DE1523489B2 - Regeleinrichtung mit einer Ein stellung fur den Proportionalbereich - Google Patents

Description

Ausgehend von der eingangs erwähnten Regeleinrichtung besteht die Erfindung darin, daß der Geber sich über den vom Schwenkwinkel des Abgriffgliedes bestimmten Kreisbogen erstreckt und vornehmlich an seinen Enden mit Weggliedern verbunden ist, deren verlängerte Wirkungslinien sich schneiden.

Dabei wird unter dem Begriff »Wegglieder« jedes Element verstanden, das einer bestimmten physikalischen Größe einen proportionalen Weg zuordnet, d. h. daß es beispielsweise abhängig von einem bestimmten Druck oder von einer bestimmten Spannung eine Bewegung über einen bestimmten Weg ausführt, wie das beispielsweise von Stellgliedern bekannt ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird es unerheblich, ob diese Wegglieder von Drücken, Druckdifferenzen oder von Spindelantrieben oder Spannungsgebern bewegt werden.

Der Vorteil, der durch die Erfindung erzielt wird, ist darin zu sehen, daß der Geber nicht mehr durch starke Drücke belastet wird, weil er lediglich von den Weggliedern beeinflußt wird, die versuchen, ihn um eine bestimmte Strecke zu verschieben. Der Geber wird lediglich belastet durch die Federkräfte, z. B. des Rückführdifferenz-Druckmeßwerkes, gegenüber dem der Viertelkreisring verschoben wird. Diese Federfesselung kann jedoch verringert werden, wenn der Geber mindestens mit einem Wegglied über Fe^, derelemente verbunden ist, die so beschaffeiyund angeordnet sind, daß die Bewegung des Gebers im wesentlichen der Bewegung des Weggliedes entlang seiner Wirkungslinie entspricht. Durch diese Maßnahme können die Regeleigenschaften verbessert werden und es können auch energiearme Ausschläge, d. h. Wege oder Verschiebungen auf den Viertelkreisring übertragen werden, die bei den bekannten Anordnungen nicht zu Regelzwecken hätten ausgenutzt werden können. Darüberhinaus ist es ohne großen Aufwand möglich, die Druckluftzuleitungen zu den Bälgen herzustellen, da diese bei der erfindungsgemäßen Anordnung gut zugängig sind. Auch die Bohrungen zu der schwenkbaren Auslaßdüse sind mit geringem Aufwand herzustellen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

F i g. 1 eine perspektivische und schematische Darstellung der Regeleinrichtung in einer einfachen Ausführungsform mit drei auf den Geber wirkenden Regelgrößen,

F i g. 1 a eine Teilansicht der Befestigung der bewegbaren Glieder am Geber gemäß F i g. 1 mit Hilfe von Blattfedern, in vergrößertem Maßstab,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung in Form eines pneumatischen PID-Reglers,

F i g. 2 a einen Schnitt durch den pneumatischen Regler nach F i g. 2 längs der Linie I-I,

F i g. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung in Form eines elektro-pneumatischen PID-Reglers mit analogem Eingang der Regelgrößen,

F i g. 4 einen elektro-pneumatischen Regler ähnlich F i g. 3, jedoch mit digitalem Eingang und

F i g. 5 einen nach der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Manostaten.

In F i g. 1 ist eine kreisbogenförmige Prallplatte 1 vorgesehen, die mit einer um die Achse 2 schwenkbaren Düse 3 zusammenwirkt. Unterhalb der Prallplatte 1 und unterhalb der Ebene, in der die Düse 3 geschwenkt wird, sind die Glieder 4 und 4' angeordnet, die entlang der Wirkungslinien 5 und 6 von den von den Regelgrößen beaufschlagten Meßwerken 7 und 8 bzw. 9 bewegt werden können. Die Wirkungslinien 5 und 6 liegen durch die Anordnung der Meßwerke 7 und 9 fest.

