DE2404783A1 - Elektronische hubsteuereinrichtung - Google Patents

Description

01-4728 Ge 1. Februar 1974

HONEYWELL INC.
27O1 Fourth Avenue South Minneapolis, Minn., USA

Elektronische Hubsteuereinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Hubsteuereiririchtung für ein von einem Motor reversibel verstellbares Organ, insbesondere für ein Ventil, mit einer Brückenschaltung, die einerseits an eine Speisesparmungsqueile und andererseits über eine Steuerschaltung an den Motor angeschlossen ist, wobei die Brückenschaitung ein Steuerpotentiorneter, ein vom Motor angetriebenes Abgleichpotentiometer und parallel zu diesem ein Hublängen-Einstellpotentiometer aufweist.

Es ist bekannt, in geschlossenen Regelkreisen motor angetriebene Stellglieder zu verwenden. Das Fehlersignal·, d.h., die Regelabweichung, wird hierbei in einer Brückenschaltung gebildet, wobei die Brückenschaltung zur Vorgabe eines Sollwertes ein Einstellpotentiometer aufweist und wobei der Istwert, z.B. die Stellung einer Ventilstange,durch ein ebenfalls in der Brückenschaltung angeordnetes Äbgleichpotentiometer gebildet wird, dessen Abgriff von dem die Ventilstange verstellenden Motor verschoben wird. An einem zusätzlich in der Brückenschaltung angeordneten Hublängen-Einstellpotentiometer kann zusätzlich der Hub des Stellgliedes

eingestellt werden. Derartige Hubsteuereinrichtungen sind in den US-Patenten 2 403 917, 2 435 966, 2 474 441, 2 758 269 und 2 813 235 beschrieben. Den bekannten Hubsteuereinrichtungen haftet Hz/Kö. 409834/0750

ORIQiNAL INSPECTED

der Nachteil an, daß bei veränderter Eublänge gleichzeitig der Ausgangspunkt des Hubes verändert wird. Es ist demnach nicht möglich, mit den bekannten Einrichtungen beispielsweise einen Ventilhub ausgehend von der Schließstellung des Ventils dem Betrage nach zu verändern. Eine Hublängenänderung hat bei den bekannten Einrichtungen gleichzeitig eine Verschiebung des Hubausgangspunktes zur Folge.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Kubsteuereinrichtungen in der Weise zu verbessern, daß bei einer Kublängenänderung der Ausgangspunkt des Hubes nicht verschoben wird. Erfindungsgernäß gelingt dies dadurch, daß die Speisung der Brückenschaltung an den Abgriffen des Abgleichpotentiometers und des Steuerpotentiometers erfolgt und daß in der Ausgangsstellung des verstellbaren Organes das Eublängen-Einstellpotentiometer zwischen Schaltungspunkte geschaltet ist, die sich auf gleichern Potential befinden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltungsschema der erfindungsgemäßen Kubsteuereinrichtung .

Figur 2 eine grafische Darstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen !Umsteuereinrichtung·. . Figuren 3 und 4 schematische Darstellungen von Hubsteuereinrichtungen gemäß dem Stand der Technik. Figur 5 eine grafische Darstellung der Wirkungsweise der Hubsteuereinrichtungen gemäß dem Stand der Technik.

Gemäß Figur 1 wirkt das elektrische Ausgangssignal einer Brückenschaltung 10 auf eine elektronische Motorsteuerung 11, welche

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den Antrieb eines reversierbaren Motors 12 steuert, der seinerseits die Stellung eines Ventils 13 und die Stellung eines Abgriffes 16 eines Abgleichpotentiometers 17 in der Brückenschaltung 10 steuert.

