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Die
Erfindung betrifft ein Stellgerät gemäß der
im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren
zur Überprüfung der korrekten Funktionsfähigkeit
eines Faltenbalges gemäß der im Oberbegriff des
Anspruches 17 angegebenen Art.
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In
der Prozesstechnik sind Stellgeräte mit Faltenbalgen bekannt.
Diese werden insbesondere dann eingesetzt, wenn erhöhte
Anforderungen an die Abdichtung einer Ventilstange oder dergleichen
zu stellen sind. Dieses kann beispielsweise für Prozessmedien
erforderlich sein, die für Mensch und Umwelt gefährlich
werden können oder auch um Wartungsarbeiten wie den Austausch
von Ventilpackungen so selten wie möglich durchführen
zu müssen.
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Ein
gattungsgemäßes Stellgerät mit einem Faltenbalg
ist aus der
DE 197
23 207 C2 bekannt. Dieses Stellgerät umfasst einen
Stellantrieb und ein über eine Ventilstange verbundenes
Stellglied. Das Stellglied wirkt in einem Ventilgehäuse
mit einem Ventilsitz zusammen. Das Stellgerät wird über
einen einen Prozessor aufweisenden Stellungsregler geregelt, der
mit einem Speicher zusammenwirkt. In dem Speicher sind Betriebsgrößen
und Kennlinien des Stellgeräts abgespeichert. Zudem ist eine
Einrichtung zur Messung der Position der Ventilstange vorgesehen.
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Die
Ventilstange ist dabei relativ zum Ventilsitz beweglich. Die Ventilstange
dichtet an einer ersten Dichtstelle an der Ventilstange den Ventilinnenraum
gegenüber einem weiteren Raum ab. Zudem ist eine zweite
relativ zum Ventilsitz ortsfest angeordnete Dichtstelle vorgesehen.
Die beiden Dichtstellen verbindet ein die Dichtstellen dichtend
abschließender Faltenbalg. Ein Kontrollanschluss mit angeschlossenem
Drucksensor dient zur Überprüfung des Faltenbalges.
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Ein
weiteres Stellgerät mit einem Faltenbalg ist beispielsweise
aus der
US 4 348 005 bekannt. Dort
werden zur Erhöhung der Sicherheit weitere Dichtungselemente
zusätzlich zum Faltenbalg eingesetzt, um bei einem Defekt
des Faltenbalges Undichtheiten zu vermeiden.
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Ein
Diagnosesystem für Regel- und Absperrarmaturen zeigt die
DE 43 26 343 A1 .
Dieses Diagnosesystem benutzt einen Prozessor als digitalen Signalprozessor,
der an den Betrieb der Armatur überwachende bzw. Betriebsgrößen
der Armatur messende Sensoren angeschlossen ist. Sollten sich Abweichungen
der gemessenen Werte von vorhandenen Vergleichswerten ergeben, so
wird ein Alarmsignal generiert.
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Ein
Verfahren zur Bestimmung des Durchflusses eines Prozessmediums an
einem Stellgerät mit einem pneumatischen Antrieb gibt die
DE 196 12 370 C1 wieder.
Dabei umfasst das Stellgerät ein Stellglied, eine Einheit
zur Erfassung des Stelldruckes und eine Einrichtung zur Messung
der Position des Drosselorgans. Ein aktueller Durchfluss wird durch
die Erfassung von vorhandenem Stelldruck und die Position des Drosselorgans
unter Verwendung der so gewonnenen Kenndaten in einer Berechnungseinheit
ermittelt. Es kann ferner vorgesehen werden, dass der Stelldruck
und die Position des Drosselorgans in elektrische Signale umgewandelt und
die Kennwerte in einer elektronischen Speichereinheit gespeichert
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stellgerät gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Überprüfung
der korrekten Funktionsfähigkeit eines Faltenbalges gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 16 derart weiterzubilden, dass eine sichere
Aussage über den Zustand des Faltenbalges ohne großen
Aufwand möglich ist. Bei einem Defekt des Faltenbalges
soll insbesondere eine entsprechende Warn- oder Statusmeldung generiert
werden.
