DE1523594A1

DE1523594A1 - Elektropneumatischer Regler

Info

Publication number: DE1523594A1
Application number: DE1964R0037823
Authority: DE
Inventors: Kreuter Kenneth Gilbert
Original assignee: Robertshaw Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 1963-05-24
Filing date: 1964-05-02
Publication date: 1969-02-13
Also published as: DE1463497A1; USRE26431E; SE304404B; US3266379A; FR87067E; GB1005532A

Description

PATE

Dipl. ing. R. HOLZEB 8ö A IT Ci 8 B U K O

-YVELSEÄ-STBA88B 1*

813TS

E. 565

.11

Expl.

89 Augsburg, den 30. April 1964

1523534

Robertshaw Controls Company, 1701 Byrd Avenue, Richmond, Virginia, Vereinigte Staaten von Amerika

Elektropneumatischer Begier

Die Erfindung betrifft Regler mit einem elektropneumatischen Signalumformer und im besonderen Regler, die einen Signalumformer aufweisen, der ein in seiner Länge moduliertes binäres elektrisches Signal in ein pneumatisches Regelsignal umformt, welches seinerseits wiederum auf pneumatischem Wege ein Steuerelement, wie beispielsweise den Ventilschaft eines Regelventiles, beeinflußt.

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Bei dynamischen Regelsystemen, beispielsweise "bei Programmreglern, deren zentrale Überwachungsstelle von einer Rechenmaschine gebildet wird, ist es oftmals erforderlich, das elektrische Ausgangssignal des Rechner» in eine zu diesem Signal in einem funktionellen Zusammenhang stehende andere Art von Signalen, beispielsweise in Druck- und/oder Bewegungssignale zu verwandeln.

Demgemäß B^e^ die Erfindung von einem elektropjieumatischen Regler aus, welcher durch eine atif Änderungen einer Regelgröße ansprechende Eingangsschaltung, welche jeweils diesen Änderungen entsprechende, in ihrer Länge modulierte elektrische Signale erzeugt, ferner durch einen elektropneumatischen Signalumformer zur Erzeugung pneumatischer Druckänderungen, welche mit den elektrischen Signalen in einem vorbestimmten funktionellen Zusammenhang stehen, weiter durch ein mittels dieser Druckänderungen aus einer Ausgangsstellung verstellbares Steuerelement sowie durch eine zwischen dem Steuerelement und dem Signalumformer angeordnete Rückführung, welche in Abhängigkeit von den Verstellungen des Steuerelementes den Signalumformer im Sinne einer Ausgleichung der Wirkung der Druckänderungen beeinflußt, gekennzeichnet ist.

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Im folgenden wird die Erfindung durch die beispielsweise Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert, wobei in

Figur 1 eine Ausführungsform des erfin

dungsgemäßen Reglers schematisch .dargestellt ist, während

Figur 2 eine schematische Darstellung einer

abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reglers zeigt und

Figur 5 das Leitungsschaltbild eines sowohl

in der erfindungsgemäßeη Ausführungsform nach Figur 1 als auch in der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Figur 2 verwendbaren Steuerelementes wiedergibt.

Die in Figur 1 der Zeichnungen dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reglers weist eine elektrische Eingangsschaltung 10 auf, welche zwei Relais 12 und 14 enthält, die jeweils zwei verschiedenen möglichen Zuständen

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eines binären ßignales entsprechen. Die Wicklungen der Relais 12 und 14 werden jeweils gesondert mittels des binären Ausgangssignals eines Digitalrechners 16 betätigt, welcher in der Figur 1 der Zeichnungen in Blockform angedeutet ist und die beiden Ausgangsleitungen "1" und "0" aufweist, die den zwei möglichen Zuständen des binären Ausgangssignals des Digitalrechners 16 entsprechen. Der Digitalrechner spricht auf Änderungen von Regelgrößen oder dgl. an, die von dem erfindungsgemäßen Regler geregelt werden sollen.

Die Relais 12 und 14- sind mit einer gemeinsamen Klemme 18 verbunden, an welche eine Speiseleitung P^ geführt ist. Eine weitere Speiseleitung P₂, welche den anderen Ausgang einer geeigneten Stromquelle 20 bildet, iet unmittelbar an die gemeinsame, neutrale Eingangsklemme 22 eines umsteuerbaren elektrischen Servomotor· 24 angeschlossen.

Das eine der beiden Relais 12 ist mit dem ^M0"-Auegang des Digitalrechners 16 verbunden, spricht auf einen "0"-Zustand des Ausgangssignals an und weist einen Anschlußkontakt 26 auf, welcher über eine Leitung 28 mit einer Eingangsklemme 30 des elektrischen Servomotors 24 verbunden ist und bei Betätigung des Relais 12 einen Lauf des elektrischen Servomotors 24 entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt.

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909807/0705 ^{8AD 0RlC!}*^jAL

Das andere der beiden Relais 14- ist mit dem "1"-Ausgang des Digitalrechners 16 verbunden, spricht auf einen "1"-Zustand des Ausgangssignals des Digitalrechners an und weist einen Anschlußkontakt 32 auf, welcher über eine Leitung .34· mit einer Eingangsklemme 36 des elektrischen Servomotors 24- verbunden ist und bei Betätigung des Relais 14- einen Lauf des Servomotors im Uhrzeigersinn bewirkt.

