DK162113B - Elektrohydraulisk indstillingsdrev til vedvarende regulering - Google Patents

Description

i

DK 162113 B

Opfindelsen angår et elektrohydraulisk indstillingsdrev af den i krav l's indledning angivne art.

Fra SE-FS 443 844 kendes et hydraulisk indstillings-drev, som er forsynet med en magnetpumpe med en arbejds-5 frekvens, som er under 10 Hz, og som kan varieres med en omskifter. Sådanne systemer er relativt støjfølsomme. Ifølge opfindelsen tilføres et indstillingssignal direkte til en svingankerpumpe, og indstillingssignalet udgøres af et netspændingsfrekvenssignal, og spændingen 10 varieres. En omskifter kræves således ikke og støjrisi koen aftager i tilsvarende grad, samtidig med at sving-ankerpumpen arbejder med betydelig højere virkningsgrad end en magnetpumpe. Man opnår ifølge opfindelsen en på det nærmeste retliniet karakteristik for forbin-15 delsen pumpetryk-indstillingssignal i modsætning til, hvad der er tilfældet ved det kendte system.

En væsentlig ulempe ved kendte indstillingsdrev af en sådan art er den indbyrdes uafhængige tilførsel af en driftsspænding til svingankerpumpen og et indstillings-20 signal til styringen af betjeningsleddet, som eksempel vis kan være et stempel eller en membran. Betjeningsleddet bliver derved enten styret ved hjælp af pumpens ti1-fra-styring eller ved en påvirkning af det af pumpen frembragte tryk. I begge tilfælde kræves to ikke 25 ombyttelige elektriske ledningspar som tilledning til indstillingsdrevet.

Da betjeningsleddet arbejder imod kraften af en tilbageføringsfjeder, kræves en trykafhængig kontraventil med drossel funkt i on for at muliggøre tilbagestrømnin-30 gen af den fra pumpen transporterede hydraulikvæske.

Et fra FR-skrift nr. 2 324 914 kendt indstillingsdrev har som kontraventil en elektrisk styret magnetvent i 1,

DK 162113 B

2 til hvilken en yderligere ledning er nødvendig.

FR-skrift nr. 1 311 436 viser derimod et indstillings-drev med selvstændig kontraventil i form af en ventilkombination. Denne kombination har en lille stempelbe-5 tjent ventil, som lukker imod kraften af en tilbagefø ringsfjeder ved en trykstigning af det fra pumpen transporterede trykmiddel, og en fjerderbelast et trykholde-ventil, som ved trykstigning åbner vejen til betjeningsleddet. Dette kendte indstillingsdrev er derfor ikke 10 blot kompliceret i sin konstruktion, men det har også betydelige læk- og tryktab.

Et som betjeningsled tjenende stempel er på sædvanlig måde tætnet imod cylinderen ved hjælp af O-ring- eller manchettætning. De ved denne tætning optrædende frik-15 tionskræfter forårsager ved det imod en fjeders kraft arbejdende indstillingsdrev en så stor hysterese, at dens anvendelse til en vedvarende regulering næppe er mulig.

Opfindelsen har derfor til formål at tilvejebringe et 20 til en vedvarende regulering egnet elektrohydraulisk indstillingsdrev, som kun kræver et enkelt ledningspar som tilledning.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at det indledningsvis angivne elektrohydrauliske indstillingsdrev 25 er ejendommeligt ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå: fig. 1 viser et elektrohydraulisk indstillingsdrev, 30 delvis i længdesnit,

DK 162113 B

3 fig. 2 viser et længdesnit gennem kontraventi len i det i fig. 1 viste indstillingsdrev, fig. 3 viser et koblingsdiagram for tilslutningen af indstillingsdrevet, 3 fig. 4 viser et diagram af arbejdskarakteristikken for en svingankerpumpe, fig. 5 viser et diagram af indstillingsdrevets arbejds-karakteristik, og fig. 6 viser et diagram af indstillingsdrevets tids-10 mæssige arbejdskarakteristik .

