DE4106474A1 - Pneumatischer druckregler mit pilotsteuerung - Google Patents
Pneumatischer druckregler mit pilotsteuerungInfo
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Description
Bei dem erfindungsgemäßen pneumatischen Druckregler mit
Pilotsteuerung handelt es sich um einen Druckregler mit
hoher Regelgenauigkeit und stabilem Regelverhalten unabhängig
vom Eingangsdruck oder vom Volumenstrom.
Seinen Einsatz findet er deshalb vorzugsweise bei Präzisionsanforderungen,
wie beispielsweise in der pneumatischen
Längenmeßtechnik.
Pneumatische Druckregler mit Pilotsteuerung werden sowohl
in Prospekten verschiedener Firmen als auch in der Patentliteratur
beschrieben.
So wird ein modifizierter Druckregler mit Pilotsteuerung
bereits in der DE-OS 25 18 813 beschrieben. Erfindungswesentlich
ist hier die Aufnahme des Hilfsdruckreglers
in die Betätigungsstange, deren oberes Ende einerseits
als Membranteller für die Steuerdruckmembran ausgebildet
ist und andererseits den Membranteller und die Hilfsdruckmembran
aufnimmt. Beide Membranteller sind in einer Ebene
angeordnet, so daß eine raumsparende Bauweise erreicht
wird.
Der in der DE-OS 32 22 082 beschriebene Gasdruckregler
mit Pilotsteuerung hat vor allem die Aufgabe, eine platzsparende
Variante zu finden, um den Gasdruck so zu regeln,
daß im Störungsfall der angeschlossene Verbraucher vor
Überdruck geschützt ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe
dadurch gelöst, daß drei Membran-Funktionsringkammern
übereinander angeordnet werden und reglereingangsseitig
ein Sicherheitsabsperrventil angeordnet ist.
Beide Druckregler sind jedoch mechanisch kompliziert
aufgebaut und haben mehrere mechanisch bewegte und damit
reibungsbehaftete Bauteile. Durch ihren prinzipiellen
Aufbau und die auftretenden Reibungen haben diese Regler
für Präzisionsanwendungen noch zu große Regelabweichungen
in Abhängigkeit vom Volumenstrom. Höchste Regelgenauigkeit
verbunden mit einer einfachen, kompakten Bauform sind
hier nicht gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen pneumatischen Druckregler
mit Pilotsteuerung in kleiner, kompakter sowie
einfacher Bauform zu schaffen, welcher eine hohe Regelgenauigkeit
und ein stabiles Regelverhalten unabhängig
vom Eingangsdruck und vom Volumenstrom aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein
pneumatischer Druckregler mit Pilotsteuerung so aufgebaut
wird, daß die sollwertbestimmende Kraft der Pilotsteuerung
direkt durch den Stelldruck einer zweiten
Pilotsteuerung, die sich in axialer Richtung an die erste
Pilotsteuerung anschließt, beeinflußt wird.
Dabei ist der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung umgekehrt
proportional zum Reglerausgangsdruck.
Der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung wird unter
Vermeidung mechanisch bewegter und damit reibungsbehafteter
Bauteile über eine Verbindungsdrossel direkt in die
Sollwertkammer der ersten Pilotsteuerung geleitet. Der
Durchmesser der Verbindungsdrossel und das Volumen der
Sollwertkammer der ersten Pilotsteuerung sind so zu
dimensionieren, daß die sich daraus ergebende Zeitkonstante
Schwingungen des Reglerausgangsdruckes verhindert.
Die konstruktive Ausführung des Regelmechanismus wird
im weiteren an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die zwei Varianten unterscheiden sich vor allem in der
Ausführung der zweiten Pilotsteuerung, wobei mit der
Variante a eine höhere Regelgenauigkeit erreicht wird
und mit der Variante b durch den Abschluß zur Atmosphäre
der Einsatz von anderen Gasen als Luft möglich ist.
Die weitere Beschreibung wird im folgenden an Hand von
zwei Skizzen erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Druckregler mit einer zweiten Pilotsteuerung
gemäß Variante a.
