DE3922978A1 - Druckeinstellvorrichtung zum steuern des druckes eines fluids - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckeinstellvorrichtung und insbesondere eine schnell betätigbare Druckeinstellvor­ richtung, die einem Zweistellungs- und Dreiwegeventil derart arbeitsmäßig zugeordnet ist, daß Mehrpunktauswahl ermöglicht ist.

Um ein Fluid in einem Behälter auf einem konstanten Druck zu halten, wird beim Stand der Technik die Kombination eines Ventils, welches beim Ansprechen auf den Fluiddruck innerhalb eines vorbestimmten Druckbereiches betätigbar ist, mit einer Steuerung verwendet. Wenn eine Mehrzahl von Ventilen verwendet wird, erfordert eine solche Kombination die Verwendung irgendeiner Betätigungseinrichtung zum schnellen Steuern der Ventile und der Steuerung gemeinsam, so daß die Menge des Fluids in dem Behälter mit der Zeit mit irgendeiner Fernsteuerarbeitsweise geändert werden kann.

Eine der allgemeinsten Ausführungsformen einer solchen Kombination umfaßt eine Mehrzahl von Regler- und Ventil­ paaren. Unter diesen umfassen moderne Vorrichtungen ein elektropneumatisches analoges Reglersystem, bestehend aus einem Kontroller und Dreiwegeventilen, und ein EIN/AUS- Steuersystem, welches in Kombination einen Kontroller auf­ weist, der mit zwei Einlaß- und Auslaß-Zweiwegeventilen über einen Druckwandler verbunden ist.

Obwohl die zuerst genannte Vorrichtung mit dem Regler- Ventil-Paar von einfacher Ausführung ist, ist es bei ihr erforderlich, daß die Anzahl der Regler-Ventil-Kombinationen gleich der Anzahl der erforderlichen Einstellungen ist. Dem­ gemäß ist eine solche Vorrichtung umfangreich und groß und es ist kein versagungssicherer Betrieb möglich, da die Ein­ stellungen von Hand getrennt ausgeführt werden müssen. Die Vorrichtung mit dem elektropneumatischen analogen Regler­ system kann mit verringerter Größe hergestellt und ein­ facher eingestellt werden, jedoch ist sie teuer und mit Bezug auf das Ansprechen schlechter.

Obwohl ein EIN/AUS-Steuersystem billiger und von einfacherer Ausführung als die beiden zuvor genannten bekannten Vorrich­ tungen oder Systeme ist, ist ein gegenwärtig in einer sol­ chen Vorrichtung verwendetes Ventil allgemein unempfindlich im Betrieb, so daß das Ventil beim Ansprechen auf variable Parameter nicht schnell betätigt werden kann. Es ist kein Kontroller vorhanden, der auf variable Parameter schnell ansprechen kann.

Um die obengenannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, sind verschiedene Untersuchungen und Versuche durchgeführt worden, die zur Schaffung eines Zweistellungs­ und Dreiwegeventils führten, welches schnell betätigt wer­ den kann. Ein solches Ventil kann in einer EIN/AUS-Steuer­ vorrichtung vorgesehen sein derart, daß das Ventil mit höherer Geschwindigkeit arbeiten kann. Indem der dem Ventil zugeordneten Steuerung ein Proportionalsteuerelement gegeben wird, ist die Ventilvorrichtung hinsichtlich Einfachheit, Kosten und Leistung nicht schlechter als die zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen und Systeme.

Die Ventilvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt ein Zwei­ stellungs- und Dreiwegeventil zum Steuern von zwei Strömungs­ durchgängen wie in der elektropneumatischen Reglervorrich­ tung, sowie eine Betätigungseinrichtung mit wenigstens einem membranbetätigten Tellerventil, welches einen (Ventil-) Tellermechanismus umfaßt, der eine elektromagnetische Spulen­ einrichtung zum Betätigen des Ventils mit erhöhter Ge­ schwindigkeit verwendet.

Um das Dreiwegeventil zu betätigen, ist die Ventilvorrichtung einem Druckregler arbeitsmäßig zugeordnet, der einen Druck­ wandler, welcher auf einen Druck in einem Behälter anspricht, um diesen in einen elektrischen Strom umzuwandeln, einen Verstärker zum Verstärken des erzeugten Stromes, ein Ein­ stellauswahlorgan zum vorhergehenden Einstellen einer aus­ gewählten Druckeinstellung, einen Vergleicher und Operator zum Vergleichen des verstärkten Drucksignals mit dem ausge­ wählten Einstellsignal, und eine Anzeigeeinrichtung umfaßt zum Anzeigen des Einganges und des Ausganges des Verglei­ chers/Operators.