Der elektrische Servomotor 24- stellt den Antrieb eines elektropneumatischen Signalumformers dar, der in Figur 1 und in figur 2 der Zeichnungen allgemein mit der Bezugszahl 38 bezeichnet ist.

Der elektropneumatische Signalumformer weist außerdem eine Antriebswelle 4-0 des Servomotors 24-, eine Scheibe oder ein Rad 4-2 zum Handantrieb, eine an das Rad 4-2 angesetzte und sich auf der von dem Motor abgewandten Seite von dem Rad weg koaxial erstreckende zylindrische Habe 44· und schließlich eine Kurvenscheibe 4-6 auf, welch letztere mit dem von dem Motor abgewandten Ende der INabe 44- fest verbunden ist und zusammen mit dem Rad 4-2 und der Nabe 44- und mit der Antriebswelle 4-0 des Servomotors drehbar ist. Die oben beschriebene Anordnung von Konstruktionselementen erzeugt ein durch eine mechanische Verschiebung gebildetes

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Eingangssignal für den elektropneumatischen Signalumformer 38, welches von dem in dem elektrischen Servomotor 24 eingespeisten elektrischen Signal, wie weiter unten noch näher ausgeführt werden wird, abhängig ist.

Auf die Kurvenscheibe 46 ist ein Regelarm 48 aufgesetzt, welcher die Form eines länglichen, gabelförmigen Hebels hat und der an seinem Ende 50 an einer geeigneten Lagerstelle 52 schwenkbar gelagert ist. Ein Zweig des gabelförmigen Abschnittes des Regelarmes 48 liegt auf dem Rand 54 der Kurvenscheibe 46 auf, welcher eine entsprechende Kurvenform aufweist. Außerdem ist ein einstellbarer Anschlag für die Einstellung der Kurvenscheibe vorgesehen, welcher von einer Anschlageinstellschraube 56 gebildet wird, welche in einem Gewindeloch eines festen, in der Hahe des Randes 54 der Kurvenscheibe 46 befindlichen Konstruktionsteiles 58 sitzt. Die Anschlageinstellschraube 56 wirkt mit einer abfallenden Fläche 60 des Randes 54 der Kurvenscheibe 46 zusammen.

An dem gegabelten Abschnitt des Regelarmes 48 ist ein durch Verschiebung einstellbarer Schlitten 68 mittels einer Stellschraube 70 befestigt, welcher einen nach der Seite abstehenden Arm 66 aufweist, an dessen äußerem Ende eine Strömungsdüse 62 befestigt ist, die ihrerseits an ihrer

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Spitze eine öffnung 64- aufweist. Durch Lösen der Stellschraube 70 und Verschieben des Schlittens 68 kann die Drosselung entsprechend eingestellt werden.

Der Strömungsdüse 62 wird über eine Druckleitung 72 Druckluft zugeführt, welche die Strömungsdüse 62 mit einer Steuerdruckkammer 74- eines mit mehrfach, gestaffelten'Membranen ausgestatteten pneumatischen Eegelventils 76 verbindet. Der jeweils in der Steuerdruckkammer 7^ herrschende Steuerdruck leitet sich von einem Druck ab, der von einer Hauptdruckkammer 78 des pneumatischen Eegelventils 76 abgegriffen wird und über einen Kanal 80 und einen Druckminderer 82 der Steuerdruckkammer 7^ zugeführt wird.

Die Hauptdruckkammer 78 wird von einer Druckluftquelle 84 beaufschlagt und steht außerdem mit einer Kammer 86 des pneumatischen Eegelventils 76 in Yerbindung, welche ale Nebendruckkammer oder Eegeldruckkammer bezeichnet wird. Die genannte Verbindung wird durch den in der Hauptdruckkammer 78 angeordneten Abschnitt einer Zweiwegeventilanordnung 88 hergestellt.

Der obere Abschnitt der Zweiwegeventilanordnung 88 befindet sich in der Nebendruckkamraer 86 und wirkt mit einem an einer Membran befestigten, beweglichen Ventil-

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sitz 90 zusammen, über welchen die Nebendruckkammer 86 regelbar .mit einer Entlüftungskammer 92 verbunden ist. Der Ventilsitz 90 stellt einen Teil einer von Abstandshaltern 94- gebildeten Konstruktion dar, welche zusammen mit zwei Membranen 96 und 98 beweglich ist, diese voneinander trennt und in dem Innenraum des pneumatischen Regelventils 76 jeweils die Steuerdruckkammer 74-, die Nebe ndruckkammer 86 und die Entlüftungskammer 92 voneinander trennt.

Die Entluftungskammer 92 steht mit der Außenatmosphäre über eine Entlüftungsöffnung 100 in Verbindung. Die Nebendruckkammer 86 ist über eine Auslaßöffnung 102 mit der zu regelnden Einrichtung verbunden.

Demgemäß ist die Auslaßöffnung 102 mit dem Eingang eines in Figur 1 der Zeichnungen nicht dargestellten pneumatischen Antriebes verbunden, welcher weiter unten im Zusammenhang mit Figur 3 der Zeichnungen näher beschrieben werden soll.