Die Brückenschaltung 10 wird an Eingangsklemmen 14 und 15 aus einer Gleichspannungsquelle gespeist. Die Eingangsklemmen 14 und sind gleichzeitig die Potentiometerabgriffe 16 und 20 eines Abgleichpotentiometers 17 und eines PJinstellpotentiometers 21. Das rechte Ende des Abgleichpotentiometers 17, d.h. der Schaltungspunkt 19, ist über einen Widerstand 22, einen Schaltungspunkt 23, einen Widerstand 24, eine Ausgangsklemme 25, einen Widerstand und einen Widerstand 27 mit dem rechten Ende des Einstellpotentiometers 21 verbunden. Das linke Ende des Abgleichpotentiometers 17 ist über einen Schaltungspunkt 30, einen Widerstand 21, eine Ausgangsklemme 32 und einen Widerstand 33 mit dem linken Ende des Einstellpotentiometers 21 verbunden. Zwischen die Schaltungspunkte 23 und 30 ist die Serienschaltung eines Widerstandes 35 mit einem Hublängen-Einstellpotentiometer 34 geschaltet, v/obei der Abgriff des Hublängen-Einstellpotentiometers mit dem Schaltungspunkt 23 verbunden ist. Die Brückensignal-Ausgangsklemmen und 32 sind mit den Eingangsklemmen der vorstehend erwähnten elektronischen Motorsteuerung 11 verbunden.

In einer realisierten Ausführungsform weisen die Widerstände und Potentiometer der Brückenschaltung 10 folgende Werte auf:

Widerstand 22 600 0hm

Widerstände 24,26,31,33 2 K 0hm

Widerstand 27 i 115 0hm

Widerstand 35 316 0hm

Widerstand 17 600 0hm

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Widerstand 21 135 Ohm

Kiderstana 34 375 Ohm«

/uis obenstehenden. Werten wird klar, daß die Brückenschaltung 10 völlig symmetrisch aufgebaut ist. Die mechanische Verbindung 18, welche den Potentiometerabgriff 16 in /abhängigkeit von der Ventilstellung verstellt,ist so getroffen, daß sich der Potentiometerabgriff 16 am rechten Ende des Abgleichpotentiometers 17 befindet, wenn sich das Ventil 13 in seiner geschlossenen Stellung befindet. Die rechte Endstellung des Abgleichpotentiometers 17 ist die Ausgangslage der Brückenschaltung 10. In dieser Stellung ist die Symmetrie der Brückenschaltung 10 klar erkennbar, da der Wider stand 22 und das Zibgleichpotentiometer 17 die gleiche Größe auf v/eisen, die Widerstände 24 und 26 an die Widerstände 31 und angepaßt sind und der Widerstand 27 zusammen mit den ersten 10 0hm des Einstellpotentiometers 21 an den verbleibenden Rest des Einstellpotentiometers 21 angepaßt sind. Bei geschlossenem Ventil 13 befindet _si_ch der Potentiometerabgriff 16 in seiner rechten Ausgangslage·" " - .

Die Hublängeneinstellung für das Ventil 13 erfolgt in einfacher Weise durch Verstellung des Hublängen-Einstellpotentiometers 34. Wenn das Potentiometer 34 auf seinen maximalen Viert, d.h. 375 Ohm eingestellt ist, so ist nur eine kleine Verstellung des Potentiometerabgriffes 16 und demnach auch des Ventils erforderlich, um die Brücke wieder ins Gleichgewicht zu bringen. Andererseits bedingt ein kleinerer Widerstand des Hublängen-Einstellpotentiometers 34 eine größere Verschiebung des Potentiometerabgriffes und demnach auch eine größere Verstellung des Ventiles 13. Figur 2 zeigt für zwei verschiedene Einstellwerte des Hublängen-Einstellpotentiometers 34 den jeweils zugehörigen erforderlichen Hub für den Motor 12, das Ventil 13 und den Potentiometerabgriff 16, um die Brückenschaltung 10 wieder ins Gleichgewicht zu bringen. Zuvor

