DE4106474C2 - Pneumatischer Druckregler mit Pilotsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Druckregler mit Pilotsteuerung gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen pneumatischen Druckregler mit Pilotsteuerung handelt es sich um einen Druckregler mit hoher Regelgenauigkeit und stabilem Regelverhalten unabhängig vom Eingangsdruck oder vom Volumenstrom.

Seinen Einsatz findet er deshalb vorzugsweise bei Präzisionsanforderungen, wie beispielsweise in der pneumatischen Längenmeßtechnik.

Pneumatische Druckregler mit Pilotsteuerung werden sowohl in Prospekten verschiedener Firmen als auch in der Patentliteratur beschrieben.

So wird ein modifizierter Druckregler mit Pilotsteuerung bereits in der DE-OS 25 18 813 beschrieben. Erfindungswesentlich ist hier die Aufnahme des Hilfsdruckreglers in die Betätigungsstange, deren oberes Ende einerseits als Membranteller für die Steuerdruckmembran ausgebildet ist und andererseits den Membranteller und die Hilfsdruckmembran aufnimmt. Beide Membranteller sind in einer Ebene angeordnet, so daß eine raumsparende Bauweise erreicht wird.

Der in der DE-OS 32 22 082 beschriebene Gasdruckregler mit Pilotsteuerung hat vor allem die Aufgabe, eine platzsparende Variante zu finden, um den Gasdruck so zu regeln, daß im Störungsfall der angeschlossene Verbraucher vor Überdruck geschützt ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß drei Membran-Funktionsringkammern übereinander angeordnet werden und reglereingangsseitig ein Sicherheitsabsperrventil angeordnet ist.

Beide Druckregler sind jedoch mechanisch kompliziert aufgebaut und haben mehrere mechanisch bewegte und damit reibungsbehaftete Bauteile. Durch ihren prinzipiellen Aufbau und die auftretenden Reibungen haben diese Regler für Präzisionsanwendungen noch zu große Regelabweichungen in Abhängigkeit vom Volumenstrom. Höchste Regelgenauigkeit verbunden mit einer einfachen, kompakten Bauform sind hier nicht gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen pneumatischen Druckregler mit Pilotsteuerung in kleiner, kompakter sowie einfacher Bauform zu schaffen, welcher eine hohe Regelgenauigkeit und ein stabiles Regelverhalten unabhängig vom Eingangsdruck und vom Volumenstrom aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dabei ist der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung umgekehrt proportional zum Reglerausgangsdruck.

Der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung wird unter Vermeidung mechanisch bewegter und damit reibungsbehafteter Bauteile über eine Verbindungsdrossel direkt in die Sollwertkammer der ersten Pilotsteuerung geleitet. Der Durchmesser der Verbindungsdrossel und das Volumen der Sollwertkammer der ersten Pilotsteuerung sind so zu dimensionieren, daß die sich daraus ergebende Zeitkonstante Schwingungen des Reglerausgangsdruckes verhindert.

Die konstruktive Ausführung des Regelmechanismus wird im weiteren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zwei Varianten unterscheiden sich vor allem in der Ausführung der zweiten Pilotsteuerung, wobei mit der Variante a eine höhere Regelgenauigkeit erreicht wird und mit der Variante b durch den Abschluß zur Atmosphäre der Einsatz von anderen Gasen als Luft möglich ist.

Die weitere Beschreibung wird im folgenden an Hand von zwei Skizzen erläutert.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 1 zeigt einen Druckregler mit einer zweiten Pilotsteuerung gemäß Variante a.

Der pneumatische Druckregler besteht aus einem Reglergehäuse 1 mit einer Eingangskammer 2 und einer Ausgangskammer 3. Zwischen Eingangskammer 2 und Ausgangskammer 3 befindet sich das Hauptventil 4, welches mit einem Stößel 5 verbunden ist, der von einer Stellmembran 6 bewegt wird und damit das Hauptventil 4 öffnet. Auf die Stellmembran 6 wirkt in einer ersten Stelldruckkammer 27 von oben der Stelldruck der ersten Pilotsteuerung 7. Diese erste Pilotsteuerung 7 ist im dargestellten Beispiel so aufgebaut, daß von der Eingangskammer 2 ein Verbindungskanal 8 zur Drossel 9 führt und daß außerdem von der Ausgangskammer 3 ein Verbindungskanal 10 zum ersten Pilotventil 11 und von unten an die erste Pilotmembran 12 gelangt. Das erste Pilotventil 11 wird von der Auslenkung der ersten Pilotmembran 12 bewegt.

