DE2847380C2 - Druckmittelbetriebener Regler mit Rückführung, insbesondere Stellungsregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetriebenen Regler mit Rückführung mit den m Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen.

Solche Regler dienen hauptsächlich dazu, die an einem Stellglied auftretenden Störeinflüsse wie Reibung, wechselnde Kräfte auf dem Ventilkegel und dgl. möglichst unwirksam zu machen. Bei einem Regelventil soll mit Hilfe einer Meßvorrichtung des Stellungsreglers eine durch einen Führungsdruck erzeugte Kraft (bzw. ein entsprechender Weg) mit einer Kraft (bzw. einem Weg) verglichen werden, welche (bzw. welcher) die Stellung der Ventilstange möglichst gut zugeordnet ist. Die sich mit der Ventilstellung ändernde Kraft wird üblicherweise durch eine Feder erzeugt, die von der Ventilstange oder dem sonstigen Stellglied mehr oder weniger gespannt wird. Die den Führungsdruck abbildende Kraft entsteht dadurch, daß dieser Druck auf eine Membran, ein Federrohr, eine Bourdonfeder, einen Kolben od. dgl. wirkt. Besteht ein Ungleichgewichl zwischen den beiden abbildenden Kräften, so sorgt ein z. B. aus Düse und Prallplatte mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker bestehendes pneumatisches Schaltsystem dafür, daß der Druck im Stellmotor des pneumatischen Stellgliedes so lange verändert wird, bis die Ventilstange diejenige Stellung eingenommen hat, welche dem Führungsdruck aufgabengemäß zuzuordnen ist.

Im allgemeinen diente bisher zur Abbildung der Ventilstellung eine normale Schraubenfeder. Auch wurde anstatt dessen auch schon ein Torsionsstab verwendet. Beide Ausführungen leiden vor allem an ihrem unvermeidlichen Platzbedarf bzw. an ihrer sperrigen Bauweise, welche der praktischen Brauchbarkeit des Reglers abträglich sind.

Aus der DE-OS 16 73 592 ist auch bereits ein Regelgerät der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Meßfeder aus einer Spiralfeder besteht, deren inneres Ende auf einer Spannwelle befestigt ist, welche mit dem Drehpunkt oder Ende eines mit dem Stellglied gekuppelten Hebels verbunden ist, und deren äußeres Ende mit dem Meßwerk des Stellungsreglers gekuppelt ist Bei diesem Regelgerät ist das innere Ende der Spiralmeßfeder direkt und fest mit dem freien Ende der

ίο Spannwelle verbunden. Eine in der Praxis oft e.-forderliche genaue Einstellung des Nullpunktes des Gerätes und eine Änderung der Federkennlinie der Spiralmeßfeder kann daher nur nach einer Demontage der betreffenden Teile des Gerätes vorgenommen werden. Auch ein Auswechseln der Spiralmeßfeder ist aus diesem Grunde nichi ohne zeitraubende und umständliche Montagearbeit möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der Spiralmeßfeder zwischen dem Stellglied und dem pneumatischen Meßwerk so mit einer einfachen Vorrichtung zu verbinden, daß die Einstellung des Nullpunktes und eine Verschiebung der Federkennlinie bzw. eine Auswechslung der Spiralmeßfeder auf einfache Weise auch bei einem bereits montierten Gerät möglich ist. Dabei soll dieses Gerät möglichst kompakt als ein selbständiges Bauelement ausgebildet sein, welches ohne Schwierigkeiten an Stellglieder mit pneumatisch angetriebenem Stellmotor wie insbesondere Membranventil angebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das innere Ende der Spiralmeßfeder an einem auf der Spannwelle verdrehbar und feststellbar gelagerten Auge befestigt ist, welches gegenüber der Spannwelle mittels einer Einstellschraube und eines mit dem Auge verbundenen Hebels verdrehbar ist, während das äußere Ende der Spiralmeßfeder mit einem Druckmeßstift verbunden ist, dessen Fußende an einem vom Meßdruck beaufschlagbaren, z. B. balg- oder membranförmigen Meßorgan befestigt ist und dessen Kopfende

