Medien und damit deren unterschiedliche Viskositäten berücksichtigt, indem ggf. ein Medien-Korrektur-Signal an den Rechner gegeben und dem dort erzeugten Stellsignal überlagert wird.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch in Form eines Diagramms den Zusammenhang zwischen Kolbenstellung und Durchflußmenge bei verschiedenen Differenz­ drücken zeigt.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Mengenventil und eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung dieses Ventils.

Es wurde oben schon erwähnt, daß es für jede Druckdifferenz Δp am Ventil eine definierte Kolbenstellung gibt, bei der sich die gewünschte Durchflußmenge Q einstellt.

Für ein gegebenes Ventil läßt sich hieraus ein Kennfeld aufstellen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Aus einem solchen Kennfeld läßt sich dann für eine gewünschte Durchfluß­ menge und abhängig von der jeweiligen Druckdifferenz Δp am Ventil die zugehörige Kolbenstellung ablesen.

Wird nun ein solches Kennfeld in einem elektronischen Speicher gespeichert, so können die gemessenen Daten mit den gespeicherten Daten verglichen werden und bei einer Abweichung der gemessenen von den gespeicherten Daten kann ein Stellsignal für den Kolben erzeugt werden, das die erforderliche Kolbenstellung abhängig von dem jeweiligen Druckgefälle Δp und der gewünschten Durchflußmenge Q vorgibt.

In entsprechender Weise kann die Abhängigkeit der Viskosität von der Mediumtemperatur festgestellt und im Speicher gespeichert werden.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung in Blockform zur Ansteuerung eines Ventils 10. Das nur schematisch dargestellte Ventil 10 kann z.B. ein Drehschieber-Ventil, ein Sitzventil oder ein Kolbenventil sein. Über eine Zufuhrleitung 12 wird das Druckmittel dem Ventil 10 zugeführt und über eine Abfuhrleitung 14 wird es vom Ventil zum Verbraucher geführt. Das Ventil 10 wird mittels einer ge­ eigneten Betätigungseinrichtung, z.B. einem elektromagnetisch betätig­ baren Vorsteuerventil 16 angesteuert, durch welches beispielsweise die Kolbenstellung relativ zum Ventilsitz oder zur Ventilbohrung eingestellt werden kann. Das Ventil 10 ist ferner mit einem Meßwertaufnehmer 18 ver­ sehen, d.h. einem Sensor, der die jeweilige momentane Stellung des Kolbens mißt.

An die Zulaufleitung 12 ist ein Druckmesser 22 und ein Temperaturmesser 24 und an die Abfuhrleitung 14 ist ein Druckmesser 26 und ein Temperatur­ messer 28 angeschlossen.

Die Schaltung 20 besteht aus einem Multiplexer 30, einem Analog/Digital- Wandler 32, einem Mikrocomputer 34, einem Digital/Analog-Wandler 36, einem Spannungs-Strom-Umsetzer 38, einem Speicher 40 und einem Medien- Korrekturschalter 42.

Die Schaltung arbeitet wie folgt:

Am Multiplexer 30 wird die gewünschte Durchflußmenge eingestellt, z.B. der Volumenstrom in Liter/Zeiteinheit oder das Volumen in Liter.

Ferner werden die von den Druckmessern 22, 26 und von den Temperatur­ messern 24, 28 vor und hinter dem Ventil 10 gemessenen Drücke und Temperaturen über Leitungen 48 in den Multiplexer 30 eingegeben.

Über eine Leitung 50 wird vom Meßwertaufnehmer 18 die jeweilige Stellung des Ventilkolbens des Ventils 10 an den Multiplexer 30 gelegt. Vom Multiplexer 30 werden diese Signale über einen Analog/Digital-Wandler 32 oder ggf. direkt über eine Steuerleitung 52 an den Mikrocomputer 34 ge­ legt.

Im Mikrocomputer 34 werden die Signale ausgewertet und mit den im Speicher 40 gespeicherten Werten verglichen, in welchem, wie bereits ausgeführt, die Zuordnung zwischen dem Differenzdruck Δp, der Temperatur und der Viskosität einerseits, sowie dem Öffnungsquerschnitt des Ventils bzw. der Kolbenstellung andererseits gespeichert ist.

Entsprechend der vorgegebenen Führungsgröße, d.h. dem gewünschten Durch­ flußvolumen, bestimmt der Mikrocomputer 34 aus dem Vergleich zwischen den gemessenen und den im Speicher 40 gespeicherten Werten und abhängig von dem am Ventil entstehenden Differenzdruck den erforderlichen Öffnungsquerschnitt am Ventil bzw. die erforderliche Kolbenstellung.