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Diese
Aufgabe wird für das Stellgerät durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen
gelöst. Zudem wird die Aufgabe für das Verfahren
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 16 in Verbindung
mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die
Unteransprüche geben weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Gedankens wieder.
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Nach
der Erfindung sind die in dem Speicher abgespeicherten Betriebsgrößen
und Kennlinien zumindest dem Zustand bei einer ordnungsgemäßen Abdichtung zwischen
Ventilinnenraum und abgedichteten weiteren Raum zugeordnet. Hierdurch
kann mit einfachen Mitteln der Normalzustand des Stellgerätes
und somit auch der Normalzustand des Faltenbalgs festgehalten werden.
Abweichungen von diesen gespeicherten Kenndaten, deuten dann auf
eine Beschädigung des Faltenbalges hin.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist ein Sensor vorgesehen,
der unmittelbar oder mittelbar die Kraft in Öffnungsrichtung
oder Schließrichtung ermittelt. Über die Kraft
in Öffnungsrichtung lassen sich Aussagen treffen, die wiederum
auf den Zustand des Faltenbalgs schließen lassen.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Sensor, der die Position der Ventilstange
ermittelt, zusammen mit der ermittelten Kraft in Öffnungs-
oder Schließrichtung zur Zustandsbestimmung des Faltenbalgs
dient, da sich bei einer Undichtigkeit die Kräfteverhältnisse
in Abhängigkeit der Position der Ventilstange ändern.
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Vorzugsweise
ist zur Bestimmung der Betriebsgrößen und Kennlinien
des Stellgerätes ein Drucksensor vorgesehen.
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Dabei
kann der Drucksensor innerhalb des Stellungsreglers und/oder innerhalb
des pneumatischen Antriebs angeordnet sein.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dient der Drucksensor
zur Erfassung des Drucks im pneumatischen Antrieb und/oder zur Erfassung
des Drucks vor oder nach dem Ventilsitz und/oder zur Ermittlung der
Druckdifferenz zwischen dem Ventilinnenraum und dem weiterem Raum.
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Vorzugsweise
dient der Drucksensor zur Erfassung des Drucks im pneumatischen
Antrieb, und/oder zur Erfassung des Drucks vor oder nach dem Ventilsitz
als Maß für die Antriebskraft.
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Im
Speicher sind insbesondere Kennlinien und Betriebsgrößen
abgelegt, die einem Faltenbalg in unbeschädigten, vorbestimmten
Zustand zugeordnet sind. Die Betriebsgrößen und
Kennlinien der Antriebskraft und der zugeordneten Position des Stellglied
sind dabei Prozessbedingungen zugeordnet.
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Vorzugsweise
ist ein Komparator vorgesehen, der die gespeicherten Werte fortlaufend
mit den während des Betriebs ermittelten Werten vergleicht, einer
Auswerteeinheit übermittelt und dafür mit der Auswerteeinheit
verbunden ist. Die Auswerteeinheit kann bei Überschreiten
eines Schwellwertes ein Signal, insbesondere an eine Anzeigeeinheit
oder eine akustische Einheit, aussenden. Die Auswerteeinheit kann
dabei mit einem Leitsystem verbunden sein.
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Der
Stellungsregler weist vorzugsweise eine analoge oder digitale Schnittstelle
zur Kommunikation mit dem Drucksensor auf.
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Nach
einem Verfahrensaspekt der Erfindung werden die Kenndaten aus Betriebsgrößen
und Kennlinien des Stellgeräts zunächst bei Normalbedingungen
abgespeichert, welche zumindest die Antriebskraft und die zugeordnete
Position des Stellglieds charakterisieren. Während des
Betriebs werden dann die Antriebskraft und die zugeordnete Position
des Stellglieds gemessen. Dann erfolgt ein Vergleich zwischen den
gespeicherten und gemessenen Kenndaten und eine Statusmeldung zum
Zustand des Faltenbalgs aufgrund dieses Vergleichs wird ausgegeben.
