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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Positioniersysteme zur
Steuerung eines Ventils in eine gewünschte Stellung sowie im Besonderen
auf Steuerungssysteme für
derartige Positioniersysteme.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Beim
Transport von Flüssigkeiten
durch Rohrleitungen, Verarbeitungsanlagen und dergleichen ist eine
präzise
und schnelle Steuerung von Ventilen innerhalb des Systems erforderlich.
So ist es beispielsweise für
integrierte Steuerungen und Regelungen in Erdöl verarbeitenden Anlagen oder
in Anlagen zur Verarbeitung von Chemikalien oftmals erforderlich,
dass diverse, über
das gesamte System verteilte Ventile in Abhängigkeit von einem gegebenen Satz
von Betriebsparametern in einer bestimmten Reihenfolge und in unterschiedlichem
Maße geöffnet und
geschlossen werden. Betriebsparameter dieser Art können beispielsweise
eine gewünschte
Durchflussgeschwindigkeit, eine zeitgesteuerte Freigabe des Flüssigkeitsstroms,
die im jeweiligen Anwendungsfall zu verarbeitende Flüssigkeit
etc. sein.
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Da
Steuerungs- und Regelungssysteme dieser Art zunehmend automatisiert
werden, ist eine präzise
und zeitnahe Steuerung der Ventile unerlässlich. Jede Zeitverzögerung zwischen
dem Empfang eines Stellbefehls und der tatsächlichen Einstellung des Ventils
auf die gewünschte
Position hat nachteilige Auswirkungen auf Produktivität und Rentabilität des Prozesses.
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Dies
führte
zur Entwicklung von Systemen zur zeitnahen Positionierung von Regelventilen.
So sieht beispielsweise eine meiner früheren Erfindungen, die in U.S.
Patent No. 4,509,403, das dem Inhaber des vorliegenden Patents erteilt
wurde, beschrieben ist, ein Positionierungssystem vor, das einen
einzigen Regelkreis zur dynamischen Regelung der Position eines
Ventils verwendet. Darüber
hinaus beschreibt U.S. Patent No. 5,884,894 ein Positionierungssystem,
bei dem die Position eines Trommelventils mittels eines ersten und
zweiten Regelkreises geregelt wird. Trommelventile weisen jedoch
in der Regel hohe Leckageraten auf, und Konstruktionen, die für geringere
Leckageraten ausgelegt sind, weisen eine relativ große "tote Zone" im Betriebsbereich des
Ventils auf. Diese wirkt sich nachteilig auf die Reaktionseigenschaften
des Ventils aus. Zudem müssen
derartige Trommelventile innerhalb enger Toleranzen gefertigt werden,
was die Kosten des Ventils erhöht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
wird eine Regelventilkonstruktion vorgestellt, die ein Stell- bzw.
Regelventil, ein Stopfen- und Sitzventil bzw. Kegel-Sitzventil,
einen ersten und einen zweiten Positionssensor sowie einen Komparator
beinhaltet. Das Stopfen- und Sitzventil ist funktional dem Regelventil
zugeordnet. Der erste Positionssensor überwacht die Stellung des Regelventils
und erzeugt ein erstes Positionssignal. Der zweite Positionssensor überwacht
die Stellung des Stopfen- und Sitzventils und erzeugt ein zweites
Positionssignal. Der Komparator vergleicht das erste Positionssignal mit
einem ersten Sollwert und erzeugt einen zweiten Sollwert und vergleicht
weiterhin das zweite Positionssignal mit dem zweiten Sollwert und
erzeugt ein Korrektursignal. Das Korrektursignal wird an das Stopfen-
und Sitzventil geleitet, um das Regelventil zu verstellen.
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Entsprechend
wird eine Methode zum Positionieren eines Stell- bzw. Regelventils
vorgestellt, die die folgenden Schritte umfasst: Überwachen
der Stellung des Regelventils, Vergleichen der Stellung des Regelventils
mit einem ersten Sollwert, Erzeugen eines zweiten Sollwerts auf
der Grundlage des Vergleichsschritts, Überwachen der Stellung eines Stopfen-
und Sitzventils bzw. Kegel-Sitzventils, Vergleichen der Stellung
des Stopfen- und Sitzventils mit einem zweiten Sollwert, Erzeugen
eines Korrektursignals auf der Grundlage des Vergleichs der Stellung des
Stopfen- und Sitzventils mit dem zweiten Sollwert sowie Positionieren
des Regelventils auf der Grundlage des Korrektursignals.
