DE565230C - Elektrohydraulischer Regler, insbesondere fuer Gasstroeme - Google Patents

Description

Zur Regelung von Gasströmen u. dgl. sind hydraulische Steuereinrichtungen bekannt, deren Doppelkolbenschieber durch Elektromagnete aus seiner Mittellage gezogen wird, so daß ein Druckmittel auf die eine oder andere Seite eines Servomotors tritt. Der Servomotor leitet beispielsweise bei der Gasdruck- oder Mengenregelung die Betätigung einer Drosselklappe in einer Rohrleitung ein. Die Drosselklappe stellt nun durch Lagenänderung den in der Leitung gewünschten Zustand her.

Die Kontakte für die Elektromagnete stehen nicht fest, sondern sind verschiebbar und werden bei einer Bewegung des Steuerkolbens von diesem unterbrochen in ähnlicher Weise wie bei einer elektrischen Klingel. Die Unterbrechung der Kontakte erfolgt aber erst wenn der Steuerkolben einen Ausschlag entsprechend dem einer Meßvorrichtung gemacht hat. Die Regelgeschwindigkeit ist also eine Funktion der Zustandsänderung. Bei Kontaktunterbrechung durch den Steuerkolben wird dieser selbst sofort durch gespannte Federn in seine Mittellage gedrückt, so daß der Servomotor zum Stillas stand kommt. Erst jetzt, in der Mittellage des Steuerkolbens, kann erneut Kontakt erfolgen. Der Steuerkolben leitet den Regelvorgang also immer wieder von der Mittellage ausgehend neu ein. Er kehrt bei Unterbrechung der Kontakte in die Mittellage zurück, wartet also nicht, bis sich eine Korrektur der Regelung in der Meßvorrichtung bemerkbar macht. Wenn erforderlich, erfolgt jetzt von der Mittellage aus das zweite oder noch mehr Arbeitsspiel. Die Regelung erfolgt also absatzweise. Die Zeitdauer und Öffnungsweite der einzelnen Absätze sind größer, je weiter die Bewegung der Meßvorrichtung, also je größer die Abweichung vom eingestellten Zustand ist. Mit Annähern an den eingestellten Zustand werden auch die einzelnen Ausschläge des Steuerkolbens immer kleiner, so daß das an bekannten Reglern leicht auftretende Pendeln hier nicht zu befürchten ist.

Bei den bekannten Reglern dieser Art werden die Kontakte für die Magnetstromkreise nicht von der Kolbenstange aus gesteuert, sondern mittels eines zwischengeschalteten Servomotors, der in Folgeregelung erst den Kolben für den weiteren, die Drosselklappe verstellenden Servomotor verschiebt.

Nach der Erfindung wirkt bei einem sonst gleichen Regler die Stange des Steuerkolbens selbst über ein Hebelgestänge mit den federnden Kontakten für die Magnetstromkreise zusammen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Anordnung von zusätzlichen Kontakten, durch die mittels zwischengeschalteter Elektromagnete die Stromkreise der Magnete an den Enden der Kolbenstange erst geschlossen werden, wenn der Steuerkolben in seine Mittellage zurückgekehrt ist, so daß diese Magnete vorher nicht erregt werden können.

Durch die Anordnung nach der Erfindung

wird der Gesamtaufbau des Reglers erheblich vereinfacht und seine Betriebssicherheit erhöht.

Die Abb. ι und 2 zeigen die Erfindung in beispielsweiser Ausführung an einem sonst bekannten Gasdruckregler. Abb. 4 und 5 sind beispielsweise Ausführungen für Geschwindigkeitsregler an Kraftmaschinen.

In Abb. ι ist 1 eine Gasleitung, in der der Druck geregelt werden soll. Der Servomotor 2 betätigt die Drosselklappe 3. Das Druckmittel tritt durch 4 in einen Zylinder 5 und wird durch einen entlasteten Steuerkolben 6 in seinen Wegen umgelenkt und durch Rohr 7 oder 8 dem Servomotor 2 zugeleitet.

