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Regler mit einstellbarem Proportionalbereich Die Erfindung betrifft
Regler mit einer einstellbaren mechanischen Übersetzung zur, Änderung des Proportionalbereichs,
irnsbestondereeolche, bei denen ,die Regelgröße (z. B. Druck, Temperatur, Durchflußmenge)
durch Steuerung eines Druckmittels :auf dem igewünschten Wert gehalten. wird.
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In ernster Linie bezieht sich die Erfindung auf Regler mit Pradlplattensteuerung,
bei denen der Kraftschalter also aus, einer Düse und einer Prallplatte besteht.
Ein solcher Kraftschalter ruß in Hinsicht auf die äußerst kleinen Bewegungsvorgänge
im wesentlichen reibungsfrei und ohne toten: Gang arbeiten, wenn eine gute Regelgenauigkeit
erreicht werden: soll. Da das Gerät den Bedingungen der Regelstrecke angep,aßt werden
muß, ist es notwendig, den Proportionalbereiah in weiten Grenzen einstillen zu können.
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Bei einer bekannten_und häufig verwendetemEinrichtung zur Änderung
der gegenseitigen Stellung vom, Düse und Prallplatte unter der Einwirkung des Meß
werks und einer Rückführung dient eine Gestängeanordmung dazu, die Stellung des,
einen Drosseleleinnentes, in bezog auf das andere Drosselelement zu ändern. Bei
eineue,derantigen Gerät wird z. B. die Prallplatte von dem primären Meßwerk in einer
Richtung bewegt, um dieDüse zu schliießen, und von :der Rückführung in entgegengesetzter
Riahtun;, um dieDüse zu öffnen. Gelegentlich kann
es sich als notwendig
erweisen, dies Regelwirkung des Geräts umzukehren. Bei der erwähnten bekannten Einrichtung
maß dann die Betätigung der Prallplatte umgekehrt werden, -was einen, mechanischen
Eingriff in einen verhältnismäßig empfindlichem Mechanismus erfordert, der Sorgfalt
und gewöhnlich eine Nacheinstellung verlangt.
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Es ist ein Flugzeugkumäregler mit Strahlrohrkrafts:chaalter bekannt,
der an einem, kardaannsch gelagerten Kreisel durch einen. am Krei'selläuferiräger
sitzenden Ring angelenkt ist, dessen Symmetrieebene :bei Mittelstellung mit der
Ebene der sich schneidenden Kardanacchsen zusammenfällt. Durch Neigen des ganzen
Kurdansystems kann das gegenseitige Veriaältnis der Riegelgrößen geändert Werden.
Da die Rückführung unmittelbar am Kraftschalter .angreift, wird ihr Einfluß jedoch
nicht geändert, während es Aufgabe der Erfindung ist, den Proportionalbereich in
beliebigen Grenzen einstellbar zu machen.
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Beim Gegenstand der Erfindung kann auch ein entgegengesetzt gerichteter
Regelvorgang und eine entsprechende Einstellung des Proportionalbeireichs bei. diesem
entgegengesetzt gerichteten Regelvorgang. vorgenommen werden. Es lassen sich also
bei dem erfindungsgemäß ausgestaltetenGerät »di,re!cte« und »entgegengesetzte« Regelvorgänge
einst:ll:e'n, bei denen am Anfang und Ende eines gewümischten Stehbereichs beispielsweise
ein vollständiges Öffnen oder Schließen des Regelventils stattfindet. Eis isst bekannt,
diese Wirkung bei mit Steuersegmenten arbeitendem druckmittelgesteuerten Reglern
durch Verdrehen des Steuersegments herbeizuführen.
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Nach der Erfindung wird an, dem zum Einstellen des Preportionalbereichs
dienenden Kardansyste'm eine dem Meßwert und der Rückführgröße verhältniegleiche
Drehung um date innere und. die äußere Kaardanachse herbeigeführt. Dabei. ist die
zu:r Syn imetrieebene Beis Kandanrahmeus parallele Schwenkachse des Kraftschalters
gegen die Kardunachsen in beliebigem Winkel ein'st'ellbar.
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Der Schnittpunkt der Kardanachsen isst im wesentlichen der geometrische
Ort, an dem bei Verwenduug einer Prallplattensteuerung als Kraftsch.alter die Öffnung
der Düse angeordnet ist, die mit der Prellplatte zur Änderung -dies Steuerdrucks
zusammenarbeitest. Die Prellplatte ist schwenkbar an einer Halterung angeordnet,
die um den Mittel-Punkt der Düsenöffnung gedreht werden kann. Wenn man das äußere
Ende der Prallp:latte mit dem inneren Ring das Kardansysterns in Berührung bringt,
nimmt die Platte gegenüber der Düse eine Stellung ein,. die der Stellung
beider Kardanglieder entspricht, wobei der Einfloß jedes derKard:anglieder auf die
Bewegung der Platte von der radialen Stellung der Platte in bezog auf die Kardanachsen
Abhängt, Wird also die Platte so gedreht, daß der Winkel zwi ,;hex. ihrer Längsachse-
und der innerem. Kard:anachse kleiner wird (oder umgekehrt der Winkeal zwischen:
der Platenachse und der äußerem: Kardan:achse größer), so wird die der Platte durch
eine bestimmte Dreihang des inneren Kaardan@gläedes mitgeteilteBewegung verringert
und die der Platte durch eine dem äußeren Kau-danglied mitgeteilte Bewegung dementsprechend
vergrößert. Daraus läßt -sich. ersehen, daß eine Drehung der Platte in entgegengesetzter
Richtung die entgegengesetzte Wirkung eintreten läßt. Bei Verwendung einer derartigen
Kardanvarrichtung läßt sich ein größtmöglicher @instefIbe>rei@cb des Prmpor-.tionaal@bereichs
erzielen., und es könnten, wie im folgenden noch näher beschrieben werden wird -
da die erwähnte Einstelltang nur innerhalb eines Quadrantaen des von dem äußeren,
Ende der Platte bei einer ganzen Drehung beschriebenen Kreises erfolgt -, die drei
übrigen Quadranten ebenfalls zur Einstellung benutzt werden, so: daß eine »direkt«
wirkende. Regelung mit Einstellung dies Proportionalbereichs, eine. »umgekehrt«
wirkende Regelung mit Einsstellung des, Proportionalbereichs, eine direkt wirkende
Überregelung oder eine umgekehrt wirkender Überregelung auf einfache Weise eingestellt
werden können.