Der Ventilschaft 104 eines den pneumatischen Antrieb bildenden Ventils ist in Abhängigkeit von Veränderungen des Druckes in der Nebendruckkammer des pneumatischen Eegelventils 76 verschieblich und eben diese Verschiebung

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wird als Eingangssignal für die Rückführung 106 des elektropneumatischen Signalumformers 38 verwendet.

An dem Ventilschaft 104 ist ein, sich in seitlicher Richtung erstreckender Arm 108 befestigt, welcher in Figur 1 und !figur 2 der Zeichnungen als flacher Radialhebel dargestellt ist. Ein Ende eines flexiblen Verbindungsgliedes, beispielsweise einer Kugelkette oder einer Drahtschnur 110, ist an dem Radialhebel 108 befestigt, während das andere Ende einige Male um einen drehbar gelagerten Speicherhaspel 112 gewunden ist. Auf diese Weise wird der Speicherhaspel 112 durch die Kette 110 in Abhängigkeit von Verschiebungen des Ventilschaftes 104- gedreht.

Der Speicherhaspel 112 ist fest auf einer drehbar gelagerten Welle 114 aufgesetzt, welche ein auf ihr befestigtes Ritzel 116 trägt. Das Ritzel 116 steht mit einem weiteren Ritzel 118 in Eingriff, welch letzteres fest auf das eine Ende einer Welle 120 aufgesetzt ist.

An dem anderen Ende der Welle 120 befindet sich in fester Verbindung mit dieser Welle eine Rückführungskurvenscheibe 122. Die Rückführungskurvenscheibe weist einen Rand 124 mit einer Rückführungskurve und einem abfallenden Abschnitt 126 auf.

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AO

Die Welle 120, die Rückführungskurvenscheibe 122, die Kurvenscheibe 46 und die Welle 40 des elektrischen Servomotors liegen zueinander koaxial. Die einander zugekehrten Flächen der Kurvenscheibe 46 und der Rückführungskurvenscheibe 122 sind über Federmittel 128 miteinander verbunden, welche Torsionskräfte erzeugen und koaxial zu den beiden Kurvenscheiben an deren jeweiligen Innenflächen mit jeweils einem Ende befestigt sind.

Auf den Rand 124 der Rückführungskurvenseheibe 122 ist ein länglicher Drosselhebel 150 aufgesetzt, welcher an seinem einen Ende mittels einer geeigneten Lagerung 132, die koaxial zu der Lagerung 52 des Regelarmes 48 angeordnet ist, schwenkbar gelagert ist und mit seiner in der Nähe seines anderen Endes gelegenen Oberfläche mit der öffnung 64 der Strömungsdüse 62 zusammenwirkt.

Durch den Drosselhebel 130 ist vertikal eine einstellbare Stellschraube 134 hindurchgeführt, welche sich auf den Rand 124 der Rückführungskurvenscheibe 122 stützt und zur Einstellung der von dem Verdrehungswinkel der Rückführungskurvenscheibe 122 und damit von der Stellung des Ventilschaftes 104 abhängigen Höhe des Drosselhebels 130 dient.

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In der Nähe des Randes 124 der Rückführungskurvenscheibe 122 ist ein fester Vorsprung 136 vorgesehen, welcher einen Endanschlag für die Rückführungskurvenscheibe 122 "bildet und, wenn sich die Kurvenscheibe in einer vorherbestimmten Null-Stellung befindet, als Anlage für den stark abfallenden Abschnitt 126 des Randes der Kurvenscheibe dient.

im folgenden wird nun eine in i'igur 2 der Zeichnungen dargestellte, abgewandelte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei in der Figur 2 der Zeichnungen jeweils entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszahien versehen sind wie in Figur 1.

Der erfindungsgemäße elektropneumatisch^ Signalumformer, welcher in Figur 2 der Zeichnungen allgemein mit der Bezugszahl 138 bezeichnet ist, weist einen elektrischen Servomotor auf, an dessen Ausgangswelle 4-0 ein Ritzel 140 konzentrisch aufgesetzt ist. Das Ritzel 140 steht mit einem weiteren Ritzel 142 in Eingriff, welches konzentrisch an eine Scheibenanordnung 144 angesetzt ist, die zur Einstellung der jeweiligen Stellung der Strömungsdüse verwendet wird. Die Scheibenanordnung 144 dient außerdem zur Verdrehung des Reglers von Hand.

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In der iiähe des Randes der Scheibenanordnung 144 springt auf der von dem weiteren Kitzel 142 abgewandten Seite der Scheibenanordnung 144 eine Lasche 146 vor. In die Lasche 146 ist eine Schraube 148 zur Einstellung der Drosselung eingeschraubt, welche gleichzeitig zur Einstellung und zur Befestigung mit einem Ende eines flachen Regelhebels 150 zusammenwirkt, der in einer zu der Scheibenanordnung 144 senkrechten Ebene von der Lasche 146 absteht.