«o auf eine Prallplatte wirkt, welche mit der Auslaßdüse eines auf den Stellmotor eines Stellgliedes, z. B. eines Regelventils, wirkenden pneumatischen Kraftschalters zusammenarbeitet.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann das innere Ende

<5 der Spiralmeßfeder in bezug auf die Spannwelle mehr oder weniger angezogen werden, um den Nullpunkt einzustellen und die Federkennlinie zu verschieben, ohne daß eine vollständige Demontage der betreffenden Teile des Gerätes vorgenommen werden muß.

v> Diese Vorrichtung erleichtert auch erheblich den Austausch einer bestimmten Spiralmeßfeder durch solche mit anderen Eigenschaften, vor allem mit anderen Federkonstanten oder Federkennlinien. Infolge seiner kompakten und wenig Raum beanspruchenden Bauart kann das Gerät als Einheit leicht an verschiedenartige, pneumatisch betätigte Ventile od. dgl. anmontiert werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht.

w> Fig. 1 zeigt schematisch in einem senkrechten Schnitt ein pneumatisch betriebenes Stellventil mit einem Stellungsregler.

F i g. 2 zeigt dieses Stellventil in einem waagerechten Schnitt nach der Linie AB der Fig. I mit dem Stellungsregler in teilweise geschnittener Draufsicht.

Fig. 3 zeigt schematisch in einem senkrechten Schnitt das pneumalisch betriebene Stellventil gemäß F i g. I mit einer Variante des Stellungsreglers, und

Fig.4 zeigt das Stellventil wieder analog Fig.2 in einem waagerechten Schnitt nach der Linie C-D der Fig.3 mit dem Stellungsregler in teilweise geschnittener Draufsicht,

Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- ϊ formen besteht das Stellglied aus einem Ventilkörper 24, der über einen Rahmen 25 fest mit dem Membrangehäuse 26 eines pneumatischen Stellmotors verbunden ist. In dem mit einer Eingangsöffnung 27 versehenen Druckraum 28 des Membrangehäuses 26 ist eine Arbeitsmembran 29 angeordnet, deren Membranteller 30 fest mit einer Ventilstange 31 verbunden ist Die Ventilstange 31 trägt einen Ventilkegel 32, welcher mit einem Ventilsitz 33 zusammenarbeitet Auf den Membranteller 30 wirken von unten die Ventilfedern 34, welche bestrebt sind, das Ventil entgegen dem im Druckraum 28 herrschenden Luftdruck zu öffnen.

An der Ventilstange 31 ist mit Hilfe einer gegebenenfalls axial verstellbaren Schelle 34' ein Winkelstück 35 befestigt auf welchem ein Stellstift 36 verschiebbar und kraftschlüssig aufliegt Das äußere Ende des Stellstiftes 36 ist in dem Langloch 37 eines Hebels 38 radial verstellbar und mittels eines Schraubenbolvens 36' in jeder Verschiebungslage des Stellstiftes 36 auf der Auflagefläche des Winkelstückes 35 feststellbar gelagert

Mit dem Rahmen 25 des Ventils ist durch in der Zeichnung nur angedeutete Halteteile 39 das Gehäuse 40 eines Stellungsreglers fest verbunden. Dieser Stellungsregler ist in der Zeichnung der Anschaulichkeit Jo halber im Verhältnis zu dem Ventil ziemlich groß dargestellt. Er enthält als Positionsmeßfeder eine spiralförmig gewundene Blattfeder oder Spiralmeßfeder 41, deren inneres Ende 4Γ mit einer im Gehäuse 40 drehbar gelagerten Spannwelle 42 mittels eines auf der « Spannwelle 42 sitzenden Auges 42' verbunden ist. Die Spannwelle 42 ist ihrerseits mit dem Ende 38' des Hebels 38 verbunden, welcher auf diese Weise bei seinen Ausschlagbewegungen die Spiralmeßfeder 41 spannen kann.