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Obwohl ein aus eines- festen Düse und einer schwenkbaren Piiaitte
bestehender Krafi-schalteTz zur Veranschaulichung des Geräts in. denn nachstehend
beschriebenen Beispiel verwendest wird, können auch, andere Arten. von aus zwei
Teilen bestehenden Kraftschaltern verwendet werden, wie z. B. eine Düse, die schwenkbar
vom, einemArm getrogen wird, der an einer Achse angebracht ist, die den Schnittpunkt
der Kardanachsen kreuzt und rechtwinklig zur Symmetrieiebene des. Kardansystein.s
liegt. Diese Düse wirkt unmittelbar mit dem inneren Kardanglied zusammen, das so
ausgebildet sein kann, daß eis selbst als eine Prallpiatte wirkt.
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Erfindungsgemäß ist eine Einstel:lvarrichtung geschaffen worden, mittels
der, ahne d!aß irgendwelche Teile des Geräts zu ersetzen oder in. anderer Lagre
einzubauen sind, ein direkt oder ein umgekehrt wirkender proiportionaler Regelvorgang
eingestellt und eine Einstellung des Proportionalbereichs von Null bis.Unendlich
vorgenommen werden kann. Außerdem kann, auch eine direkt oder umgekehrt wirkende
überregelung an den Grenzen des von Null bis Unendlich reichenden Proporrtionaalbereichs
eingestellt werden..
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
Zeichnungen beschrieben, vom: denen Fig. i in Vorderansicht und teilweiser Schnittansicht
einen Regler mit druckmittelgestetuertem Meanbranventil zeigt, Fig. 2 eine Draufsicht
auf den im Fig. i gezeigten Regler ist, von dem einzelne Teile im Schnitt gezeigt
sind, Fig.3 ein in Richtung der Pfeile gesehener Schnitt gemäß der Linie 3-3 der
Fig. i ist, Fig. q:, 5 und 6 bauliche Einzelheiten zeigen, und Fig. 7'bis i2 schematisch
die Wirkungsweine des Reglers zeigen, wobei, um diese Wirkungsweite klarer darstellen
zu können;, d'ie schematischen Ansichten etwas verzerrt und nicht gezeichnet sind.
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Der in den Zeichnungen dargestellte Regler isst auf einer Grundplatte
io berfestigt, die an derRückwand
eines nicht gezeichneten Geräteträgers
angebracht werden @ kann. Der Regler besitzt ein Meßw^erk in Form eines Federrohrs
i i, eine, Rückführung in Farm eines. Balgs 12, ein Kardimsystem 13, eine mit diesem
verbundene, Prellplatte 14 und eine Düse 15, mittels deiner der Regeldruck gemäß
der Einwirkung des Federrohrs i i .und des Blags 12 geändert wird. Bei dem hier
gezeigten Gerät sind Hilfsentrichtungen bekannter Bauart zur Erhöhung der Regelschnelligkeit
nicht vorgesehen, da ihre Verwendung nicht unbedingt erforderlich ist.
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Der Regler soll z. B. die bei Ausführung eines Verfahrens herrschende
Temperatur durch Ändern des Durohflußquerschniitts eines: dufrich das Druckmi,ttel
betätigten Membraniventils 16 regeln., das den DuTchfluß eines Heizmittels, z. B.
Dampf, durch ein Rohr 17 so, :steuert, daß die Temperatur dies zu regelnden Verfahrens
auf einen bestimmten Wert gehalten wird. Das hier als Federrohr dargestellte Meßwerk
i i ist mit seineun einen Ende an einer kreisförmigen, auf der GruidpJatte io drehbar
angeordneten Scheibe 18 befestigt. Das Federrohr besitzt eine mittlere, an ihrem
inneren Ende in der Scheibe 18 gelagerte Welle i9, deren anderes Ende in einem sich
radial über das Federrohr erstreckenden, an dein Scheiben 18 starr befestigten Arm
2o gelagert ist.
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Ein übertragungsglied 22 ist an der Welle i9 befestigt, die mit dem
freien Ende 23 des. Federrohes verbunden ist. Das feste Ende dies Ferienrohrs i
i ist an ein Kapillairröhrchen 25 angeschlossen., dies z. B. mit einem temperaturarnpfindl.ichen,
hier nicht gezeigten, mit einer geeigneternAusdehnungsfüssigkent gefüllten Gefäß
derart in Verbindung stehen kann, daß das Federrohr sich bei: einem Anstieg der
Verfahrenstemperatur streckt und dadurch in der in Fig. i gezeigten Ansicht der
Vorrichtung das Glied 22 entgegen dem Uhrzeiger dreht, während bei einem Abfallen
der Verfahrenstempe ratur die Dreihrichttung des. Glieds 22 entgegengesetzt ist.
Die drehbare Scheibe 18 dient als Einstellmittel für die Stellung- :des. Federrohrs
i i. Eine Einstellung dien Scheibe 18 wird durch ein handbetätigtes Rad 28 ermöglicht,
dessen Verzahnung mit an einem Teil des Umfangs dieser Scheibe angebrachten Zähnen
27 im Einsgriff ist, so da:B diese Scheibe entlang einer Skala 26 bewegt und innerhalb
des Regelbereichs. genau eingestellt weirden kann. Das; Kapillarröhrchen 25 hat
einen: biegsamen Teil 29, so daß es :eine Einstellung der Scheibe nicht behindert.
Bei einer Drehung des Federrohrs i i im Uhrzeigersinn wird eine höhere Temperatur
eingestellt und bei- einer Drehung im umgekehrten Sinn eine nnedrigexe Temperatur.