Durch den Regelhebel 15O reicht an dessen äußerem Ende eine Strömungsdüse 152 hindurch, deren Öffnung 154 in der in Figur 2 der Zeichnungen gezeigten Weise nach aufwärts weist. Die Strömungsdüse 152 wird über eine Druckleitung 156 von einem pneumatischen Regelventil 76 in der bereits im Zusammenhang mit Figur 1 der Zeichnungen beschriebenen Weise mit Druckluft beaufschlagt.

Die Rückführung 158 der in Figur 2 der Zeichnungen gezeigten Ausführungsform der Erfindung stimmt mit der in Figur 1 der Zeichnungen gezeigten Rückführung überein und weist in gleicher Weise einen Ventilschaft 104, einen Radialhebel 108, eine Kugelkette 110, einen Speicherhaspel 112, eine Welle 114, ein Ritzel 116, ein weiteres Ritzel 118 und schließlich eine Welle 120 auf.

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I Ό/,

Das Ende der das weitere Ritzel 118 tragenden Welle 120 halt eine mit dieser Welle fest verbundene weitere Scheibenanordnung 160 zur Betätigung eines Drosselhebels. Diese weitere Scheibenanordnung 160 weist einen sich in axialer Richtung erstreckenden Mitnehmerstift 162 auf, welcher in bezug auf die Welle 120 und die weitere Scheibenanordnung 160 exzentrisch angeordnet ist.

Die weitere Scheibenanordnung 160 und die Scheibenanordnung 144 sind zueinander koaxial. Die einander zugekehrten Seiten der beiden Scheibenanordnungen sind miteinander über zwei axial voneinander getrennte Schraubenfedern 164 und 166 federnd miteinander verbunden, wobei der Abstand zwischen den beiden Schraubenfedern durch ein zwischen den jeweiligen Enden der Federn gelegenes Abstandsstück 168 ausgefüllt ist. Das jeweils andere Ende der einen Schraubenfeder 164- ist in geeigneter Weise an der Scheibenanordnung 144- befestigt, während das jeweils andere Ende der anderen Schraubenfeder 166 in geeigneter Weise an der Innenfläche der weiteren Scheibenanordnung 160 befestigt ist.

Wie in Figur 2 der Zeichnungen dargestellt ist, hat das Abstandsstück 168 die Gestalt eines Zylinders und bildet zusammen mit den Schraubenfedern 164 und 166 eine federnd

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schwenkbare Lagerung für einen Drosselhebel 17O, welcher sich, von dem Abstandsstück 168 aus in radialer Richtung nach außen erstreckt und sich dabei in der Nähe der Öffnung 154- befindet.

Figur 3 der Zeichnungen stellt einen Strömungsschaltplan dar, in welchem die Zuführungs- und Abführungsleitungen zu dem pneumatischen Regelventil 76 gezeigt sind, wobei jedoch die Verbindung des pneumatischen Regelventils mit dem Strömungsventil weggelassen ist und in welchem außerdem ein von Hand betätigbares Ventil 172 gezeigt ist, mittels welchem das pneumatische Regelventil 76 kurzgeschlossen und die Druckluft quelle 84 unmittelbar über eine Druckleitung 176 mit dem Steuerelement 17^- verbunden werden kann.

Das Steuerelement 174· weist, wie in Figur 3 der Zeichnungen dargestellt ist, einen Zylinder 178* einen mit diesem Zylinder zusammenwirkenden Kolben 180 und eine Membran 182 auf, welch letztere zwischen der Oberseite des Kolbens 180 und dem Zylinder 178 eine Ausdehnungskammer 184 bildet.

Die Ausdehnungskammer 184 wird unmittelbar über die Druckleitung 176 mit Druckgas beaufschlagt.

An dem Kolben 180 ist axial der mit dem Kolben zusammenwirkende Ventilschaft 104 befestigt.

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Die Druckluft quelle 84- ist Über eine Speiseleitung 186 mit einem handbetätigbaren Ventil 172 verbunden. Das handbetätigt)are Ventil 172 ist seinerseits über eine Zuführungsleitung 188 an den Hauptdurcklufteinlaß des pneumatischen Yentils 76 angeschlossen, während die Auslaßöffnung 102 der Nebendruckkammer des pneumatischen Regelventils über eine Leitung 190 wiederum mit dem handbetätigbaren Yentil 172 in Veibindung steht. Ist das pneumatische Regelventil 76 in den Druckluftkreislauf eingeschaltet, so steht die Speiseleitung 186 über das handbetätigbare Ventil 172 mit der Zuführungsleitung 188 des pneumatischen Regelventils in Verbindung und die Leitung 190 des pneumatischen Regelventils ist über das handbetätigbare Yentil 172 und die Druckleitung 176 mit der Ausdehnungskammer 184- des Steuerelementes 174- verbunden.

Im folgenden soll die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Reglers näher erläutert und dabei zuerst auf JEPigur 1 der Zeichnungen Bezug genommen werden.