Det i fig. 1 viste indstillingsdrev er anbragt i et hus, som består af en øverste cylinderdel 10 og en ne-derste cylinderdel 12. Inden for det cylindriske hus er et hult stempel 14 ført og tætnet mod cylindervæg-15 gen ved hjælp af en rullemembran 16. Rummet under rul lemembranen 16 er et med en hydraulikvæske 18 delvis fyldt forrådsrum 20. Over hydraulikvæskens 18 overflade findes en gaspude 22. Rummet over rullemembranen 16 er arbejdsrummet 24. Rullemembranen 16 er indspændt 20 imellem de to cy1inderdeles 10 og 12 flanger.

Stemplet 14 er ved hjælp af kraften af en inden for huset anbragt tilbagesti1lings fjeder 26 forspændt i arbejdsrummets 24 retning. Inden for stemplet 14 findes en med en kontraventil 28 forbundet elektrisk driv-25 bar svingankerpumpe 30. Et tolederkabel 32 til sving- ankerpumpen 30 er ført ud fra den nederste husdel 12.

Stemplet 14 er via kontraventilen 28 og svingankerpum-pen 30 forbundet med en stødstang 34, som er styret i et med den nederste husdel 12 forbundet styreleje 30 36 og tætnet ved hjælp af en O-ringstætning 38.

DK 162113 B

4

Pumpen 30 har en sugeåbning 40, som uafhængig af indstillingsdrevets placering hele tiden befinder sig under hydraulikvæskens 18 overflade. Den med pumpen 30 forbundne kontraventil 38 er via en første åbning 42 5 forbundet med arbejdsrummet. Via en anden åbning 44 er kontraventilen 28 forbundet med forrådsrummet 20, da den nederste ende 46 af det klokkeformede stempel 14 er åben. Det fremgår af fig. 1, at kanten af stemplet 14 ved den nederste ende 46 har en større diameter 10 end den øvrige del af stemplet for at tjene som styring inden for den nederste cylindriske husdel 12.

I fig. 2 er kontraventi1 en 28 vist i detaljer. Kontra-ventilen 28 har et ventilhus 48, som via en membran 50 er forbundet med pumpen 30. Membranen 50 er en cir-15 kelformet metalskive med ringe tykkelse. Pumpens 30 trykside er dannet ved hjælp af en kanal 52, som udmunder koaksialt imod membranens 50 underside. I sin i fig. 2 viste hvilestilling er kanalens 52 trykside lukket ved hjælp af membranen 50. På membranens 50 oversi-20 de ligger der over for kanalen 52 et ventilsæde 54, som er forbundet med den i forrådsrummet 20 udmundende anden åbning 44. I sin hvilestilling befinder membranen 50 sig i en afstand 56 fra ventilsædet 54, således at den anden åbning 44 er forbundet med et over membra-25 nen 50 beliggende ringrum 58. Ringrummet 58 er vedvarende forbundet med den i arbejdsrummet 24 udmundende første åbning 42 via indbyrdes tilstødende kanaler.

Membranen 50 har uden for sit centrum mindst én gennemstrømningsåbning 60, som i membranens hvilestilling er lukket imod pumpens. 30 øvre overflade.

Fig. 3 viser et koblingsskema, i hvilket det i fig.

1 viste indstillingsdrev er betegnet med 62. Dette indstillingsdrev 62 er via tolederkablet 32 forbundet med en regulator 64, som igen har en nettilslutning 66 og

DK 162113 B

5 er forbundet med en følger 68. Føleren 68 kan eksempelvis være en temperaturføler. Regulatoren 64 er bestemt til en vedvarende regulering og afgiver som følge deraf et vedvarende foranderligt indstillingssignal via 5 ledningen 32 til indstillingsdrevet 62, som er bestemt til omstilling af et indstillingsled, såsom eksempelvis en ventil eller en luft.klap. Indstillingssignalet er en spændingsvariabel vekselstrøm af si nus-firkant-el ler savtak form. De to ledninger i forbindelseskablet 10 32 imellem regulatoren 64 og indstillingsdrevet 62 er ombyttelige uden uheldig virkning. Indstillingssignalet bliver i indstillingsdrevet 62 ført til svinganker-pumpen 30, som er forudsat bekendt.

Fig. 4 viser et diagram af svingankerpumpens arbejds-15 karakteristik i form af en karakteristik 70, hvor føde-spændingen i procent er afsat ud af abscisseaksen og det statiske tryk i procent er angivet på ordinataksen.

Fig. 5 viser arbejdskarakteristikken for indstillings-drevet, hvor fødespændingen er angivet på abscisseaksen 20 og stødstangens 34 indsti11ingsvej på ordinataksen.