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Vorzugsweise
werden während der Inbetriebnahme die Kenndaten aufgenommen
und gespeichert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind den gespeicherten
Kenndaten Toleranzwerte zugeordnet, wobei die Kenndaten und die
Toleranzwerte dem Vergleich mit den während des Betriebs
gemessenen Kenndaten zugrunde gelegt werden.
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Die
Kenndaten können durch direkte oder indirekte Messung ermittelt
werden.
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Insbesondere
wird ein Signal des Stellungsreglers zur Ansteuerung des pneumatischen
Antriebs als Maß für die Kenndaten, insbesondere
die Antriebskraft, verwendet. Des Weiteren kann ein Signal eines
Drucksensors als Maß für die Kenndaten, insbesondere
die Antriebskraft, verwendet werden.
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Die
Statusmeldung kann im Speicher fortlaufend protokolliert werden,
wobei insbesondere ein Protokoll nur dann erstellt wird, wenn der
Vergleich außerhalb von gespeicherten Toleranzwerten liegt. Das
Protokoll kann zudem als Statusmeldung an eine Leitstelle weitergeleitet
werden. Das Protokoll wird vorzugsweise als Statusmeldung digitalisiert
und durch HART- oder Profibus oder Foundation-Fieldbus oder einer
Funkverbindung an ein Leitsystem weitergeleitet. Aus dem Protokoll
ist dann insbesondere eine Veränderung des Zustandes des
Faltenbalges ablesbar, also ob der Faltenbalg undicht oder gestaucht
ist.
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Vorzugsweise
erfolgt dabei eine Verwendung eines Stellgerätes gemäß den
Ansprüchen 1 bis 15.
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Erfindungsgemäß besteht
der Stellungsregler im Wesentlichen aus einer intelligenten Mikroprozessorschaltung,
die unterschiedliche Speicher beinhaltet. Bei den Speichern handelt
es sich vorzugsweise um nicht flüchtige Speicher, in denen
zum Einen unterschiedliche Programme gespeichert sind, in denen
aber auch Parameter des Stellgerätes, die bei einer ersten
Inbetriebnahme ermittelt werden, eingelesen werden und dauerhaft
gespeichert werden. Ferner weist der Stellungsregler eine elektropneumatische
Vorsteuerstufe, eine Wegaufnahmeeinheit und einen pneumatischen
Verstärker auf.
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In
einer alternativen Ausführungsform ist der Stellungsregler
mit einem Druckaufnehmer verbunden. Ein derartiger Druckaufnehmer
kann auch innerhalb des Stellantriebes integriert sein.
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Bei
einer ersten Inbetriebnahme des Stellgerätes mit dem neuen
Faltenbalg werden unter Prozessbedingungen bei dem Stellgerät
alle wichtigen Parameter des Stellungsreglers gemessen und in mindestens
einem nicht flüchtigen Speicher des Stellungsreglers gespeichert.
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So
sind die spezifischen Merkmale des Faltenbalges in Verbindung mit
dem Stellgerät als individuelle Parameter vorhanden. Durch
diese Vorgehensweise werden auch gleichzeitig Fertigungstoleranzen
mit berücksichtigt. Gleichzeitig ist es aber auch innerhalb
des Stellungsreglers schaltungstechnisch so gelöst, dass
diese Parameter keine Absolutwerte im Verhältnis zu den
gespeicherten Programmwerten darstellen, da aufgrund von Fertigungstoleranzen
mit Abweichungen einzelner Stellgeräte untereinander zu
rechnen ist.
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So
ist im nachfolgenden Betrieb sichergestellt, dass bei einer Veränderung
der Parameter bzw. auch anderer Daten beim Überschreiten
von Toleranzwerten es permanent zu einem Vergleich mit den gespeicherten
Daten kommt. Abweichungen werden registriert und gespeichert. Ist
eine Abweichung oberhalb von festgelegten Toleranzgrenzen, so wird
beispielsweise ein Protokoll erstellt, das beispielsweise an eine
Leitstation oder dergleichen weitergemeldet werden kann.