Das äußere Ende 41" der Spiralmeßfeder 41 ist gemäß F i g. 1 und 2 praktisch unmittelbar und vor allem ohne Zwischenschaltung eines weiteren Hebels mit dem beweglichen Teil eines Druckmeßwerkes verbunden, welches beim Ausführungsbeispiel aus einer Meßmembran 43 besteht, aber auch ein Federbalg sein könnte. Der Membranteller 44 trägt einen Meßstift 45, an dem das Ende 41" der Spiralmeßfeder 41 befestigt ist. In den Meßdruckraum 46 unterhalb der Meßmembran 43 mündet eine Meßdruckleitung 47, in die der wechselnde Meßdruck eingeführt wird, wie durch den Eingangspfeil 48 angedeutet ist.

Der Kopf 49 des Meßs'.iftes 45 wirkt von unten auf eine bei 50 gelagerte Prallplatte 51, weiche die Auslaßdüse 52 eines Kraftschalters mehr oder weniger abschließt bzw. öifnet. Der Auslaßdüse 52 wird durch eine Leitung 53 über eine veränderliche Vordrossel x_p ein aus dem Zuluftanschluß 54 kommender, im wesentlichen konstanter Luftdruck zugeführt. Aus einem der Ausiaßdüse 52 nachgeschalteten Leistungs- 6« verstärker 55 führt über eine weitere Drossel Q eine Druckleitung 56 in den Druckraum 28 des Membrangehäuses 26 des Stellmotors des Ventils.

Wenn beispielsweise der Eingangs- oder Befehlsdruck nach einer Störung des Gleichgewichtszustandes 6'> in dem Meßdruckraum 46 ansteigt, so bewegt sich die Meßmembran 43 entgegen der Wirkung der Spiralmeßfeder 41 nach oben und h-ebt über den Meßstiftkopf 49 die Prallplatte 51 von oer Auslaßdüse 52 ab. Dadurch fällt der Druck in der Zuiuftlejtung 53 und infolgedessen auch der Druck hinter dem Verstärker 55 in der Druckleitung 56. Der Arbeitsdruck in dem Druckraum 28 des Stellmotors sinkt entsprechend, und die Ventilstange 31 wird unter der Wirkung der Ventilfeder 34 nach oben bewegt. Dadurch wird die Spiralmeßfeder 41 von dem sich im Uhrzeigersinn drehenden Hebel 38 und der Spannwelle 42 so lange gespannt, bis zwischen der Kraft an der Meßmembran 43 und der Kraft am Ende 42" der Spiralmeßfeder 41 wieder Gleichgewicht herrscht. Wenn dagegen der Eingangs- oder Befehlsdruck sinkt so kehren sich die vorstehend beschriebenen Funktionen entsprechend um. Auf diese Weise werden die auf das Stellglied wirkenden Störungskräfte ausgeschaltet, wie z. B. die auf den Ventilkegel wirkenden wechselnden Drücke des durch das Ventil strömenden Mediums, an Stopfbüchsen auftretende Reibungskräfte od. dgl.

Die veränderliche Drossel x_p dient zur Stabilisierung des aus Ventil und Stellrelais gebildeten Regelkreises. Wenn dessen Verstärkung nämlich zu hoch ist, kann das Ventil zu schwingen anfangen. Auen die ebenfalls veränderliche Drossel Q dient dazu, gegebenenfalls die Stabilität sowohl des Stellungsregelkreises als auch des Regelkreises, innerhalb dessen das Steliveniil mit dem Stellretais eingesetzt wird, zu sichern bzw. zu verbessern.

Gemäß der Erfindung kann eine Hilfsvorrichtung zur Einstellung des Nullpunktes und zur Verschiebung der Federkennlinien mit der Anordnung der Spiralmeßfeder verbunden werden. Diese Hilfsvorrichtung besteht in einfacher Ausführungsform aus einer Schraube 57, die auf einen Hebel 58 wirkt, welcher mit dem auf der Spannwelle 42 verdrehbaren Auge 42' verbunden ist. Dadurch kann das innere Ende 41' der Spiralmeßfeder 41 in bezug auf die Spannwelle 42 mehr oder weniger angezogen werden, ohne daß die Spannwelle demontiert werden muß. Auch kann die Spiralmeßfeder leicht ausgetauscht werden.