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Der Balg 12 .den' Rückfü=hrung ist an einer Halterung 3o befestigt,
die am besten aufs Fig. 2 ersichtlich ist. Die. Halterung besteht aus einer mittels
Schrauben 32 an der Grundpla=tte io befestigten Fußplatte 31, einem sich nach innen
erstneckenden !, Teil 33, an dem das eine Ende des Balgs in dein Nähe der Fußplattebefestigt
ist, und einem abgewinkelten, parallel zur Fußplatte liegenden Arm 34, an dem eine
Blattfeder 35 befestigt ist. Die Bla@Meder 35 eist am Ende des Arms 34 mittels Blocks
36 ünd Schrauben 37, die durch LächeT im Block und im: der Feder @hindurchgehen
und in den Arm eingeschraubt sind, 'festgeklemmt. Das freie Ende des Balgs ist am
freien Ende der Blattfeder 35 mittels Schraube38 befestigt, die durch ein Loch im
der Blattfeder hindurchgeht und' im .eine am Balg befindlichePlattei39 eingeschraubt
wird. DasInneme dies Balgs ist mit dem noch zu beschreibenden D@ruakflüssigkaibssysitem
verbunden. Die Bd:attfedeir 35 hat eine solche Charakteristik, daß sie im ganzen
Änderungsberei>Gh des Regeldrucks eine Balgbewegung innerhalb eines bestimmten Bereichs
gestattet.
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Das zu steuernde Memlbratlvenfl 16 besteht aus einem vom einer Membran.
42 mittels einer' Ventilstange 43 betätigten Ventilglied 41 eines Ventils 4o. Die
Membran bildet die eine Seite einer Druckkammer 44. Eine Feder 45 wirkt dem in derDruckkammer
44 herrschenden Druck entgegen. Die Druckkammer 44 isst an die zum Balg 12 führende
und gleichfalls durch ein Rohr 48 mit dem Düsenstück47 verbundene D:ruckleitung46
angeschlossen. Das: Düsenstück 47, das die Düse 15 enthält, isst mittels Schrauben:
5o an einem am. der Grundplatte i o angeordneten Halter 49 befestigt und besitzt
einen: waagerechten Kanal 5 i, der die, Düse 15 mit dem Rohr 48 verbindet. Dar Kanal
51 s'ie'ht mit einem eine Drosselstelle 53 enthaltenden Kanal 52 in Verbindung,
der die Düse 15 mit einem hie=r nicht gezeigten Druckerzeuger über ein Rohr
54 veTbindet. Die Düse, 15 besitzt eine Düsenöffnung 55, dem Durchmesser größer
als der der Drosiselstelle 53 ist, -so daß sich der Regeldruck im Verhältnis der
jeweiligen. Stellung der Düse gegenüber der Prellplatte 14 ändert. Das hier gezeigte-,
sich bei einem Druckanstieg schließende Membr.anventi4 kann :selbstverständlich
auch durch ein auf Druckabfall ansprechendes Ventil ersetzt werden, wenn dies für
den Regelvorgang geeigneter sein sollte.
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Was das Membranventi:l anbetrifft, so isst es üblich, einen bestimmten
Bereich festzusetzen, .innerhalb dessen eine Änderung dies, auf die MennbTan 42
wirkenden Regeldrucks ,direkt propartianal zur Änderung in der zu regelnden Größe
vorgenommen wird. Ein deirartrigeir Regelbareich kann sich z. B. über o,8 kg/cm2
erstrecken. Obwohl eis im allgemeinen üblich ist, Änderungen im Durchfiuß dies Heizmittels
durch das Rohr 17 in der eben erwähnten proportionalen: Weise zu regeln, so kann
es doch. bei gewissen Betriebsbedingungen wünschenswert senil, ein gänzliches Öffnen
und Schließen, dies Ventils am Anfang bzw. am Ende eines bestimm=ten Regelbereichs
herbeizuführen. Bei Veirwendung des noch zu beischreibenden erfindungsgemäßem; Kardansystems
lassen sich alle durch Erhöhung oder- Verminderung des Regeldrucks bei Änderung
der zu regelnden Größe in jenem Sinn erreichen, so daß das Gerät :sbiwahd für einen
»direkt« wie auch für einten »umgekehrt« wirkenden Regelvorgang benutzt werden>
kann. In beiden Fällen kann ein Ansprechen des, Reglers mit Propontionalbereichseinstellung
über einen größtmöglichen Bereich schnell durch
einen einfachen
Einste11vor!gang bewirkt werden, durch den auch ein Öffnen und, Schließen des.Regelvematils
am Anfang und. am Ende eines, beliebigen Regelbereichs bewirkt werden kann.
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Das, Kardansystern 13 umfaßt einen. Kardanrahmen 6o und einen: inneren:
Ring 61. Der Kan#danrahmen 6o, der in den Zeichnungen achteckig ausgeführt ist,
ist um eine Achse Y-Y schwenkbar (Fig. 3) und iast md den Zapfen der Schrauben 62
gelagert, dis in die Arme 63 einer an der Grundplatte io befestigten Halterung 64
eingeschraubt sind. Der innere Ring 61 Ist mittels der Schrauben 66 an gegenüberliegenden
Seiten dies Kardanrahmens 6o um eine Achse X-X schwenkbar befestigt. DieAchseX-X
liegt rechtwinklig zur Achse Y-Y, so d,aß die Kardanglieder sich unabhängig voneinander
um ihre Drehachse unter dem Einfluß von Änderungen der Regelgröße und des Steuerdrucks
des Reglers- vers:chwenken können. Vorzugs@wei,se, wird hierbei, der inneue Ring
61 von dem Federrohr i i und der Kardanrabmen 6o von dem Balg 12 beeinflußt. Bei:
dieser Gelegenheit sei darauf hingewiesen, daß, obwohl die Kardan@achsen vorzugsweise
senkrecht aufeinanderstehen und sich in der Mitte schneiden, damit das die Prellplatte
14 betätigende Kardanglied - in dem beschriebenen Beispiel also der innere Ring
61 - durch die Achsen X-X und Y-Y in vier gleiche Quadranten geteilt werden kann,
diese Anordnung jedoch für die Wirkungsweise des Geräts nicht wesentlich ist. Das
Gerät ist funktionsfähig, solange sich die Achsen innerhalb der Kardanglieder schneiden,
wobei der Winkel auch innerhalb gewisser Grenzen anders als 9o° sein kann. In diesem
Fall sind die Quadranten natürlich ungleich und daher für den hier beschriebenen
Zweck weniger geeignet.
