DE2252270C3 - Pneumatischer Regler - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatischen Regler mit je einem pneumatischen Anschluß für das Führungsgrößensignal und das Stellgrößensignal sowie mit einem mechanischen Eingangssteuerglied, welches mit dem beweglichen Teil eines Stellgliedes od. dgl. kuppelbar ist.

Durch das Buch von Pavlik/Machei »Ein kombiniertes Regelsystem für die Verfahrensindustrie«, München 1960, S. 107, Bild 73, ist ein Stellungsregler bekanntgeworden, bei dem ein Kommandodruck über einen Kommandobalg eine Kraft an einem Waagebalken einer Kraftwaage und damit ein Drehmoment erzeugt. Andererseits ist die Ventilspindel eines Stellantriebes über Hebel mit einer Meßfeder verbunden, die an dem Waagebalken befestigt ist und auf diesen ein entgegengesetztes Moment ausübt. Sind die beiden Momente nicht gleich, dann wird durch die daraus folgende Bewegung des Waagebalkens über eine Ausströmdüse ein nachgeschalteter Verstärker gesteuert. Der Ausgangsdruck des Verstärkers wirkt auf den Stellantrieb und verändert dessen Stellung so lange, bis Gleichgewicht am Waagebalken der Kraftwaage besteht. Eine Fernanzeige der Stellung des Stellantriebes ist pneumatisch nicht möglich, da an keiner Stelle des Systems der vorhandene Druck dem Hub der Ventilspindel proportional ist Der von dem Verstärker ausgesteuerte, das Stellsignal darstellende Druck ist als Wegsignal grundsätzlich nicht geeignet, da dieser Druck bei ein und derselben Stellung des Stellantriebes verschieden groß sein kann, je nach gerade herrschender Belastung am Ventil.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 698 590 ist ein pneumatischer Regler bekanntgeworden, der entweder als Stellungsregler oder als Stellungsferngeber verwendet werden kann. Der bekannte Regler weist im wesentlichen ein Druckmeßwerk in Form einer Druckmeßdose sowie einen Druckmittelkraftschalter auf, der aus einer auf zwei Düsen aufliegenden Verschlußplatte besteht, wobei der einen Düse ein Speisedruck zugeführt wird und die andere der Entlüftung dient. Die Verschlußplatte stützt sich auf den beiden Düsen im Gleichgewichtszustand ab. Der Deckel der Druckmeßdose steht einerseits in Antriebsverbindung mit dem Stellglied und andererseits greift er über eine Antriebsverbindung an der Verschlußplatte an.

Für den Fall, daß der Regler als Stellungsregler arbeiten soll, wird das Druckmeßwerk an einen die Führungsgröße darstellenden Befehlsdruck angeschlossen und der Druckmittelkraftschalter ist über einen Anschluß an das Stellglied, z. B. ein Membranventil, anzuschließen.

Um als Stellungsfernmelder arbeiten zu können, wird der Druckmittelkraftschalter einerseits pneumatisch mit dem Druckmeßwerk verbunden und andererseits über eine beliebig weit zu führende Leitung an ein Manometer angeschlossen. Jetzt kann der Regler als Meßwerk für die Stellung des Stellgliedes dienen.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Regler der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er gleichzeitig sowohl rils Stellungsregler als auch als Steüungsfernmelder eingesetzt werden kann. Das pneumatische Stellungsfernmeldesignal soll hierbei dem Hub des Stellgliedes streng proportional sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschriebene Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unleransprüchen

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein einziges Gerät gleichzeitig als Stellungsregler und als Stellungsfernsender wirken kann.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 den funktioneilen und konstruktiven Aufbau des Reglers schematisch und