Zwischen Drossel 9 und erstem Pilotventil 11 entsteht in der ersten Stelldrückkammer 27 der Stelldruck, der die Stellmembran 6 und damit das Hauptventil 4 so steuert, daß sich ein Gleichgewicht zwischen dem Reglerausgangsdruck und der von oben auf die erste Pilotmembran 12 wirkende Kraft ergibt. Dieser bisher beschriebene Zusammenhang entspricht dem Stand der Technik mit dem Nachteil, daß bei Änderung des Volumenstromes eine für Präzisionsanwendungen störende Regelabweichung auftritt, wenn die auf die erste Pilotmembran 12 wirkende Kraft konstant ist.

Es wirkt in der ersten Sollwertkammer 13 von oben auf die erste Pilotmembran 12 eine Druckfeder 14 mit vergleichweise geringer Kraft und erfindungsgemäß der Stelldruck einer zweiten Pilotsteuerung 15, der über eine Verbindungsdrossel 16 mit der ersten Sollwertkammer 13 in Verbindung steht.

Zur zweiten Pilotsteuerung 15 gehört die zweite Pilotmembran 17, die von unten über eine Verbindungsleitung 18 mit dem Reglerausgangsdruck und von oben mit einer sollwertbestimmenden Kraft, beispielsweise einer einstellbaren Druckfeder 19, beaufschlagt wird. Durch die zweite Pilotmembran 17 wird ein zweites Pilotventil 20 so bewegt, daß es sich bei steigendem Reglerausgangsdruck schließt und bei sinkendem Reglerausgangsdruck öffnet. Dem zweiten Pilotventil 20 schließt sich die zweite Stelldruckkammer 21 an, die über eine Atmosphärendrossel 22 Verbindung zur Atmosphäre hat. In der zweiten Stelldruckkammer 21 bildet sich der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung 15, der über die Verbindungsdrossel 16 mit der ersten Sollwertkammer 13 in Verbindung steht.

Durch die gewählte konstruktive Ausführung ergibt sich folgender Regelmechanismus bei Abweichung des Reglerausgangsdruckes vom Sollwert:

Sinkt der Reglerausgangsdruck beispielsweise infolge erhöhten Volumenstromes ab, so ist das Kräftegleichgewicht an der zweiten Pilotmembran 17 gestört. Die zweite Pilotmembran 17 bewegt sich nach unten und öffnet das zweite Pilotventil 20. Dadurch erhöht sich der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung 15 und damit auch die Kraft auf die Sollwertseite der ersten Pilotmembran 12. Dies wiederum bewirkt auf bekannte Weise ein Ansteigen des Stelldruckes der ersten Pilotsteuerung 7 und damit ein Öffnen des Hauptventils 4, wodurch der Reglerausgangsdruck ansteigt, bis der Sollwert wieder erreicht ist.

Eine maximale Regelgenauigkeit wird erreicht, wenn die Verbindungsleitung 18, die den Reglerausgangsdruck von unten an die zweite Pilotmembran 17 zurückführt, nicht durch Kanäle im Reglerinneren realisiert wird, sondern von einem dem Regler nachgeschalteten Verteiler oder Verbraucher zurückgeführt wird.

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Druckreglers mit einer zweiten Pilotsteuerung gemäß Variante b.

Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf die Details, in denen das Ausführungsbeispiel 2 vom Ausführungsbeispiel 1 unterscheidet.

Der wesentliche Unterschied zu Variante a besteht im Aufbau der zweiten Pilotsteuerung 15.

Der Eingangsdruck gelangt über einen weiteren Verbindungskanal 23 zur Drossel 26 der zweiten Pilotsteuerung 15. Zu dieser zweiten Pilotsteuerung 15 gehört in gleicher Weise wie bei Variante a eine zweite Pilotmembran 17, die von unten über eine Verbindungsleitung 18 mit dem Reglerausgangsdruck und von oben mit einer sollwertbestimmender Kraft, beispielsweise durch eine einstellbare Druckfeder 19, beaufschlagt wird.

Durch die zweite Pilotmembran 17 wird ein zweites Pilotventil 24 jedoch so bewegt, daß es sich bei steigendem Reglerausgangsdruck öffnet und bei sinkendem Reglerausgangsdruck schließt.