Der Vergleicher/Operator des Druckreglers wird durch die Verwendung eines Impulsbreiten-Steuersystems gesteuert. Wie in Fig. 1 dargestellt, hat das Impulsbreiten-Steuer­ system einen toten Bereich von ±Δ P ₀ relativ zu einer Druckeinstellung P ₀, und einen Impulssteuerbereich zwischen P ₀-Δ P ₁ und P ₀+Δ P ₂. Wenn der Innendruck des Behälters einen Wert einnimmt außerhalb des Impulssteuerbereiches relativ zur Druckeinstellung P _0, werden die Zufuhröffnung oder die Auslaßöffnung des Zweistellungs- und Dreiwegeventils kontinuierlich voll geöffnet. Wenn der Innendruck p ₀ des Behälters den Impulssteuerbereich erreicht, wird das Dreiwegeventil wiederholt geöffnet und geschlossen durch den Unterschied zwischen der Einstellung P ₀ und dem Innen­ druck des Behälters, d.h. durch eine Impulsbreite pro­ portional zu P ₀-P ₁. Wenn der Druck P in den Totbereich eintritt entsprechend dem nachstehend angegebenen Ver­ hältnis:

P₀-1/2Δ P₀ ≦ P ≦ P₀ + 1/2 Δ P₀,

wird der Betrieb des Dreiwegeventils angehalten. Zu diesem Zeitpunkt kann die Impulsbreite Δ t gemäß Fig. 1 kleiner sein, wenn das Zweistellungs- und Dreiwegeventil höheres oder schnelleres Ansprechen (responsibility) hat. Demgemäß kann die bei jedem Impuls zugeführte oder abgegebene Fluid­ menge verkleinert werden. Selbst wenn die Breite des Tot­ bereiches Δ P ₀ verringert wird, ändert sich der Innendruck des Behälters nicht zu einem Wert außerhalb der Breite des Totbereiches, d.h. P ₀±1/2Δ P ₀. Als Ergebnis kann bewirkt werden, daß der Innendruck des Behälters den gewünschten Wert derart erreicht, daß die Ventilvorrichtung schneller und zwangsläufiger betätigt wird.

Durch die Schaffung des Einstellauswahlorgans zum vorher­ gehenden Einstellen einer ausgewählten Druckeinstellung kann ein einzelner Behälter auf verschiedene Druckwerte eingestellt werden. Dies gewährleistet, daß eine Mehrzahl von Behältern derart eingestellt werden kann, daß jeder Behälter einen gewünschten Druckwert hat.

Die Anzeigeeinrichtung kann eine digitale Einrichtung sein, die dazu dient, den Druck des Fluids in einem Behälter an­ zuzeigen und gleichzeitig verschiedene Druckeinstellungen anzuzeigen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispiels­ weise erläutert.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung eines Verhältnisses zwischen dem Arbeiten eines Vergleichers/Operators zum Betätigen einer Druckeinstellvorrichtung gemäß der Erfindung, und verschiedener Faktoren, die den Innendruck des Behälters, die Einstellungen, den Totbereich und den Impulsbreiten-Steuerbereich um­ fassen.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Druckeinstellvorrichtung gemäß der Erfindung.

In Fig. 2 ist ein Behälter 1 dargestellt, der über ein Drei­ wegeventil 3 mit einer Fluidzufuhr oder Druckmittelzufuhr 2 verbunden ist. Der Innendruck des Behälters 1 ist in Fig. 1 dargestellt. Der Innendruck des Behälters 1 wird mittels eines Druckwandlers 5 in einer Druckeinstellvorrichtung 4 gemäß der Erfindung zu einem elektrischen Strom umgewandelt. Der elektrische Strom wird durch einen Verstärker 6 ver­ stärkt, und der verstärkte Strom wird dann an einen Ver­ gleicher und Operator (Vergleicher/Operator) 7 geliefert.

Im Vergleicher/Operator 7 ist zuvor eine Mehrzahl von Ein­ stellungen des Druckes im Behälter 1 gespeichert worden, die zuvor durch eine Einstellauswahleinrichtung 8 ausge­ wählt worden ist. Am Vergleicher/Operator 7 wird der Ein­ gang vom Verstärker 6 mit einem Bezugswert verglichen. Das aus diesem Vergleich erhaltene Ergebnis wird dazu verwen­ det, ein Zufuhrsignal oder Abgabesignal an das Dreiwege­ ventil 3 zu liefern, und zwar ein kontinuierliches Signal oder ein Impulssignal.