Der pneumatische Druckregler besteht aus einem Reglergehäuse
1 mit einer Eingangskammer 2 und einer Ausgangskammer
3. Zwischen Eingangskammer 2 und Ausgangskammer 3
befindet sich das Hauptventil 4, welches mit einem Stößel 5
verbunden ist, der von einer Stellmembran 6 bewegt wird
und damit das Hauptventil 4 öffnet. Auf die Stellmembran 6
wirkt von oben der Stelldruck der ersten Pilotsteuerung 7.
Diese erste Pilotsteuerung 7 ist im dargestellten Beispiel
so aufgebaut, daß von der Eingangskammer 2 ein Verbindungskanal
8 zur Drossel 9 führt und daß außerdem
von der Ausgangskammer 3 ein Verbindungskanal 10 zum
ersten Pilotventil 11 und von unten an die erste Pilotmembran
12 gelangt. Das erste Pilotventil 11 wird von der
Auslenkung der ersten Pilotmembran 12 bewegt.
Zwischen Drossel 9 und erstem Pilotventil 11 entsteht der
Stelldruck, der die Stellmembran 6 und damit das Hauptventil
4 so steuert, daß sich ein Gleichgewicht zwischen
dem Reglerausgangsdruck und der von oben auf die erste
Pilotmembran 12 wirkende Kraft ergibt. Dieser bisher
beschriebene Zusammenhang entspricht dem Stand der Technik
mit dem Nachteil, daß bei Änderung des Volumenstromes
eine für Präzisionsanwendungen störende Regelabweichung
auftritt, wenn die auf die erste Pilotmembran 12 wirkende
Kraft konstant ist.
Erfindungsgemäß wirken jedoch in der ersten Sollwertkammer
13 von oben auf die erste Pilotmembran 12 eine
Druckfeder 14 mit vergleichweise geringer Kraft und der
Stelldruck einer zweiten Pilotsteuerung 15, der über eine
Verbindungsdrossel 16 mit der ersten Sollwertkammer 13
in Verbindung steht.
Zur zweiten Pilotsteuerung 15 gehört die zweite Pilotmembran
17, die von unten über eine Verbindungsleitung 18
mit dem Reglerausgangsdruck und von oben mit einer sollwertbestimmenden
Kraft, beispielsweise einer einstellbaren
Druckfeder 19, beaufschlagt wird. Durch die zweite
Pilotmembran 17 wird ein zweites Pilotventil 20 so bewegt,
daß es sich bei steigendem Reglerausgangsdruck schließt
und bei sinkendem Reglerausgangsdruck öffnet. Dem zweiten
Pilotventil 20 schließt sich die zweite Stelldruckkammer 21
an, die über eine Atmosphärendrossel 22 Verbindung zur
Atmosphäre hat. In der zweiten Stelldruckkammer 21 bildet
sich der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung 15,
der über die Verbindungsdrossel 16 mit der ersten Sollwertkammer
13 in Verbindung steht.
Durch die gewählte konstruktive Ausführung ergibt sich
folgender Regelmechanismus bei Abweichung des Reglerausgangsdruckes
vom Sollwert:
Sinkt der Reglerausgangsdruck beispielsweise infolge
erhöhten Volumenstromes ab, so ist das Kräftegleichgewicht
an der zweiten Pilotmembran 17 gestört. Die zweite Pilotmembran
17 bewegt sich nach unten und öffnet das zweite
Pilotventil 20. Dadurch erhöht sich der Stelldruck der
zweiten Pilotsteuerung 15 und damit auch die Kraft auf
die Sollwertseite der ersten Pilotmembran 12. Dies wiederum
bewirkt auf bekannte Weise ein Ansteigen des Stelldruckes
der ersten Pilotsteuerung 7 und damit ein Öffnen
des Hauptventils 4, wodurch der Reglerausgangsdruck ansteigt,
bis der Sollwert wieder erreicht ist.
Eine maximale Regelgenauigkeit wird erreicht, wenn die
Verbindungsleitung 18, die den Reglerausgangsdruck von
unten an die zweite Pilotmembran 17 zurückführt, nicht
durch Kanäle im Reglerinneren realisiert wird, sondern
von einem dem Regler nachgeschalteten Verteiler oder
Verbraucher zurückgeführt wird.
Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Druckreglers
mit einer zweiten Pilotsteuerung gemäß Variante b.
Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf die Details,
in denen das Ausführungsbeispiel 2 vom Ausführungsbeispiel
1 unterscheidet.