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Die Überschreitung
der Toleranzwerte bedeutet, dass der Faltenbalg undicht oder gestaucht ist.
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Um
jedoch eine Beschädigung des Faltenbalges schon sehr frühzeitig
zu erkennen, ist es auch möglich, dass aufgrund der sich
verändernden Parameter des Faltenbalges gegenüber
den bei der Inbetriebnahme aufgenommenen Parametern innerhalb eines
Protokolls dieses an ein Leitsystem weiterzuleiten, so dass frühzeitig
ein derartiges Stellgerät ausgetauscht bzw. repariert werden
kann. Durch eine derartige Maßnahme werden Gefahren für
Mensch und Umwelt vermieden.
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Um
derartige Veränderungen des Faltenbalges und damit einer
Veränderung der Kraftverhältnisse zu ermitteln,
ist an der Ventilstange des Stellgerätes ein Verbindungsorgan
beispielsweise in Form eines Hebels oder dergleichen vorhanden.
Es wird eine Wertepaarbildung aus einem Vergleich der wirklichen Position
der Ventilstange und damit der Stellung des Stellungsreglers zu
den zu den Sollwerten des Antriebssignales, welches von dem Mikroprozessor
geliefert wird. Dieses bedeutet, dass keine Messung des Drucksignales
erfolgen muss, denn es kann direkt über das Steuersignal
des Mikroprozessors in Verbindung mit der Ventilposition ein aussagekräftiger
Rückschluss gezogen werden. Bei Differenzen oder Veränderungen
ist davon auszugehen, dass eine Beschädigung des Faltenbalges
vorliegt. Bei einer Beschädigung des Faltenbalges ist das
geforderte Sicherheitspotential nicht mehr gegeben, so dass in einem
solchen Falle schon sehr früh eine Veränderung
erkennbar ist.
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Der
große Vorteil bei dieser Vorgehensweise liegt darin, dass
die benötigten Signale und Informationen bereits innerhalb
des Stellungsreglers zur Verfügung stehen, und dieses ohne
zusätzliche Sensoren oder Druckaufnehmer. Die gesamten
Informationen werden in dem Mikroprozessor durch Programme gespeichert,
verglichen und anschließend bewertet.
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Es
ist natürlich auch möglich veränderte Druckverhältnisse über
eine geeignete Sensorik, z. B. Drucksensoren oder dergleichen, zu
messen. Dieses würde aber mit erhöhten Kosten
verbunden sein. Allein durch die Bildung der Wertepaare, die durch
direkte oder indirekte Mes sung ermittelt werden können,
ist ein genauer Rückschluss auf den Zustand des Faltenbalges
möglich.
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Der
Stellungsregler liefert somit selbst alle notwendigen Informationen
und vergleicht bei empfangenen Sollwerten diese mit der Position
der Ventilstange und erzeugt daraus ein pneumatisches Ausgangssignal,
welches durch den Stellantrieb zu einer Veränderung der
Position des Drosselorgans führt. Die Position des Drosselorgans
wird für diesen Vergleich mit dem Verbindungsorgan an der
Ventilstange abgegriffen. Steigt der Druck am pneumatischen Ausgang
des Stellungsreglers, so wirkt dieser Druck auf den Stellantrieb
ein und öffnet je nach Größe des Druckes
die Drosselstelle zwischen Drosselorgan und Ventilsitz. Eine Beschädigung
des Faltenbalges wird detektiert, da es sich hierbei um eine Kraftänderung
handelt.
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Im
statischen Fall wirken am Drosselorgan die Druckkräfte
aus dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck des Prozessmediums.
Je größer die wirksame Fläche des Drosselorgans
ist, desto größer ist auch die Kraft. Der Druck
in Öffnungsrichtung wirkt somit auch auf den Faltenbalg
ein. Dabei bestimmt die Balgfläche, die hier durch die Öffnungsrichtung sich
ergebende resultierende Kraft.