Insbesondere wird, wenn der Eingang P vom Behälter 1 höher als eine Einstellung P ₀ ist, ein "Abgabesignal" erzeugt, um ein Ventilglied auf der Abgabeseite der Ventilvorrich­ tung zu öffnen. Wenn der Eingang P niedriger als die Einstellung P ₀ ist, wird ein "Zufuhrsignal" erzeugt, um ein anderes Ventilglied auf der Zufuhrseite der Ventilvorrich­ tung zu öffnen. Wenn der Druck P in den Totbereich eintritt, d.h. wenn er dem nachstehenden Verhältnis genügt:

P₀-1/2Δ P₀ ≦ P ≦ P₀ + 1/2 Δ P₀,

wird weder ein Zufuhrsignal noch ein Abgabesignal erzeugt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, arbeitet der Vergleicher/Operator 7 dahingehend, an anderen Punkten als an den Impulsbreiten- Steuerbereichspunkten Δ P ₁ und Δ P ₂ die Öffnung auf der Zu­ fuhrseite oder der Abgabeseite kontinuierlich vollständig zu öffnen, was zu einer schnellen Änderung des Innendruckes P des Behälters 1 auf den Einstelldruck P ₀ führt. Wenn der Druck P den Impulsbreiten-Steuerbereich erreicht, wird die Öffnung auf der Zufuhrseite oder der Abgabeseite wiederholt vollständig geöffnet bzw. vollständig geschlossen durch eine Impulsbreite proportional zu dem Unterschied zwischen dem Druck P und dem gesteuerten Wert. Wenn der Druck P sich dem gesteuerten Wert annähert, wird die Fluidmenge, die von der Ventilvorrichtung bei jedem Zyklus zugeführt bzw. abgegeben wird, zunehmend verringert. Daher kann die minimale Impuls­ breite auf einen Wert verringert werden, abhängig von dem Ansprechvermögen (responsibility) des Zweistellungs- und Dreiwegeventils, während die Breite des Totbereiches Δ P ₀ entsprechend auf einen kleinstmöglichen Wert verringert werden kann.

Wie zuvor beschrieben, gehört zum Stand der Technik ein elektrisch betätigtes System, welches seine vergrößerte Verantwortung bzw. sein vergrößertes Ansprechvermögen hat. Jedoch hat ein solches elektrisch betätigtes System einen verbreiterten Totbereich, so daß der Innendruck im Behälter sich stark ändert oder eine verlängerte Zeit erforderlich ist, um einen vorbestimmten Druckwert in dem Behälter zu erreichen. Die Ergebnisse beim Stand der Technik waren hin­ sichtlich Genauigkeit und der Betriebsmöglichkeit nicht zu­ friedenstellend.

Gemäß der Erfindung kann der Innendruck des Behälters sowohl bei einem großen Behälter als auch bei einem kleinen Behälter bequem und positiv auf einen gewünschten Wert innerhalb eines engen oder schmalen Fluiddruckbereiches gehalten werden. Weiterhin kann ein Satz von Systemen automatisch verwendet werden, um eine Regelung über eine Anzahl von Einstellpunk­ ten durchzuführen, was zu einer Verringerung der Kapital­ kosten und zu einer starken Verbesserung der Anwendbarkeit führt.

Das Ventil ist vorzugsweise ein membranbetätigtes Teller­ ventil.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen mög­ lich.

Claims (4)

1. Druckeinstellvorrichtung zum Steuern des Druckes eines Fluids, gekennzeichnet durch ein Zweistellungs- und Dreiwegeventil mit einem Fluid­ zufuhrteil, einem Fluidabgabeteil und einem Behälter­ anschlußteil, eine Druckwandlereinrichtung (5) zum Umwandeln eines Fluiddruckes in dem Behälter (1) in einen elektrischen Strom, eine Einstellauswahl­ einrichtung (8) zum wahlweisen Einstellen einer von mehreren Druckeinstellungen, und durch eine Vergleicher­ und Operatoreinrichtung (7) zum Vergleichen des Ein­ ganges von der Druckwandlereinrichtung (5) mit einer Druckeinstellung der Einstellauswahleinrichtung (8), um einen Ausgang zu erzeugen, der dazu verwendet wird, das Zweistellungs- und Dreiwegeventil (3) zu steuern.

2. Druckeinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweistellungs- und Dreiwegeventil (3) ein membranbetätigtes Tellerventil ist.

3. Druckeinstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das die Vergleicher- und Operatoreinrichtung (7) mittels Impulsbreiten-Steuerung gesteuert wird.

4. Druckeinstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter gekennzeichnet durch eine An­ zeigeeinrichtung.