DE890881C

DE890881C - Air operated actuator

Info

Publication number: DE890881C
Application number: DES10931D
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Oldenbourg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1943-02-03
Filing date: 1943-02-03
Publication date: 1953-09-24

Description

Luftgesteuertes Stellglied Bei luftgesteuerten Stellgliedern schaltet man häufig zwischen die vom Regler kommende Steuerluftleitung und das Stellglied ein weiteres luftgesteuertes Organ, welches den Zweck hat, die Einstellgenauigkeit und bzw. oderEinstellgeschwindigkeit des Stellgliedes zu erhöhen. In bestimmten Fällen können nämlich diese Faktoren z. B. durch die Reibung der gleitenden Teile des Ventils in ,den Stopfbüchsen oder durch Rückwirkung es gesteuerten Mediums auf das Ventil erheblich beeinträchtigt werden.Air-controlled actuator switches with air-controlled actuators often between the control air line coming from the controller and the actuator another air-controlled organ, which has the purpose of setting accuracy and / or to increase the setting speed of the actuator. In particular Cases can namely these factors z. B. by the friction of the sliding parts of the valve in, the stuffing box or by the reaction of it controlled medium the valve will be significantly affected.

Es ist bekannt, dieses zusätzliche Steuerorgan unter Anwendung einer Hebelübertragung getrennt vom Regelventil anzuordnen. Eine solche, Anordnung ist aber nicht nur kompliziert und räumlich ungünstig, sondern sie weist auch infolge der Übertragung durch ein Hebelgestänge den Nachteil auf, daB in den erforderlichen zusätzlichen Lagerstellen Reibungskräfte auftreten, welche die Genauigkeit wiederum ungünstig beeinflussen.It is known to use this additional control element To arrange the lever transmission separately from the control valve. One such arrangement is but not only complicated and spatially unfavorable, it also has a consequence the transmission through a lever linkage has the disadvantage that in the required additional bearing points frictional forces occur, which in turn, the accuracy adversely affect.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daB .das unmittelbar auf dem Stellglied angeordnete luftgesteuerte Zwischenorgan eine Steuervorrichtung besitzt, welche eine unmittelbare kraftschlüssige Übertragung sowohl der Druckänderung des Reglers auf das Stellglied als auch umgekehrt der Hubänderungen des Stellgliedes auf die Steuervorrichtung ermöglichen.The invention avoids this disadvantage in that .das directly on the actuator arranged air-controlled intermediate organ a control device possesses which a direct positive transmission of both the pressure change of the controller on the actuator and vice versa the changes in stroke of the actuator to allow the control device.

Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. . Fig. i zeigt einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Ouerschnitt in ,der Linie A-B.The figures show an embodiment of the invention. . Fig. i shows a longitudinal section and FIG. 2 shows a cross section in, the line A-B.

Das mit i bezeichnete Regelventil besteht in der üblichen eise aus der zwischen dem Gehäuse 3 und dem Gehäusedeckel 4 luftdicht eingespannten Membran 2. An dieser ist die Ventilspindel 5 befestigt, welche an ihrem unteren Ende beispielsweise ein-en Ventilkegel 6 trägt, der bei seiner Bewegung das Ventil öffnet oder schließt und dadurch den Durchfluß des zu regelnden Mediums steuert. Über der Ventilspindel ist auf der Membran 2 eine Auflageplatte 7 angeordnet, auf welcher ein Fühlstift 8 aufliegt. Dieser bildet bereits einen Teil des unmittelbar auf dem Regelventil aufgesetzten und mit diesem durch den Gehäusedeckel fest verbundenen Zwischenorgans g.The control valve marked i consists of the usual iron the airtight membrane clamped between the housing 3 and the housing cover 4 2. The valve spindle 5 is attached to this, which at its lower end, for example carries a valve cone 6, which opens or closes the valve when it moves and thereby controls the flow of the medium to be regulated. Above the valve stem a support plate 7 is arranged on the membrane 2, on which a feeler pin 8 rests. This already forms part of the directly on the control valve placed and firmly connected to this intermediate organ by the housing cover G.

