DD203944A1

DD203944A1 - CONTROL ELEMENT FOR ACTIVE PNEUMATIC DEVICES

Info

Publication number: DD203944A1
Application number: DD23834382A
Authority: DD
Inventors: Hans-Werner Bittner; Otmar Leuthold; Guenter Hantsch; Joachim Schramm
Original assignee: Bittner Hans Werner; Otmar Leuthold; Guenter Hantsch; Joachim Schramm
Priority date: 1982-03-22
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1983-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerelement fuer aktive pneumatische Geraete der Automatisierungstechnik, vorzugsweise fuer Klein- und Mittelautomatisierung. Ziel der Erfindung ist es, den funktionsbedingten Luftverbrauch, den Aufwand an Bauelementen und den Justageaufwand gegenueber bekannten Steuerungen pneumatischer Geraete zu reduzieren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die fuer Klein- und Mittelautomatisierung notwendigen technischen Effekte, die bisher meist durch die Kombination von Alternativsteuerung und vorgeschalteter Kaskadensteuerung erreicht wurden, durch ein einfaches Steuerelement zu realisieren. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz Einlaszsitz u. Auslaszsitz m. einem erhabenen Duesenmund versehen sind u. dasz sich in beiden Duesenbohrungen ein gemeinsamer, vorzugsweise im Auslaszsit gefuehrter Stift befindet, auf d. mittleren Duesenabstand zwei aus elastischem Material bestehenden Scheiben mit ebenen Planflaechen in axialer Richtung verschiebbar angeordnet sind.The invention relates to a control for active pneumatic devices of automation technology, preferably for small and medium automation. The aim of the invention is to reduce the functional air consumption, the cost of components and the adjustment effort compared with known controls pneumatic devices. The invention has for its object to realize the necessary for small and medium automation technical effects that were previously achieved mostly by the combination of alternative control and upstream cascade control, by a simple control. According to the invention, the object is achieved in that the seat z. Occupancy seat m. a sublime Duesenmund are provided u. that in both nozzle bores a common pin, preferably in relief, is located on d. Middle Duesenabstand two slices consisting of elastic material with flat Planflaechen are arranged displaceably in the axial direction.

Description

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Titel der ErfindungTitle of the invention

Steuerelement für aktive pneumatische Geräte Anwendungsgebiet der ErfindungControl for active pneumatic devices Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Steuerelement für aktive pneumatische Geräte der Automatisierungstechnik zur bevorzugten Anwendung in pneumatischen Meßumformern, Heglern, Rechenbausteinen, Druckgebern» Verstärkern u.« a· Sie ist von besonderer Bedeutung für Klein— und Mittelautomatisierungen·The invention relates to a control for active pneumatic devices of automation technology for the preferred use in pneumatic transducers, Heglern, computing blocks, pressure transmitters »amplifiers and« a · It is of particular importance for small and medium automation ·

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Jedes aktive pneumatische Gerät besitzt Elemente, mit denen die Hilfsenergie Druckluft in geeigneter Porm gesteuert wird. Verschiedene Arten dieser Steuerelemente haben sich herauskristallisiert und werden vielseitig angewendet»Each active pneumatic device has elements with which the auxiliary power of compressed air is controlled in a suitable manner. Different types of these controls have emerged and are used in a variety of ways »

Bei Kaskadensteuerungen sind meist 2 Drosseln hintereinander geschaltet» Dabei ist eine Drossel eine Festdrossel, während die andere Drossel veränderlich ist, z. B· eine Düse mit einer im Abstand veränderlichen Prallplatte oder eine Kugel in einem kegligen Sitz» Die veränderliche Drossel ist in Richtung des Druckabfalls vorwiegend hinter der I'estdrossel angeordnet· Bekannt sind auch Kaskadensteuerungen, bei denen beide Drosseln gegenläufig veränderlich sind· Kaskadensteue— rungen sind sehr empfindlich und haben eine hohe Genauigkeit. Sie besitzen jedoch einen dauernden funktionsbedingten Luftverbrauch und sind leistungsschwach.In cascade control usually 2 throttles are connected in series »one throttle is a fixed throttle, while the other throttle is variable, z. B · a nozzle with a deflectable baffle plate or a ball in a conical seat »The variable restrictor is arranged in the direction of the pressure drop mainly behind the oil restrictor. · Also known are cascade controls in which both throttles are variable in opposite directions. · Cascade controls are very sensitive and have a high accuracy. However, they have a continuous functional air consumption and are underachieving.