Pur die oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reglers ist es Vorbedingung, daß es sich bei den Ausgängen "1" und "0" des Digitalrechners 16 um abhängig von aufgenommenen Veränderungen einer Regelgröße in ihrer Länge modulierte Signale handelt, so daß entweder

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das Beiais 12 oder das Eelais 14 der Eingangsschaltung 10 während jeweils veränderlicher Zeitabschnitte eingeschaltet wird. Hierdurch wird wahlweise entweder der Motorstromkreis geschlossen, welcher die Speiseleitung P^, die gemeinsame Klemme 18, den Anschlußkontakt 26, die Leitung 28, die Motoreingangsklemme 30, die gemeinsame Eingangsklemme 22 und die weitere Speiseleitung Έ^ enthält, oder es wird der Stromkreis geschlossen, welcher die Speiseleitung P-, die gemeinsame Klemme 18, den Anschlußkontakt 52, die Leitung 34, die Motoreingangsklemme 36, die gemeinsame Klemme 22 und die Speiseleitung Pp enthält. Die Einschaltung des erstgenannten Stromkreises bewirkt Jeweils auf die Dauer eines an dem Ausgang des Digitalrechners 16 auftretenden, dem "O"-Zustand entsprechenden Signales einen Lauf des elektrischen Servomotors 24 entgegen dem Uhrzeigersinn, während die Einschaltung des anderen Stromkreises jeweils auf die Dauer eines an dem "1"-Ausgang des Digitalrechners 16 auftretenden, dem "1"-Zustand entsprechenden Signales einen Lauf des elektrischen Servomotors 24 im Uhrzeigersinn bewirkt.

Unter der Annahme, daß sich die Ausgangswelle 40 des in Figur 1 der Zeichnungen gezeigten Servomotors 24 im Uhrzeigersinn drehe, ergibt sich, daß sich auch das Ead 42, die Nabe 44 und die Kurvenscheibe 46 auf die Dauer des dem

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"Λ"-Zustand entspreeilenden Signales des Digitalrechners 16 im Uhrzeigersinn drehen, worauf sich nach einer gewissen Zeitspanne das Relais 14 Öffnet und den elektrischen Servomotor 24 abschaltet.

Durch die Drehung im Uhrzeigersinn hebt die Kurvenscheibe 46 den Regelarm 48 und folglich auch über den zur Einstellung der Drosselung dienenden Schlitten 68 und den seitlich abstehenden Arm 66 die Öffnung 64 an. Auf diese Weise wird die Öffnung 64 zunächst von dem Drosselhebel wegbewegt, so daß durch sie eine größere Menge Druckluft ins Freie ausströmen kann. Hierdurch fällt der Druck in der Steuerdruckkammer 74- des pneumatischen Regelventils ab, weil die Steuerdruckkammer über den Kanal 80 und den Druckminderer 82 mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit mit Druckmittel beaufschlagt wird, während die Strömung über die Druckleitung 72 und aus der Öffnung 64 heraus veränderlich ist.

Die Verminderung des Druckes verursacht eine Aufwärtsbewegung der Abstandshalter 94 und der Membranen 96 und jeweils entsprechend der Differenz der auf der Seite der Siebendruckkammer 86 und auf der Seite der Steuerdruckkammer 74 auf sie wirkenden Kräfte, wodurch der bewegliche Ventilsitz 90 von dem oberen Ende der Zweiwegeventilanordnung 88 abgehoben wird und Druckluft von der Nebendruckkam-

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λ%

mer über die Entlüftungskammer 92 und die Entlüftungsöffnung 100 ins Freie ausströmt«

Es sei nun auf Figur 5 der Zeichnungen mit der dort gezeigten Schaltstellung Bezug genommen. Durch das Ausströmen von Druckluft aus der Nebendruckkammer 86 strömt auch über die Auslaßöffnung 102, die Leitung 190, das handbetätigbare Ventil 172 und die Druckleitung 176 Druckluft aus der Ausdehnungskammer 184 des Steuerelementes 174-aus.

Ist nun der Kolben 180 in üblicher Weise so vorgespannt, daß er in den Zylinder 178 hineinzuwandern strebt, so bewirkt ein Druckabfall in der Ausdehnungskammer 184-eine geringere, sich gegen die Kraftwirkung des Kolbens richtende Kraft, wodurch der Kolben 180 und der Ventilschaft 104- in Abhängigkeit von dem Druckabfall in der i\ebendruckkammer relativ zu den in Figur 1 und in Figur 3 der Zeichnungen gezeigten Stellungen nach aufwärts wandern.

Hierdurch wird der Radialhebel 108, welcher, wie in l'igur 1 der Zeichnungen dargestellt ist, an dem Ventilschaft iu'i befestigt ist, ebenfalls nach aufwärts bewegt und läßt dabei die Kette 11(J nach.

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Durch, die Drehung der Kurvenscheibe 46 im Uhrzeigersinn war jedoch vorher bereits die Schraubenfeder 128 unter Speicherung von Energie gespannt worden und dies bewirkt über die Rückführungskurvenscheibe, die beiden Ritzel 116 und 118 und die Welle 114 eine Vorspannung des Speicherhaspels 112 im Sinne einer Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn.