Eine Variante des Gerätes besteht gemäß F i g. 3 und 4 darin, daß auf der Spannwelle 42 anstelle einer einzigen Spiralmeßfeder zwei oder mehr parallel wirkende Spiralmeßfedern nebeneinander angeordnet sind, welche wahlweise einzeln oder zu zweit bzw. zu mehreren in beliebiger Kombination adf das Eingangsdruckmeßwerk wirken. Bei der dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise zwei verschieden große Spiralmeßfedern 59 und 60 vorgesehen. Die jeweils gewünschte Verbindung der äußeren Enden der Spiralmeßfedern 59, 60 mit dem Meßstift 45 der Meßmembran 43 des Druckmeßwerkes kann z. B. mit Hilfe eines um die Achse des Meßstiftes 45 verdrehbaren Kupplungsstückes 61 hergestellt werden. Die Enden u'ieses Kupplungsstückes können z. B. mittels Schrauben 62, 63 mit den äußeren, freien Enden der Spiralmeßfedern 59 bzw. 60 verbunden werden. In der in Fi g. 4 in ausgezogenen Linien gezeichneten Stellung wirken beide Spiralmeßfedern 59, 60 gleichzeitig über da^r, Kupplungsstück f 3 auf den Meßstift 45, während in der in gestrichelten Linien gezeichneten Stellung 6Γ des Kupplungsstückes nur die Spiralmeßfeder 59 mit dem Meßstift 45 verbunden ist.

Es ist hierbei vorteilhaft, die Federkonstanten oder Federkennlinien bzw. Drehmomente der verschiedenen Spiralmeßfedern 50, 60 us'.v. im Verhältnis von 1:2:4 usw. oder ähnlich abzustufen. Bei dieser Ausbildung kann man durch entsprechende Auswahl der wirksamen

Spiralmeßfedern die Zuordnung zwischen dem Winkel, um den der Hebel 38 des Stellgliedes verdreht w ird, und der Kraftwirkung auf den Meßsiift 45 des Druckmeßwerkes innerhalb großer Grenzen verändern. Solche Abstufungen kann man auch für die verschiedenen, gemäß Fig. I und 2 je nach Bedarf austauschbaren Spiralmeßfedern vorsehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Druckmittelbetriebener Regler mit Röckführung, insbesondere Stellungsregler für pneumatisch von einem Stellmotor angetriebene Stellglieder wie Regelventile od. dgl, bei dem die Stellung des Stellgliedes durch eine zwischen dem Stellglied oder Stellmotor und dem Meßwerk des Stellungsreglers eingeschaltete Feder abgebildet wird, welche aus einer Spiralmeßfeder besteht, deren inneres Ende auf einer Spannwelle befestigt ist, welche mit dem Drehpunkt oder Ende eines mit dem Stellglied gekuppelten Hebels verbunden ist, und deren äußeres Ende mit dem Meßwerk des Stellungsreglers gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende (41') der Spiralmeßfeder (41) an einem auf der Spannwelle (42) verdrehbar und feststellbar gelagerten Auge (42') befestigt ist, welches gegenüber der Spannwelle (42) mittels einer Einstellschraube (57) und eines mit dem Auge (42') verbundenen Hebels (58) verdrehbar ist, während das äußere Ende (41") der Spiralmeßfeder (41) mit einem Druckmeßstift (45) verbunden ist, dessen Fußende an einem vom Meßdruck beaufschlagbaren, z. B. balg- oder membranförmigen Meßorgan (43) befestigt ist und dessen Kopfende (49) auf eine Prallplatte (51) wirkt, welche mit der Auslaßdüse (52) eines auf den Stellmotor eines Stellgliedes, z. B. eines Regelventils, wirkenden pneumatischen Kraftschalters zusammenarbeitet.