22.ІШЛЗ22.ІШЛЗ

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Zur Steuerung hoher Luftleistungen werden Alternativsteuerungen verwendet» Diese Steuerungen besitzen einen Einlaß- und einen AuslaiBsitz, wobei jeweils immer nor ein Sitz geöffnet sein kann· Als Steuerelemente werden kugelförmige Steuerteile, meist in einem konischen Ventilsitz verwendet« Alternativsteuerungen sind relativ ungenau« Ss sind große Steuerwege zum öffnen der notwendigen Durch— flußquer schnitte erforderlich· Die Genauigkeit der Meßelemente kraftvergleichender Geräte, z.B. Meaibranstapel, nimmt mit zunehmenden Steuerwegen stark ab· Hinzu kommt der ümsteuerfehler, der als-Unsicher— heitszone beim Übergang von Luftabgabe und Luftaufnahme auftritt. Dieser ümsteuerfehler hängt von den Druckdifferenzen an den Steuersitzen, dem Verhältnis der wirksamen Flächen zwischen Steuersitζ und Mem— branfläche, sowie der Kraft einer Feder ab, die das Steuerteil in den Sitz drückt.Alternative controls are used to control high airflow rates. »These controls have an inlet and an outlet seat, each with a seat that can always be opened. · Control elements are spherical, mostly in a conical valve seat.« Alternative controls are relatively inaccurate. »Ss are large control paths to open the necessary flow cross-sections required · The accuracy of the measuring elements of power-comparing devices, eg Meaibranstapel, decreases sharply with increasing control paths · In addition, there is the ümsteuerfehler, the as-uncertainty zone at the transition of air release and air intake occurs. This control error depends on the differences in pressure at the control seats, the ratio of the effective areas between the control surface and the diaphragm surface, and the force of a spring pushing the control part into the seat.

Zur Verschiebung des TJmsteuerfehlers in weniger beanspruchte Durchflußbereiche werden künstliche Lecks zwischen Ptt und χ oder χ und Atmosphäre angeordnet. Durch diese künstlichen Lecks steigt jedoch der f unk*- tionsbedingte Luftverbraach« Alternativsteuerungen werden im allgemeinen nur für stark gegengekoppelte Leistungsverstärker verwendete Heglerbausteine a.B_e, die vier und mehr Membrankannnern besitzen, werden aus den genannten Gründen praktisch kaum mit reinen Alternativste uerungen ausgestattet. Bausteine dieser Art müssen zum Abgleich entgegengesetzt wirkander Membranen axial justierbar sein, was ζ·Β· einen justierbaren Einlaßsitz erforderlich macht«To shift the Tjm control error to less stressed flow areas, artificial leaks are placed between Ptt and χ or χ and atmosphere. Through this artificial leak, however, the f unc * increases - tion related Luftverbraach "alternative controls are generally used only for very negative feedback power amplifier Heglerbausteine aB _e that have four or more membrane Can Africans are practically the reasons mentioned hardly utterances with pure most alternative facilities. Blocks of this type must be axially adjustable for the adjustment of opposing membranes, which requires an adjustable inlet seat. "

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Die meisten bekannten technischen Lösungen verwenden die Alternativste tier ung in Verbindung mit einer davorgeschalteten Kaskadensteuerung· Die Sraftverglalehrelemente, z.B. die Balgwaage eines Reglers, betätigt hierbei mit kleinen Wegen die Prallplatte einer Kaskadensteuerung, die ihrerseits dann die Leistungssteuerung betätigt. Diese kombinierten Zweikreissteuerungen sind technisch aufwendiger, erfordern zusätzlichen Stabilisierungsaufwand und benötigen einen funktionsbedingten Luftverbrauch.«Most known technical solutions use the alternative approach in conjunction with a cascade control connected in front of them. The force-glazing elements, e.g. the Balgwaage a controller, this operated with small paths the baffle plate of a cascade control, which in turn then actuates the power control. These combined two-circuit controls are technically more complex, require additional stabilization effort and require functional air consumption. «