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Auf
der anderen Seite der Ventilstange wirkt die Kraft des Stellantriebes
aus einer Federkraft und einer pneumatischen Druckkraft. Weitere
Kräfte in der Kräftebilanz an der Ventilstange
resultieren naturgemäß aus Reibungskräften,
die an den Ventilpackungen oder aus dynamischen Effekten aufgrund der
Störung des Mediums entstehen.
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Eine
Undichtigkeit des Faltenbalges würde beispielsweise dazu
führen, dass die Kraft des Faltenbalges in Öffnungsrichtung
sich verringert und somit die gleiche Position des Drosselorgans
einen geringeren Druck am pneumatischen Ausgang des Stellungsreglers
zuordnet. Wird demgegenüber beispielsweise der Faltenbalg
gequetscht, so dass sich eine Welle beispielsweise verhärtet,
bedeutet dies eine Zunahme der Steifigkeit des Faltenbalges und entsprechend
ist ein, im Vergleich zur Inbetriebnahme, höherer Druck
am pneumatischen Ausgang des Stellungsreglers notwendig, um das
Drosselorgan in gleicher Position zu halten. So ist es auch möglich, dass
die Veränderung der Kenndaten, nämlich größer
oder kleiner, innerhalb eines Protokolls oder einer Statusmeldung
niedergelegt wird und somit auch ausgewertet werden kann.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung aufgeführten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In der
Beschreibung, in den Patentansprüchen, in der Zusammenfassung
und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten
Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen
verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
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1 eine
schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform
eines Stellgerätes mit einem Faltenbalg;
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2 eine
schematische Ansicht wie 1, jedoch mit einem detaillierten
dargestellten Stellungsregler;
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3 eine
schematische Ansicht wie 2, jedoch mit einem zusätzlichen
Druckaufnehmer;
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4 eine
schematische Ansicht wie 3, jedoch mit einem innerhalb
des Stellantriebes ausgeführten Druckaufnehmer, und
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5 eine
schematische Ansicht wie 4, jedoch mit einem zusätzlichen
weiteren Druckaufnehmer, der den Druck des Prozessmediums misst.
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In
der 1 ist ein Stellgerät 1 dargestellt, das
von einem Prozessmedium mit einem Druck P1 beaufschlagt wird und
das einen Ausgangsdruck P2 aufweist. Das Stellgerät 1 umfasst
einen Stellantrieb 2, ein Joch 3 und ein Balgteil 4 sowie
ein Drosselorgan 5 und ein Stellventil 31.
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Der
Stellantrieb 2 ist vorzugsweise als pneumatischer Antrieb
ausgeführt und weist innerhalb eines nicht näher
bezeichneten Gehäuses einen Antriebsteller 12 auf,
der seitlich mit einer Membran 13 verbunden ist und an
dem vorzugsweise mittig eine Ventilstange 7 über
eine Verbindung 15 angebracht ist.
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Der
Antriebsteller 12 wird durch Federn 14 in Schließrichtung
des Drosselorgans 5 – Stellglied – auf
einen Ventilsitz 6 im Stellventil 31 belastet.
Hierdurch ist sicher gestellt, dass in einem Störungsfall durch
den Druck der Federn 14 das Drosselorgan 5 den
Ventilsitz 6 sicher verschließt. An den Stellantrieb 2 schließt
sich das Joch 3 an, im dem sich in Fortführung
der Balgteil 4 anschließt. Sowohl das Joch 3 als
auch der Balgteil 4 werden von der Ventilstange 7 durchdrungen.
Zwischen dem Joch 3 und dem Balgteil 4 ist eine
Zwischenwand 4a vorhanden, in der eine Ventilpackung 9 die
verschiebbare Ventilstange 7 abdichtet. Durch diese Abdichtungsmaßnahme
wird sichergestellt, dass das Prozessmedium auch bei defektem Faltenbalg
nicht aus dem Stellgerät 1 austreten kann.
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Innerhalb
des Balgteiles 4 ist ein Faltenbalg 10 so positioniert,
dass dieser zum Einen mit der Zwischenwand 4a dichtend
verbunden ist und andererends über eine Balgfläche 11,
die zum Drosselorgan 5 weist, dichtend mit der Ventilstange 7 verbunden ist.
Innerhalb des Balgteiles 4 ist mindestens ein Durchbruch 19 zum
Stellventil 31 vorhanden, so dass das Prozessmedium mit
einem Druck P2 an die Balgfläche 11 und damit
auch um den Faltenbalg 10 herum innerhalb des Balgteiles 4 sich
ausbreiten kann. Der Faltenbalg 10 teilt somit einen Raum 32,
der dem Drosselorgan nachgeordnet ist, von einem Raum 33, der
von einem Teilbereich der Zwischenwand 4a, der Ventilpackung 9,
einem Teilbereich der Ventilstange 7 und dem Faltenbalg 10 begrenzt
wird. Hierdurch ist neben der Ventilpackung 9 eine weitere
Dichtung in Form des Faltenbalgs 10 vorgesehen.
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Der
Drosselkörper 5 führt bei einer Druckänderung
eine Bewegung aus und öffnet bzw. schließt durch
diese Bewegung den Ventilsitz 6 vollständig oder
mehr oder weniger. Diese Bewegung des Drosselorgans 5 wird
durch die Ventilstange 7 bewirkt, die von dem Stellantrieb 2 verschoben
werden kann und damit die Drosselstelle zwischen dem Drosselorgan 5 und
dem Ventilsitz 6 regelt.
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Mit
dem Stellgerät 1 wirkt weiterhin ein Stellungsregler 8 zusammen,
der vorzugsweise an dem Joch 3 angebracht ist. Der Stellungsregler 8 dient
zur Regelung der Position des Drosselkörpers 5 und
erhält dafür entsprechende elektrische Eingangssignale 18,
die als Vorgabewert bezeichnet werden. Ein derartiges elektrisches
Eingangssignal 18 ist in der Prozessindustrie typischerweise
ein Stromsignal oder aber auch ein digitales Eingangssignal gemäß einem
Standard wie Profibus oder Foundation Fieldbus.
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Die
Funktion des Stellungsreglers 8 besteht darin, den empfangenen
Sollwert 18 mit der Position des Drosselorgans 5 zu
vergleichen. Aus diesem Vergleich heraus wird ein Ausgangssignal über
den pneumatischen Ausgang 17 an den Stellantrieb 2 weitergeleitet.
Steigt der Druck am pneumatischen Ausgang 17, so wirkt
dieser Druck gegen die Federn 14 und öffnet je
nach Größe des Druckes die Drosselstelle zwischen
dem Drosselorgan 5 und dem Ventilsitz 6. Es versteht
sich, dass bei einer Änderung des Einbaues der Federn 14,
nämlich auf der anderen Seite des Antriebstellers 12 der
pneumatische Ausgang 17 entsprechend mit der Oberseite
des Stellantriebs 2 zu verbinden ist.
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An
der Ventilstange 7 ist im Bereich des Joches 3 ein
Verbindungsorgan 16 so mit der Ventilstange 7 verbunden,
dass die Bewegung der Ventilstange 7 durch das Verbindungsorgan 16 detektiert und
dem Stellungsregler 8 als Messgröße zugeführt werden
kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung
der Funktionsfähigkeit des Faltenbalges 10 beruht
dabei auf der Idee entsprechende Kraftänderungen so zu
detektieren, dass diese bei einem defekten Faltenbalg 10 gemeldet
werden. Dabei ist im statischen Fall der Druck auf dem Drosselorgan 5 aus
dem Eingangsdruck P1 und der Ausgangsdruck P2 anzusehen. Je größer
die wirksame Fläche des Drosselorgans 5 ist, je
größer ist auch die Kraft. Dieser Druck P2 wirkt
aufgrund der vorhandenen Durchbrüche 19 auch auf
die Balgfläche 11 und bestimmt hierdurch in Öffnungsrichtung
eine resultierende Kraft. Auf der anderen Seite der Ventilstange 7 wirkt die
Kraft des Stellantriebes 2 aus der Federkraft der Federn 14 und
der pneumatischer Kraft 17.