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Diese
und andere Aspekte und Eigenschaften ergeben sich deutlicher aus
der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
begleitenden Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführung eines Positionierungssystems,
das entsprechend den Darlegungen der Erfindung konstruiert ist;
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2 ist
ein Schnitt durch eine bevorzugte Ausführung eines Stopfen- und Sitzventils,
das entsprechend den Darlegungen der Erfindung konstruiert und in
geschlossener Stellung abgebildet ist;
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3 ist
ein Schnitt durch ein Stopfen- und Sitzventil ähnlich 2, wobei
das Stopfen- und Sitzventil jedoch in einer ersten offenen Position
abgebildet ist;
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4 ist
ein Schnitt durch ein Stopfen- und Sitzventil ähnlich 2, wobei
das Stopfen- und Sitzventil jedoch in einer zweiten offenen Position
abgebildet ist;
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5 ist
ein Schnitt einer zweiten Ausführung
eines Stopfen- und Sitzventils, das entsprechend den Darlegungen
der Erfindung konstruiert ist;
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6 ist
ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführung eines Positionierungssystems
für ein
Regelventil, das entsprechend den Darlegungen der Erfindung konstruiert
ist; und
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7 ist
ein Blockschaltbild einer dritten Ausführung eines Positionierungssystems
für ein
Regelventil, das entsprechend den Darlegungen der Erfindung konstruiert
ist.
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Während die
Erfindung in diversen Modifizierungen und alternativen Konstruktionen
ausgeführt werden
kann, werden bestimmte veranschaulichende Ausführungen der Erfindung in den
Zeichnungen dargestellt und nachstehend im Detail beschrieben. Es
sei je doch darauf hingewiesen, dass nicht beabsichtigt ist, die
Erfindung auf die spezifischen dargestellten Formen zu beschränken. Die
Erfindung soll im Gegenteil alle Modifizierungen, alternativen Konstruktionen
und Äquivalente
umfassen, die dem Geist und Umfang der Erfindung gemäß der Definition
in den beigefügten
Ansprüchen
entsprechen.
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BESCHREIBUNG
DER VORZUGSWEISEN AUSFÜHRUNGEN
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, insbesondere auf 1,
wird ein Positionierungssystem für
ein Regelventil, das entsprechend den Darlegungen der Erfindung
konstruiert ist, allgemein mit Ziffer 20 bezeichnet. Wie
dort gezeigt, dient das Positionierungssystem 20 zur Steuerung
der Position eines Regelventils auf der Grundlage eines Regelventilstellsollwerts 24,
der von einer Prozesssteuerung 26 geliefert wird. Die Prozesssteuerung 26 kann als
Bestandteil eines integrierten Systems zur Regelung von Variablen
wie beispielsweise Druck, Durchfluss, Füllstand, Temperatur etc. in
unterschiedlichen Umgebungen wie beispielsweise Erdöl verarbeitenden
Anlagen, Anlagen zur Verarbeitung von Chemikalien, Erdgaspipelines
etc. vorliegen.
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Erneut
unter Bezugnahme auf 1 wird das Positionierungssystem 20 einschließlich eines ersten
Regelkreises 28 und eines zweiten Regelkreises 30 gezeigt,
die für
eine verbesserte Dämpfung sorgen
und gemeinsam dafür
sorgen, dass die Istposition von Regelventil 22 dem Regelventilstellsollwert 24 präziser und
rascher angepasst wird. Der erste Regelkreis 28 verwendet
bevorzugt einen Regelventilprozessor 32, ein Stopfen- und
Sitzventilpositionierungssystem 34, einen Regelventilsteller 36 sowie
einen Regelventilstellsensor 38. Der Regelventilsteller 36 ist
bevorzugt eines Typs, der ein pneumatisches oder anderes Drucksignal 40 empfängt und
das Signal 40 in eine entsprechende mechanische Bewegung 42 umsetzt,
um das Regelventil 22 in die vom Sollwert 24 vorgegebene
Sollposition zu verfahren. Derartige Steller sind in beliebiger
Anzahl im Handel erhältlich,
beispielsweise von der Art, die in U.S. Patent No. 4,509,403, das
dem Inhaber des vorliegenden Patents erteilt wurde und das hiermit
auch zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird, beschrieben ist.
