DE3427204A1

DE3427204A1 - Ventilanordnung zur steuerung des flusses stroemender medien

Info

Publication number: DE3427204A1
Application number: DE19843427204
Authority: DE
Inventors: Ulf 7180 Crailsheim Mürner
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1984-07-24
Filing date: 1984-07-24
Publication date: 1986-02-06
Also published as: FI852787A0; US4641683A; DE3427204C2; BR8503994A; FI852787L

Description

PATENTANWALT DIPL-PHYS. DR. HERMANN FAY

Voith Turbo ' ^J '

GmbH & Co. KG *

Voithstraße 1
7180 Crailsheim

7900 Ulm, 22.06.84 Akte P/6223 d/th

Ventilanordnung zur Steuerung des Flusses strömender Medien.

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Steuerung des Flusses strömender Medien, insbesondere Gase oder Flüssigkeiten, in Rohrleitungen oder dergl.

Es sind bereits sogenannte Proportionalventile bekannt, bei denen der Fluß durch das Ventil durch eine proportionale Verstellung eines Schiebers bzw. des Ventiltellers steuerbar ist. Solche Ventile sind jedoch im Aufbau aufwendig und in der Regel auch zu träge, um schnellen Regelungsvorgängen folgen zu können. Schließlich besitzen diese Ventile meist einen eingeschränkten Regelbereich, so daß mit einem für großen Durchfluß vorgesehenen Ventil eine kleine Durchflußmenge in der Regel nicht einstellbar ist.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, zur Steuerung des Flusses einfache Schaltventile einzusetzen, die periodisch kurzzeitig geöffnet werden, wobei die Dauer der Öffnungszeit die Menge des Flusses bestimmt. Mit solchen Ventilen ist jedoch ebenfalls die Einstellung sehr kleiner Durchflußmengen nicht möglich, da die vorgegebene Öffnungszeit einen be

Adresse: 79 Ulm/Donau, Telefon Telegramme Postscheckkonto Bankkonto PostfaA 1209, Enslngerstraße 21 (0731)6 4946 Prospat Ulmdonau Stuttgart 73231 Deutsche Bank AG Ulm 184

stimmten Wert nicht unterschreiten darf, um sicherzustellen, daß der Ventilteller auch tatsächlich vom Ventilsitz abhebt. Zwar besteht hier die Möglichkeit, mehrere solcher Schaltventile für unterschiedliche Durchflußmengen einander parallel zu schalten und so anzusteuern, daß jeweils das für den gewünschten Fluß vorgesehene Ventil betätigt wird. Solche Anordnungen sind jedoch wegen der Verwendung mehrerer Ventile ebenfalls sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau und zuverlässiger Betriebsweise ein weiter Steuerbereich für den Durchfluß möglich ist.

Eine diese Aufgabe lösende Anordnung ist gekennzeichnet durch ein Schaltventil, ein dem Schaltventil in Strömungsrichtung nachgeordnetes Drosselglied, ferner einen zwischen dem Schaltventil und dem Drosselglied angeordneten Drucksensor sowie ein Stellglied, das bei Druckanstieg am Drucksensor das Schaltventil sofort oder zeitlich verzögert schließt und bei Druckabfall das Schaltventil sofort oder zeitlich verzögert öffnet.

Der durch die Erfindung erreichte Fortschritt besteht zunächst darin, daß die Ventilanordnung nur ein einziges, einfach aufgebautes und daher zuverlässig arbeitendes Schaltventil aufweist. Ferner besitzt diese Ventilanordnung den Vorteil, daß für die Ansteuerung des Schaltventils keine Mindestöffnungszeiten vorgesfeen werden müssen, sondern durch den

Drucksensor das erfolgte Abheben des Ventiltellers vom Ventilsitz durch den Druckanstieg registriert wird, so daß unmittelbar anschließend das Ventil bereits wieder geschlossen werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, selbst mit einem für große Durchflußmengen vorgesehenen Schaltventil den Durchfluß auch sehr geringer Mengen präzise zu steuern.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das Schaltventil von einem elektrisch betätigbaren Magnetventil gebildet. Dabei ist es weiter den Vorteil, wenn der Drucksensor von einem den Druck in entsprechende elektrischeSpannungen umsetzende! Bauelement gebildet ist, da dann die notwendige Ansteuerung auf elektrischem bzw. elektronischem Wege besonders einfach erfolgen kann.