Vom Mikrocomputer 34 wird dann ein entsprechendes Stellsignal erzeugt, das über den Digital/Analog-Wandler 36 an den diesem nachgeschalteten Spannungs/Strom-Umsetzer 38 gelegt wird, dessen Ausgang über die Steuer­ leitung 46 dem Vorsteuerventil 16 zugeführt wird. Dieses stellt durch Verschieben des Ventilkolbens (oder durch Verdrehen bei einem Dreh­ schieber) die durch das Stellsignal vorgegebene Kolbenstellung und damit den gewünschten Öffnungsquerschnitt des Ventils ein.

An dem Medien-Korrekturschalter 42 kann das Medium, mit dem das Ventil 10 betrieben wird, eingestellt werden. Der Schalter 42 gibt dann ein Korrektur­ signal an den mit ihm gekoppelten Speicher 40, durch welches die unter­ schiedliche Viskosität unterschiedlicher Durchflußmedien berücksichtigt wird.

Auf dem mit dem Mikrocomputer 34 gekoppelten Anzeigegerät 44 kann die das Ventil 10 durchfließende Menge digital dargestellt werden.

Es ist somit möglich, eine bestimmte fluidische Menge vorzugeben, und am Ausgang des Ventils diese Menge unabhängig von Störgrößen, wie Druckschwankungen, Temperatur und Viskosität am Ausgang des Ventils zu erhalten.

Produktstreuungen der einzelnen Geräte sind nicht vorhanden, da der In­ halt des Speichers mit den Kompensationsgrößen dem jeweiligen einzelnen Ventil angepaßt ist, bzw. jedem Ventil ein Speicher zugeordnet ist, der die individuellen Maße und Toleranzen dieses Ventils berücksichtigt.

Die Erfindung eignet sich nicht nur für Ventile, bei denen die Kolben­ stellung oder der Ventilöffnungsquerschnitt stufenlos einstellbar ist, sondern auch für Ventile, die nur öffen und schließen. Bei diesen Ventilen wird anstelle einer Veränderung des Öffnungsquerschnitts des Ventils das Ventil in der Zeiteinheit mehr oder weniger oft und/oder mehr oder weniger lange geöffnet und geschlossen.

Claims (5)

1. Mengenregelventil mit einer Ventilbohrung und einem mit dieser zusammenwirkenden Ventilkolben, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) mit zwei Druckmessern (22, 26) zur Messung des Ein­ gangs- und des Ausgangsdruckes, sowie einem Meßwertaufnehmer (18) zur Messung der Stellung des Ventilkolbens relativ zur Ventil­ bohrung versehen ist, daß die beiden Druckmesser (22, 26) und der Meßwertaufnehmer (18) an einen Mikrocomputer (34) angeschlossen sind, der mit einem Speicher (40) versehen ist, in welchem für vorgegebene Durchflußmengen und/oder unterschiedliche Differenz­ drücke die zugehörigen Kolbenstellungen gespeichert sind.

2. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) mit wenigstens einem Temperaturmesser (24 bzw. 28) zur Messung der Eingangs- und/oder der Ausgangstemperatur am Ventil (10) versehen ist.

3. Verfahren zur Ansteuerung eines Mengenregelventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventil der Ist-Wert der Kolbenstellung, sowie der Eingangs- und Ausgangsdruck des Mediums gemessen werden und aus den beiden Drücken der Differenzdruck gebildet wird, daß ferner der Soll-Wert der Durchflußmenge, der Differenzdruck und der Ist-Wert der Kolben­ stellung in einen Rechner eingegeben werden, in welchem für vorge­ gebene Durchflußmengen und/oder unterschiedliche Differenzdrücke die zugehörigen Kolbenstellungen gespeichert sind, und daß im Rechner die eingegebenen Werte mit den gespeicherten Werten ver­ glichen werden und bei einer Abweichung des Ist-Wertes der Kolben­ stellung vom Sollwert der Kolbenstellung vom Rechner ein Stell­ signal an das Ventil zur Änderung der Kolbenstellung gegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventil die Eingangs- und Ausgangstemperatur des Mediums gemessen wird, daß diese Werte in den Rechner eingegeben werden, und daß bei Ab­ weichung dieser Ist-Werte von im Rechner gespeicherten Temperatur­ bezugswerten dem Stellsignal ein Temperatur-Korrektursignal über­ lagert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung unterschiedlicher Viskositäten unter­ schiedlicher Medien mittels eines Medien-Korrektur-Schalters ein Korrektursignal an den Rechner gegeben wird.