Der erste Regelkreis 28 kann als digitaler oder analoger
Schaltkreis oder als hybride Kombination digitaler und analoger
Kreise realisiert werden.
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Der
Regelventilstellsensor 38 befindet sich in der Nähe des Regelventilstellers 36 und
des Regelventils 22 und dient der Positionsüberwachung
insoweit. In der bevorzugten Ausführung wird die Stellung des
Regelventilstellers 36 überwacht,
wobei der Regelventilstellsensor 38 in alternativen Ausführungen jedoch
auch dazu verwendet werden kann, statt dessen die Stellung des Regelventils 22 zu überwachen. Der
Regelventilstellsensor 38 ist bevorzugt als Potentiometer
ausgeführt.
Alternativ kann der Regelventilstellsensor 38 auch als
Hall-Geber ausgeführt werden,
wobei ein Magnet neben dem Regelventilsteller 36 angeordnet
wird und jede Bewegung des Regelventilstellers 36 zu einer
Veränderung
des Magnetfeldes des Magneten führt,
oder der Regelventilsteller 36 kann in Form mehrerer anderer
Positionssensoren einschließlich
Giant-Magnetoresistance-Bauelementen (GMRs) oder anderer elektronischer
Sensoren ausgeführt
werden.
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Der
Regelventilstellsensor 38 erzeugt ein Regelventilstellsignal 44,
das der Position des Regelventilstellers 36 entspricht,
wobei das Signal 44 dem Regelventilprozessor 32 zugeführt wird.
Im Regelventilprozessor 32 wird das Regelventilstellsignal 44 mit
dem Regelventilstellsollwert 24 verglichen, um einen Positionsbefehlsollwert 46 zu
erzeugen. Der elektronische Schaltkreis, der den Vergleich zwischen
dem Regelventilstellsignal 44 und dem Regelventilstellsollwert 24 durchführt, kann
mittels analoger elektronischer Schaltkreise, digitaler elektronischer
Schaltkreise wie bei einem Mikroprozessor oder als Kombination analoger
und digitaler Mechanismen realisiert werden. Das Regelventilstellsignal 44 kann
dem Regelventilprozessor 32 kontinuierlich zugeführt oder
zyklisch realisiert werden, wobei im letzteren Fall die Erfassung
in bestimmten Abständen
erfolgt, um gegebenenfalls die Verlustleistung zu reduzieren. Der
Regelventilprozessor 32 kann einen Abweichungsverstärker oder
einen Komparator beinhalten oder über Verstärkungs-, Stabilisierungs- und Filtereigenschaften
verfügen,
um ein besseres Positionierungsergebnis zu erhalten.
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Der
Positionsbefehlsollwert 46 wird dem zweiten Regelkreis 30 zugeführt, der
das Stopfen- und Sitzpositionierungssystem 34 bildet. Das
Stopfen- und Sitzpositionierungssystem 34 beinhaltet spezifischer
einen Positionierungsprozessor oder eine elektronische Vergleichsschaltung 48,
einen elektropneumatischen Relaissteller 50, ein Regelventilstellventil,
bevorzugt in Form einer Stopfen- und Sitzventilkonstruktion bzw.
Kegel-Sitzventilkonstruktion 52,
sowie einen Stopfen- und Sitzventilpositionssensor 54.
Das Regelventilstellventil kann in Form anderer Ventiltypen, unter
anderem auch als Trommelventil, ausgeführt werden.
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Die
Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 dient der Erzeugung
des pneumatischen oder Druckbetätigungssignals 40,
das einem Regelventilsteller 36 zugeführt wird. Wie bereits beschrieben,
nutzt der Regelventilsteller 36 das Drucksignal 40 zur
Erzeugung einer mechanischen Bewegung 42, um das Regelventil 22 in
die gewünschte
Position zu verfahren. Mechanik und Funktionsweise der Stopfen-
und Sitzventilkonstruktion 52 werden nachfolgend im Detail beschrieben.
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Ein
Stopfen- und Sitzventilpositionssensor 54 befindet sich
in der Nähe
der Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 und hat die
Aufgabe, die Stellung der Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 zu überwachen
und ein Signal 60 zu erzeugen, das der Position der Stopfen-
und Sitzventilkonstruktion 52 entspricht. Der Stopfen-
und Sitzventilpositionssensor 54 kann in Form der oben
erwähnten
Potentiometer, als Hall-Geber, Giant-Magnetoresistance-Bauelemente
(GMRs) oder andere elektronische Sensoren ausgeführt werden.