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vergleichsvorrichtung und das Eingangssteuerglied in Richtung des Pfeiles II.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Regler als Stellungsregler für ein Ventil dargestellt, welches aus einem pneumatischen Antrieb 1, einer Ventilstange 2 nebst Drosselkörper und einem Ventilgehäuse 3 besteht. Dem Ventilantrieb 1 wird über die Eingangsleitung 4 ein pneumatisches Stellgrößensignal y zugeführt, während die jeweilige Ventilstellung mit Hilfe eines als Eingangssteuerglied für den Regler dienenden Hebels 5 abgetastet wird, welcher beispielsweise mit einem gabelförmigen Ende 6 an einem an der Ventilstange 2 vorgesehenen Zapfen 7 geführt sein kann. Der Steuerhebel 5 ist im Gehäuse 9 des Reglers drehbar gelagert und über ein Kreuzfedergelenk 10 mit einem ebenfalls

im Gehäuse 9 kippbar gelagerten Waagebalken 11 verbunden. Ein zweites Kreuzfedergelenk 12 ist zwischen dem Waagebalken 11 und einem Einstellhebel 13 angeordnet, der selbsthemmend verstellbar ist und mit dessen Hilfe die Vorspannung für den Waagebalken 11 eingestellt werden kann. Das Kreuzfedergelenk 10 wandelt die Wegverstellung des Steuerhebels 5 in ein Drehmoment bzw. in eine auf den Waagebalken !1 einwirkende Kraft um.

Am Waagebalken 11 greift der Eingangsstößel eines zugleich als pneumatischer Verstärker wirkenden Kraft/Druck-Umformers 14 an. Er wird über die Leitung 15 mit gefilterter und geregelter Druckluft gespeist und erzeugt auf seiner Ausgangsleitung 16 ein der auf seinen Eingangsstößel einwirkenden Kraft pro- i< portionales Druckluftsignal χ. Da dieser Druck χ über den Umformer 14 und das Kreuzfedergelenk 10 sowie den Steuerhebel 5 von der jeweiligen Stellung der Ventilstange 2 abhängt, kann es zugleich für eine Fernanzeige der die Regelgröße bildenden Ventilstellung dienen und über eine Leitung 17 einen entsprechenden pneumatischen Stellungsanzeiger zugeführt werden. An Stelle von Kreuzfedergelenken 10 und 12 können auch andere Drehfedern, beispielsweise Torsionsstäbe, verwendet werden.

Der Umformer 14 ist längs des Waagebalkens Il verschiebbar, wodurch der Regler dem Hubbereich des Ventils angepaßt und gegebenenfalls von Direktbetrieb auf Reversbetrieb umgestellt werden kann. Das Ausgangssignal des Umformers 14 gelangt ferner über die Leitung 18 in eine Druckdose 19, welche auf einen zweiten Waagebalken 20 einwirkt. Dieser ist über eine Blattfeder 21 kippbar am Gehäuse 9 gelagert und steht auf der der Druckdose 19 gegenüberliegenden Seite unter dem Einfluß einer zweiten Druckdose 22. Dieser wird über die Leitung 23 ein pneumatisches Führungsgrößcnsignal w zugeführt.

An einer gehäusefesten Schiene 24 ist ein zugleich als pneumatischer Verstärker wirkender Weg/Druck-Umformer 25 verschiebbar befestigt, dessen Düse 26 einer durch den Waagebalken 20 gebildeten oder von diesem getragenen Prallplatte gegenübersteht. Der Umformer 25 wird über eine Leitung 27, ebenfalls mit gefilterter und geregelter Druckluft gespeist, und erzeugt ein der Stellung des Waagebalkens 20 entsprechendes pneumatisches \usgangssignal an seinem Ausgang 28, welcher über die Leitung 4 mit der Membrankammer des pneumatischen Ventilantriebs 1 verbunden ist. Die Düse 26 ist über eine Drossel 29 ebenfalls an die Druckluftversorgungsleitung 27 angeschlossen. Durch Verschieben des Umformers 25 längs der Schiene 24 läßt sich der Proportionalbereich des Reglers einstellen und dieser von Direktbetrieb auf Reversbetrieb umstellen. In der durch den Waagebalken 20 und die beiden Druckdosen 19 und 22 gebildeten Vergleichsvorrichtung wird das als Führungsgröße w ankommende Eingangssteuersignal mit dem über die Leitungen 16 und 18 ankommenden der jeweiligen Ventilstellung proportionalen Signal verglichen. Diese Vorrichtung bildet somit einen pneumatischen Soll/Istwert-Vergleicher. Der Waagebalken 11 dient in Verbindung mit dem Steuerhebel 5 und dem Kreuzfedergelenk einerseits und dem Umformer 14 andererseits als Weg/Druck-Umformer und führt der Vergleichsvorrichtung ein der jeweiligen Ventilstellung proportionales Drucksignal zu. Die Reversierbarkeit des Reglers ermöglicht es, diesen wahlweise links oder rechts von der Ventilstange an dem den Antrieb 1 mit dem Ventilgehäuse 3 verbindenden Gestell zu befestigen. Infolge der Einschaltung des zugleich als Verstärker wirkenden Umformers 14 braucht das Stellglied 1 bis 3 am Steuerhebel 5 eine nur relativ kleine Kraft aufzubringen, um dem Eingangssteuerdruck vf das Gleichgewicht zu halten.

