DE2060815B2 - Druckmittelbetriebener Regler - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen druckmittelbetriebenen Regler mit Druckkörpern für den Istwert, den Sollwert und die Rückführung, die in einer Wirkungscbene mit sich in einem innerhalb des Reglers lie genden Punkt schneidenden Wirkungslinien am Gehäu se befestigt sind, und einem einen Düsenteil und einen kreisringförmigen Prallplattenteil umfassenden Abtastsystem, dessen einer Teil einem dreh- und feststellbar im Wu'kungslinicnschnittpunkt am Reglergehüusc an gelenkten Schwenkelement und dessen anderer Teil einem mit den Druckkörpern in Wirkverbindung stehenden, bewegbaren Steuerglied zugeordnet ist.

Bei einem bekannten Regler sind in einer Wirkungsebene ein Istwertbalg, ein diesem gegenüberliegender Sollwertbalg und ein quer dazu angeordnetes Rück- führbalgpaar angeordnet. Die Bälge sind jeweils an einem Ende am Reglergehäuse befestigt und am anderen beweglichen Ende untereinander mit einem ring- förmigen Steuerglied verbunden, das als Prallplatte eines Düsen-Prallplatte-Abtastsystems dient und den Öffnungsquerschnitt der Düse dieses Systems steuert.

derart, daß bei einem bestimmten Weg des Steuergliedes ein diesem Weg ungefähr proportionales Drucksignal erzeugt wird. Dieser nach dem Wegvergleichsprinzip arbeitende Regler, er wird als Kreuzbnlgregler bezeichnet, hat gegenüber den nach dem Drehmomem- oder Kraftvergleichsprinzip arbeitenden Reglern den Vorteil, daß für die P-Bereichseinstellung konstruktiv günstige Lösungen möglich sind. So ist bei den bekannter. Kreuzbalgreglern zur Einstellung des jeweils gewünschten P-Bereiches lediglich ein dreh- und feststellbar im Wirkungslinienschnittpunkt am Reglergehäuse angelenktes Schwenkelement erforderlich, das an seinem freien Ende die auf die Prallplatte gerichtete Düse trägt. Ein erheblicher Nachteil dieser bekannten Regler besteht darin, daß bezüglich ihrer Federeigenschaften und Abmessungen ausgewählte und zueinander passende Bälge verwendet werden müssen, da andernfalls der Aussteuerbereich bei jeweils einem bestimmten P-Be reich von Regler zu Regler verschieden groß ausfällt und dies einen betriebsmäßigen Einsatz der Regler erheblich behindern würde. An sich ist es theoretisch möglich. Abweichungen in der Federeigenschaft und/oder Abmessungen der Bälge in gewissen Grenzen durch Verschwenken der Düse, also durch Verändern des P-Bereiches bei gleichzeitiger Änderung des P-Be rcich-Nullpunktes zu kompensieren. Dies bringt in der Praxis jedoch solche Schwierigkeiten mit sich. dai3 das Auswählen von Bälgen gleicher Federeigenschaften und Abmessungen wesentlich einfacher und billiger ist. Des weiteren ist bei diesen Reglern der P-Bereich lastabhängig, die Empfindlichkeit des Reglers in den verschiedenen P-Beieichen also unterschiedlich groß. Dieser unerwünschte Effekt wird bei einem bekannten Krcuzbalgregler dadurch zu beseitigen versucht, daß der Winkel zwischen dem Istwertbalg und dem einen Ruckführbalg etwas kleiner und der Winkel zwischen dem Sollwertbalg und dem anderen Rückführbalg etwas größer als 90° gewählt und das ringförmige Steuerglied elastisch verformbar ausgebildet wird, derart, daß der als Prallplatte wirks ine Kreisbogen unter dem Einfluß einer Regelabweichung in einen anderen Kreisbogen übergeht, der zum Schwenkkreis der Düse nahezu parallel verläuft. Abgesehen davon, daß die Lastabhängigkeit nur vermindert und nicht vollständig beseitigt werden kann, ist eine derartige Lösung konstruktiv ungünstig.