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Der innere Ring 61 steht mit dem Federrohr durch eine Stange
70 in Verbindung, deren eines Ende 71 mit dem Übertragungsglied 22 schwenkbar
und deren anderes Ende mittels eines Kugelgelenks 72 mit dem Ring 61 verbunden ist.
Das Kugelgelenk besteht aus einem Block 73 (Fig. 4), der auf einem in die äußere
Umfangsfläche des inneren Ringes eingeschraubten Zapfen 74 drehbar gelagert ist,
der axial mit der Schwenkachse Y-Y des Kardanrahmens fluchtet, wenn sich die Schwenkachse
Y-Y in derselben Ebene wie die Schwenkachse X-X befindet. Der Block 73 wird auf
dem Zapfen 74 zwischen einem Bund 75 und einem am äußeren Ende der Welle befindlichen
Ring 76 gehalten und ist mit zwei sich gegenüberliegenden Drehzapfen versehen, an
denen das Ende der Stange 7o befestigt ist.
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Der Kardanrahmen 6o steht mit dem freien Ende des Balgs 12 derart
in Verbindung, daß es sich um seine - Achse Y-Y in proportionalem Verhältnis zu
dem im Balg herrschenden Druck drehen kann. Um dies zu erreichen, ist der Kardanrahmen
mit einem Ansatz 8o (s. Fig. 3) versehen, in den ein in der Ebene dieses Kardangliedes
liegender und vorzugsweise achsparallel zur Kardanachse Y-Y verlaufender Arm 81
eingeschraubt ist. Der Arm liegt an der Außenseite der Blattfeder 35 an (s. auch
Fig. i). Eine verhältnismäßig schwache Zugfeder 82, die an einem Stift 83 der Grundplatte
io befestigt ist, dient dazu, den Kardanrahmen und die Blattfeder in Berührung miteinander
zu halten. Die Anordnung wird vorzugsweise so gewählt, daß, wenn der Regeldruck
den Mittelwert seines Gesamtbereichs besitzt, der Kardanrahmen und der innere Ring
sich in einer senkrecht zur Achse der Düsenöffnung 55 stehenden Ebene befinden.
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Die Kardanglieder 6o und 61 sind so angeordnet, daß sie gemäß der
vereinten Wirkung des Federrohrs i i und des Balgs 12 die Prellplatte 14 relativ
zur Düsenöffnung verstellen. Die Prellplatte 14 ist schwenkbar auf einem Arm 85
gelagert, der starr am inneren Ende einer Welle 86 (s. besonders Fig. 5) befestigt
ist, die drehbar in der Kardanhalterung 64 angeordnet ist und deren Achse senkrecht
zu den Achsen X-X und Y-Y steht, wenn der Regeldruck den Mittelwert seines Gesamtbereichs
besitzt. Die Achse der Welle 86 geht durch den Schnittpunkt der Achsen X-X und Y-Y.
Das freie Ende des Arms 85 hat zwei aufgebogene Enden 87, zwischen denen zwei Ansätze
88 der Prellplatte schwenkbar mittels eines in den End _n 87 befestigten Stifts
89 angeordnet sind. Die Prellplatte wird um ihre Schwenkachse, durch eine den Stift
89 umgebende Schraubenfeder go elastisch gegen die Düsenöffnung 55 gedrückt, woben
(Fig. 3 und 6) das eine- Ende der Feder in einer Bohrung in einem der Enden 87 und
das andere Ende der Feder in einer Bohrung des Stifts 89 befestigt isst. Die Lage
des Stifts 89 zur Düsenöffnung 55 ist derart, daß, wenn der Regeldruck den Mittelwert
seines Gesamtbereichs besitzt, die Prallplattenehenei mit der Ebene- der Kaird:anglieder
zusa=mmenfällt, so daß die Prallplattenebene ad-so senkrecht zur Düsenachse liegt,
wenn: die Prallp.latte an der Düsenöffnung anliegt. Der zurr Abstützung der Prellplatte,
dienende Arm 85 besitzt eine Öffnung, in die das einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser
habende Ende 91 der Welle 86 (Fig. 5) hineinp@aßt. Die Weille 86 besitzt auch einen
Bund 92 am inneren Ende ihrer Lagerfläche in der Halterung 64. Daß Ende gi ist umgeniete=t,
damit eine starre Verbindung zwischen den. Teilen, hergestellt wird. In geringer
Entfernung von dem äußeren Ende ihrer Lagerfläche ist der Durchmesser der Welle
86 verkleinert, so daß eine Schulter 94 gebi=ldet wird. Das äußere Ende deT# Welle
ist mit Gewinde versehen. Auf dem mit Gewinde versehenen Schaftteil 93 der
Welle ist ein an der Schulter 94 anliegendes Handrad 93 mit einer Mutter 96 befestigt.
Als. Reibungsbremse für das. Handrad ist eine topfförmige Scheibe 97 angeordnet,
die durch die Mutter 96 zwischen Halterung 64 und der ihr gegenüberliegenden Sti=rnseite
des Rads 95 zusammengedrückt wird,. ein. axiales Spiel der Welle aufnimmt und das
Rad 95 in der eingestellten Stellung hält.
