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Druckmittelkraftschalter für mittelbar wirkende Regler. Die Erfindung
.bezieht -sich auf einen Druckmittelkraftschalter für mittelbar wirkende Regler
mit einer Druckmittelleittuig, die an einem von der Regelgröße unabhängigen, die
Hilfskraft liefernden Vordruck liegt und- mit zwei hintereinandegeschäiteten ortsfesten
Drosseln, und zwar einer gesteuerten und einer ungesteuerten Drossel,. versehen
ist. Der mit Hilfe des Druckmittelkraftllchalters zu steuernde Servomotor ist in
bekannter Weise mit dem zwischen den beiden Drosseln herrschenden Stenerdruck,beaufschlagt.
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Bei den bekannten Druckmittelkraftschaltern dieser Art hat sich der
Mängel lierausgestellt, daß der Steuerdruck zwischen den beiden Drosseln beim Überschreiten
einer bestimmten Druckmittelmenge sich nicht mehr ändert, so däß der Kraftschalter
im Bereich der großen Druckmittelmengen den Änderungen der Regelgröße nichtmehr
folgt und deshalb entweder der Regelbereich beschränkt ist oder zur Vergrößerung
des Regelbereiches der Vordruck heraufgesetzt werden muß. Letzteres bedeutet einen
unerwünschten Mehraufwand an Verstärkerenergie.
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Der Erfindung gemäß soll dieser Mangel dadurch behoben werden, daß
der Steuerdruck" zwischen den Drosseln an der unge-`steuerten Drossel; und zwar
an derjenigen Stelle der Druckmittelleitung abgenommen wird, an der sich-die kleinsten
Drücke einstellen. Ist die ungesteuerte Drossel als Venturidüse ausgebildet, so
soll die von der Druckmittelleitung zum Servomotor führende Steuerdruckleitung an
den engsten Querschnitt der Düse angeschlossen werden. Dadurch wird erreicht, daß
die Steuerdrücke auch beim Überschreiten des erwähnten Grenzwertes der Druckmittelmenge
den Schwankungen der Regelgröße. folgen und infolgedessen auch
in
diesem Bereich eine einwandfreie Regelung gewährleisten, wie weiter unten im einzelnen
an Hand der Abbildungen ausführlich erläutert wird. Die Erfindung bringt also ent=.-weder
bei demselben Aufwand an Verstärker@'-energie eine Vergrößerung des Regelbereiches
oder bei gleichem Regelbereich einen Gewinn an Verstärkerenergie.
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Der Anschluß einer Meßdruckleitung an den engsten Querschnitt einer
Venturidüse ist bei Reglern bekannt, bei denen die Düse in einer Leitung angeordnet
ist, deren Druck oder deren Menge geregelt werden soll, bei der also, im Gegensatz
züm Erfindungsgegenstand, der Druck in. dieser Leitung nicht als Hilfskraft dient.
Hier dient also der von der Düse abgenommene Druck, als Meßwer t für den zu regelnden
Druck oder die zu regelnde Menge. Dieser Meßwert steuert einen elektrischen Kraftschalter
für einen elektrischen Servomotor, der ein in die Leitung eingesetztes Regelventil
verstellt. Hier liegt also die durch die Erfindung gelöste Aufgabe, nämlich Gewinn
an Druckmittelverstärkerenergie, nicht vor. Im übrigen ist dieser bekannte Regler
auf die Regelung eines Drukkes oder Menge beschränkt, -während es für den Erfindungsgegenstand
gleichgültig ist, welcher Art im einzelnen die- auf die gesteuerte Drossel wirkende
Regelgröße ist. Diese kann nicht nur eine Menge oder ein Druck, sondern auch eine
Temperatur, Feuchtigkeit, Drehzahl usw. sein.
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Die Anwendung der an sich bekannten Druckabnahme am kleinsten Drosselquerschnitt
auf den Druckmittelverstärker der eingangs genannten Art dient also der Lösung eileer
anderen Aufgabe und bringt für diese einen Sondervorteil, der sich aus dem Gewinn
an Verstärkerenergie erklärt. Darüber hinaus hat die Erfindung eine besondere Bedeutung
für solche mittelbar wirkenden Regler, die mit Rückführung arbeiten, bei denen also
an der gesteuerten Drossel des Druclmittelkraftschalters außer dem eigentlichen
Meßwert, der sich aus den Schwankungen der Regelgröße ergibt, auch noch eine Rückführkraft
angreift, die von dem den Servomotor antreibenden Steuerdruck abgeleitet wird. Bei
den bekannten Druckmittelkraftschältern mit einer solchen Rückführung folgt die
Rückführkraft nicht rrrehr dem eigentlichen Meßwert, sobald der Steuerdruck sich
bei Überschreiten einer bestimmten Druckmittelmenge nicht mehr ändert. Die Aufhebung
dieser Beschränkung des Regelbereiches gemäß der Erfindung hat zur Folge, daß jeder
Änderung des eigentlichen Meßwertes, gleichgültig in welchem Bereich, auch eine
Änderung der Rückführkraft zwangsläufig folgt. Die Zeichnung veranschaulicht einige
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und erläutert die durch die Ausführung
genläß der Erfindung gegebene fortschrittliche Wirkung.