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Das
Stopfen- und Sitzventilpositionssignal 60 wird dem Positionierungsprozessor
zugeführt,
der seinerseits das Stopfen- und Sitzventilpositionssignal 60 mit
dem Positionsbefehlsollwert 46 vergleicht, der vom Regelventilprozessor 32 geliefert
wird. Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl zwei Prozessoren, d.h. 32 und 48,
dargestellt sind, auch ein einziger Prozessor in der Lage sein kann,
beide Aufgaben auszuführen.
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Der
Positionierungsprozessor 48 erzeugt ein Stopfen- und Sitzventilbetätigungs-
oder -Korrektursignal 62, das auf dem Vergleich des Stopfen-
und Sitzventilpositionssignals 60 mit dem Positionsbefehlsollwert 46 basiert.
Das Betätigungs-
oder Korrektursignal 62 wird dem elektromagnetischen Relaissteller 50 zugeführt, der
das elektrische Signal 62 in ein pneumatisches bzw. ein
Drucksignal 64 umwandelt, das seinerseits von der Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 zur
Erzeugung des Stellerdrucksignals 40 verwendet wird. Der
elektropneumatische Relaissteller 50 kann in jeder beliebigen
Anzahl handelsüblicher
Strom-Druck-Wandler (I/P-Wandler) oder Signalumformer beispielsweise der
Art vorgesehen werden, wie sie in einem meiner früheren Patente,
U.S. Patent No. 5,532,925, das dem Inhaber des vorliegenden Patents
erteilt wurde und das hiermit auch zum Gegenstand dieser Anmeldung
gemacht wird, beschrieben ist.
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In 2–4 wird
eine erste bevorzugte Ausführung
einer Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 dargestellt,
die entsprechend den Darlegungen der Erfindung konstruiert ist.
Wie bereits ausgeführt, empfängt die
Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 ein pneumatisches
Stellsignal 64 und erzeugt ein pneumatisches Stellsignal 40 zur
Weiterleitung an den Regelventilsteller 36. In der bevorzugten
Ausführung
werden zwei Pneumatikausgänge
erzeugt, mit denen beispielsweise die obere und untere Druckkammer
eines Kolbenstellers (nicht dargestellt) beaufschlagt wird. Wie
in den Abbildungen gezeigt, beinhaltet die Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 ein erstes
und ein zweites Stopfen- und Sitzventil 66, 68. Das
erste und das zweite Stopfen- und Sitzventil 66, 68 sind
identisch aufgebaut. Zum besseren Übersicht und im Interesse eines
leichteren Verständnisses wird
daher nur das erste Stopfen- und Sitzventil 66 in den Zeichnungen
vollständig
aufgeführt.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei der Darstellung identischer
Elemente identische Referenznummern gelten.
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Das
erste und das zweite Stopfen- und Sitzventil 66, 68 sind
durch einen Betätigungshebel 70 dergestalt
verbunden, dass sie sich gleichzeitig, jedoch in entgegen gesetzte
Richtungen, bewegen. Der Betätigungshebel
ist drehbar in einem zentralen Drehpunkt 72 gelagert. Wenn
sich das erste oder das zweite Stopfen- und Sitzventil 66, 68 öffnet, schließt das andere
Stopfen- und Sitzventil 66, 68 entweder vollständig oder
im selben Maß,
in dem das andere Ventil öffnet.
Hierdurch können
beide Ausgangssignale des ersten und des zweiten Stopfen- und Sitzventils 66, 68 beispielsweise
zur Ansteuerung des oben erwähnten
Kolbenstellers oder diverser Parameter einer integrierten Regelung
verwendet werden.