Bei einem anderen bekannten, nach dem Wegvergleichsprinzip arbeitenden Regler, der aus drei oder vier Druckbälgen und einem Düsen-Prallplatte-Svsteni besieht, deren Düse auf einem im Wirkungslinienschnittpunkt der Bälge dreh- und feststellbar am Regiergehäuse angelenkten Schwcnkelemeni sitzt und deren als Viertclkreis ausgebildete Prallplatte an den beweglichen Teilen der Druckbälgc befestigt ist. wird dieser unerwünschte Effekt dadurch zu beseitigen versucht, daß die Prallplatte mittels Blattfedern, deren Querschnittslängssciten jeweils in Richtung der Wirkungslinicn verlaufen, an den beweglichen Teilen der Druckbälgc befestigt wird. Die Blattfedern weisen somit in Richtung der jeweiligen Wirkungslinie ein großes Widerstandsmoment gegen Biegung, in Richtung etwa senkrecht auf die jeweiligen Wirkungslinien jedoch ein sehr geringes Widerstandsmoment gegen Biegung auf. so daß zumindest der mittlere Teil der Prall platte unter dem Einfluß einer Regelabweichung in eine Lage verschoben wird, in der er wieder ungefähr parallel zürn Schwenkkreis der Düse verläuft. Damit kann die Lastabhängigkeit jedoch nur in beschränktem Um-

fange vermindert werden.

Schließlich sind nach dem Drehmoment- oder Kraftvergleichsprinzip arbeitende Regler bekannt, bei denen die Beanspruchung der Druckkörper günstiger als bei den Wcgvergleichsreglern ist und unterschiedliche Federeigenschaften und/oder Abmessungen der Druckkörper ohne wesentliche Schwierigkeiten kompensiert werden können. Bei diesen Reglern sind jedoch aufwendige Konstruktionen for die P-Bereichseinstellung erforderlich. So muß beispielsweise bei einer sogenannten Balgwaage zur P-Beretcliseinstellung ein unter einer Last stehender Drehpunkt längs eines Waagebalkens verschoben werden, was offensichtlich mit größeren Herstellungsschwierigkeiten verbunden ist als sie ein um einen Punkt schwenkbarer Hebel bietet Eine andere Möglichkeit für die P-Bereichseinstellung besteht in der Verwendung einer sogenannten Druckteilerschaltung, die jedoch eine nicht lineare Kennlinie besitzt, so daß der jeweils eingestellte P-Bereich nicht über den ganzen Aussteuerbereich konstant ist.

Es ist des weiteren ein auf dem Prinzip einer 3algwaage beruhender Regler vorgeschlagen wurden, der vier auf einer Grundplatte angeordnete Druckbälge enthält, die mit ihrem freien Ende an einem scheibenförmigen. parallel zur Grundplatte ausgerichteten Steuerglied befestigt sind. Das Steuerglied, das den einen Teil eines Düscn-Prallplatte-Abtastsystems bildet, ist von zwei in seiner Mittelzone angreifenden, senkrecht zueinander angeordneten Biegegliedern gehalten,, von denen das eine aus einer am Rand ortsfest eingespannten Blattfeder oder Membran und das andere aus einem biegeelastischen Stab besteht, dessen eines Ende ebenfalls ortsfest verankert ist. Die gegen die Stirnfläche des Steuergliedes gerichtete Düse sitzt 3; auf einem konzentrisch um die Hauptachse der Einrichtung dreh- und feststellbaren Schwenkarm. Zwischen dem Steuerglied und der Grundplatte befinden sich auf Druck und 7ug beanspruchbare Meßfedern sowie diesen zugeordnete |ustierfcdern. Auch bei einem solchen Regler treten bei der Konstruktion für die P-Bereichseinstellung Schwierigkeiten auf. und zwar hinsichtlich der ortsfesten Lagerung des um 90 Winkelgrade drehbaren Schwenkarmes.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Regler zu schaffen. bei dem unterschiedliche Federcigenschaftcn und/oder Abmessungen der Druckkörper ohne Schwierigkeiten kompensiert werden können, die Empfindlichkeit möglichst unabhängig -on dem jeweiligen P-Bere.'ch und dem Aussteuerbereich ist und für die P-Bcrcichsc'.nstellung nur konstruktiv einfache Mittel erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Regler des eingangs beschriebenen Aufbaus dadurch gelost, daß erfindungsgemäß das Steuerglied über einen fedcrclastischen Stift im Wirkungslinienschnittpunkt, vorzugsweise im Reglergehäuse, gelagert ist.