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Nach Abb. i ist die Hauptleitung z bei 2 an den Vordruck angeschlossen
und am Aus-, strömende 3 mit einer Drosselplatte q. versehen, die von einem Impulsgeber
5 mittels eines Hebels 6 gesteuert wird. In die Leitung i ist außerdem eine urigesteuerte
Drossel 7 nach Art einer Venturidüse eingebaut, in deren engstem Querschnitt die
z. B. in einen Servomotor 8 führende Steuerdruckleitung 9 abzweigt.
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Wenn in der Membrankammer 5 z. B. der Druck steigt und infolgedessen
die Drosselplatte q. dem Austrittsende 3 mehr genähert, der Austrittsquerschnitt
also stärker gedrosselt wird, so bedeutet das eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit
in der Leitung i » und demzufolge einen Druckanstieg in der Leitung 9. Diesem Druckanstieg
entsprechend wird dann der Kolben des Servomotors und durch diesen das zu regelnde
Organ in Abhängigkeit vom Impuls verstellt. Sinkt der Impulsdruck in der Membrankammer
5, so wird die Drosselplatte q weiter geöffnet, die Geschwindigkeit in der Hauptleitung
i steigt, und der Druck in der Leitung 9 sinkt.
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Die gleiche Wirkung ergibt sich grundsätzlich, wenn, wie bisher üblich,
die Steuerdruck-Initung 9 in Abstand hinter der urigesteuerten Drossel? an die Leitung
i angeschlossen wird. Es ist dann aber der Änderungsbereich des Druckes in der Leitung
9 kleiner, wie die Abb.2 veranschaulicht.
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An die Hauptleitung 9 sind Manometerrohre A, B, C angeschlossen, und
zwar das erste Rohr A vor der urigesteuerten Drosselstelle, das zweite unmittelbar
dahinter und das dritte im größeren Abstand hinter der Drosselstelle. Das erste
Rohr A zeigt den Druck p2 vor der Staustelle an, der selbstverständlich größer ist
als der Druck p,' an der Stelle C. Dieser Druck pl.' schwankt in Abhängigkeit von
der Stellung der Drosselplatte q., d- h. der Größe des Ausstr ömquerschnittes. Da
an der Stelle-des Manometerrohres C der Strom sich, wie in Abb.2 veranschaulicht,
bereits wieder über den ganzen Rohrquerschnitt ausgedehnt hat, so kann eine bestimmte
untere Grenze des Druckespe nichtunterschrittenwerden;dennes wird an dieser Stelle
stets Überdruck herrschen.
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Unmittelbar hinter der festen Drosselstelle dagegen, an welcher der
Strom eingeschnürt ist, wird sich nicht nur der Überdruck o, sondern sogar, gegenüber
der Atmosphäre, ein Unterdruck pi einstellen. Das bedeutet, daß an der Stelle des
Manometerrohres B der -
Änderungsbereich des Druckes nach unten
erweitert wird.
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Die Kurve nach Abb.3 zeigt den Verlauf des Druckverhältnisses in Abhängigkeit
von dem Hub /t der Drosselplatte
q.. Ist der Hub Null, d. h. die Leitung i -ganz geschlossen, so ist der -
Druck p1 gleich dem Drück p2, d. h. es ist
Je mehr der Wert h zunimmt, d. h. je weiter die Drosselplatte gcöfftciet wird, desto
kleiner wird der Druckei und damit auch das Verhältnis
Bei dem Hub hl ist dieses Verhältnis o, ail dieser Stelle also der Druck pi = o
(nämlich gleich - dem Atmosphärendruck), während bei noch weiterem Öffnen der Drosselplatte
-q: im Manömeterrohr B Unterdruck entsteht, das Verhältnis
also negativ wird.