Die Rückführungskette 110 ist so auf den Speicherhaspel 112 gewickelt, daß sie durch eine Drehung in der Vorspannungsrichtung aufgewickelt wird. Auf diese Weise wird durch die Aufwärtsverschiebung des Ventilschaftes die Kette 110 nachgelassen und dadurch auf den Speicherhaspel 112 aufgewickelt, welcher sich hierbei um einen zu der genannten Verschiebung direkt proportionalen Winkel dreht. Dadurch kann die Rückführungskurvenscheibe 122, welche mit dem Speicherhaspel über die Welle 114, die beiden Ritzel 118 und 116 und die Welle 120 verbunden ist, der Kurvenscheibe 46 bei ihrer Drehung im Uhrzeigersinn folgen, und zwar um einen Betrag, welcher der Verschiebung des Ventilschaftes 104 proportional ist. Dies wiederum bewirkt, daß der Drosselhebel 130 mittels des Randes der Rückführungskurvenscheibe 124 und der Stellschraube 134 in Richtung der Verschiebung der Öffnung 64 gedrängt wird. Hierdurch wird die Strömung aus der Öffnung 64 herabge-

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ΊΟ

setzt und durch, einen Anstieg des Druckes in der Steuerdruckkammer 74 des pneumatischen Regel ventile 76 das Gleichgewicht in dem gesamten System hergestellt.

Der Ventilschaft 104 wird so lange weiter verschoben, "bis der durch das Eingangssignal an dem elektrischen Servomotor 24 verursachte Druckabfall in der Steuerdruckkammer durch die Wirkung der Rückführung 106 vollständig aufgehoben ist. Dies geschieht dadurch, daß der Drosselhebel 130 der Öffnung 64 soweit folgt, daß die Strömung durch diese Öfinung hindurch auf einen geringeren Wert herabgeregelt wird, wodurch der ursprüngliche Druck in der Steuerdruckkammer 74 des pneumatischen Regelventils 76 wiederhergestellt wird.

Dadurch,daß der ursprüngliche Druck in der Steuerdruckkammer wiederhergestellt wird, wird der Druckunterschied zwischen der Nebendruckkammer 86 und der Steuerdruckkammer 74 beseitigt und der bewegliche Ventilsitz 90 legt sich wieder auf die Zweiwegeventilanordnung 88 auf, wodurch der Druck in der Nebendruckkammer auf dem nunmehr eingeregelten niedrigeren Wert gehalten wird und das pneumatische Regelventil sich im Gleichgewicht befindet. Der Ventilschaft 104 und die mit ihm verbundenen, in den Zeichnungen nicht dargestellten weiteren Steuerelemente haben

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sich nun ganz auf den Befehl eingestellt, welcher dem System durch das Ausgangssignal des Digitalrechners 16 gegeben worden ist und sind um einen Betrag verschoben worden, welcher einen vorher bestimmten funktionellen Zusammenhang mit dem jeweils möglichen Zustand und der jeweiligen Dauer des Ausgangssignals des Digitalrechners hat. .

Im folgenden wird nun auf figur 2 der Zeichnungen Bezug genommen und es werden dieselben Annahmen wie im Zusammenhang mit 3?igur 1 gemacht. Dabei dreht sich nun die Motorwelle 40 in gleicher Weise im Uhrzeigersinn, so daß sich auch das Motorritzel 1A-0 im Uhrzeigersinn dreht und dadurch die Scheibenanordnung 144 zur Düsenverstellung über das weitere, aufgesetzte Ritzel 14-2 im Gegenuhrzeigersinn antreibt.

Eine Folge davon ist, daß die öffnung 154 der Strö- -mungsdüse durch die Bewegung der Motorwelle 40 auf einer Bahn bewegt wird, welche durch die jeweilige Stellung des an der Lasche 146 der Scheibenanordnung. 144 befestigten Regelhebels 15O bestimmt ist.

Die Bewegung der öffnung 154 ist von dem Drosselhebel· 170 weggerichtet, welcher im Augenblick in seiner

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festen Stellung verbleibt, wodurch, eine vermehrte Anströmung durch die Öffnung hindurch und folglich ein Druckabfall in der Steuerdruckkammer des pneumatischen Regelventils 76 eintritt.

Wie oben bereits im Zusammenhang mit Figur 1 der Zeichnungen wird nunmehr nochmals zusätzlich auf Figur 3 der Zeichnungen Bezug genommen. Der Druckabfall in der Steuerdruckkammer verursacht in der bereits beschriebenen Weise einen entsprechenden Abfall des Druckes in der Nebendruckkammer, welcher über die Auslaßöffnung 102 des pneumatischen Regelventils und über die Leitung 17O, das handbetätigbare Ventil 172 und die Druckleitung 176 der Ausdehnungskammer 18A- des Steuerelementes 174- mitgeteilt wird. Dies bewirkt, wie oben ebenfalls bereits beschrieben wurde, daß der Kolben 180 und der daran befestigte Ventilschaft 104 in bezug auf die in den Figuren 2 und 3 der Zeichnungen gezeigten Stellungen nach aufwärts verschoben werden.