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Die Prellplatte 14 wird durch den inneren Ring 61 in bezug auf die
Düsenöffnung 55 dadurch verstellt, daß der Ring mit einem Ansatz ioo am äußeren
Ende der Platte (s. Fig. 3) in Berührung ist Bund diese gemäß der Schwenkbewegungen
beider
Kardanglieder verstellt. Der innere Ring besitzt einen Flansch
ioi (Fig. i) mit einer nach innen umgebogenen Lippe io2, die mit dem Klappenansatz
ioo in Berührung ist, wobei der -mit der Prallplatte in Berührung befindliche Teil
der Lippe in einer im wesentlichen mit den Kardanachsen X-X und Y-Y übereinstimmenden
Ebene liegt, wenn die beiden Kardanglieder in einer-Ebene liegen. Auf diese Weise
können die dem inneren Ring 61 durch das Federrohr i i und die dem Kardanrahmen
durch den Balg 12 mitgeteilten Bewegungen gemeinsam die von der Prallplatte in bezug
auf die Düse eingenommene Stellung bestimmen. Durch die eben beschriebene schwenkbare
Aufhängung kann diese in jede gewünschte radiale Stellung zur Düsenachse gebracht
werden, wodurch verschiedenartige Regelwirkungen und Einstellungen erzielt werden
können, wie dies weiter unten noch erklärt werden wird. Da, wenn der Regeldruck
seinen Mittelwert besitzt, die Prallplatte und die Kardanglieder sich alle in einer
Ebene befinden, kann das Einstellrad 95 in jede gewünschte Stellung gedreht werden,
ohne den Regeldruck zu beeinflussen.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Geräts wird durch Bezugnahme
auf die schematischen Ansichten 7 bis 12 leichter verständlich, in denen der von
dem inneren Ring 61 gebildete Kreis durch die Achsen X-X und Y-Y in vier gleiche
Quadranten geteilt ist. Der Quadrant DP bildet bei dem hier dargestellten Gerät
den direkt wirkenden Proportionalbereich, der Quadrant RP den unigekehrt wirkenden
Proportionalbereich, der Quadrant DS den direkt wirkenden Überregelungsbereich und
der Quadrant RS den umgekehrt wirkenden Überregelungsbereich. Die größtmögliche
Gesamtbewegung der Prallplatte bei proportionaler Regelung ist ungefähr 0,025 mm,
und daher sind schematisch in den Fig. 8 und 9 bzw. in den Fig. io und ii, in denen
sich die Prallplatte in der DP- bzw. RP-Zone befindet, die Stellungen der Prallplatte
stark übertrieben gezeichnet, um die verschiedenen, im folgenden beschriebenen Bewegungen
verständlicher,
zu machen.
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Wenn die Prallplatte radial so eingestellt ist, daß sie sich, wie
durch die voll ausgezogenen Linien gezeigt ist, in der Zone DP befindet, so wird
sich, wenn die Temperatur den eingestellten Sollwert überschreitet, das Federrohr
i i strecken und das Glied 22 in der in Fig. i gezeigten Ansicht entgegen dem Uhrzeigersinn
und der innere Ring 61 in den in Fig. i und 8 gezeigten Ansichten im Uhrzeigersinn
drehen und diesen beispielsweise in die in Fig. 8 gezeigte Stellung bringen. Dies
erlaubt es, daß die Prallplatte 14 durch die Feder 9o um ihre Drehachse (Stift 89)
gedreht wird,, wobei das innere Ende der Prallplatte sich der Düsenöffnung nähert.
Diese Bewegung der Prallplatte ruft eine Erhöhung des Regeldrucks hervor, dem die
Membran 42 und der Balg 12 durch die Verbindungsrohre 48 und 46 ausgesetzt werden.
Dieser Druckanstieg bewirkt eine Ausdehnung des Balgs 12, wodurch der Kardanrahmen
auf seinen Drehzapfen 62 in der in Fig. 2 gezeigten Ansicht im Uhrzeigersinn und
in der in Fig. 9 gezeigten Ansicht in Richtung des Pfeils a gedreht wird. Hierdurch
wird der innere Ring veranlaßt, die Prallplatte von der Düsenöffnung wegzubewegen,
wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, und die Prallplatte in. eine einen Druckanstieg
bewirkende Drosselstellung zurückzubewegen, wobei der Druckanstieg der Erhöhung
des Wertes der Regelgröße über den eingestellten Sollwert hinaus proportional ist.
Das Ventilglied 41 des Membranventils bewegt sich dementsprechend in Schließrichtung
und verringert den Durchfluß durch das Rohr 17 und verändert dadurch den Wert der'Regelgröße
wieder in Richtung auf den eingestellten Wert. Bei einem Temperaturabfall ist der
Vorgang umgekehrt.