Den tilsvarende karakteristik 72 er dobbelt optrukket for at vise, at der i en afstand 74 findes en hysterese.

Fig. 6 viser den tidsmæssige arbejdskarakteristik for indstillingsdrevet i form af karakteristiklinier ved 25 50, 60, 70 og 80¾ af fødespændingen. Abscisseaksen er i denne figur tidsaksen, medens indst i 11 ingsvejen i procent er angivet på ordinataksen.

Indstillingsdrevets virkemåde skal i det følgende forklares ved hjælp af fig. 1 og 2. Hvis der til den elek-30 triske tilledning 32 føres et elektrisk vekselspændings signal med egnet frekvens, begynder svingankerpumpen 30 at arbejde. Den suger via sugeåbningen 40 hydrau-

DK 162113 B

6 likvæske 18 fra forrådsrummet 20.og transporterer^ dette gennem kontraventilen 28 og den første åbning 42 ind i arbejdsrummet 24. For at den transporterede hydraulikvæske der finder plads, skal stemplet 14 med 5 rullemembranen 16, kontraventilen 28, pumpen 30 og stød stangen 34 bevæge sig tilsvarende nedad i styrelejets 36 retning. Denne bevægelse finder sted, indtil der består ligevægt mellem pumpens 30 transporttryk eller den dertil svarende stempelkraft og tilbagestillings-10 fjederens 26 modkraft.

Hvis det elektriske vekselspændingssignal bliver mindre, falder det af pumpen 30 frembragte transporttryk ifølge arbejdskarakteristikken i fig. 1. Trykket i arbejdsrummet er så som følge af tilbagestillingsfjederens modsat 15 rettede kraft højere end pumpetrykket. I dette tilfælde lader kontraventilen 28 hydraulikvæske 18 flyde tilbage i forrådsrummet 20 gennem den anden åbning 44. Derved bliver stemplet 14 bevæget så langt tilbage og tilbagestillingsfjederen 26 aflastet, til der påny opstår lige-20 vægt.

Kontraventilen 28 i fig. 2 arbejder derved på følgende måde: Hvis pumpen 30 begynder at transportere hydraulikvæske gennem kanalen 52 på tryksiden, så bliver membranen 50 først hvælvet i sin midterzone, indtil 25 den ligger an ved ventilsædet 54 og lukker den anden åbning 44. Derefter bliver membranen hvælvet så langt ind i ringrummet 58, til gennemstrømningsåbningen 60 bliver løftet fra pumpen 30 og hydraulikvæsken bliver transporteret gennem den første åbning 42 ind i arbejds-30 rummet 24 (fig. 1). Ved ligevægt mellem stempelkraft og tilbagestillingsfjederens 26 modkraft ophører transporten. Trykket foran og bag membranen 50 udjævner sig som følge deraf næsten, hvorved membranen 50 bliver løftet en smule fra ventilsædet 54 og en meget lille 7

DK 162113B

lækmængde af hydraulikvæske kan undvige gennem den anden åbning 44 ind i forrådsrummet 20. Falder pumpens 30 transporttryk, så er trykket i arbejdsrummet 24 højere og bevirker, at membranen 50 vender tilbage til 5 sin hvilestilling. Derved løfter den sig fri fra ven tilsældet 54 og frigiver tilbageløbsåbningen 44, gennem hvilken hydraulikvæsken nu strømmer tilbage i forråds-rummet 20, indtil en ny ligevægt indstiller sig.

Tilbagestrømningsventilens 28 følsomhed og gennemstrøm-10 ningsmængde kan på enkel måde påvirkes ved hjælp af det tilsvarende valg af mål.

Svingningspumpen 30 er fortrinsvis afmålt til en norm-spænding på eksempelvis 220 volt eller 24 volt ved en frekvens på 50 Hz.

15 Det af regulatoren 64 afgivne indstillingssignal skal have en spænding imellem omtrent 30?i og 100?ό af norm-spændingen. Dette kan ske i form af en ændring af sinusspændingen, eksempelvis via en reguleringstransformator eller ved hjælp af fasestyring.