Das Stellglied weist zweckmäßigerweise einen das Schaltventil ansteuernden Leistungsverstärker atf, der von einem Spannungskomparator angesteuert ist, dessen invertierender Eingang durch den Drucksensor gesteuert ist und dessen nicht invertierender Eingang einen externen Steuereingang zur Steuerung der Ventilanordnung bildet. Hierbei kann das Stellglied entweder analog in der Weise arbeiten, daß dem externen Steuereingang eine Steuerspannung zugeführt wird, deren Größe mit dem gewünschten Durchfluß bzw. einem bestimmten Druck am Drucksensor korreliert ist, so daß das Schaltventil jeweils dann schaltet, wenn die Ausgangsspannung des Drucksensors den vorgegebenen Wert unter- bzw. überschreitet. Es besteht jedoch ebenfalls die im Rahmen der Erfindung bevorzugte Möglichkeit, daß das Stellglied ein unmittelbar

(ο '

durch den Durcksensor angesteuertes Differenzierglied aufweist. Dadurch wird einerseits die Empfindlichkeit der Anordnung erhöht, da als Steuersignal eine der Druckänderung proportionale Größe zur Verfügung steht, deswdteren kann das Steuerglied in digitaler Betriebsweise und damit störsicherer arbeiten. In diesem Fall bildet der externe Steuereingang lediglich einen Freigabeeingang, durch den mittels eines digitalen Signals die gesamte Ventilanordnung ein-bzw. ausgeschaltet werden kann. Dann empfiehlt es sich weiter, daß das Stellglied ein Zeitglied mit einstellbarer Zeitkonstante aufweist, das dem Differenzierglied nachgeschaltet ist und den invertierenden Eingang des Komparators zeitverzögert ansteuert. Auf diese Weise kann die Öffnungszeit und/oder die Schließzeit des Schaltventils in weiten Grenzen variert werden. Dazu kann das Zeitglied zweckmäßigerweise von der durch den Druckanstieg verursachten Spannungsflanke des Drucksensors angesteuert sein. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung ebenso die Möglichkeit, daß das Zeitglied von der durch den Druckabfall verursachten Spannungsflanke des Drucksensors angesteuert wird.

Schließ lieh kann das Stellglied ein Invertierglied aufweisen, das die dem Zeitglied zugeführte Spannungsflanke wahlweise invertiert. Somit besteht die Möglichkeit, je nach Stellung des Invertiergliedes entweder die Öffnungsphase des Ventils oder auch die Schließphase des Ventils durch das Zeiig.ied zu verlängern, wodurch sich ein außerordentlich weiter Steuerbereich für die Ventilanordnung ergibt.

Im fügenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; die einzige Figur zejgc die erfindungsgemäße Ventilanordnung in einer schematischen Darstellung.

Die Ventilanordnung besteht im wesentlichen aus einem in einer Rohrleitung 1 angeordneten Schaltventil 2, einem dem Schaltventil 2±i durch den Pfeil 3 angedeuteter Strömungsrichtung nachgeordneten Drosselglied 4 sowie einem zwischen dem Schaltventil 2 und dem Drosselglied 4 angeordneten Drucksensor 5. Die Ansteuerung des als elektrisch betätigbares Magnetventil ausgebildeten Schaltventils 2 erfolgt durch ein Stellglied 6, das dazu einen Leistungsverstärker 12 aufweist. Das Stellglied 6 wird von dem Drucksensor 5 angesteuert, der von einem den Druck in entsprechende elektrische Spannungen umsetzenden Bauelement gebildet ist. Die Ausgangsspannung des Drucksensors 5 wird zunächst einem Differenzierglied 7 zugeführt, das ein digitales Ausgangssignal an ein Zeitglied 8 abgibt, dessen Zeitkonstante durch einen Geber 9 verstellbar ist. Das Ausgangssignal dieses Zeitgliedes 8 wird schließlich dem invertierenden Eingang eines den Leistungsverstärker 12 ansteuernden Komparator s 10 zugeführt, wobei der nicht invertierende Eingang des !Comparators 10 einen externen Steuereingang 11 zur Steuerung der Ventilanordnung bildet.

Zur Erläuterung der betriebsmäßigen Funktionsweise sei zunächst davon ausgegangen, daß die Zeitkonstante des Zeitgliedes 8 auf den Wert Null eingestellt ist, was nichts anderes bedeutet, als daß der Ausgang des

Differenzierglieds unmittelbar, also zeitlich unverzögert, den invertierenden Eingang des Spannungskomparators ansteuert. Durch Anlegen einer positiven Spannung an den externen Steuereingang 11 wird das Schaltventil 2 über den Leistungsverstärker 12 geöffnet, da die Spannung am invertierenden Eingang des !Comparators 10 zunächst im wesentlichen Null, d. h. jedenfalls kleiner als am nicht invertierenden Eingang ist. Aufgrund des Drosselgliedes 4 registriert der Drucksensor 5 das öffnen des Schaltventils 2 sofort als Druckanstieg, der eine entsprechende Spannungsänderung am Ausgang des Drucksensors 5 zur Folge hat. Diese Spannungsänderung führt zu d.ner positiven Spannung am Ausgang des Differenziergliedes 7, so daß über das Zeitglied 8 am invertierendenEingang des !Comparators 10 ebenfalls eine positive Spannung ansteht, die die Spannung am externen Steuereingang 11 überschreitet. Dadurch schaltet der Komparator 10 den Leistungsverstärker 12 wieder ab und das Schaltventil 4 schließt. Infolgedessen fällt der Druck zwischen dem S_chaltventil 2 und demDrosselglied 4 wieder ab, was in analoger Weise des gerade beschriebenen Ablaufs dazu führt, daß das Schaltventil 2 erneut

öffnet. In der eben erläuterten Arbeitsweise, wenn also die Zeitkonstante des Zeitgliedes zu Null gewählt ist, arbeitet die Ventilanordnung mit der größtmöglichen Schaltfrequenz des Schaltventils 2. Durch Wahl einer von Null verschiedenen Zeitkonstante erfolgt das Schließen des Schaltventils 2 verzögert, so daß die Öffnungszeit des Schaltventils 2 im Mittel vergrößert ist. Durch Verändern der Zeitkonstante läßt sich daher das Auf-Zu-Verhältnis des Schaltventils 2 in weiten Grenzen verstellen. Dabei

ist es insbesondere möglich, zu sehr geringen Durchflußmengen zu gelangen, da der bereits bei geringstem Abheben desi Ventiltellers vom Ventilsitz auftretende Druckanstieg sofort wieder zum Schließen des Schaltventils 2 führen kann. Daher besteht ohne weiteres die Möglichkeit, das Schaltventil 2 für große Durchflußmengen auszulegen, so daß sich ein außerordentlich weiter Steuerbereich der Ventilanordnung ergibt.

Schließlich besteht noch die in der Zeichnung nicht dargestellte Möglichkeit, das Öffnen des Schaltventils 2 durch das Zeitglied 8 zeitlich zu verzögern, so daß die Öffnungszeiten des Schaltventils 2 klein sind gegenüber den Schließzeiten. Dadurch lassen süi extrem kleine Durchflußmengen steuern, wobei eine Kombination beider Ansteuerungsarten <5,en gesamten Regelumfang der Ventilanordnung nochmals erheblich erweitert.

•ΊΟ·

- Leersei te -

Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. DR. HERMANN FAY Voith Turbo GmbH & Co. KG Voithstraße 1 Crailsheim 7900 Ulm, 22.06.84 Akte P/6223 d/sr Ansprüche:

1. Ventilanordnung zur Steuerung des Flusses strömender Medien, insbes. Gase oder Flüssigkeiten, in Rohrleitungen oder dergl. gekennzeichnet durch ein Schaltventil (2), ein dem Schaltventil (2) in Strömungsrichtung (3) nachgeordnetes Drosselglied (4), ferner einen zwischen dem Schaltventil (2) und dem Drosselglied (4) angeordneten Drucksensor (5) sowie ein Stellglied (6), das bei Druckanstieg am Drucksensor (5) das Schaltventil (2) sofort oder zeitlich verzögert schließt und bei Druckabfall das Schaltventil (2) sofort oder zeitlich verzögert öffnet.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (2) von einem elektrisch betätigbaren Magnetventil gebildet ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5) von einem den Druck in entsprechende elektrische Spannungen umsetzenden Bauelement gebildet ist.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) einen das Schaltventil (2) ansteuernden Leistungsverstärker (12) aufweist, der von einem Spannungskomparator

Adresse: 79 Ulm/Donau, Telefon Telegramme Postscheckkonto Bankkonto

Postfach «»», Enslngerstraße 21 (07 31) 6 49 *6 Prospat Ulmdonau Stuttgart 732 31 Deutsche Dank AG Ulm 184

(10) angesteuert ist, dessen invertierender Eingang durch den Drucksensor (5) gesteuert ist und dessen nicht invertierender Eingang einen externen Steuereingang (11) zur Steuerung der Ventilanordnung bildet.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) ein unmittelbar durch den Drucksensor (5) angesteuertes Differenzierglied (7) aufweist.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) ein Zeitglied (8) mit einstellbarer Zeitkonstante aufweist, das dem Differenzierglied (7) nachgeschaltet ist und den invertierenden Eingang des Komparators (10) zeitverzögert ansteuert.

7. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (8) von der durch den Druckanstieg verursachten Spannungsflanke des Drucksensors (5) angesteuert wird.

8. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied von der durch den Druckabfall verursachten Spannungsflanke des Drucksensors (5) angesteuert wird.

9. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) ein Invertierglied aufweist, das die dem Zeitglied (8) zugeführte Spannungsflanke wahlweise invertiert.