Durch die beiden Schraubenfedern 164- und 166 und das sie in axialer Richtung verbindende Abstandsstück 168 wirkt auf den Drosselhebel 17O anfangs eine Kraft ein, welche ihn der Öffnung 154- nachzuführen strebt. Der Mitnehmerstift 162 an der weiteren Scheibenanordnung 160 legt

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sich, jedoch an die Unterfläche des Drosselhebels I70 an und verhindert mit Hilfe der Rückführung 158 dessen Bewegung, so daß der Drosselhebel I70 der Öffnung 154 nur um eine Verdrehung um jeweils einen Winkel folgt, welcher der Verschiebung des Ventilschaftes 104 proportional ist. Die Aufwärtsverschiebung des Ventilschaftes 104 bewirkt, daß die an dem Eadialhebel 108 befestigte Kette 110 nachgelassen wird. Durch die Spannung der Schraubenfedern und 166 wird die weitere Scheibenanordnung 160 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht, wobei das auf der Welle 120 angeordnete Ritzel 118 sich im Gegenuhrzeigersinn dreht, während das Eitzel 116 im Uhrzeigersinn angetrieben wird, weshalb sich die Welle 114- und der Speicherhaspel 112 ebenfalls im Uhrzeigersinn drehen und dadurch die freigegebene Kettenlänge aufwickeln.

Hierdurch wird der Drosselhebel I70 in Richtung auf die Öffnung 154 hin bewegt und der Druck in der Steuerdruckkammer des pneumatischen Eegelventils 76 wird stetig derart auf einen solchen erhöhten Wert eingeregelt, daß sich das pneumatische Regelventil 76 im Gleichgewicht befindet, wenn der Ventilschaft 104 die Stellung eingenommen hat, welche dem durch das in seiner Länge modulierte, in den Servomotor 24 eingespeiste Eingangssignal des Digitalrechners 16 gegebenen Befehl entspricht.

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Die stetige Veränderung des Druckes in der Steuerdruckkammer, wie sie im Zusammenhang mit beiden, in Figur 1 bzw. Figur 2 der Zeichnungen "beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen erläutert worden ist, verhindert ein Hinauslaufen des Ventilschaftes 104 über den gewünschten, durch das Eingangssignal befohlenen Verschiebungswert hinaus. Dadurch wird eine hohe Stabilität der beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reglers erreicht. Die Drosseleinstellung bzw. die Betriebseinstellung wird in der in Figur 1 der Zeichnungen gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reglers durch eine Längsverschiebung des Schlittens 68 entlang des gegabelten Abschnittes des Regelarmes 48 justiert. Hierdurch wird die Öffnung 64 längs des Drosselhebels 1JO bewegt, wodurch die relative WinkelVerdrehung zwischen der Öffnung 64 und dem Drosselhebel 130 selektiv verändert wird und eine entsprechende Veränderung der Strömung durch die Öffnung und damit eine Veränderung des Druckes in der Steuerdruckkammer bewirkt wird.

Bei der in Figur 2 der Zeichnungen gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Reglers ist die Öffnung 154 in bezug auf die Drehachse der weiteren Scheibenanordnung 160 in radialer Richtung mittels des schwenkbaren Regelhebels 150 verschieblich, wobei die relative Winkelver-

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drehung zwischen der öffnung 154 und dem Drosselhebel 170 . in der bereits im Zusammenhang mit Figur 1 der Zeichnungen "beschriebenen Weise eine Veränderung der Drosselwirkung verursacht.

Im Falle einer Störung oder bei Ausfall des elektrischen Stromes können die in Figur 1 und Figur 2 der Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reglers für den Betrieb von Hand eingestellt werden. Eine Drehung des Handrades 42 der in Figur 1 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform bzw. der Scheibenanordnung 144- der in Figur 2 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform, hat die gleiche Eegelwirkung mit Bezug auf den Ventilschaft 104· wie sie sonst eine Drehung der Motorwelle 40 des elektrischen Servomotors 24 hat.

Wie oben beschrieben, wird also durch die Erfindung ein neuartiger, mit einem Digitalrechner zusammenarbeitender Regler vorgeschlagen, in dem von dem Digitalrechner eine Regelgröße aufgenommen und in ein in seiner Länge moduliertes, binäres oder in mehreren Zuständen mögliches Signal verwandelt wird. Das Ausgangssignal des Digitalrechners wird jeweils entsprechend seinem Zustand wahlweise dem Eingang eines Servoantriebs mit zwei oder mehreren möglichen Bichtungen zugeführt. Der Servoantrieb erzeugt in

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den jeweiligen Eichtungen eine Verschiebung, welche zu der Dauer des Eingangssignales proportional ist und deren Richtung von dem Zustand des geweiligen Signales abhängt und bewirkt mittels geeigneter ■Verstelleinrichtungen eine hiervon abhängige Verschiebung einer Düse von einem dieser Düse zugeordneten Drosselhebel hinweg. Die Verschiebung der Düse verursacht wiederum eine davon abhängige Veränderung des Druckes in einer Steuerdruckkammer eines Regelventiles, welches einen von Veränderungen des Druckes in der Steuerdruckkammer abhängigen Ausgangsdruck einer Hebendr uckkammer erzeugt. Die Veränderungen des Druckes in der Nebendruckkammer bewirken mit Hilfe eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebes eine Korrektur der Stellung eines verschieblichen Elementes, beispielsweise eines Ventilschaftes. Dieses Steuerelement wiederum verursacht eine hiervon abhängige Verschiebung, welche über eine Rückführung dem Drosselhebel mitgeteilt wird, wodurch der Drosselhebel der Düse jeweils um den Betrag nachgeführt wird, der sich aus der Verschiebung des Steuerelementes ergibt, wodurch der Druck in der Steuerdruckkammer wiederum so lange verändert wird, bis die vorherige Änderung des Druckes in dieser Steuerdruckkammer ausgeglichen ist. Hiernach befindet sich das Regelventil wieder im Gleichgewicht und das Steuerelement kommt in eine Ruhelage, nachdem eine, von dem in seiner Länge modulierten