Die Einrichtung g besteht aus dem Gehäuse io, welches durch ein von oben einschraubbares Verschlußstück i i abgeschlossen ist. Das Verschlußstück 1 i besitzt oben in der Mitte eine Bohrung 12, durch welche die vom luftgesteuerten Regler kommende Steuerluft eintritt. Das Gehäuse io ist mit drei seitwärts Bohrungen 13, 14a und 14b versehen, von .denen die Bohrung 13 zur Zuführung von Druckluft, die Bohrungen 14a und 14b zur Abführung der Steuerluft in das Regelventil dienen. Im Innern des Gehäuses stehen die Bohrungen 13, 14a und 14b in fester Verbindung mit den- senkrecht zu- ihnen verlaufenden Rohren 16, 17 und 18, die zu dem Steuerzylinder 1g führen und luftdicht mit diesem verbunden sind.The device g consists of the housing io, which by one of screw-in locking piece i i is completed. The locking piece 1 i has a hole 12 in the top center through which the air-controlled Regulator incoming control air enters. The housing is io with three side holes 13, 14a and 14b, of which the bore 13 for supplying compressed air, the bores 14a and 14b serve to discharge the control air into the control valve. In the interior of the housing, the bores 13, 14a and 14b are firmly connected with the tubes 16, 17 and 18 running perpendicular to them, which lead to the control cylinder 1g and are connected to it in an airtight manner.

Das Innere des Gehäuses io und des Verschlußstückes i i ist ausgefüllt durch den Steuermechanismus. Dieser besteht aus dem Steuerzylinder 1g mit einer zentralen Bohrung, in welcher sich der Steuerkolben 2o bewegen kann. Die Bewegung des Steuerkolbens im Steuerzylinder erfolgt entgegen der Federkraft der Sattelfeder 22, welche am oberen Ende des Steuerkolbens in einer Ausfräsung desselben .gehalten wird und sich gegen die obere Fläche des Steuerkolbens abstützt. Die Feder 2@2 ist durch eine Splintscheibe 23 gesichert. Der Zylinder 1g ist mit drei radialen Bohrungen 24, 2:5 und 26 versehen, von denen die Bohrung 24 mit dem Kanal 16, die Bohrung 25 mit dem Kanal 18 und die Bohrung 26 mit dem Kanal 17 in Verbindung stehen. Ferner besitzt der Steuerzylinder noch zwei radiale Bohrungen 34 und 35, welche in das Freie -münden. Die Steuerkanäle werden durch ringförmige Ausnehmungen im Steuerkolben und ringförmige Eindrehungen auf dem Steuerzylinder gebildet. So ist der Steuerzylinder auf seiner Innenseite mit ringförmigen Ausnehmungen 27,:28,:29 versehen, von welchen die Ausrnehmung a8 mit der Bohrung 24 und die Ausnehmungen 27 und 29 mit den in das Freie mündenden Bohrungen 34 und 35 in Verbindung stehen. Der Steuerkolben ist mit zwei ringförmigen Eindrehungen 30 und 31 versehen, die mit den Zylinderbohrungen 25 bzw. #26 in Verbindung stehen.The interior of the housing io and the closure piece i i are filled by the control mechanism. This consists of the control cylinder 1g with a central bore in which the control piston can move 2o. The movement of the control piston in the control cylinder takes place against the spring force of the saddle spring 22, which at the upper end of the control piston in a cutout of the same .held and is supported against the upper surface of the control piston. The spring 2 @ 2 is secured by a split pin 23. The cylinder 1g has three radial bores 24, 2: 5 and 26, of which the bore 24 with the channel 16, the bore 25 are in communication with the channel 18 and the bore 26 with the channel 17. Further the control cylinder also has two radial bores 34 and 35, which in the Free -münden. The control channels are created through annular recesses in the control piston and annular grooves formed on the control cylinder. So is the control cylinder on its inside with annular recesses 27,: 28,: 29, of which the recess a8 with the bore 24 and the recesses 27 and 29 with the in the free opening bores 34 and 35 are in communication. The control piston is provided with two annular grooves 30 and 31, which with the cylinder bores 25 or # 26 are connected.