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den funktionsbedingten Luft— verbrauch., den Aufwand an Bauelementen und den Justageaufwand gegenüber bekannten Steuerungen pneomatiacaer Geräte zu reduzieren, wobei eine ausreichende Genauigkeit erzielt werden soll·The aim of the invention is to reduce the functional air consumption, the complexity of components and the adjustment effort compared to known controls pneomatiacaer devices, with a sufficient accuracy is to be achieved ·

Darlegung des 7/esens der ErfindungPresentation of 7 / esens the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor allem für den Zweck der Einfachautoinatisierung notwendigen technischen Effekte, die bisner meist durch die Koamina— tion von Alternativsteuerung und vorgeschalteter Kaskadensteuerung erreicht wurden, durch ein einfaches, leicht justierbares Steuerelement zu realisieren, wobei zusätzlich der funktions bedingte Luftverbrauch im stationären Zustand auf annähernd 2TuIl zurückgeht, während Luftabgabe and Luftaufnahme gegenüber reinen Saskadensteuerungen und die Genauigkeit gegenüber reijsen Alternativsteaerungeη auf ausreichende TJerte ansteigen«The invention is based on the object, above all for the purpose of Einfachautoinatisierung necessary technical effects that have been achieved mostly bisner by the Koamina- tion of alternative control and upstream cascade control, by a simple, easily adjustable control, in addition to the functional conditional Stationary air consumption drops to nearly 2TiL, while air release and aerial intake increase to sufficient TJ compared to pure Saskaden control and accuracy over reijsen alternative suspension. "

I оI о

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß 3inlaßsitz und Auslaßsitz, die wie bei bekannten Alternativste tier ungen einmal fest und einmal mit den Meßelementen axial beweglich angeordnet sind, mit einem erhabenen Düsenmund versehen sind und daß sich in beiden Düsen— bohrungen ein gemeinsamer, vorzugsweise im Auslaßsitz geführter Stift befindet, auf dem im mittleren Düsenab— stand zwei aus elastischen Material bestehende Scheiben mit ebenen Planflächen in axialer Sichtung verschiebbar angeordnet sind·According to the invention the object is achieved in that 3inlaßsitz and Auslaßsitz, which are once again fixedly and once axially movably arranged with the measuring elements as in known Alternativste, are provided with a raised nozzle mouth and that in both nozzle bores a common, preferably in Outlet seat guided pin is located on the two nozzles arranged in the middle nozzle distance consisting of elastic material slices with flat faces in the axial direction slidably ·

Der Düsendurchmesser entspricht den Werten, wie sie bei Düsen in Kaskadensteuerungen üblich sind· Da jedoch keine Vordrosseln vorhanden sind, ergeben sich an diesen Düsen Luftleistungen, die wesentlich höher als bei Kaskadehsteuerungen sind und für die meisten Anwendungsfälle, vor allem in der Einfach- und Mittelautomatisierung, ausreichen· Andererseits wird die wirksame Fläche dieser Düsen im Verhältnis zum Meßelement so gering, daß der Umsteuerfehler, der eine Funktion dieses Verhältnisses ist, auf minimale, vertretbare Werte absinkt. Das anliegende Druckgefälle an den Sitzen ermöglicht ein Dicht se hlieiBen der elastischen Scheiben und damit den funktionsbedingten Luftverbrauch annähernd Fall im stationären Betrieb. Das System ist in jeder Lage startbereit, da der durch beide Düsen reichende Stift kolbenartig in die Schließstellung der Sitze gebracht wird, wo dann nach Wegfall der Strömung das Druckgefälle an den Steuersitzen ausreicht, das aus Stift und Scheiben bestehende Steuerteil in der Arbeitsstellung zu halten· Dine Feder zum Fixieren des Steuerteils in Steuerstellung ist durch die gewählte Anordnung ebenfalls nicht erforderliche Eine diesbezügliche Vergrößerung des Uasteuerfehlers wird vermieden·The nozzle diameter corresponds to the values typical for nozzles in cascade controls. However, since there are no pre-throttles, these nozzles produce air outputs that are significantly higher than with cascade controls and for most applications, especially in single and central automation On the other hand, the effective area of these nozzles in relation to the measuring element becomes so small that the reversing error, which is a function of this ratio, decreases to minimal, justifiable values. The applied pressure gradient on the seats allows the elastic washers to be sealed, and thus the functional air consumption almost drops during stationary operation. The system is ready to start in any position, as the reaching through both nozzles pin is brought like a piston in the closed position of the seats, where then after elimination of the flow, the pressure differential at the control seats is sufficient to keep the pen and discs existing control part in the working position · Dine spring for fixing the control part in the control position is also not required by the selected arrangement. A corresponding increase in the Uasteuer error is avoided.