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Die den soeben -beschriebenen Regelvorgang verursachenden, zusammenwirkenden
Bewegungen kann man sich vergegenwärtigen, wenn man die durch die strichpunktierte
Linie i o5 (s.. Fig. 7) wiedergegebene Längsachse der Prallplatte im wesentlichen'
als die Achse ansieht, um die sich der innere Ring infolge der erwähnten zusammenwirkenden
Bewegungen bewegt. Dies ist verständlich, wenn man berücksichtigt, daß, wie bereits
oben erwähnt wurde, die zum Drosseln der Düse erforderliche Bewegung der Prallplatte
äußerst geringfügig (ungefähr o,o25 mm) ist und daß deshalb in jeder radialen Stellung
die Plattenlängsachse im wesentlichen auf einer Linie liegt, die den Berührungspunkt
des Plattenansatzes ioo an der Lippe io2 des Flansches des inneren Ringes mit dem
Mittelpunkt des Kardansystems verbindet. Wenn die Prallplatte in eine Stellung gedreht
wird, in der ihre Längsachse mit der X-X-Achse des inneren Ringes zusammenfällt,
wird eine Änderung der Regelgröße keinen Einfluß auf die Stellung der Prallplatte
haben, und der Regeldruck ändert sich deshalb nicht; denn die Bewegungen werden
nicht zu einer resultierenden Bewegung zusammengefaßt. Wenn hingegen die Längsachse
der Prallplatte mit der Y-Y-Achse zusammenfällt, wird die Stellung der Platte im
höchstmöglichen Grade von der Drehbewegung des inneren Ringes beeinflußt, und da
die Drehbewegung des Kardanrahmens um seine Achse Y-Y die Bewegung der Platte nicht
beeinflußt, wird auch keine resultierende Bewegung verursacht. Jedoch werden in
jeder radialen Stellung der Plattenlängsachse io5 innerhalb des Quadranten DP zwischen
den Achsen X-X und 17-Y zu-
sammenwirkende Bewegungen auftreten, die eine
resultierende Bewegung verursachen, die eine Auswirkung der Bewegung des einen Kardanglieds
im Verhältnis zum anderen Kardanglied ist und die dem von der Achse Y-Y und der
Plattenachse 105 eingeschlossenen Winkel proportional _ ist und in Graden dieses
Winkels gemessen werden kann. Dies läßt sich gut vergegenwärtigen, wenn man den
inneren Ring als eine Scheibe ansieht, die eine Ebene bildet, die sich z. B. zuerst
im Sinne des Uhrzeigers (in der in den Fig. i und 8 gezeigten Ansichten) um ihre
Achse X-X zu bewegen beginnt, damit sich die Prallplatte der Düse nähert, die aber
wegen der in der in Fig. 9 gezeigten Ansicht in Pfeilrichtung a erfolgenden Drehung
des Kardanrahmens um seine Achse Y-Y in einer Richtung geneigt
wird,
bei der sich die Platte von der Düse weg bewegt. Aus diesem Grund kann, obwohl die
Drehachse der Scheibe während dieser zusammengesetzten Bewegung in einem zum Erreichen
der beschriebenen Wirkung ausreichenden Maße ihre Lage ändert, die Drehbewegung
der Scheibe als im wesentlichen als eine um die Plattenachse io5 stattfindende Bewegung
angesehen werden, da die von der Prallplatte vorzunehmende Bewegung äußerst klein
ist. Hieraus läßt sich erkennen, daß bei einer Vergrößerung des von der Plattenachse
io5 und der Y-Y-Achse gebildeten Winkels die Ansprechempfindlichkeit des Reglers
verringert oder, in anderen Worten, der Proportionalbereich größer wird, und umgekehrt,
und daß also der Proportionalbereich mit dem Winkel wächst.
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Es muß hierbei in Betracht gezogen werden, daß die gesamte Winkelbewegung
der Kardanglieder verhältnismäßig klein ist, nämlich ungefähr 15o und daß also,
da beide Kardanglieder bei dem Mittelwert des Regeldrucks in einer zur Achse der
Welle 86 senkrechten Ebene liegen, die gesamte Winkelbewegung der Kardanglieder
von dieser Ebene aus gemessen plus öder minus 71/z° beträgt. Die, aus den Winkelstellungen
der Kardanglieder sich ergebenden Abweichungen sind deshalb gering, und es wird
eine im wesentlichen linear verlaufende Proportionalität zwischen dem auf das Membranventil
wirkenden Steuerdruck und dem Druck der Regelgröße auf das Meßwerk erreicht.
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Wenn das Verhältnis der der Platte von dem inneren Ring erteilten
Bewegung zu der ihr vom Kardanrahmen erteilten Bewegung i : i ist, so ergibt sich
bei einem Winkel von q.5° zwischen der Y-Y-Achse und der Plattenachse io5 ein Proportionalbereich
von roo °/a. Wenn man diesen Winkel allmählich vergrößert, kann man den Proportionalbereich
bis auf unendlich erhöhen. Da aber die brauchbaren Werte nur innerhalb des ioo o/o-Bereichs
liegen und die Teilstriche bei 45' verhältnismäßig eng beieinander liegen, ist es
zweckmäßig, ein Verhältnis von z. B. 2 : i für die Bewegungen des inneren und des
äußeren Kardanglieds zu verwenden. Bei einem Verhältnis von 2 : i zwischen dem Meßwertgeber
und dem Rückführwertgeber erhält man bei q.5° einen Proportionalbereich von 5o°/o,
und dieser Wert kann bei Vergrößerung des Winkels beliebig vergrößert werden. Auf
diese Weise kann man einen genügend großen Abstand zwischen den Teilstrichen erhalten,
so daß man in der Lage ist, genau den gewünschten Wert einzustellen. Zu diesem Zweck
ist die äußere Ringfläche des Einstellrads mit einer Skala io6 versehen, deren Teilstriche,
die vorzugsweise Prozentsätze des gesamten Ausschlags des Federrohrs wiedergeben,
in bezug auf eine fest an der Kardanhalterung 64 angebrachte Markierung
107 eingestellt werden. Hier sei bemerkt, daß für die anderen beschriebenen
Regelvorgänge in den übrigen drei Quadranten vier Sätze von ähnlichen Teilstrichen
angebracht sind. In gewissen Fällen kann es wünschenswert sein, das Gerät bei einem
umgekehrt wirkenden Regelvorgang zu verwenden, d. h. bei einem Regelvorgang, bei
dem der Steuerdruck bei einem Anwachsen der zu regelnden veränderlichen Größe abfällt
oder umgekehrt, z. B. -,nenn ein im umgekehrten Sinne ansprechendes Regelventil
zur Regelung eines Verfahrens verwendet wird oder wenn das Verfahren so vor sich
geht, daß ein direkt wirkendes Regelventil sich öffnen soll, wenn der Wert der zu
regelnden Größe den Einstell-,vert übersteigt. Eine solche Einstellung läßt sich
in einfacher Weise dadurch erreichen, daß man die Platte aus dem DP-Quadranten in
den RP-Ouadranten dreht, wie dies durch die punktierte Linie in Fig. 7 angedeutet
ist, und dann die Platte zwischen der X-X-Achse und der Y-Y-Achse in die gewünschte
radiale Stellung bringt.