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So
können während einer Inbetriebnahme die Parameter
und Kenndaten des Stellgerätes 1 bei Prozessbedingungen
sicher aufgenommen werden. Diese Parameter und Kenndaten charakterisieren zum
einen die zugeordnete Position des Stellgliedes 5 als auch
die Antriebskraft. Aus diesem Grunde ist es wichtig, dass die Inbetriebnahme
dann durchgeführt wird, wenn der Faltenbalg 10 noch
neuwertig ist, dass heißt noch keine Schädigungen
vorliegen. Diese gewonnenen Kenndaten und Parameter werden gespeichert.
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Eine Überwachung
während des Betriebes des Stellgerätes 1 geschieht
dadurch, dass unter Prozessbedingungen die Antriebskraft und die
zugeordnete aktuelle Stellung des Stellgliedes 7 gemessen
werden. Ein Vergleich zwischen diesen aktuellen Messwerten und den
gespeicherten Parametern und Kenndaten erfolgt und daraus kann eine
Statusmeldung oder ein Protokoll zum Zustand des Faltenbalges 10 als
Ergebnis des Vergleiches generiert werden. Eine derartige Statusmeldung
hängt von dem Vergleich der Messdaten und den gespeicherten Kenndaten
und Parametern und ebenso gespeicherten Toleranzwerten für
die Abweichung zu den Sollwerten ab.
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Änderungen
der aufgenommenen Kenndaten sind ein Maß für eine
vorliegende Schädigung des Faltenbalges 10. Eine
Undichtigkeit des Faltenbalges 10 würde beispielsweise
dazu führen, dass die Kraft des Faltenbalges 10 in Öffnungsrichtung verringert
ist und somit die gleiche Position des Drosselorgans 5 einen
geringeren Druck am pneumatischen Ausgang 17 zuzuordnen
ist. Wird demgegenüber der Faltenbalg 10 gequetscht,
so dass sich beispielsweise eine Welle im Faltenbalg 10 verhärtet, bedeutet
dies eine Zunahme der Steifigkeit des Faltenbalges 10 und
entsprechend ist ein im Vergleich zu Inbetriebnahme höherer
Druck im pneumatischen Ausgang 17 notwendig, um das Drosselorgan 5 in
die gewünschte Position zu bringen bzw. zu halten.
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In
der 2 wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung das Messergebnis des Verbindungsorgans 16 mittels
einer Wegaufnehmereinheit 21 gemessen. Dieses Ergebnis
wird einem Mikroprozessor 20 zugeführt, dem auch gleichzeitig
der Sollwert 18 als Eingangsgröße zur Verfügung
steht. Der Mikroprozessor, der vorzugsweise als Signalprozessor
ausgebildet ist, erzeugt aus dem Sollwert 18 und der Stellung
des Verbindungsorgans 16 die Position x des Drosselorgans 5 ein
Steuersignal 22 y zur Ansteuerung einer elektropneumatischen
Vorsteuerstufe 23. Dieses pneumatische Ausgangssignal der
elektropneumatischen Vorsteuerstufe 23 wird von dem nachgeschalteten
pneumatischen Verstärker 24 verstärkt
und wirkt über den pneumatischen Ausgang auf den Stellantrieb 2 ein. Es
versteht sich, dass dadurch das Steuersignal 22 y ein direktes
Maß für die Antriebskraft ist und es wird somit
mit der Position der Wegaufnehmereinheit 21 x des Drosselorgans 5 nach
dem eingangs genannten Inbetriebnahmeverfahren gespeichert. Vorteilhaft
an dieser Ausgestaltung ist die Tatsache, dass die benötigten
Signale bereits innerhalb des Stellungsreglers 8 alle vorhanden
sind und nur gespeichert, verglichen und bewertet werden müssen.
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In
der 3 wird im Unterschied zu der 2 der
Ausgangsdruck des Stellungsreglers 8 am pneumatischen Ausgang 17 zusätzlich
mit einem Druckaufnehmer 26 gemessen. Dieses Signal des Druckaufnehmers 26 wird
dem Mikroprozessor 20 zugeführt. Hierdurch können
insbesondere Regelabweichungen über den Mikroprozessor 20 noch
ausgeglichen werden, was bedeutet, dass die Fehlerhaftigkeit gesenkt
wird.