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Die elastischen Scheiben, die auf Grund ihrer Elastizität ein Dichtschließen an den Düsen ermöglichen, sind mittels zentrischem Loch auf den Steuerteilstift aufgesteckt. Die am Steuerteil in Funktion auftretenden Kräfte reichen nicht aus, die Haftreibung zwischen Scheiben und Stift zu überwinden· 5¹Ur die Geräte montage und —justierung ist die leichte Verschiebbarkeit der Scheiben auf dem. Stift jedoch ein großer Vorteil.The elastic discs, which allow a tight closing on the nozzles due to their elasticity, are attached by means of a central hole on the control pin. The forces acting on the control unit are not sufficient to overcome the static friction between the discs and the pin · 5 ¹ Ur The device mounting and adjustment is the easy displaceability of the discs on the. Pen, however, a big advantage.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden·The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Die Zeichnung zeigt im Schnitt einen Summierbaustein, der im vorliegenden 3eispiel als PI-Regler mit der konstanten Verstärkung K₀^ 1 geschaltet ist. Der Sollwert wird bei w pneumatisch durch ein Einheitssignal vorgegeben und mit dem Istwert χ verglichen. Jede Abweichung des Istwertes χ vom vorgegebenen Sollwert führt zu einer axialen Verschiebung des Membranpaketes und damit zum öffnen des Einlaß— Sitzes 1 oder des Auslaßsitzes 3o Die beiden Gummischeiben 2 und 4 sind auf den dünnen Stift 5 aufgeschoben und halten ihre Lage mittels Haftreibung. Bei Geräte Justierung wird das Membranpaket auf Mittelstellung zwischen die Anschläge 6 gebracht. Durch leichten Druck oben auf den Stift 5 setzen sich beide Gummischeiben 2 und 4- .jeweils auf ihre Sitze 1 und 3> womit die Justierung abgeschlossen ist·" In der stationären Arbeitsstellung, wo beide Sitze geschlossen sind, befindet sich das Membranpaket in der Mitte des Steuerweges s. Der Stift 5 steckt in beiden Düsen und wird von diesen, vor allem durch die lange Eintauchtiefe im Auslaßsitζ 3_} ausreichend zentriert.The drawing shows in section a summation module, which is connected in the present 3eispiel as a PI controller with the constant gain K ₀ ^ 1. The setpoint is given pneumatically by a standard signal at w and compared with the actual value χ. Any deviation of the actual value χ from the specified value leads to an axial displacement of the membrane package and thus to open the inlet seat 1 or the outlet seat 3o The two rubber discs 2 and 4 are pushed onto the thin pin 5 and hold their position by means of stiction. When device adjustment, the membrane package is brought to mid-position between the stops 6. By pressing lightly on top of the pin 5, both rubber discs 2 and 4 sit on their seats 1 and 3, respectively> which completes the adjustment · "In the stationary working position, where both seats are closed, the membrane package is in the middle . control of path s the pin 5 is in two nozzles and of these, especially by the long insertion length in Auslaßsitζ 3 sufficiently _centered}.