Die federelastische Lagerung des Sicuergliedes im Wirkungslinienschnittpunkl bewirkt, daß sich der erfindungsgemäße Regler bezüglich der Beanspruchung der Druckkörper wie ein nach dem Drehmoment- oder Kraftvergleichsprinzip arbeitender Regler verhält und somit die Vorteile c'ncs solchen Reglers — Kompensation unterschiedlicher Federeigenschaflcn und/ockv Abmessungen der Druckkörper ohne wesentliche Schwierigkeiten — besitzt, ohne dessen Nachteile — aufwendige Konstruktionen für die P-Bereichseinstellung — aufzuweisen, da ja die Einstellung des P-Bereichs durch entsprechende Drehung des Schwenkelementes vorgenommen werden kann. Darüber hinaus kann durch geeignete Wahl der Federelastizitlt und der Abmessungen des Lagerstifts sowie des Abs*andes zwischen Prallplatte bzw. DOsenaustriltsöffnung und Wirkungslinienschnittpunkt erreicht werden, daß die Abhängigkeit der Empfindlichkeit des Reglers vom jeweiligen P-Bereich und die Lastabh8ngigkeii gegenüber den bekannten wegvergleichenden Reglern um ein wesentliches vermindert wird. Eine völlige Unabhängigkeit läßt sich jedoch nicht erzielen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß mit geringer werdender Abhängigkeit die Federsteifigkeit des Lagersiifts und der Abstand von Prallplatte bzw. Düsenaustrittsöffnung zum Wirkungslinienschnittpunkt zunimmt, was bedeutet, daß einerseits der Regler unempfindlich wird und Verstärker eingesetzt werden müssen und andererseits die Gehäuseabmessungen des Reglers sich unerwünscht vergrößern.

Durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann dieser noch bestehende Nachteil ausgeräumt werden, und zwar dadurch, daß die Prallplatte über mindestens drei, auf ihren Umfang verteilte, jeweils getrennt einstellbare Radialstützen am Steuerglied oder Schwenkelement befestigt ist und die auf die den RadialstPtzen abgewandte Umfangsfläche der Prallplatte gerichtete Düse auf dem Schwenkelement oder dem Steuerglied sitzt. Damit besteht die Möglichkeit, die nach einem Wirkflächenabgleich vorhandenen Restkräfte, die die Abhängigkeit der empfindlichkeit des Reglers vom P-Bereich und dem Aussteuerbereich bewirken, durch verschieden starkes Krümmen des wirksamen Teils der Prallplatte mittels der einstellbaren Radialstützen zu eliminieren, ohne daß eine Verminderung der Empfindlichkeit des Reglers eintritt.