Die bewegbaren Glieder 4 und 4' sind jeweils mit Hilfe von zwei Blattfedern 10, die nach F i g. 1 a U-förmig gestaltet sind, mit dem Geber, d. h. mit der

ίο Prallplatte 1 verbunden. Bewegungen, die durch die Meßwerke 7 und 8 über das bewegbare Glied 4 und die Blattfeder 10 in Richtung der Wirkungslinie 5 auf die etwa als Viertelkreis ausgebildete Prallplatte 1 wirken, üben keinen Einfluß auf die Wirkungslinie 6 der anderen Regelgrößen, hier des Meßwerks 9 aus, da Bewegungen der Prallplatte 1 in Richtung der Wirkungslinie 5 von der Blattfeder 10' mit der das Glied 4' an der Prallplatte 1 befestigt ist, elastisch aufgenommen werden können. Dazu sind die Blattfedern 10' ebenso wie auch die Blattfedern 10 so angeordnet, daß die Längsseiten ihrer Querschnitte jeweils in Richtung der Wirkungslinien 5 bzw. 6 verlaufen. Damit weisen die Blattfedern in Richtung der jeweiligen Wirkungslinie ein großes Widerstandsmoment gegen Biegung, in Richtung etwa senkrecht auf die jeweilige Wirkungslinien jedoch ein sehr geringes

_^ Widerstandsmoment gegen Biegung auf. Eine gegen;, seitige Beeinflussung der Regelgrößen durch die Bewegungen des Gebers, d. h. der Prallplatte<l*ist clamit

ausgeschlossen. .—*'

Eine praktische Ausführungsform ist in den F i g. 2 und 2 a gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das an der kreisbogenförmigen Prallplatte 1 angebrachte bewegbare Glied 4, dessen Befestigung der Einfachheit halber hier starr gezeigt ist, zweckmäßigerweise aber ebenso mit Hilfe von Blattfedern vorgenommen wird, wie das in F i g. 1 gezeigt ist, zwischen zwei Druckbälgen 11 und 12 gelagert. Das zweite bewegbare Glied 4' sitzt ebenfalls zwischen zwei Druckbälgen 13 und 14. Der Druckbalg 13 wird beispielsweise vom Sollwert und der Druckbalg 14 vom Istwert eines zu regelnden Druckes beaufschlagt. Der so gebildete pneumatische Regler weist ein PID-Verhalten auf, wenn das durch den Abstand der Düse 3, die auch wieder um die Achse 2 schwenkbar gelagert ist, von der Prallplatte 1 erzeugte Ausgangssignal des Reglers, in an sich bekannter Weise als Rückführsignal zur Bildung des Differentialverhaltens beispielsweise auf den Balg 12" und das vom Ausgangssignal abgeleitete Ä-Rückführungssignal zur Bildung des Integralverfahrens auf den Balg 11 wirkt.

Aus der F i g. 2 a ist ersichtlich, daß die Druckbälge 13 und 14 ebenso wie auch die Druckbälge 11 und 12 in raumsparender Weise unterhalb der Prallplatte 1 und unterhalb der Schwenkebene der Düse 3 angeordnet sind. Der Druckbalg 13 wird durch die Bohrung 15 mit dem Sollwert des Druckes und der Druckbalg 14 durch die Bohrung 16 mit dem Istwert des zu regelnden Druckes in einfacher und übersichtlicher Weise beaufschlagt. Je nach der Differenz der in den Bälgen 13 und 14 herrschenden Drücke wird das bewegbare Glied 4' verschoben, so daß sich auch der Abstand zwischen der Düse 3 und der mit dem bewegbaren Glied 4' verbundenen Prallplatte 1 ändert. Dadurch wird eine Druckänderung an der durch die Bohrung 17 mit Druck beaufschlagten Düse 3 hervorgerufen. An der Bohrung 17 kann somit, hervorgerufen durch die Druckdifferenz in den Bälgen 13

und 14, ein entsprechendes Ausgangssignal bzw. eine Druckerhöhung oder eine Druckerniedrigung abgenommen werden, die zur Aussteuerung des Regelvorganges verwendet werden können. Gleichzeitig wird die als Ausgangssignal dienende Druckänderung in an sich bekannter Weise als Rückführsignal verzögert auf die Druckbälge 11 und 12 geleitet. Die Druckbälge 11 und 12 sind analog, wie auch die Bälge 13 und 14, mit übersichtlich und leicht zugängigen Zuführbohrungen versehen, an welche die entsprechenden Rückführsignale angeschlossen werden können. Durch die auf Grund der Rückführsignale R + und R- in den Bälgen 12 bzw. 11 hervorgerufene Druckdifferenz, die über das bewegbare Glied 4 auf die Prallplatte 1 wirkt, erfährt die Prallplatte die gewünschte Rückführung.