Im eingeschwungenen Zustand, d.h., bei fehlender Regelabweichung, seien die Di Jcke w und Ar gleich groß. Der Waagebalken 20 befindet sich im Gleichgewicht, der Stellgrößendruck y hat einen bestimmten Wert Er wirkt auf eine federbelastete Membran des Antriebs 1 und hält der Kraft der Rückstellfeder des Ventils in einer bestimmten Lage der Ventilstange 2 gerade das Gleichgewicht. Diese Lage bestimmt die Stellung des Steuerhebels 5, der über das Kreuzfedergelenk 10 eine bestimmte Kraft auf den Waagebalken 11 ausübt. Diese Kraft bestimmt die Größe des Drukkes x.

Wird der Eingangsdruck w geändert, so erfolgt eine Auslenkung des Waagebalkens 20, wodurch der Ausgangsdruck y des Umformers 25 sich dementsprechend ändert. Dreht sich der Waagebalken 20 beispielsweise im Uhrzeigersinn, so steigt der Druck in der Düsenkammer 30 an und das von den beiden Membranen 31 und 32 getragene Verbindungsstück 33 hebt den oberen Teil des Doppelschließkörpers 34 von seinem Sitz ab, so daß Druckluft über die Leitung 27 in die Ausgangskammer 35 einströmen und somit den Druck y am Ausgang 28 erhöhen kann. Dies führt zu einer Verschiebung der Ventilstange 2 nach unten. Über den Steuerhebel 5 und die Feder 10 wird diese Stellungsänderung auf den Waagebalken 11 übertragen, der somit ebenfalls im Uhrzeigersinn geschwenkt wird und über den Eingangsstößel des Umformers 14 den oberen Teil seines Doppelschließkörpers ebenfalls vom Sitz abhebt. Hierdurch kann Druckluft auch von der Leitung 15 über den Umformer 14 zur Leitung 16 gelangen und dort den Druck χ so lange erhöhen, bis der Waagebalken 20 die Gleichgewichtslage wieder erreicht hat und der Umformer 25 sperrt.

Bei einer Absenkung des Führungsgrößendruckes w schwenken beide Waagebalken 20 und H im Gegenuhrzeigersinn und die Ausgangskammern beider Umformer 25 und 14 werden zur Atmosphäre hin so lange entlüftet, bis sich das System wiederum im Gleichgewicht befindet.

Das Gleichgewicht am Waagebalken 11 ist hergestellt, sobald das vom Steuerhebel 5 über die Feder 10 auf den Waagebalken ausgeübte Drehmoment gleich groß ist wie dasjenige, welches die Stößelkraft des Umformers 14 auf den Waagebalken ausübt. Die Ventilstange 2 und mit ihr der Steuerhebel 5 nehmen also jeweils irn abgeglichenen Zustand die durch die Führungsgröße w bestimmte Lage ein. Der Druck χ kann darüber hinaus über die Leitung 17 unmittelbar zur Stellungsrückmeldung benutzt werden.