Um einen kompakten, raumsparenden Regleraufbau zu erhalten, empfiehlt es sich, die Prallplatte als Kreisringviertel auszubilden. Aus dem gleichen Grunde werden am zweckmäßigsten anstatt vier Einzeidruckkörpern, beispielsweise Bälgen, zwei Differenzdruckkörper verwendet, von denen dem einen der Ist- und der Sollwert und dem anderen das positive und negative Rückführsignal zugeführt werden. Da bei eis.er Anordnung der beiden Differenzdruckkörper n.it sich unter einem Winkel von 90° schneidenden Wirkungslinien sich in Grenzfällen ein instabiles Verhalten des Reglers einstellen kann, werden die beiden Differenzdruckkörper am zweckmäßigsten so einander zugeordnet, daß ihre beiden Wirkungslinien einen Winkel kleiner als 90". vorzugsweise einen Winkel von 85". einschließen. Schließlich läßt sich aber auch bei Verwendung von vic,- Kin/cldruckkörpern. deren Wirkungslinien sich ungefähr rechtwinklig schneiden, ein kompakter Regleraufbau erzielen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die beiden Teile des Abtastsystems, also die Düse und die Prallplatte, und die Druckkörper in zwei verschiedenen, mit Abstand "arallcl übereinanderliegenden Ebenen anzuordnen und das Steuerglied länglich auszubilden. Am einen Ende des Steuergliedes greifen dann die vier Druckkörper an, und am anderen Ende in einer zur Wirkungsebenc parallelen Ebene ist beispielsweise die Prallplatte und dieser gegenüber die Düse auf einem zur Wirkungscbcne senkrechten Arm des Schwcnkclemcnts befestigt.

Zur Übertragung des Hubs oder der Auslenkung der beweglichen Teile der Druckkörper ist das Steuerglied bei einem Regler mit vier Druckkörpern am zweckmäßigsten als Kreisscheibe ausgebildet, die konzentrisch

zum Wirkungslinienschnittpunkt gelagert ist und an deren Umfang die beweglichen Teile der Druckkörper mittelbar oder unmittelbar anliegen. Der Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht darin, daß keine Befestigungsmittel zur Verbindung von Steuerglied und Druckkörper benötigt werden. Dies wirkt sich unter anderem günstig auf die Montage aus. Werden andererseits nur zwei Differenzdruckkörper verwendet. eignet sich ein derartiger Aufbv^; wegen der dann un genügenden Führung des Steuergliedes nicht mehr. Insbesondere in solchen und ähnlichen Fällen empfiehlt es sich, den beweglichen Teil jedes Druckkörpers mit einem Stößel zu versehen, der gelenkig mit dem freien Ende des Steuergliedes verbunden ist. Damit sind die beweglichen Druckkörperteile und das Steuerglied in ihrer Lage zueinander eindeutig fixiert. Diese letzte Ausführungsform kann im übrigen auch bei Vorhandensein von vier oder mehr Einzeldruckkörpern verwendet werden.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung, die in zum Teil schemaiischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel enthält, näher erläutert. Im einzelnen zeigt F i g. 1 eine Aufsicht auf einen Regler und

F i g. 2 einen Schnitt durch den Regler der F i g. 1 entlang der Linie II.

Der Regler enthält zwei Differenzdruckkörper 1 und 2, die jeweils durch eine Membran 3 bzw. 4 in zwei Druckkammern 5 und 6 bzw. 7 und 8 unterteilt sind. Der Druckkammer 5 des Differenzdruckkörpers 1 wird der Istwert w und der Druckkammer 6 der Sollwert χ zugeführt, während die Kammern 7 und 8 des Differenzdruckkörpers 2 für die positive und negative Rückführung R\ und R- vorgesehen sind. Die beiden Membranen 3 und 4 tragen jeweils einen Stößel 9 bzw. 10. dessen Längsachse mit der Wirkungslinie des jeweiligen Differenzdruckkörpers zusammenfällt. Die Differenzdruckkörper 1 und 2 sind in einer Wirkungsebene so am Gehäuse 11 des Reglers befestigt, dall sich ihre Wirkungslinicn in einem innerhalb des Reglers liegenden Punkt 12 schneiden und einen Winkel, der kleiner als 90" ist, einschließen.