Der wesentliche Unterschied zu Variante a besteht im
Aufbau der zweiten Pilotsteuerung 15.
Der Eingangsdruck gelangt über einen weiteren Verbindungskanal
23 zur Drossel 26 der zweiten Pilotsteuerung 15.
Zu dieser zweiten Pilotsteuerung 15 gehört in gleicher
Weise wie bei Variante a eine zweite Pilotmembran 17,
die von unten über eine Verbindungsleitung 18 mit dem
Reglerausgangsdruck und von oben mit einer sollwertbestimmender
Kraft, beispielsweise durch eine einstellbare
Druckfeder 19, beaufschlagt wird.
Durch die zweite Pilotmembran 17 wird ein zweites Pilotventil
24 jedoch so bewegt, daß es sich bei steigendem
Reglerausgangsdruck öffnet und bei sinkendem Reglerausgangsdruck
schließt.
Dem zweiten Pilotventil 4 schließt sich die zweite Stelldruckkammer
21 an, die über die Drossel 22 Verbindung zum
Reglerausgangsdruck hat. In der zweiten Stelldruckkammer 21
bildet sich der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung 15,
der wie bei Variante a über die Verbindungsdrossel 16
mit der ersten Sollwertkammer 3 in Verbindung steht.
Da bei Variante b der Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung
15 größer als der Reglerausgangsdruck ist, muß das Kräftegleichgewicht
an der ersten Pilotmembran 12 durch geeignete
Mittel wiederhergestellt werden, beispielsweise durch
eine Gegendruckfeder 25 unter der ersten Pilotmembran 12.
Der Regelmechanismus bei Abweichung der Reglerausgangsdruckes
vom Sollwert ist folgender:
Sinkt der Reglerausgangsdruck beispielsweise infolge
erhöhten Volumenstromes ab, so ist das Kräftegleichgewicht
an der zweiten Pilotmembran 17 gestört. Die zweite
Pilotmembran 17 bewegt sich nach unten und schließt das
zweite Pilotventil 24. Durch die bestehende Verbindung
über die Drossel 26 zum Reglerausgangsdruck steigt der
Stelldruck der zweiten Pilotsteuerung 15 bei sich schließendem
Pilotventil 24 an und damit auch die Kraft auf die
Sollwertseite der ersten Pilotmembran 12.
Der weitere Regelmechanismus ist identisch mit dem unter
Variante a beschriebenen.
Claims (3)
1. Pneumatischer Druckregler mit Pilotsteuerung für
Präzisionsanwendungen, dadurch gekennzeichnet, daß
- - eine zweite Pilotsteuerung (15) axial zur ersten Pilotsteuerung (7) angeordnet ist,
- - sich über der Sollwertkammer (13) der ersten Pilotsteuerung (7) die Stelldruckkammer (21) der zweiten Pilotsteuerung (15) befindet,
- - beide Kammern (13), (21) miteinander über eine Verbindungsdrossel (16) verbunden sind,
- - die Pilotmembran (17) der zweiten Pilotsteuerung (15) von oben mit einer dem Sollwert entsprechenden Kraft eingestellten Druckfeder (19) und von unten über die Verbindungsleitung (18) mit dem Reglerausgangsdruck beaufschlagt wird.
2. Pneumatischer Druckregler mit Pilotsteuerung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- - über die zweite Pilotmembran (17) bei steigendem Reglerausgangsdruck ein zweites Pilotventil (20) schließend und bei sinkendem Reglerausgangsdruck öffnend betätigt wird und
- - die dem zweiten Pilotventil (20) nachfolgende Stelldruckkammer (21) eine Atmosphärendrossel (22) aufweist.
3. Pneumatischer Druckregler mit Pilotsteuerung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- - zwischen Eingangskammer (2) und zweiter Stelldruckkammer (21) ein Verbindungskanal (23) mit Drossel (26) angeordnet ist,
- - über die zweite Pilotmembran (17) bei steigendem Reglerausgangsdruck ein zweites Pilotventil (20) öffnend und bei sinkendem Reglerausgangsdruck schließend betätigt wird,
- - zur Herstellung des Kräftegleichgewichtes unter der ersten Pilotmembran (12) eine Gegendruckfeder (25) angeordnet ist und
- - keine Verbindung zur Atmosphäre hergestellt ist.
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