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Elektropneumatischer Umformer Die Erfindung bezieht sich auf einen
elektropneumatischen Umformer mit einem elektromagnetischen System im Eingang, das
über ein zwischengeschaltetes federndes Glied kraftschlüssig gegen ein Rückführmembransystem
im Ausgang wirkt und bei dem die Steuerung des Ausgangsdrucks durch ein vom elektromagnetischen
System betätigtes Düse-Prallplatten-System erfolgt.
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Diese Geräte werden in elektropneumatischen Regelanlagen benötigt,
um ein elektrisches Regelsignal in einen proportionalen Steuerluftdruck für die
Betätigung von Membranventilen oder pneumatischen Registriergeräten umzuformen.
Zur Anpassung des Umformers an die regelungstechnischen Erfordernisse müssen Einstellmöglichkeiten
zur Veränderung seiner Kennlinie vorhanden sein. Beispielsweise kann es vorkommen,
daß für eine elektropneumatische Regelung zwei Membranventile vorzusehen sind, von
denen dgs erste im Bereich von 0 bis 50% und das zweite .von 50 bis 100 % Ausgangsspannung
des Regelverstärkers seinen vollen Hub erreichen soll. Diese Aufgabe wurde bisher
elektrisch durch Einfügen von Begrenzerdioden oder ähnlichen Ventilanordnungen in
den elektrischen Kreis des Umformers gelöst. Eine solche Maßnahme ist verhältnismäßig
umständlich und hat den Nachteil, daß keine einfache kontinuierliche Einstellmöglichkeit
für beliebige Unterdrükkungsbereiche der Kennlinie gegeben ist.
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Die Erfindung schlägt einen . anderen Weg zur Modifizierung der Umformerkennlinie
ein, durch den diese Nachteile vermieden werden. Sie sieht zusätzliche mechanische
Einrichtungen am Umformer vor, die sehr einfach gestaltet und stetig einstellbar
sind. Nach der Erfindung ist der elektropneumatische Umformer dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Rückführmembransystem ein einstellbarer Stößel verbunden ist, der mit
steigendem Ausgangsdruck die Prallplatte von der Düse entfernt und daß der bewegliche
Teil des elektromagnetischen Systems durch eine in ihrer Vorspannung nach Größe
und Richtung einstellbare Feder gefesselt ist. Bei einem elektropneumatischen Umformer
mit einem Tauchspulsystem im Eingang hat der mit dem Rückführmembrankörper verbundene
Stößel eine solche Lage, daß er gegen den beweglichen Teil des Tauchspulsystems
oder die zu seiner Führung dienenden Blattfedern stößt.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird die Erfindung und ihre Wirkungsweise
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 schematisch und
vereinfacht dargestellt einen Meßumformer mit Tauchspulsystem. Die erfindungsgemäßen
Einrichtungen sind strichliert wiedergegeben. F i g. 2 und 3 zeigen die bei einem
pneumatischen Meßumformer durch die Erfindung erreichbaren Kennlinienformen.
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Das Tauchspulsystem des elektropneumatischen Umformers nach F i g.
1 besteht aus dem feststehenden Dauermagneten 1 und der im Luftspalt beweglichen
Tauchspule 2 mit Kraftübertragungsstange 3. Der bewegliche Teil ist durch die Blattfedern
4 gelagert und geführt. Von der pneumatischen Einrichtung 5, die im Prinzip ein
pneumatischer Verstärker ist, sind die Luftausströmdüse 6, die Prallplatte 7 mit
Prallhebel 8 und der Rückführfederbelag 9 mit Rückführstößel 10 dargestellt. Das
freie Ende dieses Rückführstößels liegt an der Blattfeder 11 an, welche mit der
Kraftübertragungsstange 3 des Tauchspulsystems verbunden ist. Außerdem wirkt die
Kraftübertragungsstange 3 über den Prallplattenhebel 8 auf die von der Düse 6 gesteuerte
Prallplatte 7 ein. Die für die pneumatische Einrichtung benötigte Zuluft wird über
die Leitung 12 zugeführt. In der Steuerluftleitung 13 stellt sich der dem
elektrischen Eingangssignal proportionale Steuerluftdruck ein.
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Die bisher beschriebene bekannte Anordnung arbeitet folgendermaßen:
Wird der Tauchspule das elektrische Eingangssignal so zugeführt, daß die Kraftübertragungsstange
eine nach unten gerichtete Kraft auf den Prallplattenhebel 8 ausübt, so nähert sich
die Prallplatte 7 der Ausströmdüse 6. Der Druck vor der Ausströmdüse steigt an und
bewirkt, daß ein die Steuerluftleitung mit der Zuluftleitung verbindendes Steuerventil
(nicht dargestellt) sich öffnet. Dadurch strömt Zuluft in die Steuerluftleitung
und der Steuerluftdruck nimmt zu. Gleichzeitig wird durch den erhöhten Steuerluftdruck
der Rückführmembrankörper gedehnt. Der daran befestigte Rückführstößel bewegt sich
nach oben und spannt die mit der Kraftübeitragungsstange verbundene Blattfeder 11
so weit vor, bis ihre Kraft ausreicht, die Tauchspule in die Ausgangslage zurückzudrücken.