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In
dem Ausführungsbeispiel der 4 ist gegenüber
dem Ausführungsbeispiel 3 ein zusätzlicher Druckaufnehmer 27 vorhanden,
der innerhalb des Stellantriebes 2 platziert ist. Über
eine entsprechende Signalleitung 28 führt dieses
Signal zurück auf den Stellungsregler 8 und dieser
verarbeitet innerhalb des Mikroprozessors 20 diese entsprechenden Daten.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird in
der 5 gegenüber der 4 zusätzlich
noch ein Druckaufnehmer 29 am Stellgerät 1 so
angeordnet dass der Stellungsregler 8 mittels einer Signalleitung 30 ein
Drucksignal des Mediumdrucks P2, d. h. des Mediumdruckes auf der
Ausgangsseite des Stellgerätes 1, misst. Auch
dieses Signal wird im Stellungsregler 8 zusammen mit den
anderen Kenndaten und Parametern der Antriebskraft und der Position
des Stellglieds 5 gespeichert und ermöglicht so
eine genaue Entscheidung, ob der Faltenbalg 10 geschädigt
ist oder nicht.
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Eine
genaue Zuordnung ist dadurch möglich, dass sich bei veränderten
Betriebsdrücken natürlich auch die auf den Faltenbalg 10 einwirkenden
Kräfte ändern. Ohne Berücksichtigung
des Mediendruckes ist es somit nicht unbedingt eindeutig möglich,
in einem frühen Zeitpunkt eine Veränderung des
Faltenbalges 10 festzustellen.
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Es
sei angemerkt, dass in einer weiteren, nicht dargestellten Alternative
der Erfindung der Mediumdruck P1 oder P2 dem Stellungsregler 8 über
ein digitales Protokoll oder einen zusätzlichen Eingang am
Prozessleitsystem übermittelt werden kann. Das Stellgerät 1 benötigt
in diesem Falle keine zusätzlichen Druckaufnehmer zur Durchführung
einer genauen Überwachung, sondern nutzt die in jedem Fall vorhandenen
Druckinformationen des Prozessleitsystems, um die Kenndaten der
Antriebskraft, Position und des Mediumdruckes zu speichern und eine Änderung
der Antriebskräfte bei gleicher Position in eine Statusmeldung
zum Zustand des Faltenbalges 10 zu wandeln.
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- 1
- Stellgerät
- 2
- Stellantrieb
- 3
- Joch
- 4
- Balgteil
- 4a
- Zwischenwand
- 5
- Drosselorgan
- 6
- Ventilsitz
- 7
- Ventilstange
- 8
- Stellungsregler
- 9
- Ventilpackung
- 10
- Faltenbalg
- 11
- Balgfläche
- 12
- Antriebsteller
- 13
- Membran
- 14
- Federn
- 15
- Verbindung
- 16
- Verbindungsorgan
- 17
- pneumatischer
Ausgang
- 18
- Eingangssignal
(Sollwert)
- 19
- Durchbrüche
- 20
- Mikroprozessor
- 21
- Wegaufnehmereinheit
- 22
- Steuersignal
y
- 23
- elektropneumatische
Vorsteuerstufe
- 24
- pneumatischer
Verstärker
- 25
- Entlüftung
- 26
- Druckaufnehmer
- 27
- Druckaufnehmer
- 28
- Signalleitung
- 29
- Druckaufnehmer
- 30
- Signalleitung
- 31
- Stellventil
- 32
- Raum
mit Prozessmedium
- 33
- Raum
zwischen dem Faltenbalg, Ventilpackung, einem Teil der Ventilstange
und einem Teil der Zwischenwand
- P1
- Eingangsdruck
- P2
- Ausgangsdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19723207
C2 [0003]
- - US 4348005 [0005]
- - DE 4326343 A1 [0006]
- - DE 19612370 C1 [0007]