Dem zweiten Pilotventil 4 schließt sich die zweite Stelldruckkammer 21 an, die über die Drossel 22 Verbindung zum Reglerausgangsdruck hat. In der zweiten Stelldruckkammer 21 bildet sich der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung 15, der wie bei Variante a über die Verbindungsdrossel 16 mit der ersten Sollwertkammer 3 in Verbindung steht. Da bei Variante b der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung 15 größer als der Reglerausgangsdruck ist, muß das Kräftegleichgewicht an der ersten Pilotmembran 12 durch geeignete Mittel wiederhergestellt werden, beispielsweise durch eine Gegendruckfeder 25 unter der ersten Pilotmembran 12.

Der Regelmechanismus bei Abweichung der Reglerausgangsdruckes vom Sollwert ist folgender:

Sinkt der Reglerausgangsdruck beispielsweise infolge erhöhten Volumenstromes ab, so ist das Kräftegleichgewicht an der zweiten Pilotmembran 17 gestört. Die zweite Pilotmembran 17 bewegt sich nach unten und schließt das zweite Pilotventil 24. Durch die bestehende Verbindung über die Drossel 26 zum Reglerausgangsdruck steigt der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung 15 bei sich schließendem Pilotventil 24 an und damit auch die Kraft auf die Sollwertseite der ersten Pilotmembran 12.

Der weitere Regelmechanismus ist identisch mit dem unter Variante a beschriebenen.

Claims (3)

1. Pneumatischer Druckregler mit Pilotsteuerung mit einem eine Eingangskammer mit einer Ausgangskammer verbindenden Hauptventil, das über einen Stößel von einer Stellmembran bewegt wird, die in Öffnungsrichtung des Hauptventils vom von einer ersten Pilotsteuerung in einer ersten Stelldruckkammer erzeugten Stelldruck, in Schließrichtung des Hauptventils vom Ausgangsdruck des Druckreglers beaufschlagt wird, wobei die erste Pilotsteuerung aus einem von einer ersten Pilotmembran betätigten ersten Pilotventil besteht, das durch Drosselung der aus der ersten Stelldruckkammer abfließenden Luft den Stelldruck erzeugt, und wobei die erste Pilotmembran in Öffnungsrichtung des ersten Pilotventils vom Reglerausgangsdruck, in Schließrichttung vom Druck in einer ersten Sollwertkammer beaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

• - auf der durch Hauptventil (4) und erstem Pilotventil (11) gehenden Achse über dem ersten Pilotventil (11) ein zweites Pilotventil (20) einer zweiten Pilotsteuerung (15) ange­ ordnet ist, wobei das zweite Pilotventil (20) von einer zweiten Pilotmembran (17) betätigt wird und durch Drosselung der Verbindung zwischen einer zweiten Stelldruckkammer (21) und dem Reglerausgang in der zweiten Stelldruckkammer (21) den Druck für die erste Sollwertkammer (13) erzeugt,
• - die zweite Stelldruckkammer (21) mit der ersten Sollwert­ kammer (13) über eine Verbindungsdrossel (16) miteinander verbunden ist,
• - sich die zweite Stelldruckkammer (21) über der ersten Sollwertkammer (13) befindet,
• - die zweite Pilotmembran (17) in Öffnungsrichtung des zweiten Pilotventils (20) mit einer dem Solldruckwert entsprechenden Kraft eingestellten Druckfeder (19) und die Schließrichtung des zweiten Pilotventils (20) mit dem Reglerausgangsdruck über eine Verbindungsleitung (18) beaufschlagt wird.

2. Pneumatischer Druckregler mit Pilotsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - über die zweite Pilotmembran (17) bei steigendem Regler­ ausgangsdruck das zweite Pilotventil (20) schließend und bei sinkendem Reglerausgangsdruck öffnend betätigt wird und
• - die dem zweiten Pilotventil (20) nachfolgende zweite Stelldruck­ kammer (21) eine Atmosphärendrossel (22) aufweist.

3. Pneumatischer Druckregler mit Pilotsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zwischen Eingangskammer (2) und zweiter Stelldruckkammer (21) ein Verbindungskanal (23) mit Drossel (26) angeordnet ist,
• - über die zweite Pilotmembran (17) bei steigendem Reglerausgangsdruck das zweite Pilotventil (20) öffnend und bei sinkendem Reglerausgangsdruck schließend betätigt wird,
• - zur Herstellung des Kräftegleichgewichtes unter der ersten Pilotmembran (12) eine Gegendruckfeder (25) angeordnet ist und
• - keine Verbindung zur Atmosphäre hergestellt ist.