Dadurch wird die Prallplatte wieder von der Düse entfernt, der Druck vor der Ausströmdüse
geht
zurück und das Steuerventil schließt sich wieder. Der erhöhte Steuerluftdruck bleibt
bestehen und das Kräftegleichgewicht der beiden Systeme ist wieder hergestellt.
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Bei fallender elektrischer Eingangsgröße spielt sich der Einstellvorgang
mit Kraftkompensation dementsprechend mit umgekehrten Vorzeichen ab. Das nicht dargestellte
Steuerventil ist so ausgebildet, daß eine gewisse Menge Steuerluft in die freie
Atmosphäre abströmt, so daß sich der Steuerluftdruck entsprechend dem rückläufigen
elektrischen Eingangssignal verringert.
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Für diese Betriebsweise des elektropneumatischen Umformers ist die
steigende Kennlinie A der F i g. 2 charakteristisch. Zwischen der elektrischen Eingangsgröße
(Spannung U bzw. Strom 1), deren Maximalwert mit 100 % bezeichnet ist, und dem Steuerluftdruck
besteht ein linearer Zusammenhang. Die Kennlinie beginnt für das Eingangssignal
0 beispielsweise bei einem Steuerluftdruck von 0,2 atü und endet für das volle Eingangssignal
bei 1 atü. Dazu-muß die Zuluft einen Druck von etwa 1,4 atü haben.
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Durch Variation des Abstandes. des Rückführstößels 10 von der
Kraftübertragungsstange 3 lassen sich Kennlinien mit unterschiedlicher Steigung
erzielen, beispielsweise die steilere Kennlinie B. Hierbei entspricht einer Eingangsgröße
von 50% der Steuerluftdruck 1 atü.
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Es besteht nun, wie eingangs erwähnt, die Aufgabe, die Kennlinie so
festzulegen, daß ein beliebig einstellbarer maximaler Steuerluftdruck nicht überschritten
wird, die Kennlinien von diesem Punkt an also scharf abknicken und waagerecht weiterverlaufen.
Dies gelingt durch den in seiner Länge einstellbaren und mit dem Rückführmembrankörper
verbundenen Stößel 14. Bei steigendem Ausgangsdruck bewirkt er, indem sein freies
Ende gegen eine der zur Führung der Tauchspule dienenden Blattfedern 4
stößt,
ein Abheben der Prallplatte 7 von der Ausströmdüse 6. Der Steuerluftdruck, bei dem
dies geschieht, hängt von der eingestellten Stößellänge ab. Dadurch sind beispielsweise
die scharf abknickenden Kennlinien B-B" und B -B' oder A-A' erzielbar. Der Stößel
14 kann auch so am Rückführmembrankörper befestigt sein, daß seine Bewegung unmittelbar
gegen den beweglichen Teil des Tauchspulsystems gerichtet ist. Die konstruktive
Lösung der Einstellbarkeit der Stößellänge kann nach allgemein bekannten Vorbildern
erfolgen. Es ist ersichtlich, daß sich durch die Erfindung auch mit Sicherheit eine
Übersteuerung des pneumatischen Umformers oder der angeschlossenen pneumatischen
Folgegeräte vermeiden läßt, falls für diese ein bestimmter Steuerluftdruck nicht
überschritten werden darf.
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Mit dem Tauchspulenkörper bzw. der Kraftübertragungsstange 3 ist noch
eine weitere Feder 15 verbunden, deren Vorspannung sich mit der schematisch dargestellten
beispielsweisen Einstellvorrichtung 16 nach Größe und Richtung verändern läßt. Durch
Betätigen der Schraubspinde117 können entsprechende Kräfte P auf die Feder ausgeübt
werden. Spannt man z. B. die Feder durch eine nach oben gerichtete Kraft P vor,
so wird die Prallplatte in einem bestimmten Bereich abgehoben und der Steuerluftdruck
sinkt auf seinen Minimalwert. Dadurch beginnt der elektropneumatische Umformer erst
dann zu arbeiten, wenn ein bestimmter Wert des elektrischen Eingangssignals überschritten
ist. Man bekommt z. B. die Kennlinie C in F i g. 2. Somit ist auch eine Begrenzung
der Kennlinie im unteren Bereich möglich.
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Soll der Umformer mit fallender Kennlinie (D in F i g. 3) arbeiten,
so ist die elektrische Eingangsgröße der Tauchspule mit umgekehrter Polung zuzuführen.
Die Feder 15 wird durch eine nach unten gerichtete Kraft P so vorgespannt, daß bei
der Eingangsgröße O der Steuerluftdruck seinen maximalen Wert annimmt. Durch Verschieben
des Rückführstößels 10 in Richtung zur Symmetrieachse des Gerätes können Ken-n=
linien der Form E erzielt werden. Wird außerdem. die Höhe des Stößels 14 entsprechend
eingestellt, so sind abgeknickte Kennlinien, wie Y -E und D'-D, möglich.
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Die Erfindung kann auch auf solche Umformer angewendet werden, bei
denen das Tauchspulsystem auf ein Waagebalkensystem, gegebenenfalls mit elektromagnetischem
Abgriff, wirkt.