Auf dem Steuerkolben 2o liegt oben die bewegliche Verschlußplatte 33 einer Balgmembran 32 auf, die an ihrem unteren Umfang fest und luftdicht an einen nach innen vorspringenden Flansch des Verschlußstückes 11 angeschlossen ist. Dadurch entsteht über dem Boden 33 ein Druckraum, in welchem sich der von der Steuerleitung des Reglers kommende Druck auswirken kann. Der obere Boden der Membran 33 liegt außer auf dem Steuerkolben 2o auch noch auf einer im Innern der Membran angeordneten Spiralfeder 21 auf, welche sich unten auf dem Federteller 15 abstützt. Im Federteller 15 ist fest der Fühlstift 8 eingeschraubt.The movable closure plate lies on top of the control piston 2o 33 a bellows membrane 32, which is firmly and airtight at its lower periphery to a inwardly projecting flange of the closure piece 11 is connected. Through this a pressure space is created above the bottom 33 in which the control line is located pressure coming from the regulator. The upper bottom of the membrane 33 lies apart from on the control piston 2o also on one arranged in the interior of the membrane Spiral spring 21, which is supported on the spring plate 15 below. In the spring plate 15 the feeler pin 8 is firmly screwed in.

Die Wirkung der Anordnung ist folgende: Über die Bohrung 12 wirkt der in .der Steuerluftleitung des Reglers herrschende Druck auf den beweglichen Boden 33 der Balgmembran 32 ein, welcher den Druck auf den Steuerkolben 2o überträgt. In der Mittelstellung, welche der einzuregelnden Stellung des Ventils entspricht, nimmt der Steuerkolben die in Fig. i gezeichnete Lage ein. Er schließt in dieser den Steuerkanal 31 gegenüber dem Steuerkanal24 so weit, daß über die Leitungen 26, 17, 14a, 35 etwa der halbe Steuerdruck auf die Membran 2 des Regelventils einwirkt. Bei einer Drucksteigerung in der Steuerluftleitung des Reglers wird der Boden 33 entgegen der Spannung der Feder 21 nach unten gedrückt. Dementsprechend bewegt sich der Steuerkolben 2o entgegen der Spannung der Sattelfeder 22 nach unten. Der Steuerkanal 31 wird gegenüber dem Steuerkanal 24 noch weiter geschlossen, wodurch der Druck über der Membran des Regelventils verringert wird. Die Membrane bewegt sich unter dem Einfluß der Ventilfeder 36 nach oben. Da der Kanal 31 mit dem in .das Freie mündenden Steuerkanal 29 in Verbbindung steht, kann die Luft aus der Über der Membran :2 befindlichen Membrankammer bei dieser Bewegung in das Freie über die Leitungen 37, 14a, 17, 26, 29, 35 entweichen. Bei der Bewegung der Membran 2 wird der Fühlstift 8 nach oben gedrückt. Die Feder 21 spannt sich .und drückt den Membranboden 33 wieder nach oben, bis Gleichgewicht zwischen dem von oben auf den Boden 33 wirkenden Steuerdruck und der Federspannung herrscht. Der Steuerkolben 2o, welcher unter dem Einfluß der Sattelfeder 22 der nach oben gerichteten Bewegung des Bodens 33 gefolgt ist, nimmt .dementsprechend eine neue Gleichgewichtslage ein.The effect of the arrangement is as follows: The pressure prevailing in the control air line of the regulator acts via the bore 12 on the movable base 33 of the bellows membrane 32, which transmits the pressure to the control piston 2o. In the middle position, which corresponds to the position of the valve to be regulated, the control piston assumes the position shown in FIG. In this it closes the control channel 31 with respect to the control channel 24 so far that about half the control pressure acts on the diaphragm 2 of the control valve via the lines 26, 17, 14a, 35. When the pressure in the control air line of the regulator increases, the base 33 is pressed down against the tension of the spring 21. Accordingly, the control piston 2o moves downward against the tension of the saddle spring 22. The control channel 31 is closed even further with respect to the control channel 24, as a result of which the pressure across the diaphragm of the control valve is reduced. The diaphragm moves upwards under the influence of the valve spring 36. Since the channel 31 is connected to the control channel 29 opening into the open air, the air can escape from the membrane chamber located above the membrane: 2 during this movement into the open air via the lines 37, 14a, 17, 26, 29, 35 . When the membrane 2 moves, the feeler pin 8 is pushed upwards. The spring 21 tensions .and presses the diaphragm base 33 upwards again until there is equilibrium between the control pressure acting on the base 33 from above and the spring tension. The control piston 2o, which has followed the upward movement of the base 33 under the influence of the saddle spring 22, accordingly assumes a new position of equilibrium.