Es ist bei der in den F i g. 2 und 2 a dargestellten Ausführungsform nicht unbedingt nötig, daß die Wirkungslinien 5 und 6 sich auf der Schwenkachse 2 treffen. Vorteilhaft kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß sich die Wirkungslinien 5 und 6 unterhalb des Schwerpunktes 5 der Prallplatte 1 schneiden, wie es gestrichelt eingezeichnet ist, weil dann das Eigengewicht des Gebers ohne Einfluß auf die Regeleigenschaften bleibt und der Regler lagenunabhängig wird. Der Schwerpunkt der Düse 3 fällt dann nicht mit dem Schnittpunkt der Wirkungslinien 5 .und ·&- zusammen. Der Winkel, den die Wirkungshnien 5 und 6 miteinander einschließen, wird in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zweckmäßig etwas größer als 90° gewählt.

An Stelle der Größe der Bewegung, die das bewegbare Glied 4' durch den Ist- und Sollwertvergleich des zu regelnden Druckes in den Bälgen 13 und 14 der F i g. 2 und 2 a erfährt, kann der Ausschlag der Prallplatte 1 auch von anderen physikalischen Größen über Meßwerke bewirkt werden, wie es an Hand von Ausführungsbeispielen im folgenden erläutert ist:

In F i g. 3 ist ein elektro-pneumatischer PID-Regler gezeigt, bei dem das bewegliche Glied 4 der Prallplatte 1 wiederum mit den Rückführbälgen 11 und 12 analog der Ausführungsform nach den F i g. 2 und 2 a in Verbindung steht, während jedoch das zweite bewegbare Glied 4' mit einem Meßwerk 18 in Verbindung steht, in das die analogen elektrischen Signale χ (Istwert) und Xk (Sollwert) eingegeben werden und mittels Spulen und Meßwerkfedern einen ihrer Differenz proportionalen Weg erzeugen, der über das Verbindungsstück 19 auf das bewegbare Glied 4' und auf das durch die Prallplatte 1 und die schwenkbare Düse 3 gebildete, in seiner Funktion dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 und 2 a entsprechende Regelsystem, übertragen wird.

In F i g. 4 sind die Rückführbälge 11 und 12 in gleicher Weise wie in F i g. 3 angeordnet, doch steht die viertelkreisförmige Prallplatte 1 hier über das Verbindungsstück 19 mit einem durch die Rotation der Schnecke 20 bewegten Schneckenrad 21 in Verbindung. Die Schnecke 20 wird von einem Schrittschaltmotor 22 gedreht, der seinerseits über einen Verstärker 23 die an der Impulswaage 24 gebildete Differenz der digitalen elektrischen Signale, Sollwert und Istwert 25 und 26, zugeleitet erhält. Der Schrittschaltmotor 22 bewirkt eine der Differenz der Impulse 25 und 26, das heißt der Differenz von Sollwert und Istwert entsprechende Drehung der Schnecke 20, die ihrerseits die Wegverstellung der Prallplatte 1 in der vorher geschilderten Weise hervorruft.

Der in F i g. 5 dargestellte Manostat mit PID-Verhalten besteht im wesentlichen aus der Bourdon-Feder 27, die an der Stelle 28 fest gelagert ist und mit ihrem freien Ende 29 über ein im wesentlichen Zugkräfte übertragendes Zwischenglied 30 mit dem bewegbaren Glied 4' verbunden ist. Dieses bewegbare Glied 4' ist entweder starr, wie in F i g. 5 dargestellt, oder in der F i g. 1 geschilderten Weise mit der viertelkreisförmigen Prallplatte 1 verbunden, die ihrerseits mit der um die Achse 2 schwenkbaren Düse 3 in der vorher geschilderten Weise zusammenwirkt. Der dargestellte Manostat weist ein PID-Verhalten auf, wenn das durch den Abstand der Düse 3 von der Prallplatte 1 erzeugte Ausgangssignal als Rückführsignale R+ und R- auf die Bälge 11 und 12 einwirkt. Jede Bewegung der Prallplatte 1, -die , durch eine Druckänderung in der Bourdonfeder 27 hervorgerufen wird, ruft auch eine Änderung des Abstandes zwischen Prallplatte 1 und _Düse 3 hervor, so daß das in der eingangs geschilderten Weise erzeugte Ausgangssignal über die Bälge 11 und 12 und das bewegbare Glied 4 eine Rückstellung auf die Prallplatte 1 ausübt.

