DE971202C - Steuerrelais mit Rueckfuehrwirkung fuer druckluftbetriebene Regler zur Regelung von Groessen wie Temperatur, Druck, Menge - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. DEZEMBER 1958

B 2oooy IX142 r

Die Erfindung bezieht sich auf die Schaffung eines Steuerrelais mit Rückführwirkung für druckluftbetriebene Regler zur Regelung von Größen wie Temperatur, Druck, Menge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais zu schaffen, das hauptsächlich bei Proportionalreglern Verwendung findet, und zwar dann, wenn der Proportionalbereich des Kraftverstärkers in bezug auf den Meßwerkausschlag eine zu große Steuerdruckänderung an das Stellglied weitergibt. Dies äußert sich in Schwingungserscheinungen des Regelkreises; der Sollwert wird also nicht gehalten.

Schaltet man nun einem solchen Proportionalregler das erfindungsgemäße Relais nach, so wird der rein proportionale Steuerdruckanstieg des Kraftverstärkers in einen kleineren proportionalen Steuerdruckanstieg und in einen integralen Steuerdruckanstieg auf das Stellglied umgesetzt. Das Stellglied selbst nimmt aber im Gleichgewichtszustand stets die Stellung ein, die dem Proportionalbereich des Kraftverstärkers entspricht. Es läuft also in keine seiner Endstellungen.

Mit dem erfindungsgemäßen Steuerrelais wird also erstmalig eine nachgiebige Rückführung geschaffen, die unter Wegfall aller Verbindungshebel mit ihren Drehpunkten und ohne Beeinflussung der Steuerdüse direkt auf die Größe des an das Stellglied gegebenen Steuerdruckes einwirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der im Kraftverstärker erzeugte Druck zur Erzeugung der Rückführwirkung über eine Einlaßdrossel und eine Ausgleichsdrossel einem Differenzdrucksystem zugeführt wird und der erzeugte Differenzdruck so auf

809 692/14

ein Drucksystem wirkt, daß der Steuerdruck nach Maßgabe des im Kraftverstärker erzeugten Druckes das Regelglied mittelbar diesem Druck entsprechend einstellt und der erzeugte Differenzdruck dem durch den Kraftverstärker erzeugten Druck entgegenwirkt. Der Erfindungsgedanke wird nunmehr an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, die das Rückführrelais im Schnitt, Kraftverstärker, Zuführungsleitungen und Regelglied in ίο schematischer Darstellung zeigt.

Das Rückführrelais ist mit ι bezeichnet. Die in der Leitung 2 ankommende Steuerluft tritt bei 3 in das Relais 1 ein. Mit Hilfe der Drossel 4 ist bei geöffneter Düse 5 der Vordruck auf beispielsweise 0,1 atü eingestellt. Die Drosselklappe 6 staut durch das Druckmeßsystem 7 je nach Abweichung vom Sollwert den Druck in der Leitung 8. Dieser Druck wird in die Membrankammer 9 des Rückführrelais geleitet und drückt bei einer Druckübersetzung über die Membran ao 10 oder aber, wenn mit gleichen Drücken im Kraftverstärker und in der Steuerleitung 14 gearbeitet wird, direkt auf den Federungskörper 11. Das Einlaßventil 12 öffnet sich und läßt Luft in den Raum 13 einströmen, bis der Federungskörper 11 von beiden Seiten gleich belastet ist. Dieser Druck wird über die Leitung 14 an das Regelglied 15 weitergegeben. Fällt der Druck in der Kammer 9 durch Öffnen der Düse 5, so öffnet der Überdruck in der Kammer 13 das Auslaßventil 116, das in Form eines Rohres mit dem Federungskörper 11 bei 16 fest verbunden ist und in Schließstellung auf einem vom Ventil 12 getragenen Teller 112 ruht. Die überschüssige Luft strömt bei 17 aus, und zwar so lange, bis wieder Druckgleichheit vorhanden ist; der Druck in der Leitung 14 fällt. Die Feder 18 gleicht den durch die Drossel 4 auf die Membran 10 bei geöffneter Düse 5 wirksamen Vordruck aus. Die Membran 19 ist ebenfalls mit dem Ventil 116 fest verbunden. Durch federnde Verbindungen 20, z. B. Gummiringe, ist der Raum 21 von der Kammer 9 und der Raum 22 nach außen hin abgedichtet.

Die vom Kraftverstärker 5, 6 kommende Steuerluft tritt nun über ein Filter 23 und die gleichzeitig zum Absperren dienende einstellbare Verzögerungsdrossel 24 in den Raum 21. Mit dem Raum 21 ist über eine einstellbare Verzögerungsdrossel 25 der Raum 22 verbunden. Steigt nun der Druck in der Kammer 9 und damit in der Leitung 14, so steigt erstmals der Druck unter der Membran 19, da die Drossel 25 das sofortige Übertreten der Luft in die Kammer 22 verhindert, und hebt einen Teil des Druckes in der Kammer 9 auf, so daß auch der Steuerdruck in Leitung 14 einen um diesen Betrag kleineren Wert annimmt. Erst allmählich gleichen sich über die Drossel 25 die Drücke in den Kammern 21 und 22 aus, und der durch den Kraftverstärker 5, 6 bestimmte Druck stellt sich auch in der Leitung 14 ein.

Fällt nun der Druck in der Kammer 9, so wird auch zuerst der Druck in der Kammer 21 fallen. Dadurch wird die Membran 19 einen zusätzlichen Druck auf den Federungskörper 10 erzeugen und das Absinken des Steuerdruckes in der Leitung 14 auf den Druck der Kammer 9 verhindern. Mit Hilfe der Drossel 24 kann nun das Einsetzen der Rückführwirkung verzögert werden, so daß erst ein Regelstoß auf das Membranventil gegeben wird und dann unter dem Einsatz der Rückführwirkung dieser Stoß wieder aufgehoben wird, und zwar bevor die Schwingung ihren Höchstwert erreicht.

Erfindungsgemäß kommt es auf also die Erzeugung eines Differenzdrucks im System 19, 21, 22 an, der dem durch den Kraftverstärker gegebenen Druck entgegenwirkt, so daß der an das Regelglied gegebene Steuerdruck erst nach zeitlichem Ausgleich der Differenzdruckkammern die Größe des im Kraftverstärker erzeugten Druckes annimmt. Dabei wird zur Erzeugung dieses Differenzdruckes den Differenzdruckkammern der vom Kraftverstärker gegebene Druck zugeführt. Das Heranziehen des Steuerdruckes vom Kraftverstärker zur Erzeugung des Differenzdruckes hat den Vorteil, daß die wirksame Membranfläche des ersten Differenzdrucksystems 21, 22 nicht größer zu sein braucht als die wirksame Membranfläche des zweiten Differenzdrucksystems 9, 13, um auf den absoluten Nullpunkt zu kommen, d. h., beim Geben eines Steuerdrucks und beim Schließen der Drossel 25 wird kein proportionaler Anteil des Steuerdrucks an das Stellglied 15 weitergegeben. Das Stellglied selbst läuft dann in reiner zeitlicher Abhängigkeit bis zu seinem Proportionalwert.

Der Ventilkörper 12,112 hat zwei Funktionen zu erfüllen: das eine Mal, die Zuluft zu steuern, die durch die Öffnung 3 zugeführt wird, und das andere Mal die Abluft, die durch die Öffnung 17 ins Freie tritt. Mit dieser Doppelfunktion des Kegels erreicht man, daß der Steuerluftverbrauch stets auf den Wert Null zurückgeht, da die Schließung der einen Öffnung erst die Voraussetzung für die Betätigung der anderen Öffnung bildet. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß die Membranen 10,19 der ersten und zweiten Differenzdruckkammern 9,13 und 2i, 22 für jeden Steuerdruck genau dieselbe Lage einnehmen. Federeigenschaften oder Reibungen sind dadurch ausgeschaltet.

Diese erfindungsgemäße Wirkung wird also dadurch erreicht, daß das erste Differenzdrucksystem 21, 22 einen Druck erzeugt, der dem zweiten Differenzdrucksystem 9,13, das vom Druck des Kraftverstärkers 5 bis 7 und vom Druck zum Stellglied beaufschlagt wird, entgegenwirkt und in zeitlicher Abhängigkeit wieder verschwindet. Der weitere Anstieg des Steuerdrucks in Höhe des vom Kraftverstärker 5 bis 7 erzeugten Steuerdrucks geht in rein zeitlicher Abhängigkeit vor sich, deren Größe durch die Drossel 25 eingestellt werden kann.

Verhindert man nun mit der Drossel24 den sofortigen Übergang des Steuerdruckes in den Raum 21, so wird der proportionale Anteil des Steuerdruckes, der durch den Kraftverstärker 5 bis 7 bestimmt ist, sofort an das Stellglied 15 weitergegeben, indessen beim Übergang des Druckes in die Kammer 21 wieder ganz oder zum Teil zurückgenommen und erneut in reiner zeitlicher Abhängigkeit, bestimmt durch die Drossel 25, an das Stellglied 15 weitergegeben.

Das erfindungsgemäße Relais hat sich in der Praxis bestens bewährt, da nunmehr auch ein einfacher Proportionalregler für schwierige Regelaufgaben eingesetzt werden kann, wobei der Proportionalbereich

des Kraftstoffverstärkers selbst verhältnismäßig klein gewählt werden kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Steuerrelais mit Rückführwirkung für druckluftbetriebene Regler zur Regelung von Größen wie Temperatur, Druck, Menge, dadurch gekennzeichnet, daß der im Kraftverstärker erzeugte Druck zur Erzeugung der Rückführwirkung über eine Einlaßdrossel (24) und eine Ausgleichsdrossel (25) einem Differenzdrucksystem (ig, 21, 22) zugeführt wird und der erzeugte Differenzdruck so auf ein Drucksystem (9 bis 11) wirkt, daß der Steuerdruck nach Maßgabe des im Kraftverstärker (5 bis 7) erzeugten Druckes das Regelglied (15) mittelbar diesem Druck entsprechend eingestellt und der erzeugte Differenzdruck (System 19, 21, 22) dem durch den Kraftverstärker (5 bis 7) erzeugten Druck (Kammer 9) entgegenwirkt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Oppelt, Grundgesetze der Regelung, Wolfenbüttel-Hannover, 1947, S. 25 ;

   Feller, Instrument and Control Manual for Operating Engineers, New York und London, 1947, S. 240; Engel, Oldenbourg, Mittelbare Regler und Regelanlagen, Berlin, 1944, S. 133.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ® 809 692/14 12.58