Bei einer Druckverminderung in der Steuerluftleitung des Reglers geht der Membranboden 33 unter dem Druck der Feder 2i nach oben. Desgleichen bewegt sich der Steuerkolben 2o unter dem Druck der Feder 22 nach oben. Infolge der nunmehr zwischen dem Steuerkanal24 und dem Steuerkanal 31 hergestellten Verbindung einerseits und der Absperrung des Abluffkanals 29 andererseits erhöht sich .der Druck über der Membran 2 des Regelventils. Die Folge davon ist, daß sich die Membran :2 und die mit dieser fest verbundene Ventilspindel 5 nach abwärts bewegen. Dieser Bewegung folgt der Fühlstift 8, wobei sich die Spiralfeder 21 entspannt. Die Folge davon ist, daß der auf den Membranboden 33 von oben wirkende Steuerdruck den Steuerkolben wieder nach abwärts führt, so lange, bis wieder der Gleichgewichtszustand zwischen dem Steuerdruck .und der Spannung der Feder 21 erreicht ist. Der Steuerkolben nimmt daraufhin wieder eine neue Gleichgewichtslage ein.If there is a pressure reduction in the control air line of the regulator the diaphragm bottom 33 upwards under the pressure of the spring 2i. Likewise moves the control piston 2o under the pressure of the spring 22 upwards. As a result of now Connection established between the control channel 24 and the control channel 31 on the one hand and the blocking of the exhaust duct 29 on the other hand increases .the pressure above the membrane 2 of the control valve. The consequence of this is that the membrane: 2 and move the valve spindle 5 firmly connected to this downward. This movement the feeler pin 8 follows, whereby the spiral spring 21 relaxes. The consequence of this is that the control pressure acting on the diaphragm base 33 from above controls the control piston down again leads until the equilibrium is restored between the control pressure .und the tension of the spring 21 is reached. The control piston then takes on a new equilibrium position again.