Die Stange des Steuerkolbens trägt an den Enden die Anker 9 und 10. Auf den Enden sind Federn 11 und 12 aufgeschoben, die den Steuerkolben in der Mittellage halten. Im Ruhezustand ao steht also der Kolben 6 stets in der Deckstellung.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende :

Der Druck in der Leitung 1 sei etwas unter die eingestellte Höhe gesunken. Dieser Druck wird durch Rohr 15 auf die Meßvorrichtung 16 übertragen, z. B. eine Schwimmerglocke, Tauchglocke oder Membran. Bei Geschwindigkeitsreglern tritt beispielsweise an diese Stelle eine Einrichtung nach Abb. 4 oder 5, bei Temperaturreglern ein geeignetes Temperaturmeßinstrument. Die Meßvorrichtung sinkt um ein entsprechendes Stück abwärts. Der Kontakt 17 trifft auf den Kontakt 18. Der Magnet 19 wird erregt und zieht den Anker 9 mit Steuerkolben 6 an. Hierbei wird aber durch einen Anschlag 20 an dem Anker 10 der Winkelhebel 21 mit nachrechts bewegt. Der Kontakt 18 geht abwärts. Sobald der Steuerkolben den Ausschlag der Meßvorrichtung erreicht, löst sich Kontakt 18 von 17. Der Magnet 19 wird stromlos. Die gespannte Feder 12 zieht jetzt sofort den Steuerkolben 6 in seine Deckstellung, obwohl die Meßvorrichtung noch nicht ihre Mittellage eingenommen hat. Der Steuerkolben 6 hat also für eine kurze Zeit den Kanal 7 so weit geöffnet, wie sich die Meß vorrichtung 16 bewegt hat. Der Servomotor 2 hat die Drosselklappe 3 etwas bewegt und ist dann sofort wieder stillgesetzt. Hat dieses eine Arbeitsspiel den Regeldruck wieder eingestellt, so werden sich jetzt die Kontakte 17, 18, 23 nicht berühren. Der Regler steht still. Ist der Regeldruck durch dieses eine Arbeitsspiel nocht nicht erreicht, so trifft der Kontakt 18 beim Zurückgehen in die Mittellage auf den Kontakt 17, und der Steuerkolben 6 wird durch Magnet 19 wiederum nach rechts bewegt und öffnet den Kanal 7, jetzt aber nicht mehr so weit wie das erstemal, da jetzt der Kontakt 18 sich eher von dem Kontakt Vj löst. Die Kontakte 17, 18, 23 sind federnd angeordnet, so daß sie die Bewegung der Meßvorrichtung 16 und des Steuerkolbens 6 nicht hindern.

Der Kontakt 18 trägt an seinem Ende eine kleine Masse, die folgenden Zweck hat:

Beim Ansteigen der Meßvorrichtung 16 erfolgt Stromschluß zwischen Kontakt 23 und 18. Die Kontaktfedern 23 und 18 biegen sich in diesem Beispiel nur wenig durch, da die Druckänderung klein ist. Der Magnet 24 wird erregt und zieht den Anker 10 schnell an. Der Hebel 21 folgt der Bewegung des Ankers 10. Die Masse am vorderen Ende des Kontaktes 18 bleibt jedoch infolge ihrer Trägheit noch etwas zurück, so daß sie erst einen Augenblick später die Bewegung mitmacht. Der Steuerkolben 6 macht also einen gewissen Ausschlag. Dann wird der Kontakt zwischen 18 und 23 unterbrochen. Der Kontakt 17 hat sich mit dem Kontakt 23 ebenfalls nach oben bewegt. Bei dem¹ Zurückschnellen des Steuerkolbens 6 in seine Deckstellung wird nun nicht etwa sofort der Kontaktschluß zwischen 18 und 23 wiederhergestellt, sondern infolge der Trägheit der an Kontakt 18 angebrachten Masse eine kurze Zeit später. Es ergibt sich praktisch die in Abb. 3 gezeigte Regelkurve.

Bei größeren Abweichungen vom Regelzustand wird der Anker 9 bis an den Magneten 19 herangezogen, und die Kontakte 17 und 18 bie gen sich durch und bleiben jetzt so lange in Verbindung und damit der Steuerkanal 7 ganz geöffnet, bis die Meßvorrichtung beim Annähern an den Regeldruck anfängt, zu steigen und den Kontakt 17 von 18 löst. Jetzt arbeitet die Vorrichtung in vorher beschriebener Weise in immer kleiner werdenden Absätzen.

So wird der Regeldruck erreicht, ohne daß der Regler überregelt, da die Steuerung jede Regelgeschwindigkeit einschaltet und beim Nähern des Druckes an den eingestellten Wert die Regelung absatzweise erfolgt und die einzelnen Absätze immer kleiner werden. Steigt der Druck über die eingestellte Grenze, so wird über Kontakt 23 und 18 der Magnet 24 eingeschaltet. Der Steuerkolben 6 bewegt sich nach links. Der Kontakt 18 löst sich von 23, und es erfolgt jetzt das gleiche Spiel wie bei sinkendem Druck, da der Steuerkolben 6 durch Feder 11 in seine Deckstellung gezogen wird. Als Geschwindigkeitsregler arbeitet die Vorrichtung folgendermaßen (Abb. 4): Steigt die Geschwindigkeit der Kraftmaschine, so wird durch den mit der Kraftmaschine gekuppelten Ventilator 33 eine höhere Luftpressung erzielt, und die Meßvorrichtung 16 steigt und gibt zwischen 18-23 Kontakt. Der Regler drosselt die Zufuhr des Treibmittels zur Kraftmaschine, bis diese die richtige Geschwindigkeit hat. Sinkt die Geschwindigkeit der Kraftmaschine, so wird durch Verminderung der Luftpressung des Ven-

tilators S3 durch die Kontakte 17-18 die Zufuhr des Treibmittels zur Maschine weiter geöffnet. In Abb. 5 wird das Gefäß 34 von der Kraftmaschine gedreht. Je nach der Drehzahl der Maschine sinkt die Flüssigkeit im Gefäß 34 in der Mitte tiefer und steigt am äußeren Rande hoch. Der Schwimmer 35 stellt sich dementsprechend ein und steuert den Zufluß des Treibmittels zur Maschine.

Ein Fliehkraftpendel arbeitet in gleicher Weise. Durch die Muffe werden dann die Kontakte 17-23 bewegt.

In Abb. 2 ist die Einrichtung noch mit Elektromagnet 25 und 26 ausgerüstet. Erfolgt Kontakt über 17-18, so werden die beiden Magnete 19 und 26 erregt. Magnet 26 zieht den Anker 27 an. Dadurch wird die Kontaktfeder 29 nach oben gedreht, so daß der Kontakt 30 auf derselben schleift, wenn der Steuerkolben 6 von Magnet 19 angezogen wird. Unterbricht der Steuerkolben mit seinem Ausschlag die Kontakte 17-18, so können die Magnete 19 und 26 erst wieder erregt werden, wenn der Steuerkolben in der Deckstellung steht. Denn mit herabgefallenem Anker 27 ist auch der Strom zwischen 29-30 unterbrochen worden. Da die Feder 29 schräg liegt, erfolgt neuer Kontakt zwischen 29-30 erst, wenn der Steuerkolben 6 die Mittellage eingenommen hat. Es kann also eine Erregung der Magnete über 17-18-23 nur erfolgen, wenn der Steuerkolben in der Mittellage steht. Es muß also nach jeder Stromunterbrechung der Steuerkolben in seine Deckstellung, bevor ein neues Arbeitsspiel beginnt.

Nach der anderen Seite erfolgt die Stromunterbrechung durch Anker 28 über Kontakte 31-32. Abb. 3 zeigt den Arbeitsvorgang dieser Einrichtung. Die Charakteristik der Regelkurve ist von denen bekannter Regler grundsätzlich verschieden.

Kurve A zeigt die Änderung des Gasdrucks, Kurve B die Bewegung des Steuerkolbens und Kurve C die Bewegung des Servomotors. In der Abbildung ist auf der Abszissenachse die Zeit stark vergrößert aufgetragen. Die Ordinaten

zeigen in A die Änderungen des Gasdrucks, in B den Ausschlag des Steuerkolbens und in C die Bewegung des Servomotors.

Der Gasdruck erhöhe sich beispielsweise von a bis b. Die Meßvorrichtung schließt über die betreffenden Kontakte den Strom für den einen Magneten, der nun den Steuerkolben anzieht. Hat der Gasdruck den Punkt c erreicht, so hat die Meßvorrichtung ihren größten Ausschlag gemacht und damit der Steuerkolben seine größte Ausweichung erreicht, eben die von a' bis c', und verharrt in dieser, bis der Gasdruck sich dem Punkte d nähert. Nach Unterschreitung dieses Punktes fängt auch die Meßvorrichtung an, wieder umzukehren. In diesem Augenblick lösen sich die Kontakte, und der Steuerkolben gelangt in seine Deck- (Mittel-) Stellunge', wenn der Gasdruck die Höhe e erreicht hat. Dieser Gasdruck entspricht aber noch nicht der Sollhöhe. Es erfolgt also in der Deckstellung e' 6g des Steuerkolbens erneut Kontakt. Der Steuerkolben wird jetzt durch den Magneten nur bis f aus seiner Deckstellung gezogen, da die Meßvorrichtung auch nur einen Ausschlag dem Gasdruck f entsprechend macht. Die Kontakte lösen sich wieder, da der Gasdruck weiter unter f sinkt, und der Steuerkolben erreicht bei g' erneut seine Deckstellung, um hier wiederum Kontakt zu geben, da der Gasdruck noch nicht die Sollhöhe erreicht hat.

So wiederholt sich das Spiel so lange, bis der Gasdruck den eingestellten Wert erreicht. Die Ausschläge des Steuerkolbens werden also immer kleiner, je mehr sich der Gasdruck dem Sollwerte nähert. Damit wird auch die Regelgeschwindigkeit des Servomotors immer mehr verlangsamt, so daß ein Überregeln nicht eintreten kann.

Die Bewegung und Geschwindigkeit des Servomotors zeigt Kurve C. Beim Ausschlag des Steuerkolbens von a' bis c' wird der Servomotor von a" gleich Null bis c" gleich maximale Geschwindigkeit beschleunigt. Solange der Steuerkolben seine größte Ausweichung behält, also von c' bis d', verstellt der Servomotor das Drosselorgan mit der in c" erreichten maximalen Geschwindigkeit bis d". Von d" bis e" verzögert sich die Geschwindigkeit des Servomotors bis auf Null, da in e' der Steuerkolben seine Deckstellung erreicht. Von e" bis f" wird der Servomotor wiederum beschleunigt, erreicht aber nicht die vorige Geschwindigkeit, da der Steuer kolben nur bis f ausweicht. Beim Zurückgehen des Steuerkolbens verzögert sich die Geschwindigkeit des Servomotors wiederum, bis er in g" zum Stillstand kommt. So gelangt allmählich der Servomotor in x" in seine neue Lage und stellt den Sollwert des Gasdrucks wieder ein. Sinkt der Gasdruck unter den Sollwert, so tritt der andere Magnet in derselben Weise in Tätigkeit,

Wichtig und das Wesen der Erfindung darstellend ist also, daß die federnden Kontakte 17-18-23 durch die Bewegung des Steuerkolbens mittels eines Hebelgestänges 20, 21 unterbrochen werden, also ähnlich wie ein Wagnerscher Hammer arbeiten.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrohydraulischer Regler, insbesondere für Gasströme, bei dem die Stange des Steuerkolbens, welcher die Regelung einleitet, entgegen einer Federspannung durch auf ihre Enden einwirkende Elektromagnete gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange des Steuerkolbens (6) über ein Hebelgestänge (20, 21) mit den

   federnden Kontakten (17-18-23) für die Magnetstromkreise zusammenwirkt.
2. 2. Elektrohydraulischer Regler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Kontakte (30, 32) mittels zwischengeschalteter Elektromagnete (25, 26) den Stromkreis erst schließen, wenn der Steuerkolben (6) in seine Mittellage zurückgekehrt ist, so daß die Elektromagnete (19, 24) vorher nicht erregt werden können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen