DE102019219294B4 - throttle valve arrangement - Google Patents
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Abstract
Drosselventilanordnung (1) zur Beeinflussung eines Fluidstroms, mit einem Drosselventil (2), das ein Ventilgehäuse (20) aufweist, das von einem Fluidkanal (8) durchsetzt ist, der sich zwischen einem Eingangsanschluss (6) und einem Ausgangsanschluss (7) erstreckt, wobei im Fluidkanal (8) ein Drosselabschnitt (60) ausgebildet ist, in den ein positionsveränderliches Drosselglied (46) hineinragt, das mit dem Drosselabschnitt (60) einen zwischen einer ersten Querschnittsfläche und einer zweiten Querschnittsfläche veränderlichen Drosselquerschnitt (62) begrenzt, und das eine Antriebseinrichtung (29, 35) aufweist, die mit dem Drosselglied (46) gekoppelt ist und die für eine Bereitstellung einer Relativbewegung des Drosselglieds (46) gegenüber dem Drosselabschnitt (60) längs einer Bewegungsachse (42) in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal ausgebildet ist, und das eine Steuereinrichtung (25) aufweist, die elektrisch mit der Antriebseinrichtung (29, 35) gekoppelt ist und die zur Bereitstellung des elektrischen Steuersignals an die Antriebseinrichtung (29, 35) in, insbesondere ausschließlicher, Abhängigkeit von einem Drosselsignal einer übergeordneten Steuerung oder eines Eingabemittels (13) ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung (25) einen Kommunikationsanschluss (15) aufweist, der zum Empfang eines Drosselsignals von einer übergeordneten Steuerung und/oder von einem Eingabemittel (13) ausgebildet ist, wobei dem Eingangsanschluss (6) oder dem Ausgangsanschluss (7) des Drosselventils (2) ein Durchflusssensor (3) zugeordnet ist, der zur Ermittlung eines Fluidstroms durch den Fluidkanal (8) ausgebildet ist und der in einem Sensorgehäuse (19) aufgenommen ist, wobei der Durchflusssensor (3) elektrisch mit der Steuereinrichtung (25) verbunden ist und für eine Bereitstellung eines Durchflusssignals an die Steuereinrichtung (25) ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung (25) einen Regler aus der Gruppe: Zweipunktregler, Soll-Istwert-Regler, umfasst, der für eine Bereitstellung des elektrischen Steuersignals an die Antriebseinrichtung (29, 35) in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem Durchflusssignal und dem Drosselsignal ausgebildet ist und wobei der Durchflussensor (3) als thermisches Anemometer ausgebildet ist und/oder wobei der Durchflussensor (3) eine Anzeigeeinrichtung (14) für eine Anzeige eines ermittelten Durchflusssignals umfasst und/oder dass der Durchflussensor (3) eine Eingabeeinrichtung (13) für eine Eingabe eines Drosselwerts umfasst, der als Drosselsignal an die Steuereinrichtung (25) bereitgestellt wird.Throttle valve arrangement (1) for influencing a fluid flow, with a throttle valve (2) which has a valve housing (20) through which a fluid channel (8) extends, which extends between an inlet connection (6) and an outlet connection (7), wherein a throttle section (60) is formed in the fluid channel (8), into which a variable-position throttle member (46) protrudes, which with the throttle section (60) delimits a throttle cross-section (62) variable between a first cross-sectional area and a second cross-sectional area, and the one Has a drive device (29, 35) which is coupled to the throttle member (46) and which is designed to provide a relative movement of the throttle member (46) with respect to the throttle section (60) along a movement axis (42) as a function of an electrical control signal, and which has a control device (25) which is electrically coupled to the drive device (29, 35) and which is used for calculating The electrical control signal is sent to the drive device (29, 35) as a function, in particular exclusively, of a throttle signal from a higher-level controller or an input device (13), the control device (25) having a communication connection (15) which is used to receive a throttle signal from a higher-level controller and/or from an input device (13), with the inlet connection (6) or the outlet connection (7) of the throttle valve (2) being assigned a flow sensor (3) which is used to determine a fluid flow through the fluid channel (8) and which is accommodated in a sensor housing (19), the flow sensor (3) being electrically connected to the control device (25) and being designed to provide a flow signal to the control device (25), the control device ( 25) includes a controller from the group: two-point controller, setpoint/actual value controller, which is for a provision of the electrical control signal to the drive device (29, 35) as a function of a deviation between the flow rate signal and the throttle signal and wherein the flow rate sensor (3) is embodied as a thermal anemometer and/or wherein the flow rate sensor (3) has a display device (14 ) for displaying a determined flow signal and/or that the flow sensor (3) has an input device (13) for inputting a throttle value, which is provided as a throttle signal to the control device (25).
Description
Die Erfindung betrifft eine Drosselventilanordnung zur Beeinflussung eines Fluidstroms.The invention relates to a throttle valve arrangement for influencing a fluid flow.
Aus dem Stand der Technik ist eine Drosselventilanordnung bekannt, bei der ein manuell einstellbares Drosselventil mit einem Durchflussensor kombiniert ist, so dass eine Einstellung eines Fluidstroms von einem Benutzer durch manuelles Betätigen des Drosselventiles in Abhängigkeit von einem Durchflusswert, der mit Hilfe des Durchflusssensors ermittelt werden kann, erfolgen kann.A throttle valve arrangement is known from the prior art, in which a manually adjustable throttle valve is combined with a flow sensor, so that a fluid flow can be adjusted by a user by manually actuating the throttle valve depending on a flow value that can be determined using the flow sensor , can be done.
Aus der
Die
Die
Die
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Drosselventilanordnung mit einem erweiterten Funktionsumfang bereitzustellen.The object of the invention is to provide a throttle valve arrangement with an expanded range of functions.
Diese Aufgabe wird für eine Drosselventilanordnung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved for a throttle valve arrangement of the type mentioned with the features of
Die Drosselventilanordnung weist ein Drosselventil mit einem Ventilgehäuse auf, das von einem Fluidkanal durchsetzt ist, der sich zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss erstreckt, wobei im Fluidkanal ein Drosselabschnitt ausgebildet ist, in den ein positionsveränderliches Drosselglied hineinragt, das mit dem Drosselabschnitt einen zwischen einer ersten Querschnittsfläche und einer zweiten Querschnittsfläche veränderlichen, insbesondere stets von Null unterschiedlichen, Drosselquerschnitt begrenzt, wobei das Drosselglied mit einer Antriebseinrichtung gekoppelt ist, die für eine Bereitstellung einer Relativbewegung des Drosselglieds gegenüber dem Drosselabschnitt längs einer Bewegungsachse in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal ausgebildet ist, und wobei eine Steuereinrichtung, die elektrisch mit der Antriebseinrichtung gekoppelt ist und die zur Bereitstellung des elektrischen Steuersignals an die Antriebseinrichtung in, insbesondere ausschließlicher, Abhängigkeit von einem Drosselsignal einer übergeordneten Steuerung oder eines Eingabemittels ausgebildet ist, vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung einen Kommunikationsanschluss aufweist, der zum Empfang eines Drosselsignals von einer übergeordneten Steuerung und/oder von einem Eingabemittel ausgebildet ist.The throttle valve arrangement has a throttle valve with a valve housing through which a fluid channel extends between an inlet connection and an outlet end, with a throttle section being formed in the fluid channel, into which a position-variable throttle member protrudes, which with the throttle section delimits a throttle cross-section that is variable between a first cross-sectional area and a second cross-sectional area, in particular always different from zero, with the throttle member being coupled to a drive device , which is designed to provide a relative movement of the throttle member with respect to the throttle section along a movement axis as a function of an electrical control signal, and wherein a control device which is electrically coupled to the drive device and which is used to provide the electrical control signal to the drive device in, in particular exclusively , Depending on a throttle signal of a higher-level controller or an input means is formed, is provided, wherein the control device has a communication port which is designed to receive a throttle signal from a higher-level controller and/or from an input means.
Dabei ist der Fluidkanal für den Transport eines druckbeaufschlagten Fluids, insbesondere Druckluft, vorgesehen und erstreckt sich zwischen einem Eingangsanschluss, der zur Ankopplung eines Fluidschlauchs ausgebildet sein kann, und einem Ausgangsanschluss, der ebenfalls zum Anschluss eines Fluidschlauchs ausgebildet sein kann, durch das Ventilgehäuse hindurch. Beispielhaft ist das Ventilgehäuse quaderförmig ausgebildet und der Eingangsanschluss ist an einer ersten Außenoberfläche des Ventilgehäuses angeordnet, die einer zweiten Außenoberfläche des Ventilgehäuses, an der der Ausgangsanschluss angeordnet ist, abgewandt ist. Beispielhaft weist der Fluidkanal abgesehen vom Drosselabschnitt einen konstanten Querschnitt auf. Für die Bereitstellung einer Drosselfunktion ist im Fluidkanal ein Drosselabschnitt ausgebildet, der mit einer Drosselbohrung versehen ist, die vorzugsweise einen kleineren Querschnitt als der übrige Fluidkanal aufweist und in die ein positionsveränderliches Drosselglied hineinragt. Das Drosselglied ist derart beschaffen, das es mit der Drosselbohrung im Drosselabschnitt eine in Abhängigkeit von einer Positionierung des Drosselglieds einstellbare, insbesondere kreisringförmige Querschnittsfläche begrenzt, die auch als Drosselquerschnitt bezeichnet wird. Beispielhaft ist vorgesehen, dass das Drosselglied mit dem Drosselabschnitt in einer ersten Position eine erste, von Null verschiedene Querschnittsfläche begrenzt, durch die ein druckbeaufschlagtes Fluid mit einem exakt vorhersagbaren ersten Volumenstrom hindurchströmen kann. Ferner kann nach einer Positionsveränderung des Drosselglieds zwischen dem Drosselglied und dem Drosselabschnitt eine zweite Querschnittsfläche bereitgestellt werden, die insbesondere von Null unterschiedlich ist und die beispielsweise größer als die erste Querschnittsfläche ist, so dass bei konstantem Fluiddruck das druckbeaufschlagte Fluid mit einem größeren, insbesondere exakt vorhersagbaren, zweiten Volumenstrom durch den Drosselquerschnitt strömen kann.The fluid channel is provided for transporting a pressurized fluid, in particular compressed air, and extends through the valve housing between an inlet connection, which can be designed for coupling a fluid hose, and an outlet connection, which can also be designed for connecting a fluid hose. For example, the valve housing is cuboid and the inlet connection is arranged on a first outer surface of the valve housing, which faces away from a second outer surface of the valve housing, on which the outlet connection is arranged. For example, apart from the throttle section, the fluid channel has a constant cross section. In order to provide a throttle function, a throttle section is formed in the fluid channel, which is provided with a throttle bore, which preferably has a smaller cross section than the rest of the fluid channel and into which a variable-position throttle member protrudes. The throttling element is designed in such a way that it delimits a cross-sectional area in the throttling section with the throttling bore, which can be adjusted depending on a positioning of the throttling element and is in particular circular in shape, which is also referred to as the throttling cross-section. By way of example, it is provided that the throttle member with the throttle section in a first position delimits a first non-zero cross-sectional area through which a pressurized fluid can flow with an exactly predictable first volume flow. Furthermore, after a change in the position of the throttle member, a second cross-sectional area can be provided between the throttle member and the throttle section, which is in particular different from zero and which is, for example, larger than the first cross-sectional area, so that at constant fluid pressure the pressurized fluid has a larger, in particular precisely predictable , Second volume flow can flow through the throttle cross section.
Um eine Positionsveränderung für das Drosselglied vornehmen zu können, ist eine Antriebseinrichtung vorgesehen, die mit dem Drosselglied gekoppelt ist und die für eine Bereitstellung einer Relativbewegung des Drosselglieds gegenüber dem Drosselabschnitt längs einer Bewegungsachse ausgebildet ist. Die Positionsveränderung des Drosselglieds findet dabei durch eine elektrische Ansteuerung der Antriebseinrichtung mittels eines elektrischen Steuersignals statt, so dass hierfür kein manuelles Eingreifen eines Benutzers erforderlich ist. Dabei ist vorgesehen, dass das elektrische Steuersignal von einer Ansteuereinrichtung bereitgestellt wird, die elektrisch mit der Antriebseinrichtung gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor sowie eine elektrische Endstufe zur Bereitstellung von elektrischen Strömen für die Antriebseinrichtung umfassen und ist zur Verarbeitung eines Drosselsignals in ein elektrisches Steuersignal ausgebildet. Das Drosselsignal wird von einer übergeordneten Steuerung oder von einem Eingabemittel zur Verfügung gestellt. Hierzu ist der Steuereinrichtung ein Kommunikationsanschluss zugeordnet, der zum Empfang eines Drosselsignals ausgebildet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung das elektrische Steuersignal für die Antriebseinrichtung in ausschließlicher Abhängigkeit von dem Drosselsignal ermittelt und zur Verfügung stellt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung keine Signale von Sensoren, die der Antriebseinrichtung oder dem Fluidkanal zugeordnet sind, benötigt, um das Steuersignal zu ermitteln und an die Antriebseinrichtung bereitzustellen. Hierdurch ist eine einfache Aufbauweise für die Drosselventilanordnung gewährleistet.In order to be able to change the position of the throttle member, a drive device is provided which is coupled to the throttle member and which is designed to provide a relative movement of the throttle member with respect to the throttle section along a movement axis. The change in position of the throttle element takes place here by means of an electrical activation of the drive device by means of an electrical control signal, so that no manual intervention by a user is required for this. It is provided that the electrical control signal is provided by a control device that is electrically coupled to the drive device. The control device can include, for example, a microcontroller or microprocessor and an electrical output stage for providing electrical currents for the drive device and is designed to process a throttle signal into an electrical control signal. The throttle signal is made available by a higher-level controller or by an input device. For this purpose, the control device is assigned a communication connection, which is designed to receive a throttle signal. Provision is preferably made for the control device to determine and make available the electrical control signal for the drive device exclusively as a function of the throttle signal. It is particularly preferably provided that the control device does not require any signals from sensors that are assigned to the drive device or the fluid channel in order to determine the control signal and provide it to the drive device. This ensures a simple construction for the throttle valve arrangement.
Zweckmäßig ist es, wenn die Antriebseinrichtung für eine Bereitstellung einer linearen Relativbewegung des Drosselglieds gegenüber dem Drosselabschnitt ausgebildet ist und/oder wenn am Kommunikationsanschluss ein Eingabemittel für eine Eingabe eines Drosselsignals angeschlossen ist. Dabei ist vorgesehen, dass die lineare Relativbewegung des Drosselglieds längs der Bewegungsachse erfolgt, womit eine präzise Einstellung der Querschnittsfläche zwischen Drosselglied und Drosselabschnitt bewirkt werden kann. Ergänzend oder alternativ ist vorgesehen, dass eine Eingabe eines Drosselsignals durch einen Benutzer mit Hilfe eines Eingabemittels vorgenommen werden kann, das elektrisch mit dem Kommunikationsanschluss verbunden ist. Bei dem Eingabemittel kann es sich beispielsweise um eine oder mehrere Tasten handeln, die vom Benutzer betätigt werden können, um eine Einstellung des Drosselsignals vorzunehmen.It is expedient if the drive device is designed to provide a linear movement of the throttle element relative to the throttle section and/or if an input means for inputting a throttle signal is connected to the communication connection. It is provided that the linear relative movement of the throttle member takes place along the axis of movement, whereby a precise adjustment of the cross-sectional area between the throttle member and the throttle section can be effected. In addition or as an alternative, it is provided that a throttle signal can be input by a user with the aid of an input means that is electrically connected to the communication port. The input means it can be example may be one or more buttons that can be actuated by the user to make an adjustment to the throttle signal.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung einen elektrisch mit der Steuereinrichtung gekoppelten Elektromotor sowie eine mit dem Elektromotor gekoppelte, insbesondere als mehrstufiges Rädergetriebe ausgebildete, Getriebeeinrichtung umfasst, die für eine Bewegungsuntersetzung einer Rotationsbewegung einer Antriebswelle des Elektromotors in die Relativbewegung des Drosselglieds gegenüber dem Ventilgehäuse ausgebildet ist. Durch die Ausgestaltung der Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor, der als Bürstenmotor oder als bürstenloser Motor für einen Synchronbetrieb bzw. Asynchronbetrieb ausgebildet sein kann, und mit einer Getriebeeinrichtung kann eine kostengünstige und hinsichtlich der Positionierung des Drosselglieds exakte Bewegungseinleitung auf das Drosselglied verwirklicht werden. Der Elektromotor kann wahlweise für eine kontinuierliche Rotationsbewegung einer Antriebswelle zur Bereitstellung der Relativbewegung des Drosselglieds oder in der Art eines Schrittmotors für eine schrittweise Rotationsbewegung der Antriebswelle ausgebildet sein. Die Aufgabe der Getriebeeinrichtung besteht darin, die Rotationsbewegung der Antriebswelle zu untersetzen, so dass eine Vielzahl von Umdrehungen der Antriebswelle des Elektromotors in eine geringe Anzahl von Umdrehungen eines Ausgangsgetriebeelements, insbesondere eines Ausgangszahnrads oder einer Ausgangswelle, der Getriebeeinrichtung untersetzt wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Getriebeeinrichtung für eine Umsetzung der Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine Linearbewegung ausgebildet ist.In a development of the invention, it is provided that the drive device comprises an electric motor electrically coupled to the control device and a gear device coupled to the electric motor, in particular designed as a multi-stage wheel gear, which is used to reduce a rotational movement of a drive shaft of the electric motor into the relative movement of the throttle member the valve housing is formed. By configuring the drive device with an electric motor, which can be designed as a brush motor or as a brushless motor for synchronous or asynchronous operation, and with a gear device, a cost-effective introduction of movement to the throttle element that is precise with regard to the positioning of the throttle element can be implemented. The electric motor can optionally be designed for a continuous rotational movement of a drive shaft to provide the relative movement of the throttle member or in the manner of a stepping motor for a step-by-step rotational movement of the drive shaft. The task of the transmission device is to reduce the rotational movement of the drive shaft so that a large number of revolutions of the drive shaft of the electric motor is reduced to a small number of revolutions of an output gear element, in particular an output gear wheel or an output shaft, of the transmission device. Furthermore, it can be provided that the transmission device is designed to convert the rotational movement of the drive shaft into a linear movement.
Besonders bevorzugt ist hierzu vorgesehen, dass die Getriebeeinrichtung einen Gewindetrieb mit einer Spindelmutter und einer Gewindespindel umfasst, wobei die Gewindespindel mit dem Drosselglied gekoppelt ist und drehfest sowie linearbeweglich am Ventilgehäuse aufgenommen ist. Hierbei bildet die Spindelmutter das Ausgangszahnrad der Getriebeeinrichtung, das beispielsweise an einem Außenumfang mit Zähnen versehen ist, die zur Kopplung mit einem Rädergetriebe der Getriebeeinrichtung ausgebildet sind und das von einer Gewindebohrung durchsetzt ist, in der eine Gewindespindel aufgenommen ist. Die Gewindespindel ist ihrerseits linearbeweglich und drehfest am Ventilgehäuse gelagert, so dass bei einer Rotationsbewegung der Spindelmutter eine lineare Bewegung der Gewindespindel auftritt.It is particularly preferred for this purpose that the transmission device comprises a threaded drive with a spindle nut and a threaded spindle, the threaded spindle being coupled to the throttle element and being accommodated on the valve housing in a rotationally fixed and linearly movable manner. Here, the spindle nut forms the output gear wheel of the transmission device, which is provided with teeth on an outer circumference, for example, which are designed for coupling to a gear train of the transmission device and which has a threaded bore penetrating it, in which a threaded spindle is accommodated. The threaded spindle is in turn mounted on the valve housing in a linearly movable and non-rotatable manner, so that a linear movement of the threaded spindle occurs when the spindle nut rotates.
Vorteilhaft ist es, wenn die Getriebeeinrichtung selbsthemmend ausgebildet ist. Bei einer selbsthemmenden Auslegung der Getriebeeinrichtung ist sichergestellt, dass lediglich eine Bewegung der Antriebswelle des Elektromotors zu einer Bewegung des Drosselglieds gegenüber dem Ventilgehäuse führen kann: Hingegen wird verhindert, dass eine Krafteinwirkung auf das Drosselglied zu einer Drehbewegung der Antriebswelle des Elektromotors und damit zu einer unerwünschten Verstellung des Drosselglieds führt. Dementsprechend ist sichergestellt, dass bei Abschaltung oder anderweitigen Ausbleiben der elektrischen Versorgung des Elektromotors, insbesondere bei einem Stromausfall, keine unerwünschte Positionsveränderung des Drosselglieds und damit keine unerwünschte Einflussnahme auf die Drosselwirkung der Drosselventilanordnung stattfindet.It is advantageous if the gear mechanism is designed to be self-locking. With a self-locking design of the transmission device, it is ensured that only a movement of the drive shaft of the electric motor can lead to a movement of the throttle member relative to the valve housing: On the other hand, a force acting on the throttle member is prevented from causing a rotary movement of the drive shaft of the electric motor and thus to an undesirable Adjustment of the throttle member leads. Accordingly, it is ensured that when the electric motor is switched off or otherwise absent, in particular in the event of a power failure, there is no undesired change in the position of the throttle member and thus no undesired influence on the throttle effect of the throttle valve arrangement.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Eingangsanschluss oder dem Ausgangsanschluss ein Durchflusssensor zugeordnet ist, der zur Ermittlung eines Fluidstroms durch den Fluidkanal ausgebildet ist, wobei der Durchflusssensor elektrisch mit der Steuereinrichtung verbunden ist und für eine Bereitstellung eines Durchflusssignals an die Steuereinrichtung ausgebildet ist. Der Durchflussensor kann beispielsweise an den Eingangsanschluss oder an den Ausgangsanschluss des Ventilgehäuses montiert werden und kommuniziert über den Kommunikationsanschluss mit der Steuereinrichtung. Hierbei kann der Durchflussensor beispielsweise ein analoges Spannungssignal oder ein analoges Stromsignal oder ein Signal gemäß dem IO-Linkprotokoll an die Steuereinrichtung bereitstellen. Die Steuereinrichtung kann ihrerseits dazu ausgebildet sein, dass Durchflusssignal zu verarbeiten und beispielsweise im Rahmen dieser Verarbeitung einen Abgleich zwischen dem Durchflusssignal und dem Drosselsignal, das von einer übergeordneten Steuerung oder von einem Eingabemittel bereitgestellt wurde, vorzunehmen, um daraus eventuell ein Ansteuerung der Antriebsvorrichtung abzuleiten.According to the invention, a flow sensor is assigned to the input connection or the output connection, which flow sensor is designed to determine a fluid flow through the fluid channel, the flow sensor being electrically connected to the control device and being designed to provide a flow signal to the control device. The flow sensor can be mounted, for example, on the inlet connection or on the outlet connection of the valve housing and communicates with the control device via the communication connection. In this case, the flow sensor can, for example, provide an analog voltage signal or an analog current signal or a signal according to the IO-Link protocol to the control device. For its part, the control device can be designed to process the flow signal and, for example, within the scope of this processing, to carry out a comparison between the flow signal and the throttle signal, which was provided by a higher-level controller or by an input means, in order to possibly derive an activation of the drive device from this.