Treten im Betrieb Störungen des Gleichgewichtszustandes auf, etwa durch Rückwirkung des strömenden Mediums auf den Ventilkegel, welche diesen beispielsweise nach oben zu drücken versucht, so wird durch die dabei einsetzende, nach oben gerichtete Bewegung der Membran 2 des Regelventils und des Fühlstiftes 8 die Spiralfeder 21 zusammengedrückt. Unter dem Einfluß dieser Federspannung gehen der Membranboden 33 und der Steuerkolben 2o nach oben. Zwischen dem Steuerkanal 24. und dem Kanal 31 wird wieder eine Verbindung hergestellt; der Abluftkanal 29 wird gesperrt. Das hat zur Folge, daß der Steuerdruck über der Membran 2 des Regelventils steigt. Die Membran 2 wird nach unten gedrückt; die Feder 31 entspannt sich, worauf der von oben auf den Boden 33 wirkende Steuerdruck den Steuerkolben 20 wieder nach abwärts führt, bis der Gleichgewichtszustand erreicht ist. Tritt eine Störung des Gleichgewichtszustandes in entgegengesetztem Sinne ein, wobei die Membran 2 nach unten geht, so entspannt sich zunächst die Feder 21, worauf durch den Steuerdruck auf den Boden 33 der Steuerkolben :2o nach abwärts geführt wird. Der Kanal"31 wird gegenüber dem Steuerkanal2q. abgesperrt, dagegen kommt der Kanal 31 nunmehr in Verbindung mit dem Abluftkanal 29. Der Druck über ,der Membran 2 sinkt, worauf sich die Membran unter dem Einfluß der Ventilfeder 36 wieder nach oben bewegt. Die Folge davon ist wiederum eine Bewegung des Steuerkolbens nach oben, so lange, bis wiederum Gleichgewicht zwischen dem Steuerdruck und der Spannung .der Feder 2i herrscht.If there are disturbances in the equilibrium state during operation, for example by reaction of the flowing medium on the valve cone, which this for example tries to push upwards, so it is through the beginning, upwards Movement of the diaphragm 2 of the control valve and of the feeler pin 8, the spiral spring 21 pressed together. Under the influence of this spring tension, the membrane bottom go 33 and the control piston 2o upwards. Between the control channel 24 and the channel 31 a connection is established again; the exhaust duct 29 is blocked. That has the consequence that the control pressure over the diaphragm 2 of the control valve increases. the Membrane 2 is pressed down; the spring 31 relaxes, whereupon that of Control pressure acting on top of bottom 33 pushes control piston 20 back downwards leads until equilibrium is reached. If there is a disruption of the state of equilibrium in the opposite sense, with the membrane 2 going down, so relaxed First the spring 21, whereupon by the control pressure on the bottom 33 of the control piston : 2o is guided downwards. Channel "31 is blocked from control channel 2q., on the other hand, the channel 31 is now in connection with the exhaust air channel 29. The pressure above, the diaphragm 2 sinks, whereupon the diaphragm under the influence of the valve spring 36 moved up again. The consequence of this is, in turn, a movement of the control piston upwards until there is a balance between the control pressure and the There is tension in the spring 2i.

Auf ,diese Weise werden die auf das Regelventil einwirkenden Störungen des Gleichgewichtszustandes selbsttätig ausgeglichen.In this way, the disturbances acting on the control valve become of the state of equilibrium automatically balanced.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt der Einfachheit halber ein einseitig beaufschlagtes Regelventil. Die für zweiseitige Beaufschlagung vorgesehenen Steuerkanäle 30 und 27 kommen hierbei nicht zur Wirkung. Die Bohrungen. iq.b und 34 sind daher bei einseitigem Betrieb verschlossen.For the sake of simplicity, the exemplary embodiment described shows a control valve acted upon on one side. The control channels 30 and 27 provided for two-sided loading do not come into effect here. The holes. iq.b and 34 are therefore closed for unilateral operation.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Air operated actuator using a air-controlled intermediate organ, which the inaccuracies resulting from the actuator automatically compensates, characterized in that it is directly on the control valve arranged intermediate organ has a control device which has an immediate frictional transmission of both the pressure changes of the controller to the actuator and vice versa from changes in stroke of the actuator to the control device enables. z. Actuator according to Claim i, characterized in that the control device a control piston displaceable in a cylinder is used, the movement of which is both depending on the control pressure of the regulator, as well as depending on the stroke of the actuator is. 3. Actuator according to claim 2, characterized in that the control piston is influenced by the movable bottom of a bellows membrane, which is under the There is tension in a spring (2.1), which is caused on the one hand by the control pressure of the regulator, on the other hand by the movement of the diaphragm or valve spindle of the actuator will be changed. q .. actuator according to claim 3, characterized in that the movement the diaphragm of the actuator into a change in the spring tension by means of a filling pin is implemented, which on the one hand rests directly on the membrane, on the other hand is firmly connected to a spring plate, which is the abutment of the movable The bottom of the bellows membrane acts as a spring.