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Sowohl
das erste als auch das zweite Stopfen- und Sitzventil 66, 68 ist
innerhalb eines Hauptgehäuses 73 montiert
und beinhaltet ein feststehende Gehäuseteil 74, an dem
eine Buchse 75 befestigt ist. Ein bewegliches Gehäuseteil 76 befindet
sich innerhalb jedes feststehenden Gehäuseteils 74. Ein beweglicher
Stopfen bzw. Ventilkegel 78 befindet sich innerhalb einer
Zentralbohrung 79 einer jeden Buchse 75. Dies
wird im Folgenden ausführlicher
beschrieben. Je nach Stellung der beweglichen Gehäuseteile 76 und
der Stopfen 78 in Bezug auf die feststehenden Gehäuseteile 74,
kann der Regelventilsteller 36 mit einem Pneumatikdruck
von unterschiedlicher Stärke
beaufschlagt werden, durch den die jeweilige Stellung des Regelventilstellers 36 beeinflusst
wird.
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Jedes
feststehende Gehäuseteil 74 verfügt über einen
Speisedruckeinlass 80 und radial verlaufende Auslässe 82.
Der Speisedruckeinlass 80 befindet sich in fluidischer
Kommunikation mit einer Speisedruckquelle (nicht dargestellt) zur
Betätigung
der Ventile 66, 68. Eine der Zentralbohrungen 79 verbindet
einen der Einlässe 80 mit
einem der Auslässe 82. Ein
feststehender Ventilsitz 86 befindet sich in jeder Buchse 75 zwischen
dem Einlass 80 und der dazu gehörenden Zentralbohrung 79.
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Das
bewegliche Gehäuseteil 76 beinhaltet einen
oberen Ring 88 und einen unteren Ring 90. Der obere
Ring 88 beinhaltet eine ringförmige Schulter 92,
die einen beweglichen Ventilsitz 93 definiert und in eine
Vertiefung 94 im feststehenden Gehäuseteil 74 eingepasst
ist. Ein Kommunikationskanal 96 stellt eine fluidische
Verbindung zwischen dem oberen Ring 88 und dem unteren
Ring 90 dar. Der untere Ring 90 beinhaltet eine
ringförmige
Schulter 100 sowie einer Auslassöffnung 102, die im
Folgenden im Detail beschrieben werden. Die Auslassöffnung 102 mündet in
eine Auslasskammer 104. Die Auslasskammer 104 ist
normalerweise von der Vertiefung 94 durch eine zweite Elastomermembran 106 getrennt. Das
feststehende Gehäuseteil 74 und
das bewegliche Gehäuseteil
beinhalten am Umfang mehrere Rillen 110, in die Elastomer-O-Ringe
eingepasst sind, die die Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 innerhalb
des Hauptgehäuses 73 abdichten.
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Jeder
bewegliche Ventilstopfen 78 ist in einem der feststehenden
Gehäuseteile 74 und
in einem der beweglichen Gehäuseteile 76 verschieblich angeordnet.
Spezifischer beinhaltet jeder Ventilstopfen 78 eine im
Wesentlichen zylindrische Zentralwelle 114 mit einem ersten
Ende und einem zweiten gegenüberliegenden
Ende 116, 188. Das erste Ende 116 ist
so dimensioniert, dass es in den festen Ventilsitz 86 greift
und diesen abdichtet, während
das zweite Ende 118 so dimensioniert ist, dass es in den
beweglichen Ventilsitz 93 des beweglichen Gehäuseteils 76 greift
und diesen abdichtet. Jeder Ventilstopfen 78 beinhaltet
weiterhin eine hintere Halterung 120, die mit einer Feder 122 verbunden
ist, um den Ventilstopfen 78 durch Vorspannung in der in 2 dargestellten
geschlossenen Stellung zu halten.
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Der
Betätigungshebel 70 beinhaltet
einen ersten und einen zweiten Hebelarm 124, 126,
die vom zentralen Drehpunkt 72 ausgehen. Ein erster Fortsatz 127 befindet
sich an einem Ende 128 des ersten Hebelarms 124,
während
sich ein zweiter Fortsatz 130 an einem Ende 132 des
zweiten Hebelarms 126 befindet. Jeder Fortsatz 127, 130 wird
von einem der unteren Ringe 90 aufgenommen. Jeweils ein
Betätigungsklotz 137 befindet
sich am Betätigungshebel 70 gegenüber dem
ersten bzw. zweiten Fortsatz 127, 130.
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In
der in 3 gezeigten Position ist zu sehen, dass sich das
linke bewegliche Gehäuseteil 76 gegenüber dem
entsprechenden Ventilstopfen 78 nach unten bewegt hat,
wodurch sich das zweite Ende 118 des Ventilstopfens 78 aus
dem beweglichen Ventilsitz 93 löst. Das erste Ende 116 bleibt
wegen der Feder 122 im Eingriff mit dem feststehenden Ventilsitz.
Hierdurch entsteht der durch die Pfeile gekennzeichnete Pfad, der
die Vertiefung 94 mit der Auslassöffnung 102 und der
Auslasskammer 104 fluidisch koppelt.
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Das
rechte bewegliche Gehäuseteil 76 hat sich
in 3 auf Grund der Bewegung des Betätigungshebels 70 um
seinen Drehpunkt herum nach oben bewegt. Hierbei bleibt der bewegliche
Ventilsitz 93 im Eingriff mit dem zweiten Ende 118,
während das
erste Ende 116 nicht mehr im Eingriff mit dem feststehenden
Ventilsitz 86 ist. Die Feder 122 verformt sich,
um diese Bewegung zu ermöglichen.
Als Folge entsteht ein Pfad β,
der einen Flüssigkeitsstrom
zwischen dem Einlass 80 und dem Auslass 82 ermöglicht.
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Der
Druck in der Vertiefung 94 auf der linken Seite übt daher
einen relativ niedrigen Ausgangsdruck auf den Steller 36 aus,
während
der Druck in der Vertiefung 94 auf der rechten Seite einen
relativ hohen Ausgangsdruck auf den Steller 36 in der dargestellten
Position ausübt.
Im Falle eines Kolbenstellers würden
diese Signale an eine obere und eine untere Druckkammer weitergeleitet
und den Kolben aufwärts
oder abwärts
bewegen. In anderen Anwendungen müssen nicht unbedingt beide
Signale verwendet werden.
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Die
Kraft, die erforderlich ist, um den Ventilstopfen 78 aufwärts zu bewegen,
wird durch den elektropneumatischen Relaissteller 50 übertragen. Das
elektropneumatische Relais 50 erzeugt ein Signal 64,
das den Druck innerhalb einer Betätigungskammer 138 zwischen dem
Klotz 137 des Betätigungshebels 70 und
der Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 erhöht. Eine
Elastomermembran 144 schließt die Betätigungskammer 138 ab.
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Die
Vorspannkammer 145 übt
eine Kraft auf den Betätigungshebel 70 aus,
die der von der Betätigungskammer 138 ausgeübten Kraft
entgegengesetzt ist. Wenn der Druck in der Betätigungskammer 138 daher
abnimmt, bewegt die Vorspannkammer 145 den Betätigungshebel
in die entgegen gesetzte Richtung. Die Vorspannkammer 145 kann
zur Erzeugung der Vorspannung über
eine Feder oder eine unabhängige
Druckeinspeisung verfügen,
befindet sich jedoch vorzugsweise in fluidischer Kommunikation mit
dem Speisedruck zur Erzeugung der Vorspannung.
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Der
technisch Versierte erkennt daher den Vorteil, dass die Ventilstopfen 78 innerhalb
eines in 2–4 definierten
Bewegungsbereichs in Abhängigkeit
von dem Signal, mit dem die Betätigungskammer 138 vom
elektropneumatischen Relaissteller 50 beaufschlagt wird,
in jede Stellung gebracht werden können. Wenn der Druck in der
Betätigungskammer 138 auf
einen Wert erhöht
wird, der über
dem Druck in der Vorspannskammer 145 liegt, bewegt sich
der Ventilstopfen 78 in der Nähe der Betätigungskammer 138 aufwärts, während sich
der andere Ventilstopfen 78 abwärts bewegt. Wenn im gegenteiligen
Fall der Druck in der Betätigungskammer 138 auf
einen Wert abgesenkt wird, der unter dem Druck in der Vorspannkammer 145 liegt,
bewegt sich der Ventilstopfen 78 in der Nähe der Vorspannkammer 145 aufwärts, während sich
der Ventilstopfen 78 in der Nähe der Betätigungskammer 138 abwärts bewegt.
In Abhängigkeit
von der Stellung des Ventilstopfens 78 werden die resultierenden
Ausgangssignale an den Steller 36 verstellt, wodurch wiederum die
Position des Regelventils 22 verstellt wird.
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Durch Überwachung
der Positionen der Ventilstopfen 78 mittels des zweiten
Regelkreises auf die bereits erwähnte
Weise lässt
sich die Position der Ventilstopfen 78 präzise regeln,
was wiederum die Präzision
und Ansprechgeschwindigkeit verbessert, mit denen die Position von
Regelventil 22 geregelt werden kann.