Erfindungsgemäß umfasst die Steuereinrichtung einen Regler aus der Gruppe: Zweipunktregler, Soll-Istwert-Regler, der für eine Bereitstellung des elektrischen Steuersignals an die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem Durchflusssignal und dem Drosselsignal ausgebildet ist. Ein Zweipunktregler stellt fest, ob ein Istwert, beispielsweise der anhand des Durchflusssignals des Durchflusssensors ermittelte Volumenstrom des Fluids, unterhalb oder oberhalb eines Sollwerts, beispielsweise des Drosselwerts liegt. Liegt der Istwert unterhalb des Sollwerts, so kann eine kurzzeitige Ansteuerung der Antriebseinrichtung derart vorgenommen werden, dass der Drosselquerschnitt um einen vorgebbaren Betrag, beispielsweise um einen vorgebbaren Prozentbetrag, erhöht wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der Istwert gleich oder größer als der Sollwert ist. Liegt der Istwert oberhalb des Sollwerts, so kann eine kurzzeitige Ansteuerung der Antriebseinrichtung derart vorgenommen werden, dass der Drosselquerschnitt um einen vorgebbaren Betrag, beispielsweise um einen vorgebbaren Prozentbetrag, verringert wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der Istwert gleich oder kleiner als der Sollwert ist. Somit findet eine zyklisch wiederkehrende Ansteuerung der Antriebseinrichtung statt, wobei aufgrund der Verwendung des Zweipunktreglers nur eine sehr geringe Rechenleistung in der Steuereinrichtung benötigt wird und eine sehr schnelle Reaktion auf Abweichungen zwischen Istwert und Sollwert möglich ist.According to the invention, the control device comprises a controller from the group: two-point controller, setpoint/actual value controller, which is designed to provide the electrical control signal to the drive device depending on a deviation between the flow signal and the throttle signal. A two-point controller determines whether an actual value, for example the volume flow of the fluid determined using the flow signal from the flow sensor, is below or above a setpoint value, for example the throttle value. If the actual value is below the setpoint value, the drive device can be activated briefly in such a way that the throttle cross section is increased by a predeterminable amount, for example by a predeterminable percentage. This process is repeated until the actual value is equal to or greater than the setpoint. If the actual value is above the setpoint value, a brief activation of the drive device can be provided in this way be assumed that the throttle cross section is reduced by a predetermined amount, for example by a predetermined percentage. This process is repeated until the actual value is equal to or less than the setpoint. Thus, a cyclically recurring control of the drive device takes place, with only a very small amount of computing power being required in the control device due to the use of the two-point controller and a very rapid reaction to deviations between the actual value and the desired value being possible.
Alternativ ist ein Soll-Istwert-Regler vorgesehen, bei dem ein kontinuierlicher Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert vorgenommen wird, um daraus ein Steuersignal für eine kontinuierliche Ansteuerung der Antriebseinrichtung zu erzeugen.Alternatively, a target/actual value controller is provided, in which a continuous comparison of the actual value with the target value is carried out in order to generate a control signal for continuous activation of the drive device.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Durchflussensor als thermisches Anemometer ausgebildet ist und/oder dass der Durchflussensor eine Anzeigeeinrichtung für eine Anzeige eines ermittelten Durchflusssignals umfasst und/oder dass der Durchflussensor eine Eingabeeinrichtung für eine Eingabe eines Drosselwerts umfasst, der als Drosselsignal an die Steuereinrichtung bereitgestellt wird. Bei einer Ausgestaltung des Durchflusssensors als thermisches Anemometer kann vorgesehen sein, dass ein von der Temperatur und vom Volumenstrom des strömenden Fluid abhängiger elektrischer Widerstand des beispielhaft im thermischen Anemometer vorgesehenen Heizdrahts unmittelbar als Analogsignal an die Steuereinrichtung bereitgestellt wird, so dass keine aufwändige Aufbereitung des Durchflusssignals erforderlich ist. Eine dem Durchflussensor zugeordnete Anzeigeeinrichtung, die für eine analoge oder digitale Anzeige eines ermittelten Durchflusssignals ausgebildet sein kann, ermöglicht es einem Benutzer, über eine zusätzlich vorzusehende Eingabeeinrichtung eine Einstellung des Drosselquerschnitts zwischen Drosselglied und Drosselabschnitt vorzunehmen. Hierbei ist besonders vorteilhaft, wenn der Durchflussensor eine Eingabeeinrichtung aufweist, die eine Eingabe eines Drosselwerts ermöglicht, der dann als Drosselsignal über den Kommunikationsanschluss an die Steuereinrichtung bereitgestellt wird.Furthermore, the invention provides that the flow sensor is designed as a thermal anemometer and/or that the flow sensor comprises a display device for displaying a determined flow signal and/or that the flow sensor comprises an input device for inputting a throttle value, which is provided as a throttle signal to the control device will. In an embodiment of the flow sensor as a thermal anemometer, it can be provided that an electrical resistance of the heating wire provided, for example, in the thermal anemometer, which is dependent on the temperature and the volume flow of the flowing fluid, is made available directly to the control device as an analog signal, so that no complex processing of the flow signal is required is. A display device assigned to the flow sensor, which can be designed for an analog or digital display of a determined flow signal, allows a user to set the throttle cross section between the throttle member and throttle section via an additional input device. It is particularly advantageous here if the flow sensor has an input device that enables a throttle value to be entered, which is then provided as a throttle signal via the communication connection to the control device.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
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1 eine streng schematische Vorderansicht einer Drosselventilanordnung mit einem Drosselventil, an dem ein Durchflussensor angekoppelt ist, und -
2 eine streng schematische Schnittdarstellung des Drosselventils gemäß der1 .