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Angenommen, daß an Stelle des direkt wirkenden Regelventils 16 ein'umgekehrtwirkendes
Regelventil zum Regeln des Verfahrens verwendet werden würde, d. h. ein Ventil,
das sich bei einem Absinken des Membrandrucks schließt, und daß sich die Platte
dabei, wie in Fig. 7 gezeigt, im Quadranten RP befinden würde, so würde bei einem
Temperaturanstieg über den einzuregelnden Wert hinaus das Glied 22 des Federrohrs
in der in Fig. i gezeigten Ansicht entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt werden und
dabei den inneren Ring 61 in den in den Fig. i und io gezeigten Ansichten im Sinne
des Uhrzeigers um seine Drehzapfen der Schrauben 66 drehen. Da die Platte den inneren
Ring an derjenigen Seite der X-X-Achse berührt, die der Seite entgegengesetzt ist,
an der sie den inneren Ring berührte, als sie sich noch im DP-Quadranten befand,
so wird die Platte in der in Fig. io gezeigten Weise von der Düsenöffnung wegbewegt
und der Regeldruck verringert. Der Balg 12 wird sich deshalb zusammenziehen, so
daß der Kardanrahmen 6o von der Feder 82 inIder in Fig. 2 gezeigten Ansicht ent
gegen dem Uhrzeigersinn und in Richtung des Pfeils b in Fig. i i gedreht wird. Da
die Platte sich, wie dies auch bei ihrer Lage im DP-Quadranten der Fall war, an
der dem Arm 81 entgegengesetzten Seite der Y-Y-Achse befindet, kann sie sich um
ihre Achse 89 in Richtung auf die Düse 15 drehen, wie dies in Fig. i i gezeigt ist,
und die Drosselvorrichtung auf einen kleineren Steuerdruck einstellen. Auf diese
Weise erhält man eine dem Anstieg der Verfahrenstemperatur- proportionale Verringerung
des Steuerdrucks. Das umgekehrt wirkende Regelventil schließt sich daher in dem
Verhältnis, in dem die Temperatur gesenkt werden soll. Bei einem Absinken der Temperatur
tritt das Gegenteil ein.
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Wenn man sich zum besseren Verständnis dieser Vorgänge den inneren
Ring 61 als eine Scheibe vorstellt, so dreht sich in der in Fig. io gezeigten Ansicht
die Scheibe zuerst im Sinne des Uhrzeigers um ihre X-X-Achse unter dem Einfluß des
Meßwerts und wird dann gleich darauf in der in Fig. i i gezeigten Ansicht unter
dem Einfluß des Rückführwerts um die Y-Y-Achse in Richtung des Pfeils b gedreht.
Daher versucht die primäre Bewegung der Platte eine größtmögliche Senkung des Steuerdrucks
zu erreichen, während die sekundäre Bewegung die Platte in eine Drosselstellung
zurückführt, bei der der Abfall des Steuerdrucks der Erhöhung
der
Verfahrenstemperatur über den einzuregelnden Wert entspricht. Daher kann, obwohl
sich die Drehachse der Scheibe genügend ändert, um während der zusammengefaßten
Bewegungen die beschriebene Wirkung hervorzurufen, ebenso wie im Quadranten DP die
Drehung der Scheibe als im wesentlichen um die Plattenachse io5 vor sich gehend
angenommen werden, da die von der Platte auszuführenden Bewegungen unendlich klein
sind.
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In gewissen Fällen kann auch eine Überregelung erwünscht sein, bei
der der Wert der zu regelnden Veränderlichen sich innerhalb von .bestimmten gleich
weit von dem eingestellten Teilstrich entfernten Grenzen ändern kann, bevor das
Regelventil betätigt wird, das dann beim Erreichen dieser Grenzstellungen entweder
ganz geöffnet oder ganz geschlossen wird. Es muß deshalb auch eine Möglichkeit vorgesehen
werden, je nach der Art des zu regelnden Verfahrens einen direkt oder umgekehrt
wirkenden Schnellregelvorgang einzustellen,, dessen Differenzbereich ebenfalls einstellbar
sein muß.
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Wenn eine direkt wirkende Schnellregelung erwünscht ist, wird die
Platte 14 in eine gewünschte Stellung innerhalb des Quadranten DS gedreht, wie dies
z. B. durch die voll ausgezogene Linie in Fig. 12 dargestellt ist. Es sei dabei
angenommen, daß die Temperatur eines Verfahrens zu regeln ist, daß das gezeigte
zu dem Temperaturanzeigegerät gehörende Federrohr i i einen Ansprechbereich von
i bis 10o° C hat, daß gemäß der Skala 26 ein Sollwert von 5o° C eingestellt und
die Skala io6 des Einstellrads 95 in eine Stellung gedreht ist, in der gegenüber
der Markierung 107 ein Differenzbereich von 2o °/o des gesamten Temperaturbereichs,
d. h. 20° C, eingestellt ist. Wenn die Temperatur 40° C erreicht hat, wird das Glied
22 nach links ausschwingen (s. Fig. i) und der innere Rahmen 61 in der in Fig. i
gezeigten Ansicht entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, um die Platte von der Düsenöffnung
abzuheben, und da der Steuerdruck dann auf Null abgefallen ist, ist der Kardanrahmen
6o in der in Fig. 2 gezeigten Ansicht ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht
worden und hat die Platte in eine durch die Einstellung des Rades 95 bestimmte Entfernung
von der Düse gebracht. Das Regelventil 16 ist dann voll geöffnet. Unter diesen Umständen
schwingt beim Wiederanstieg der Temperatur das Glied 22 nach rechts und dreht den
inneren Ring in der in Fig. i gezeigten Ansicht im Sinne des Uhrzeigers, und wenn
eine Temperatur von 6o° C erreicht ist, wird die Platte den Steuerdruck erhöhen.