20 Ued indstillingsdrevet ifølge opfindelsen bliver den spændingsafhængige konstante arbejdskarakteristik for svinganker-hydraulikpumpen udnyttet til opnåelse af en vedvarende indstillelighed af indstillingsdrevet 62. Den i fig. 2 beskrevne kontraventil 28 er i stand 25 til at arbejde pålideligt ved meget små tryk forskel1e, da den kun har en enkelt bevægelig del, nemlig dens friktionsfri bevægelige membran 50 som afspærringsorgan.

Anvendelsen af en membran 16, som tætner stemplet 14, og som fortrinsvis er en tyndvægget rullemembran, frem-30 bringer næppe en modstand mod stemplets 14 betjening, således at der kun kræves ringe forskydningskræfter.

DK 162113 B

8

Til små driftsveje kan der også anvendes metalfolde-bælge, som arbejder friktionsfrit. Anvendelsen af en rullemembran eller en foldebælg samt udførelsen af kontraventilen med membran som eneste bevægelige element 5 danner væsentlige forudsætninger for opnåelse af en konstant arbejdskarakteristik ved et indstillingsdrev, som alene fødet med to ledninger arbejder mod en tilbagestillings fjederkraft.

Ifølge opfindelsen forenkles dermed ikke blot konstruk-10 tionen af et sådant indstillingsdrev, men også den elek triske installation i anlægget, som skal reguleres.

Desuden sikrer de to bevægelige dele en i høj grad forstyrrelsesfri drift.

Claims (8)

1. Elektrohydraulisk indstillingsdrev til vedvarende regulering, med en svingankerpumpe (30) for en hydraulisk væske (18), hvor den transporterede hydraulikvæske i afhængighed af et tilført indstillingssignal flyt- 5 ter et betjeningsled (14) imod en tilbagestillingsfje ders (26) kraft, og med en trykafhængigt virkende kontraventil (28), kendetegnet ved, at svingan-kerpumpen (30) er fødet umiddelbart ved hjælp af det tilførte indstillingssignal i form af et vekselstrøms-10 signal med foranderlig spænding, for umiddelbart i af hængighed af spændingen af det tilførte indstillingssignal at frembringe et foranderligt tryk af hydralik-væsken (18), og at kontraventilen (28) har et styre-element bestående af en membran (30), som er indrettet 15 til at styre tilbagestrømningen af hydrau1ikvæske i afhængighed af trykforskellen mellem svingankerpumpen (30) og betjeningsleddets (14) arbejdsrum (24).

2. Indstillingsdrev ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kontraventilens (28) membran er anbragt 20 mellem pumpens (30) trykside (52) og betjeningsleddets (14) arbejdsrum (24) eller et med arbejdsrummet (24) forbundet rum (58), og at der på arbejdsrummets side er anbragt et med membranen (50) samvirkende ventilsæde (54), hvis ved hjælp af membranen (50) lukkelige 25 åbning (44) er forbundet med et forrådsrum (20) for hydraulikvæsken (18).

3. Indstillingsdrev ifølge krav 2, kendetegne t ved, at membranens (50) uden for det med ventilsædet (54) samvirkende sted har mindst én åbning (60), 30 som ved den i sin hvilestilling mod en flade anliggen de membran (50) er lukket ved hjælp af denne flade. DK 162113B

4. Indstillingsdrev ifølge krav 2 eller 3, k endete g n e t ved, at pumpens (30) trykside er dannet ved hjælp af en kanal (52), som ligger aksialt over for ventilsædet (54) i midten af membranen (50).

5. Indstillingsdrev ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at membranen (50) er en cirkelformet tyndvægget metalskive.

6. Indstillingsdrev ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at kontraventilen (28) sam- 10 men med pumpen (30) er monteret i det mindste delvis inden for et som betjeningsled tjenede bægerformet stempel (14), hvis stempelstang (34) er fastgjort til pumpen (30).

7. Indstillingsdrev ifølge krav 8, kendeteg- 15 net ved, at det i et cylindrisk hus (10, 12) styre de stempel (14) er tætnet mod cylindervæggen ved hjælp af en rullemembran (16) eller en metalfoldebælg, medens stempel stangen (34) er ført ud af huset (12) gennem en O-ringtætning (38).

8. Indstillingsdrev ifølge krav 6 eller 7, kende tegnet ved, at hydraulikvæskens (18) forrådsrum (20) er anbragt på den side af stemplet (14), som vender modsat arbejdsrummet (24).