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5 zeigt
eine zweite bevorzugte Ausführung
der Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52. Die Mechanik
der Stopfen- und Sitzventilkonstruktion 52 ist identisch
mit der ersten bevorzugten Ausführung, wobei
nunmehr allerdings lediglich ein einziges Stopfen- und Sitzventil
verwendet wird. Soweit gleiche Elemente verwendet werden, werden
daher auch gleiche Referenznummern verwendet.
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6 zeigt
eine zweite Alternativausführung eines
Positionierungssystems, das gemäß der Erfindung
konstruiert und mit der Referenznummer 200 bezeichnet ist.
Das System 200 ist im Wesentlichen identisch mit der ersten
bevorzugten Ausführung,
sodass gleiche Referenznummern verwendet werden, soweit gleiche
Elemente verwendet werden. Ein Unterschied gegenüber der Alternativausführung in 6 besteht
allerdings in der Verwendung einer abstimmbaren Verstärkungseinstellschaltung 202.
Die abstimmbare Verstärkungseinstellschaltung 202 bietet
dem Anwender einen Mechanismus zur Einstellung des Positionssignals 58,
das zum Positionierungsprozessor 48 zurückgeführt wird. Dies führt zu einem
Verfahren zur Abstimmung der Reaktion des Positionierungssystems 200.
Die abstimmbare Verstärkungseinstellschaltung 202 kann
beispielsweise aus einem Proportionalkreis bestehen, der das Signal
des Positionierungsprozessors 48 mit einem konstanten Wert
multipliziert. Der technisch Versierte wird erkennen, dass neben
einem Proportionalkreis auch eine integrierende Schaltung zur Realisierung einer
PI-Regelung verwendet werden kann und dass eine Differentialschaltung
auch zur Realisierung eines PID-Reglers
verwendet werden kann. Die Verwendung der abstimmbaren Verstärkungseinstellungsschaltung 202 muss
nicht auf Systeme mit Stopfen- und Sitzventilen beschränkt bleiben,
sondern sie kann vielmehr in Systemen eingesetzt werden, in denen
alle Arten von Ventilen einschließlich Trommelventilen zum Einsatz
kommen.
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7 zeigt
eine dritte bevorzugte Ausführung
eines Positionierungssystems, das gemäß den Erfindung konstruiert
und mit der Referenznummer 300 bezeichnet ist. Wie dort
gezeigt, braucht der erste Regelkreis 28 die Position des
Regelventils 22 nicht zu überwachen und das resultierende
Signal mit einem Regelsignalsollwert 24 zu vergleichen;
vielmehr kann die Erfindung auch so eingesetzt werden, dass ein
Regelkreis 302 realisiert wird, der auch andere Variable überwacht.
In der dargestellten Ausführung
kann es sich bei der anderen Variablen um eine Variable handeln,
die sich spezifisch auf den geregelten Prozess 304 bezieht.
So können
beispielsweise in einer Anlage zur Verarbeitung von Chemikalien Stoffe
aus mehreren Behältern
entnommen werden und eine kontinuierliche Überwachung des Füllstandes
jedes einzelnen Behälters
kann erforderlich sein. In einem derartigen Beispiel kann das Prozessvariablensignal 306 dem
im Behälter
verbleibenden Restvolumen entsprechen. Dieses Volumen kann durch
einen geeigneten Volumensensor 308 überwacht werden, der ein Signal 310 erzeugt,
das dem Volumen entspricht und an eine Prozesssteuerung 312 übergeben
wird. Die Prozesssteuerung 312 kann sodann ihrerseits das
gemessene Prozesssignal 310 mit einem Prozesssollwert 314 vergleichen,
der von einem übergeordneten
Prozessor (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt wird. Der Rest
des Systems 300 ist identisch, indem eine Stopfen- und
Sitzventilkonstruktion 52 sowie ein unterlagerter Regelkreis verwendet
werden, ein Drucksignal an einen Regelventilsteller zu übergeben.
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Aus
Voranstehendem ergibt sich, dass entsprechend der Erfindung konstruierte
Systeme eine verbesserte Dämpfung,
Präzision
und Reaktionsgeschwindigkeit für
den geregelten Parameter bieten.