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Die gestrichelt angedeutete Kurve zeigt den Verlauf des Druckverhältnisses
Aus ihr geht hervor, daß das Verhältnis
auch bei noch so weitem Öffnen der Drosselplatte etwa den Wert o,2 nicht unterschreitet,
d.h. die untere Grenze. .des Druckänderungsbereiehes etwa bei 1,15 des Vordruckes
liegt.
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Der 'Druckverlauf nach der gestrichelt in Abb. 3 angedeuteten Kurve
wirkt sich in einer Verkleinerung des Regelbereiches aus, die nur dadurch wettgemacht
werden kann, daß der Vordruck z (Abb. i) genügend heraufgesetzt =wird. Eine solche
Vergrößerung des Vordrucks bedeutet aber einen unerwünschten Mehraufwand - an Verstärkerenergie.
Die Erfindung bringt- demgegenüber entweder ohne Mehraufwand an Verstärkerenerge
eine Vergrößerung des Regelbereiches oder, -falls ein kleinerer- Regelbereich- ausreicht,
einen Gewinn an Verstärkerenergie.
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Abb. q. veranschaulicht einen Regler; bei dem' in Abweichung von der
Ausführung nach Abb_ z an dem Steuerhebel 6 nicht nur der eigentliche Meßwert oder
Primärimpuls 5; sondern auch in entgegengesetzter Richtung eine Rückführkraft angreift,
die von einer: Mem bran-io ausgeübt wird. Diese ist mit dem in der zum Servomotor
8 führenden Leitung herrschenden. Druck beaufschlagt- Wenn z: B. der Hebel 6 durch
den Primärimpuls angehoben wird; so hat dies nach obigen Erläuterungen ein Sinken
des Druckes -in der Steuerleitung 9 -und damit eine Kraft zur Folge, die den Hebel
6 wieder zurückzuführen bestrebt ist. -Ist die Steuerdruckleitung 9 in der üblichen
Weise .an der Stelle des Manometerrohres G an die Hauptleitung i angeschlossen,-
so sinkt mit der Öffnungsbewegung der Drosselplatte q. allmählich das Druckverhältnis
bis auf den Wert o,2. Der diesem Wert entsprechende Steuerdruck wirkt als Sekundärimpuls
auf den Hebel 6. Ein weiteres Absinken des Primärimpulses unter den diesem
Druck- entsprechenden Grenzwert hat zwar ein weiteres öff-
nen der Drosselplatte
4, aber keine weitere Änderung des Steuerdruckes in der Leitung 9 -zur Folge, so
daß auch der auf die Membran i o wirkende Sekundärimpuls sich nicht ändert. Infolgedessen
bleibt unterhalb. des Grenzwertes 0,2 eine Änderung des Primärimpulses unwirksam.
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Dieses Verhältnis veranschaulicht die Kurve nach Abb. 5. Diese zeigt
nämlich die Änderung des auf die Membran i o wirkenden Impulses in Abhängigkeit
vom Primärimpuls. Von demjenigen Wert des Primärimpulses, bei dem die Drossel q.
geschlossen ist, nimmt mit Kleinerwerden des Primärimpulses auch der Sekundärimpuls
etwa linear ab, bis der -Primärimpuls den Wert g erreicht hat, der dem - Grenzwert
0,2 des Druckverhältnisses entspricht. Wird der Primärimpuls nochkleiner,, so ändert
sich der Sekundärimpuls nicht mehr. Die Kurve verläuft deshalb unterhalb des . Wertes
g ietwa waagerecht, wie gestrichelt angedeutet. Wird aber nach dem Vorschlag gemäß
der Erfindung die Steuerdruckleitung 9 an der Stelle des Manometerrohres B (Abb.-2)
-an die Hauptleitung i angeschlossen, so ergibt sich in Übereinstimmung mit der
Druckkurve nach Abb.3 die ausgezogene Kurve nach Abb. 5, d. h. der Sekundärimpuls
nimmt auch i unterhalb. des Grenzwertes in derselben Weise wie oberhalb dieses Wertes
etwa linear mit dem Primärimpuls ab. Daraus folgt, däß auch solche Regeleinrichtungen
mit einem (rückführend wirkenden) Sekundärimpuls auch 1 im Bereich des Nullwertes
des Primärimpulses einwandfrei arbeiten. Wird die Drosselplätte q. infolge weiterer
Abnahme des Primärimpulses über den. Hub lil (vgl. Abb. 3) geöffnet, so stellt -
sich in der Steuerdruckleitüng 9 Unterdruck ein, und die Sekundärmembran i o übt
eine abwärts gerichtete Rückführkraft auf den Hebel 6 aus: