DE7008563U - Sollwertgeber. - Google Patents

Description

Karlsruhe, 2.3.1970 H/mU

INDUSTRIE-WERKE KARLSRUHE Aktiengesellsohaft

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Sollwertgeber

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln eines Druck-Sollwertes in einem Regelorgan, insbesondere für heizungstechnische Zwecke, mittels einer Hilfsenergie.

In der Heizungstechnik setzen sich immer mehr hilfsgesteuert RegelgerSte durch. Der besondere Vorzug derartiger, nach dem Proportionalprinzip arbeitender Regler 1st Ihre nur geringe

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Regelabweichung sowie ihre hohe Regelgüte. Mit Regelgeräten dieser Art lassen sich beispielsweise Stellventile oder Stellklappen, die mit entsprechenden Membran- oder KoIbenantrieben zusammenwirken, betätigen. Membran- oder Kolbenantriebe werden in einem Gerätjvielfach als Meßwertvergleicher und als Verstärker kombiniert verwendet; mit ihrer Ausgangsseite erfolgt sodann das Steuern eines Ventil- oder Klappenstößels.

Es 1st bereits bekannt, daß als Hilfsregler (Sollwertgeber) Reduzierventile, wie etwa Druckminderventile, verwendet werden. Betrachtet man nun eine derartige Schaltungsanordnung, so ist ersichtlich, daß diese im wesentlichen aus Stellventil, / Stellantrieb, Sollwertgeber, Drosselblende sov/ie aus Meßleitungen für εοΐχ- und Istwert bestehen.

Eine derartige Anordnung hat in der Regel die Aufgabe, den hohen, hler mit pi bezeichneten Netzdruck abzubauen. Er soll dabei als Druck P2 hinter dem Stellventil unabhängig von der durchfließenden Stoffmenge konstant gehalten werden. Der Netzrücklaufdruck p, 1st sodann um den Druckabfall der Anordnung .geringer als der geregelte Druck P2·

Am Eingang des Sollwertgebers (Druckminderer) steht der Vordruck* Pj an. Dieser Druck wird im Sollwertgeber gemindert und wirkt am Ausgang des Hilfsreglers über eine Steuerleitung auf die Oberseite der Stellmembran· Die Drosselblende ist

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eingebaut, um den Kurzschluß der Hilfsenergie (Vorlauf-Rücklauf) in Grenzen zu halten. Um Jedoch auf eine optimale Stellgeschwindigkeit des Hauptventils zu kommen, haben derartige Drosselblenden eine definierte Mindestbohrung. Durch diese Bohrung fließt nun dauernd Hilfsenergie von einem etwa mit "a" bezeichneten Punkt zu einem etwa mit ⁿb" bezeichneten Punkt innerhalb der Schaltungsanordnung. Hierdurch wird es möglich, daß der Solldruck oberhalb der Membran konstaut ausgeregelt werden kann. Diese Kurzschluß-Stoffmenge ist somit ein permanenter Verlust. Bei der Vielzahl der in einer Anlage eingebauten hilfsgesteuerten Hegler ist es naheliegend, daß diese StoTfmengen-Verluste recht beträchtlich ansteigen können.

Ein weiterer Kachteil "bei derartigen Anordnungen besteht darin, daß bei verstopfter Drosselblende, etwa infolge in der| Strömung mitgeführter Verunreinigungen, der Membranantrieb nicht mehr in der Lage ist, das Hmiptventil zu schließen, sondern dieses vielmehr immer weiter öffnet, so daß eine Druckminderung durch das Stell ventil nicht mehr möglich ist. Tritt ein derartiger Fall ein, so ist di<? nachgeschaltete Anjage infolge des auftretenden hohen Druckes gefährdet, was wiederum Ursache für schwerwiegende Betriebsstörungen od. dgl; sein kann.

Der Druck p₂ hinter dem Ventil wird ebenfalls gemessen und

mittels einer Steuerleitung auf die untere Membranseite übertragen. Besteht nun zwischen :'^xm Druck an der Membranoberseite und dem Druck an der ^emfiranunterseite eine Differenz, so wird das Hauptventil betätigt und somit die Abweichung ausreguliert.

Gegenüber mit derartigen Mängeln und Nachteilen behafteten Anordnungen hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Sollwertgeber zu schaffen, der nur dann Hilfsenergie verbraucht, wenn das Hauptventil in der Regelstrecke eine Stellbewegung ausfuhrt. So lange demzufolge keine Regelabweichungen auftreten, bleibt der Hilfsregler geschlossen.

Nach dem Willen der Erfindung Wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Regelorgan ein Sollwertgeber zugeordnet 1st, der im wesentlichen aus einem mehrkammerigen, vorzugsweise dreikammerigen Gehäuse besteht, dessen eine unter Druck bestimmter Größe stehende und mit dem Regelorgan ständig verbundene zentrale Kammer gegenüber den dieser vor- bzw. nachgeschalteten Kammern abdichtbar ist, wobei der zwischen den be den ersten Kammern herrschende Dichtzustand zum Nachführen von in die vorgeschaltete Kammer eintretende Hilfsenergie selbsttätig aufgehoben wird, wenn der in der Zentralkammer herrschende Druck geringer 1st als der diesem entgegenwirkende Druck eines variablen Druck- und Dichtungagliedes, das

zugleich der Trennung der Zentralkammer von der dieser nachgeschalteten Kammer dient, über welche durch im Druckend. Dicht-imgsglled vorgesehene Austrittsmittel der in der Zentralkammijr herrschende Druck selbsttätig verringert wird, wenn dieser größer ist als der Druck des ihm entgegenwirkenden Druck- und Dichtungsgliedes·

Baulich sinnvoll ausgestaltet wird der Erfindungsgedanke nach dem folgenden Merkmal, das darin besteht, daß das Ab dichten der Kammern untereinander mittels miteinander verbundener Dichtungskegel erfolgt, die korrespondierend zu den Bohrungen ausgebildet sind, die die einzelnen Kammern verbinden.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal, das darin besteht, daß das Druck- und Dichtungsglied aus einem im Sollwertgeber-Gehäuse dichtend geführten Kolben besteht, der mittels einer Feder von außen einstellbar ist, erfährt schließlich weitere bauliche Auegestaltung, indem der Kolben in seinem Zentrum mit einer achsparallelen Bohrung versehen wird, die durch einen der miteinander verbundenen Dichtungekegel verschlossen werden kann. Abgerundet und vervollkommnet wird die vorgeschlagene Erfindungauoto noch dadurch, daß der Kolbenhub in Richtung Zentralkammer mittels eines Anschlages begrenzbar ist.

Selbstverständlich erschöpft sich die vorliegende Erfindung

nun keineswegs schon allein In der Anordnung eines Kolbens als Druck- und Dichtungsglied:

Anstelle des Kolbens kann der Erfindung zufolge auch eine an sich bekannte Membran oder aber ein ebenfalls bekanntes Metallbalg od. dgl. Verwendung finden.

Es ist naheliegend und überzeugend zugleich, daß mit der vorgeschlagenen Erfindung eine Reihe von Vorteilen einhergeht, deren wesentlichster wohl darin besteht, daß der Sollwertgeber nur dann Hilfsenergie verbraucht, wenn das Hauptventil in der Regelstrecke bzw. der Membranantriab eine Hub- oder Drehbewegung ausführt.

Zur Vermeidung von Stoffverlusten 1st es von Vorteil, daß der Sollwertgeber nach beendetem Hegelvorgang dicht abschließt.

Von Vorteil ist ferner auch, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Sollwertgeber größere Stellgeschwindigkeiten als bei den bekannten Vorrichtungen erzielen lassen· Ein Optimum an Sicherheit wird zudem dadurch erreicht, daß weder Steuerblenden noch Düsen erforderlich sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Sollwertgeber lassen sich im Übrigen nicht nur Druck- und Mengenregelungen, sondern ebenfalls auch Temperaturregelungen aufbauen· Schlußendlich ist als Vorteil

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noch erwähnenswert, daß der Sollwertgeber nach der Errindung sowohl mit Hilfsenergie aus der Regelstrecke als auch mit Fremdenergie axis einem Netz angesteuert werden kann.

In der Zeichnung ist die Erfindung an e:lnera Ausführungsbeispiel dargestellt, ohne sich indes in diesem allein zu erschöpfen. Dabei zeigt

Pig. 1 einen Sollwertgeber im Vertikalschnitt,

Fig. 2 die Siedekennlinie einer Flüssigkeit, und schließlich

Fig. 3 das Schema einer Temperaturregelung unter Benutzung eines Sollwertgebers nach FIg^ 1,

In Flg. 1 ist das'Gehäuse des Sollwertgebers mit 10, die Kammer, über welche die Hilfsenergie zugeführt wird, mit 11 „ die Zentralkammer mit 12 und schließlich die der Zentralkajnmer nachgeordnete Kammer mit 12 bezeichnet.

Eine beispielsweise mit der Stellschraube 14 von außen einstellbare Druckfeder 15 spannt den Steuerkolben 16 auf eine bestimmte Kraft vor. Die Endlage dieses Steuerkolbens läßt sich mittels des Anschlages 17, etwa ein Stift, Bolzen od. dgl., begrenzen. Durch die Kraft der Feder 15 wird der obere Ventilsitz 18 des in seiner Gesamtheit mit 19 bezeichneten Doppelkegelsystems geöffnet. Bei dieser Bewegung wird

zugleich die Bohrung 2o im Steuerkolben 16 geschlossen.

Am Eingang 21 der Kammer 11 1st die - nicht dargestellte -Leitung zum Zuführen der Hilfsenergie angeschlossen. Der Ausgang 22 ist mit dem - nicht dargestellten - Hauptregler (Membranantrieb) verbunden; am Ausgang 23 schließlich ist beispielsweise der NetzrUcklauf angeschlossen. Wird der Sollwert geber etwa mit Druckluft angesteuert, so ist der Ausgang 23 natürlich mit der Atmosphäre verbunden.

Mit der Kraft der Regulierfeder 15 wird über der Fläche des Steuerkolbens 16 der Druck, der sich in der Zentralkammer 12 aufbauen soll, eingestellt. Ist der eingestellte Druck erreicht, schließt der obere Ventilkegel des Doppelkegelsystems 19 den Ventilsitz 18 dicht ab. In dieser Stellung 1st die Zufuhr an Hilfsenergie am Eingang 21 unterbrochen. Tritt nun durch die Bewegung der Regelmembran des - nicht dargestellten - Membranantriebes über den Ausgang 22 in der Zentralkammer 12 eine Druckverdichtung auf, so wird der Steuerkolben 16 &egen die Kraft der Feder 15 verschoben und gibt dabei den unteren Ventilsitz 20 frei, um den Druck in der Zentralkammer 12 über den in der Kammer 13 befindlichen Ausgang 23 abzubauen.

Entspricht der Druck in der Zentralkammer 12 gerade dem eingestellten Sollwert, so schließt das Doppelkegelsystem 19 beide Ventilsitze 18, Zo dicht at und unterbindet gleichermaßen die Zu- und Abfuhr von Hilfsenergie. In dieser Stellung hat sich

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das Regelorgan» etwa das - nicht dargestellte - Hauptvent11, auf einen konstanten Durchfluß eingestellt. Erfolgt In dieser Stellung kein Anstoß des Regelkreises durch eine Störgröße, so bleibt der Sollwertgeber geschlossen; er verbraucht mithin keine Hilfsenergie.

Anstelle des Steuerkolbens 16 kann mit gleichem Erfolg auch eine an sloh bekannte Membran oder aber ein an sich bekannter Metallbalg verwendet werden, ohne daß sich durch diese alternativen Bauelemente etwas am Funktionsbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ändert.

Der erfinUungsgemäße Sollwertgeber läßt sich nioht nur zum Regeln von Drücken, sondern auch zum Regeln von Temperaturen anwenden.

In Fig. 2 ist die Siedekennlinie einer Flüssigkeit dargestellt. Diese Kennlinie gibt einen reproduzierbaren Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur der verdampfenden Flüssigkeit. Jedem Druck, etwa P₁ oder P₂ im Diagramm nach Flg. 2, 1st also ein« fest zugeordnete Verdampfungstemperatur, etwa t\, t₂* einer entsprechenden Flüssigkeit durch die Kennlinie ge. geben. ·

Stellt man mit dem erfindungsgemäßen Sollwertgeber wieder einen bestimmten Druck im Membransystem ein, so kann damit

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eindeutig die Sollwerteinstellung In dor Vergleichermembrane des Temperaturreglers vorgenommen werden. Es wirkt also auf der einen Membranseite der geregelte Sollwertdruck und auf der anderen Membranseite der Druck oder die Kraft dieses Thermosta ten. Vgl. hierzu Flg. 2, In welcher eine Temperaturregelung an einem Wärmeaustauscher dargestellt 1st. Das Medium für die Hilfsenergie sei In diesem Beispiel Druckluft.

In Fig. 2 haben die Zahlen-Indices folgende Bedeutung:

24 » Helzwasser-Vorlauf, 25 « Sollwert-Einstellfeder, 26 - Hilfsenergie-Zuführung, 27 - X₀ -sollwertgeregelt, 28 ■ Übertragungsleitung, z.B. hydraulisch, 29 - geregeltes Warmwasser, 20 - Wärmefühler, 31 - hydraulisches Kuppellglied, 32 - Kaltwasser-Zuführung, 22 - Wärmeaustauscher und Heizwasser-Rücklauf. ^T

Claims (7)

Ill· · · \ - 11 - Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Regeln des Druck-Sollwertes in einem Regelorgan, insbesondere für heizungstechnische Zwecke, mittels einer Hilfsenergie,

dadurch gekannzeichnet,

daß dem Regelorgan ein Sollwertgeber zugeordnet ist, der im wesentlichen aus einem mshrkammerigen, vorzugsweise dreikammerigen Gehäuse (10) besteht, dessen eine unter Druck bestimmter Größe stehende und mit dem Regelorgan ständig verbundene zentrale Kammer (12) gegenüber den dieser vor- bzw. nachgesehalteten Kammern (11, 13) abdichtbar ist, wobei der zwischen den beiden ersten Kammern (11, 12) herrschende Dichtzustand zum Nachführen von in die vorgeschaltete Kammer (11) eintretende Hilfsenergie selbsttätig aufgehoben wird, wenn der in der Zentralkammer (12) herrschende Druck geringer ist als der diesem entgegenwirkende Druck eines variablen Druck- und Dichtungsgliedes (15* l6),das zugleich der Trennung der Zentralkammer (12) von der dieser nachgeschalteten Kammer (IJ) dient, über welche durch im Druck- und Dichtungsglied (15« 16) vorgesehene Austrittsmittel (20) der in de^r Zentralkammer (12) herrschende Druck selbsttätig verringert wird, wenn dieser größer ist als der Druck des ihm entgegenwirkenden Druck- und Dichtungsgliedes (15, 16).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Abdichten der Kammern (11, 12, IJ) untereinander.

mittels miteinander verbundener Dichtungskegel (19) erfolgt , die korrespondierend zu den Bohrungen (18, 20) ausgebildet sind, die die einzelnen Kammern (11, 12, 12) verbinden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Druck- und Dichtungsglied aus einem im Sollwertgeber-Gehäuse (10) dichtend geführten Kolben (16) besteht,, •der mittels einer Feder (15) von außen einstellbar (14) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kolben (16) in seinem Zertrv.1, mit einer achsparallelen Bohrung (20) versehen is*, die durch einen der miteinander verbundenen bichtungskegtl (I9) verschlossen werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, '"

daß der Kolbenhub in Richtung Zentralkammer (12) mittels eines Anschlages (I7) begrenzbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Druck- und Dichtungsglied aus einer an sich bekannten Membran besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck- und Dichtungsglied aus einem an sich be kannten Metallbalg od. dgl. besteht.