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Signal "befohlene Verschiebung stattgefunden hat und die von dem Digitalrechner aufgenommene Änderung der Regelgröße ist nunmehr ausgeglichen.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektropneumatischer Hegler, gekennzeichnet durch eine auf Änderungen einer Regelgröße ansprechende Eingangsschaltung (10), welche jeweils diesen Änderungen entsprechende, in ihrer Länge modulierte elektrische Signale erzeugt, ferner durch einen elektropneumatischen Signalumformer (38) sur Erzeugung pneumatischer Druckänderungen, welche mit den elektrischen Signalen in einem vorbestimmten funktioneilen Zusammenhang stehen, weiter durch ein mittels dieser Druckänderungen aus einer Ausgangsstellung verstellbares Steuerelement (174) sowie durch eine «wischen dem Steuerelement und dem Signalumformer angeordnete Rückführung (106 bzw. 158), welche in Abhängigkeit von den Verstellungen des Steuerelementes den Signalumformer im Sinne einer Ausgleichung der Wirkung der Druckänderungen beeinflußt.

2« Begier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalumformer ein pneumatisches Regelventil (76) mit einer Nebendruckkammer (86) und mit einer Steuerdruckkammer (74) sowie eine, von einem elektrischen Servomotor (24) angetriebene, den Druck in der genannten Steuerdruck-

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3AD

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kammer verändernde Verstelleinrichtung (42, 44, 46, 48, 62, 66, 130, 122 bzw. 140, 142, 144, 146, 148, 150, 152, 154, 160, 162, 164, 166, 168, 170) aufweist.

3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckkammer (74) an eine das Ausströmen von Druckluft aus dieser Steuerdruckkammer regelnde Strömungsdüse (62) angeschlossen ist, deren Strömung; von der Vernteileinrichtung beeinflußt wird.

4. Hegler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung zwei Verstellorgsne (46, 48, 122, 130 bzw. 144, 146, 150, 160, 168, 170) enthält, die durch Federmittel (128 bzw. 164, 166) miteinander verbunden sind, die eine zueinander entgegengesetzte Wirkung der beiden Verstellorgane ermöglichen.

5. Segler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Steuerelement einen in Abhängigkeit von dem Druck der Nebendruckkammer (86) betätigten pneumatischen Antrieb (17*0 aufweist.

6. Begier nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische Antrieb (174) eine in dem verstellbaren Steuerelement angeordnete Stellvorrichtung (104, 108) bttätigt.

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3AD ORKsINAL

7φ Begier nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dit Rückführung (106 b«w. 158) «wischen der genannten Stellvorrichtung (104, 108) und eine» der beiden ¥·*- stellorgane (122, 130 b«w. 160 ,., 170) eingeschaltet· Antriebe elemente (112, 114, 116, 118, 120) aufweist.

8. Begier nach einem der Ansprüche 4- bis 7> dadurch gekennseiehnet, daß die Strönungsdüse (62 bsw. 152) eine öffnung (64- bzw. 134) aufweist und daß das andere der Terstellorgane (46, 48 bsw. 144, 146, 14-8, 150) einen an ei sea Jnde schwenkbar gelagerten Hebel (48 bsw. 150) enthält, an dessen anderem Ende die genannte Düse (62 biw. 152) angeordnet ist.

9. Begier nach Anspruch 8, dadurch gekennseiohnet, daß der Sexrroaoto? (24) alt dem anderen der beiden Verstell organe (46, 48) Über tine Welle (40), wtlohe ein· Bit den Hebel (48) iwisöhen dessen beiden luden «usajmenwirkende lurrensoheibe (46) hält, rerbunden ist.

10. Regler nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden Yerstellorgane (122, 130 bsw. 160 ... 170) «inen weiteren Hebel (190 bsw. 170) aufweist, welcher an einem Ende schwenkbar gelagert 1st und alt seinen «wischen den Enden befindlichen Abschnitt gegenüber der

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Düse (62 bzw. 152) angeordnet ist.

11. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung (106 bzw. 158) zwei mittels eines Zahnradgetriebes (116, 118) verbundene Wellen (114, 120) aufweist, auf deren einer ein Haspel (112) aufgesetzt ist, auf welch letzterem ein Ende einer mit der Stellvorrichtung (104, 108) verbundenen Schnur oder Kette (110) aufgewickelt ist.

12. Regler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden Verstellorgane (122, 130) eine weitere, auf der einen der beiden Wellen (114, 120) befestigte, mit dem weiteren Hebel (130) zusammenwirkende Kurvenscheibe (122) aufweist.

13. Regler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegung der Stellvorrichtung (104, 108) aus ihrer Anfangsstellung eine Drehung der weiteren Kurvenscheibe (122) bewirkt und daß hierdurch der weitere Hebel (130) gegen die Düse (62) gedrängt wird.

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