Ein ähnlicher Aufbau der Regeleinrichtung kann auch gewählt werden, wenn an Stelle eines Manostaten mit PID-Verhalten beispielsweise ein Niveauregler mit PID-Verhalten gewonnen werden soll. An Stelle der durch die Bourdonfeder 27 hervorgerufene Bewegung des Gliedes 4' wirkt dann eine Weggröße auf die Prallplatte 1 über das bewegbare Glied 4' ein, die durch das Absinken oder Ansteigen des zu regelnden Niveaus, beispielsweise eines Wasserspiegels oder dergleichen hervorgerufen wird.

Außer dem eben genannten Beispiel sind auch noch eine Reihe anderer Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung gegeben. Die Erfindung kann überall da eingesetzt werden, wo Regelgrößen durch Meßwerke in Wege umgesetzt werden, die auf den Geber übertragen das gewünschte Regelsignal erzeugen und auch eine Rückführung des Gebers bewirken sollen. Die Erfindung ist auch nicht auf die Anwendung eines Düsenprallplattensystems beschränkt, wie es in den Ausführungsbeispielen geschildert ist, sondern es ist ebenso denkbar, daß an Stelle der schwenkbaren Düse und der kreisbogenförmigen Prallplatte ein in ähnlicher Weise aufgebauter induktiver Abgriff oder ein anderer Abgriff vorgesehen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung mit einer Einstellung für den Proportionalbereich, bestehend aus einem durch Regelgrößen bewegbaren, kreisringförmig gestalteten Geber und einem um vornehmlich 90° schwenkbaren Abgriffsglied, dadurch gezeichnet, daß der Geber (1) sich. über den vom Schwenkwinkel des Abgriffglieds (3) bestimmten Kreisbogen erstreckt und vornehmlich an seinen Enden mit Weggliedern (4,4') verbunden ist, deren verlängerte Wirkungslinien sich schneiden.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennnzeichnet, daß der Geber (1) starr mit den Weggliedern (4,4') verbunden ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (1) mindestens mit einem Wegglied über Fedorelemente (10) verbunden ist, die so beschaffen und angeordnet sind, daß die Bewegung des Gebers (1) im wesentlichen der Bewegung des Weggliedes (4, 4') entlang seiner Wirkungslinie entspricht.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als federnde Elemente Blattfedern (10,10') vorgesehen sind, die so angeord^ net sind, daß die Längsseiten ihres Querschnittes jeweils in Richtung der Wirkungslinien (5,6) der bewegbaren Glieder (4,4') liegen.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele, vorzugsweise U-förmig gestaltete Blattfedern (10,10') vorgesehen sind.

6. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 und einem oder mehreren der übrigen An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (1) in etwa die Gestalt eines Viertelkreises besitzt und die Wirkungslinien (5,6) der bewegbaren Glieder (4,4') sich unter einem Winkel schneiden, der etwas größer als 90° ist.

7. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 und einem oder mehreren der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (2) des Gebers (1) außerhalb des Schnittpunktes der Wirkungslinien (5, 6) liegt.

8. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 und einem oder mehreren der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Wirkungslinien (5, 6) festgelegte Ebene parallel unterhalb der Ebene liegt, in welcher das Abgriffglied (3) geschwenkt wird.

9. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 und einem oder mehreren der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wirkungslinien (5,6) der bewegbaren Glieder (4,4') unterhalb des Gebers (1) schneiden.

10. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 und einem oder mehreren der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Geber und Abgriffglied ein an sich bekanntes Düsen-Prallplattensystem bilden, wobei der Geber (1) als eine kreisbogenförmige Prallplatte und das Abgriffglied als eine mit dieser zusammenwirkende schwenkbare Düse (3) ausgebildet ist.

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Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung mit einer Einstellung für den Proportionalbereich, bestehend aus einem durch Regelgrößen bewegbaren kreisringförmig gestalteten Geber und einem um vornehmlich 90° schwenkbaren Abgriffglied.

Es ist bekannt, Regler dieser Art für pneumatische Geräte dadurch zu bilden, daß innerhalb oder außerhalb eines kreisförmigen Gebers Druckbälge angeordnet sind, die mit dem Soll- und dem Istwert sor wie mit dem Rückführwert beaufschlagt sind und diesen ringförmigen Körper dabei je nach ihrer Beaufschlagung mehr oder weniger in seiner Lage verschieben. Der ringförmige Körper wirkt dabei mit einer Düse so zusammen, daß er als Prallplatte dient und auf Grund seiner Verschiebung wiederum den Ausgangswert des Reglers beeinflußt (deutsche Patentschrift 1 126 657). Es ist auch bekannt, bei solchen Reglergeräten die Abhängigkeit des Aussteuerbereichs von dem jeweils eingestellten Proportionalbereich dadurch zu verringern bzw. den Nullpunktfehler sehr klein zu halten, daß der als elastisch verformbare Körper ausgeführte Ring bewirkt, daß der jeweils als Prallplatte benutzte Viertelkreisbogen unter dem Einfluß einer Regelabweichung in einen anderen Viertelkreisbogen übergeht, der zum (ξ, Schwenkkreis der. Düse nahezu parallel verläuft ^ (deutsche Auslegeschrift 1 235 64-4).

Solche Ausgestaltungen weisen den Nachteil auf, ■».· daß die Herstellung des Ringes einen beachtlichen Aufwand hinsichtlich der Abmessungen upd'i'edereigenschaften des Materials bedingt. Dei'Ring wird nämlich nicht nur in Abhängigkeit "von den jeweils sich gegenüberliegenden Druckbalgpaaren bewegt, sondern er dient gleichzeitig auch als Widerlager für jeden einzelnen Balg und wird daher entsprechend den in den Bälgen herrschenden Drücken verformt. Die Elastizität und das Druckniveau, das in den Balgpaaren herrscht, bestimmt damit auch den Abstand des Ringes von der schwenkbar angeordneten Düse und somit die Eigenschaften der Anordnung. Dieser Einfluß ist zwar zu beherrschen, wenn es sich um eine symmetrische Ausführung handelt, bei der zwei gleichartige Differenzdruckmeßwerke innerhalb des Ringes angeordnet sind, wie beispielsweise bei Einheitsreglern, bei denen die Eingangsgrößen Sollwert und Istwert jeweils in Form von Drücken vorliegen, s-r die innerhalb des Einheitsdruckbereiches von 0,2 bis Vi 1,0 kp pro cm² vorliegen und bei denen die Rückführbälge dann ebenfalls mit Drücken beaufschlagt werden, die innerhalb dieses Einheitsbereiches liegen. Bei Regelgeräten jedoch, bei denen eine nur als Weg vorliegende Eingangsregelgröße, z. B. der Ausschlag einer Bourdonfeder, oder der Hub einer beispielsweise von einem Elektromotor angetriebenen Spindelmutter vorliegt, die dem Prallring zugeleitet werden soll, bewirken die in diesem Falle von den Rückführungsbälgen ausgeübten Kräfte eine Verformung des Ringes in einem solchen Maß, daß die Anordnung die Aufgabe nicht erfüllen kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß alle Bälge und die schwenkbare Düse nur über das Mittelstück für die Zuleitung der Druckluft zugängig sind, was wiederum mit einem fertigungstechnischen Aufwand verbunden ist. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diese bekannten Anordnungen so umzugestalten, daß sie universell einsetzbar sind, so daß auch als Wege vorliegende Regelgrößen als Eingangsgrößen verwendet werden können, die dann zur Bildung eines pneumatischen Drucksignals verwertet werden können, und zwar wahlweise mit dem P-, I- und D-Verhalten.