Wird durch eine Störgröße, beispielsweise durch eine auf die Ventilstange bzw. auf den Drosselkörper des Ventils einwirkende Kraft die Ventilstellung geändert, so überträgt der Steuerhebel 5 eine solche Stellungsänderung auf den Waagebalken 11 und damit auf das Stellungsfernanzeigesignal x. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Störgröße die Ventilstange um einen bestimmten Betrag nach oben verschiebe. Dementsprechend bewegt sich der linke Hebelarm des Waagebalkens 11 nach unten, so daß die Auslaßkammer des Umformers 14 entlüftet wird, weil der untere Drosselkörper von seinem Ventilsitz abhebt. Damit sinkt der Druck auf der Leitung 16 ab, und das kleiner

werdende Signal χ auf der Leitung 17 meldet diese Ventilstellungsänderung. Zugleich verringert sich der Druck in der Membrandose 19, wodurch der Druck in der Dose 22 überwiegt, und den Waagebalken 20 im Uhrzeigersinn schwenkt. Damit hebt der obere Teil des Drosselkörpers im Umformer 25 von seinem Sitz ab, so daß Druckluft zum Ausgang 28 gelangen und den Stell größendruck, y erhöhen kann. Diese Druckerhöhung führt zu der erforderlichen Abwärtsbewegung der Ventilstange, bis in die durch die Führungsgröße w vorgegebene Ventilstellung.

Durch Verschieben des Umformers 25 längs der Schiene 24 läßt sich der P-Bereich des Stellungsreglers einstellen. Der im gezeigten Ausführungsbeispiel als Düse/Prallplatte-System ausgebildete Umformer 25 kann auch durch einen Kraft-Druck·Umformer ersetzt werden, wie er für den Umformer 14 verwendet wird Durch Verschieben des Umformers 14 längs der Schiene 36 wird der Stellungsregler dem Hub des Stellgliedes 2 angepaßt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel isi der Startpunkleinsteller 13 über eine weitere Drehfe der 12 mit dem Waagebalken 11 verbunden. Hierdurch läßt sich die Fcidervorspannung des Waagebalkens unc damit der Startpunkt bezogen auf den Hub einstellen Anstatt durch eine getrennte Vorspannfeder 12 ließ« sich die Startpunkteinstellung auch mittels der Drehfe der 10 erreichen, wenn deren Einspannung am Waage balken 11 oder am Steuerhebel 5 verstellbar wäre. Di< Skala 37 müßte dann nicht gehäusefest, sondern an Waagebalken 11 bzw. am Steuerhebel 5 befestigt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Pneumatischer Regler mit je einem pneumatischen Anschluß für das Führungsgrößensignal und das Stellgrößensignal sowie mit einem mechanischen Eingangssteuerglied, welches mit dem beweglichen Teil eines Stellgliedes od. dgl. kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Eingangssteuerglied (5) auf einen seinen Weg ι ο in einen proportionalen Druck umwandelnden Weg/Druck-Umformer (5, 10, 11, 14} einwirkt, dessen Druckausgang (16) einerseits an einem Anschluß (17) für einen pneumatischen Stellungsanzeiger und zum anderen an die eine Druckdose (19) einer pneumatischen Weg- oder Kraftvergleicksvorrichtung (19 bis 22) angeschlossen ist.

2. Pneumatischer Regler nach Anspruch 1 mit einem Weg-ZKraft-Umformer, welcher aus einer Drehfeder besteht, die zwischen dem Eingangssteuerglied und einem auf den Eingang des Weg/Druck-Umformers einwirkenden Hebel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Hebel (11) eine weitere Drehfeder (12) angreift, deren ortsfester Lagerpunkt verdreh- und feststellbar ist.

3. Pneumatischer Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder ein Kreuzfedergelenk (10,12) ist.

4. Pneumatischer Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg/Druck-Umformer (14) längs des Hebels (11) verschiebbar angeordnet ist.

5. Pneumatischer Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (11) Teil eines Waagebalkens und der Weg/Druck-Umformer (14) in Positionen zu beiden Seiten der Kippachse des Waagebalkens verschiebbar ist.

6. Pneumatischer Regler nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Weg/Druck-Umformer (14) als kombinierter Druck/Leistungsverstärker ausgebildet ist.