Wenn dies eintritt, dehnt sich der Balg 12 und dreht in den in Fig. 2 und 3 gezeigten
Ansichten den Kardanrahmen im Sinne des Uhrzeigers. Da die Platte 14, verglichen
mit ihrer Stellung im DP-Quadranten, sich innerhalb des DS-Quadranten an der anderen
Seite der Y-Y-Achse befindet, geht die kombinierte Bewegung der Kardanglieder in
derselben Richtung vor sich. Die Platte wird deshalb die Düse vollkommen schließen
und den Steuerdruck im Rohr 54 auf seinen Höchstwert bringen, wodurch das Regelventil
geschlossen wird. Wenn die Platte an der Düse anliegt, verliert der Plattenansatz
ioo Berührung mit dem inneren Ring und befindet sich dann in einem der Einstellung
des Rads 95 entsprechenden Abstand von diesem Kardanglied. Wenn das Regelventil
geschlossen ist, beginnt die Temperatur zu fallen, und wenn sie 40° C erreicht hat,
ist der innere Ring in der in Fig. i gezeigten Ansicht so weit entgegen dem Uhrzeigersinn
gedreht worden, däß er mit dem Plattenansatz ioo wieder in Berührung ist und anfängt,
den Steuerdruck zu vermindern. Der Balg 12 zieht sich zusammen und dreht den Kardanrahmen
in der in Fig. 2 gezeigten Ansicht entgegen dem Uhrzeigersinn, um den Steuerdruck
auf Null zu bringen, wobei die Platte aus ihrer Drosselstellung an der Düse um eine
der Einstellung des Rades 95 entsprechende Entfernung weg bewegt wird. Das Regelventil
16 ist dann wieder voll geöffnet, die Temperatur beginnt wieder zu steigen, und
das Spiel wiederholt sich.
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Wenn die Prallplatte im RS-Quadranten in eine ihrer vorher beschriebenen
Stellungen im DS-Quadranten entsprechende Stellung gebracht wird, wie dies durch
die punktierte Linie in Fig. 12 angedeutet ist; funktioniert das Gerät in der im
vorhergehenden für die direkte Schnellregelung beschriebenen Weise, aber im umgekehrten
Regelsinn. Bei dieser Einstellung der Platte wird bei einer Temperatur von 40° C
der Regeldruck auf seinen Höchstwert eingestellt werden, und bei Verwendung eines
umgekehrt wirkenden Regelventils wird dieses weit offen sein und in dieser Stellung
verharren, bis die Temperatur 6o° C erreicht. Wenn dies eintritt, wird der Steuerdruck
auf Null gesenkt, und das Regelventil wird schließen und so lange geschlossen bleiben,
bis die Temperatur wieder auf 40° C abgesunken ist, worauf der Steuerdruck wieder
auf seinen Höchstwert gebracht wird, das Regelventil weit geöffnet wird und das
Spiel von neuem beginnt.
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Die vorbeschriebene Überregelung kann z. B. in Verbindung mit einem
Lufterhitzungssystem angewendet werden, bei welchem Außenluft mittels eines Gebläses
durch eine Trockendarre strömt und es wünschenswert ist, die durch die Darre strömende
Luft z. B. auf einer Temperatur von 6o° C zu halten. Hierbei ist es wirtschaftlich,
einen dampferhitzten Vorwärmer in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Aufheizen
der Luft in dem zur Darre führenden Luftkanal anzuwenden. Das Instrument, das ein
den Dampf zur Aufheizvorrichtung leitendes Ventil steuert, kann auf einen Proportionalbereich
eingestellt sein. Es spricht auf die Lufttemperatur in der Darre an und ist so eingestellt,
daß es die Darrluft genau auf eine Temperatur von 6o° C hält. Die Leistung der Aufheizvorrichtung
ist eine solche, daß sie ohne weiteres die festgesetzte Temperatur aufrechterhält,
wenn die Außenluft 15° C oder darüber hat, und daß sie auch bei einer Außenlufttemperatur
von weniger als 5° C die gesetzte Lufttemperatur aufrechterhalten kann. Das auf
Überregelung eingestellte Instrument steuert ein Ventil für die Dampfzuführung zum
Vorwärmer entsprechend der Außenlufttemperatur. Die Schnellregelung ist darauf eingestellt,
das den Dampf zum
Vorwärmer leitende Ventil weit zu öffnen, wenn
die Außenlufttemperatur auf 5° C fällt, und das Ventil zu schließen, wenn die Außenlufttemperatur
auf r5° C steigt. Auf diese Weise wird der Aufheizvorrichtung stets Luft mit einer
innerhalb ihrer Leistungsfähigkeit liegenden Temperatur zugeführt und eine Zu- und
Abschaltung des Vorwärmers bei geringen Schwankungen der Außenlufttemperatur vermieden.
Wenn das Ventil 16 so ausgebildet ist, daß es bei einem Anstieg des Steuerdrucks
schließt, findet eine direkt wirkende Schnellregelung statt, und wenn das Ventil
bei einer Unterschreitung des Steuerdrucks schließt, tritt eine umgekehrte Schnellregelung
ein.
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In Verbindung mit der eben beschriebenen direkt oder umgekehrt wirkenden
Schnellregelung sei darauf hingewiesen, daß die sich aus den Bewegungen der beiden
Kardanglieder ergebende resultierende Drehbewegung des inneren Ringes nicht im wesentlichen
um die Plattenachse io5 vor sich geht, wie dies bei den proportionalen Regelvorgängen
der Fall ist. Dies beruht darauf, daß in jedem der Quadranten DS und RS die von
der Bewegung des inneren Ringes eingeleitete Plattenbewegung von einer weiteren
durch den Kardanrahmen hervorgerufenen gleichgerichteten Bewegung gefolgt wird.
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Damit in jedem der vier Quadranten eine Einstellung vorgenommen werden
kann, ohne dabei versehentlich die Platte in einen anderen Quadranten zu schieben,
wird das Einstellrad 95 mit vier an den Grenzen der vier Quadranten befindlichen
Erhebungen io8 versehen, die mit der Markierung 107 Reibungsberührung haben. Auf
diese Weise kann man nur bei Ausübung eines kleinen zusätzlichen Drucks beim Drehen
des Rades die Platte von einem Quadranten in einen benachbarten Quadranten bringen
und wird deshalb bei einer Einstellung innerhalb eines Quadranten darauf hingewiesen,
daß die QuadTantengrenze erreicht ist.
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Dem Fachmann wird es ohne weiteres geläufig sein, daß die von dem
Balg 12 zum Erreichen einer proportionalen Regelung ausgeübte Rückführung in bekannter
Weise abgeändert werden kann, um andere bekannte Regelwirkungen zu erzielen.