Die freien Enden der Stößel 9 und 10 sind am Umfang einer kreisförmigen, das Steuerglied bildenden Scheibe 13 gelenkig befestigt, die über einen fcderelastischen Stift 14 im Wirkungslinienschnittpunkt 12 in einem zylindrischen Ansatz 15 des Rcglergehäuses Π

ίο gelagert ist. Auf dem Ansatz 15 sitzt das dreh- und feststellbare Schwcnkelement 16, dessen eine Kante in Form eines zum Drehpunkt 12 konzentrischen Kreisbogens mit einer Verzahnung 17 ausgebildet ist. die mit einem entsprechenden schwergängigen, von Hand verstellbaren Zahnrad 18 im Eingriff steht.

Zur Umformung der Positionsveränderung der als Steuerglied dienenden Scheibe 13 in ein Drucksignal y ist ein Abtastsystem 19 vorhanden, das aus einer Düse 20 und einer Prallplatte 21 besteht. Die Düse 20 ist dem Schwenkelement 16 und die Prallplatte 21. die als Kreisringviertel ausgebildet ist, der Scheibe 13 zugeordnet. Die Befestigung der Prallplatte 21 an der Scheibe t3 erfolgt mittels dreier, auf dem Umfang des Kreisringviertels verteilter Radialstützcn 22. jede Ra-

*5 dialstütze 22 besteht aus einem Gewindestift 23 mit e.siem Rechtsgewinde, der in die Prallplatte 21 eingeschraubt ist. und einem in die Scheibe 13 eingeschraubten Gewindestift 24 mit einem Linksgewinde sowie einer SechskantgewindeSülse 25. Durch verschieden starkes Anziehen der einzelnen Gewindehülsen 25 läßt sich die gewünschte Krümmung der Prallplatte 21 einstellen.

Je nach Beschallung des Reglers mit Leitungen Drosseln und Verstärkern kann dieser als Kaskadenrelais. Rechenrelais, P-Regler, PI-Regler oder PID-Reglei betrieben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   J. Druckmittelbetriebener Regler mit Druckkörpern für den Istwert, den Sollwert und die Rückfüh- rung, die in einer Wirkungsebene mit sich in einem innerhalb des Reglers liegenden Punkt schneidenden Wirkungslinien am Gehäuse befestigt sind und einem einen Düsenteil und einen kreisringförmigen Prallplattenteil umfassenden Abtastsystem, dessen to einer Teil einem dreh- und feststellbar im Wirkungslinienschnittpunkt am Reglergehäuse angelenkten Schwenkelement und dessen anderer Teil einem mit den Druckkörpern in Wirkverbindung stehenden, bewegbaren Steuerglied zugeordnet ist, ts dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (13) über einen federelastischen Stift (14) im Wirkungslinienschnittpunkt (12). vorzugsweise im Reglergehäuse (11), gelagert ist
2. 2. Druckmittelbetriebener Regler nach Anspruch

   1, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerglied (13) eine Prallplatte (21) über mindestens drei, auf ihrem Umfang verteilte, jeweils getrennt einstellbare Radialstützen (22) befestigt ist und die auf die den Radialstützen (22) abgev. .lndte Umfangsfläche der Prallplatte (21) gerichtete Düse (20) auf dem Schwenkelement (16) sitzt.
3. 3. Druckmittelbetriebener Regler nach Anspruch

   2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (21) aus einem Kreisringvicrtel besteht.
4. 4. Druckmittelbetriebener Regler nach Anspruch 1 oder 2 mit -ier Druckkörpern, deren Wirkungslinien sich ungefähr rechtwinklig schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die beia.-n Teile (20. 21) des Abtastsystems (19) und die Duckkörper in zwei verschiedenen mit Abstand parallel übereinanderliegenden Ebenen angeordnet sind und das Steuerglied (13) länglich ausgebildet ist.
5. 5. Druckmittelbetriebener Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil (3, 4) jedes Druckkörpers (1, 2) mit einem Stößel (9, 10) versehen ist. der gelenkig mit dem Steuerglied (13) verbunden ist.