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Im stationären Zustand, d» tu das МетЬгалракеѢ steht in Mittelstellung, bzw„ der Istwert des Reglerbausteins ist gleich, dem Sollwert, schließen beide Gummischeiben sowohl den Sinlaßsitz 1 als auch, den Auslaßsitz 3 dicht ab. Der funktionsbedingte Luftbedarf geht hierdurch auf ITuIl zurück.In the stationary state, if the МетЬгалракеѢ is in the middle position or "the actual value of the controller module is the same as the setpoint, both rubber discs close both the squeeze seat 1 and the outlet seat 3 tightly. The functional air requirement goes back to ITuIl.

Die Sitzgröße von Einlaßsitz 1 und Auslaß sitz 3 (Durchmesser ca. 1 mm) im Verhältnis zur Membrangröße (Durchmesser ca. 20 mm) erlaubt einen Betrieb ohne künstliches Leck bei Umst euer fehlem < 0,5 % 'and auch ohne zusätzlichen Luftverbrauch,· Die Luftabgabe und die Luftaufnahme durch die kleinen Steuersitze liegen bei ca_a 10 dnrymin. und reichen für die vorgesehenen Aufgabenstellungen voll aus. Die Steuerwege s des Membran-Paketes mit maximalThe seat size of inlet seat 1 and outlet seat 3 (diameter approx. 1 mm) in relation to the diaphragm size (diameter approx. 20 mm) allows operation without artificial leak at faulty <0.5% and without additional air consumption. the air discharge and air intake through the small control seats are dnrymin at about _a tenth and are sufficient for the intended tasks. The control paths s of the membrane package with maximum

s ds d

+ 0,25 3m entsprechend ^- - Tf~ garantieren ausreichende Genauigkeiten des Membranstapels.+ 0.25 3m corresponding to ^ - - Tf ~ guarantee sufficient accuracies of the membrane stack.

Als Starthilfe sind bei üblichen Alternativsteuerungen entweder Federn oder enge Einlaufschäcate am Steuerteil vorgesehen* Durch die geisählte Anordnung sind diese Hilfsmittel nicht erforderlich, da der in den Düsenbohrungen d sitzende Stift 5 kolbenartig in jeder Einbaulage bei Einschalten von Ott in die gemanschte Startstellung gebracht wird, in der er während des Betriebes dann durch die Druckdifferenzen am EinlaSsitz und/oder am Auslaßsitz gehalten wird. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die C-e rate justierung durch Drücken auf den Stift 5 nach Abscnrauben der Zappe 7· Nach Abschrauben der Kappe 8 kann durch Drehen der Sechskantmutter 9 und des Spannbolsens, der an seinem oberen Ende den Auslaßsitz 3 "ragt, das Pe der element; 10 nach plus oder minus vorgespannt und damit der 2TuIIpunkt justiert; werden·As a jump start either conventional springs or tight Einlaufschäcate on the control part are provided with the usual alternative * These aids are not required because the seated in the nozzle holes d pin 5 is brought like a piston in any mounting position when switching from Ott to the mended starting position, in he is then held during operation by the pressure differences at the inlet seat and / or at the outlet seat. In the exemplary embodiment, the Ce rate adjustment by pressing the pin 5 after Abscnrauben the Zappe 7 · After unscrewing the cap 8 can by turning the hex nut 9 and the Spannbolsens, the outlet at its upper end 3 "protrudes, the Pe the element; 10 biased to plus or minus and thus the 2TuIIpunkt adjusted

Claims

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Claim.

Control for active pneumatic devices, consisting of a fixed inlet seat and an axially movable outlet seat, characterized in that both seats (1, 3) are provided with a raised nozzle mouth and that in both nozzles η bore a genieinsamer, preferably in Outlet Sits led pin (5) located on the in. Intermediate nozzle spacing two discs (2, 4 ·) consisting of elastic material are arranged so as to be displaceable in the axial direction with plane surfaces.

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