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1 a strictly schematic front view of a throttle valve assembly with a throttle valve to which a flow sensor is coupled, and -
2 a strictly schematic sectional view of the throttle valve according to1 .
Eine in der
Ferner ist vorgesehen, dass der Durchflussensor 3, der von einem nicht näher dargestellten Messkanal durchsetzt ist, fluidisch kommunizierend mit einem in der
Ferner ist gemäß der Darstellung der
Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Durchflussensor 3 zwei Bedientasten 13 sowie eine Anzeige 14 umfasst, wobei die Bedientasten 13 als Eingabemittel für ein Drosselsignal genutzt werden können, das vom Durchflusssensor 3 an das Drosselventil 2 übermittelt wird. Die Anzeige 14 kann für eine Anzeige eines Volumenstroms durch den Durchflussensor 3 und/oder für eine Anzeige eines vom Benutzer eingestellten Betrags für das Drosselsignal genutzt werden.By way of example, it is provided that the
Wie der Schnittdarstellung der
Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass im Gehäuseoberteil 21 eine Steuereinrichtung 25 angeordnet ist, die einen nicht dargestellten Mikroprozessor umfasst und die über eine Kommunikationsleitung 26 elektrisch mit dem Kommunikationsanschluss 15 verbunden ist. Über die Kommunikationsleitung 26 kann eine Zufuhr von elektrischer Versorgungsenergie und gegebenenfalls von Durchflusssignalen eines Durchflusssensors 3 an die Steuereinrichtung 25 vorgenommen werden.Purely by way of example, it is provided that a
Die Steuereinrichtung 25 umfasst weiterhin einen Steueranschluss 27, an dem gemäß der Darstellung der
Im Gehäuseoberteil 21 ist außerdem eine Getriebeeinrichtung 35 angeordnet, die rein exemplarisch als Rädergetriebe ausgebildet ist und die für eine Untersetzung einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 30 des Elektromotors 29 in eine Rotationsbewegung einer Spindelmutter 36 vorgesehen ist. Beispielhaft umfasst die Getriebeeinrichtung 35 ein an der Antriebswelle 30 des Elektromotors 29 festgelegtes Antriebszahnrad 37, das in ein erstes Zwischenzahnrad 38 eingreift, das seinerseits drehfest zusammen mit einem zweiten Zwischenzahnrad 39 an einer Zwischenwelle 40 aufgenommen ist. Die Zwischenwelle 40 ist drehbeweglich im Gehäuseoberteil 21 und im Gehäuseunterteil 22 gelagert. Das zweite Zwischenzahnrad 39 ist seinerseits für einen Eingriff in eine Außenverzahnung 41 der Spindelmutter 36 vorgesehen, so dass eine Drehbewegung der Antriebswelle 30 über das Antriebszahnrad 37, dass erste Zwischenzahnrad 38, das zweite Zwischenzahnrad 39 sowie die Außenverzahnung 41 zu einer Rotationsbewegung der Spindelmutter 36 um eine Rotationsachse 42 führt.Also arranged in the
Beispielhaft ist vorgesehen, dass eine nicht näher dargestellte Gewindebohrung, die zentral in der Spindelmutter 36 und koaxial zur Rotationsachse 42 angebracht ist, von einer Gewindespindel 43 durchsetzt ist. Die Gewindespindel 43 ist an einem oberen Endbereich beispielhaft mit einem Profilabschnitt 44 versehen, der rein exemplarisch längs der Rotationsachse 40 rechteckig profiliert ist und der in einer an die rechteckige Profilierung des Profilabschnitts 44 angepassten Führungsausnehmung 45 im oberen Gehäuseteil 21 drehfest und linearbeweglich gelagert ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Spindelmutter 36 in nicht näher dargestellter Weise drehbeweglich und axial unverschieblich am Gehäuseoberteil 21 gelagert ist. Dementsprechend führt eine Einleitung einer Rotationsbewegung auf die Spindelmutter 36 um die Rotationsachse 42 zu einer axialen Verlagerung der Gewindespindel 43, die drehfest und linearbeweglich mit dem Profilabschnitt 44 in der Führungsausnehmung 45 aufgenommen ist.By way of example, it is provided that a threaded
An einem unteren Endbereich der Gewindespindel 43 ist ein beispielhaft rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 42 ausgebildetes Drosselglied 46 angebracht, das somit in gleicher Weise wie die Gewindespindel 43 bei einer Rotation der Spindelmutter 36 und Rotationsachse 42 linear längs der Rotationsachse 42 verlagert werden kann. Das Drosselglied 40 weist einen mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgebildeten ersten Führungsabschnitt 45 sowie einen daran längs der Rotationsachse 42 angrenzenden, mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgeführten zweiten Führungsabschnitt 48 auf. An einer axial ausgerichteten Stirnfläche 49 des zweiten Führungsabschnitts 48 ist eine längs der Rotationsachse 42 erstreckte, konusabschnittsförmig ausgebildeten Drosselnadel 50 angeordnet, die sich mit zunehmendem Abstand von der Stirnfläche 49 verjüngt.At a lower end area of the threaded
Das Drosselglied 46 ist in einer Führungshülse 54 schiebebeweglich aufgenommen, wobei eine erste Innenoberfläche 55 der Führungshülse 54 an einen Außendurchmesser des ersten Führungsabschnitt 47 angepasst ist, während eine zweite Innenoberfläche 56 der Führungshülse 54 an einen Außendurchmesser des zweiten Führungsabschnitt 48 angepasst ist. Ein Endbereich 57 der Führungshülse 54 ragt in den Fluidkanal 8 hinein und unterteilt den Fluidkanal 8 in einen ersten Fluidkanalabschnitt 17, der fluidisch kommunizierend mit dem Eingangsanschluss 6 verbunden ist und in einen zweiten Fluidkanalabschnitt 18, der fluidisch kommunizierend mit dem Ausganganschluss 7 verbunden ist. Der Endbereich 57 der Führungshülse 54 ist mit einem quer zur Rotationsachse 42 erstreckten Einströmschlitz 58 versehen, durch den Fluid aus dem ersten Fluidkanalabschnitt 17 in eine Ausnehmung 59 der Führungshülse 54 einströmen kann und von dort durch eine Drosselbohrung 61, die eine auch als Drosselabschnitt bezeichnete Stirnwand 60 der Führungshülse 54 in Richtung der Rotationsachse 42 durchsetzt, in den zweiten Fluidkanalabschnitt 18 abströmen kann.The
Ein durch die Drosselbohrung 61 und die Drosselnadel 50 bestimmter Drosselquerschnitt 63 kann hierbei durch die axiale Verlagerung des Drosselglieds 46 mit der daran angebrachten Drosselnadel 50 hinsichtlich seiner Querschnittsfläche verändert werden.A throttle cross section 63 determined by the throttle bore 61 and the
Eine Funktionsweise für die Drosselventilanordnung 1 kann rein exemplarisch wie folgt beschrieben werden: zunächst erfolgt eine Einstellung eines gewünschten Volumenstroms durch einen Benutzer mit Hilfe der Bedientasten 13 am Durchflussensor 3, wobei eine beispielhaft zahlenmäßige Darstellung des eingestellten Volumenstroms mit Hilfe der Anzeige 14 vorgenommen werden kann. Nach Beendigung der Eingabe wird der eingestellte Volumenstrom vom Durchflusssensor 3 als Drosselsignal an die Steuereinrichtung 25 des Drosselventils 2 bereitgestellt. Die Steuereinrichtung 25, die zu diesem Zeitpunkt keine Kenntnis über die Stellung des Drosselglieds 46 gegenüber der Drosselbohrung 61 hat, wartet nunmehr auf einen ersten Betrag eines Volumenstroms, der vom Durchflussensor 3 ermittelt und als Durchflusssignal an die Steuereinrichtung 25 übermittelt wird. Sobald ein Durchflusssignal vorliegt, kann die Steuereinrichtung 25 einen Vergleich mit dem Drosselsignal vornehmen, wobei das Durchflusssignal den Istwert und das Drosselsignal den Sollwert für die nun stattfindende Einstellung der Position des Drosselglieds 46 bildet. Vorzugsweise ist in der Steuereinrichtung 25, die einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor umfasst, ein Zwei-Punkt-Regler, insbesondere als Computerprogramm, ausgebildet. Mit diesem Zwei-Punkt-Regler erfolgt nunmehr eine vorzugsweise schrittweise Ansteuerung des Elektromotors 29 durch die Steuereinrichtung 25, bis der zyklisch wiederkehrend vom Durchflusssensor 3 ermittelte und von der Steuereinrichtung 25 verarbeitete Istwert (Durchflusssignal) dem Sollwert (Drosselsignal) entspricht. In der Praxis bedeutet dies, dass aufgrund einer stets zu erwartenden Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert nach jedem Vergleichsschritt in der Steuereinrichtung auch stets eine Ansteuerung des Elektromotors 29 in eine erste Rotationsrichtung für die Antriebswelle 30 oder in eine zweite Rotationsrichtung für die Antriebswelle 30 vorgenommen wird. Der Vorteil eines solchen Zwei-Punkt-Reglers liegt in der einfachen Programmierung des Reglers und in der kurzen Reaktionszeit sowie in dem geringen Rechenbedarf für den Regler.A mode of operation for the
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