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ist es erforderlich, ein Ungleichgewicht in der Brückenschaltung 10 zu erzeugen, indem der Potentiometerabgriff 20 des Steuerpotentiometers 21 aus der dargestellten Lcige verschoben v/ird. Das Potentiometer 21 dient der Sollviertvorgabe. Der große Bogen A in Figur 2 gehört zu einem kleinen Einstellwiderstand des Kublängen-Einstellpotentioineters 34 und repräsentiert andererseits einen großen Verstellweg für den Motor 12, das Ventil 13 und den Potentiometerabgriff 16. Andererseits gehört der kleine Bogen B zu einem großen Wert des Hublängen-Einstellpotentiometers 34 und zu entsprechend kleinen Verstellwegen von Motor 12, Ventil und Potentiometerabgriff 16. Aus dieser Darstellung v/ird deutlich, daß bei ein und demselben vorgegebenen Sollwert der Motor 12,das Ventil 13 und der Potentiometerabgriff 16 bei einem kleineren Einstellwiderstand 34 einen größeren Weg zurücklegen müssen als bei einem größeren Einstellwiderstand 34. Andererseits geht aus der Darstellung gemäß Figur 2 klar hervor, daß lediglich die Gff rmngsstellung des Ventils 13 durch den Einstellv/iderstand 34 beeinflußt wird. Das festgelegte Ende des Hubes, d.h. die

Schließstellung des Ventils, welche der rechten Endstellung des Potentiometerabgriffes 16 entspricht, wird nicht beeinflußt, ganz gleich, welche Einstellung an dem Hublängen-Einstellpotentiometer 34 vorgenommen v/ird.

Die Funktion der Brückenschaltung 10 läßt sich auch auf die Weise erklären, daß das Potential an den Schaltungspunkten 23 und 30 einander gleich ist, wenn sich das Ventil in seine Schließstel- \ lung und demgemäß der Potentiometerabgriff 1G in seiner rechten " Endstellung befindet. Aufgrund des gleichen Potentials an den Schaltungspunkten 23 und 30 fließt in dem Nebenv/eg der durch den Widerstand 35. und das Hublängen-Einstellpotentiometer 34 gebildet wird, kein Strom, v/odurch dieser Nebenweg keinen Einfluß auf die Brückenschaltung hat, unabhängig von dem Einstellwert des Potentiometers 34. Auf diese.- Weise v/ird die Schließstellung des Ventils 13 durch eine Verstellung des Potentiometers 34 nicht verändert, Bs sei nun, zur Erläuterung angenommen, daß die Stel-

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lung das Potentiometerabgriffes 20 des Steuerpotentioraeters 21 nach links verschoben wurde, was eine Ansteuerung des Motors 12 zu Folge hat. Der Motor 12 seinerseits treibt das Ventil 13 in Öffnungsrichtung an und verstellt den Potentiometerabgriff 16 in Richtung auf das linke Ende des Potentiometers 17, um die Brücke wieder abzugleichen. In der Grenzstellung, in v/elcher sich der Potentiometerabgriff 16 am linken Ende des Potentiometers 17 befindet, wird die Unsymmetrie der Erückenschaltung 10, welche an dem Potentiometerabgriff 16 gespeist wird, deutlich. In diesem Zustand wird der Nebenzweig,gebildet aus der Serienschaltung des Widerstandes 35 und des Hublängen-Einstellpotentiometers 34, v/irksam. Der Strom fließt nun sowohl über die Serienschaltung des PotentiometerwiderStandes 17 mit dem Widerstand 22 als auch über die Serienschaltung des Widerstandes 35 mit dem Potentiometer 34. Der Gesamtwiderstand des Parallelnetzwerkes in diesem Grenzfall ergibt sich zu (174-22) · (35+34) . Die Einstellung des

17+22 + 35+34

flublängeneinstellpotentioineters 34 beeiflußt nun ganz klar diesen Gesamtwiderstand. Dieser einstellbare Gesamtwiderstand ist seinerseits in Serie geschaltet mit Widerständen 24, 25, 27 und einem Teil des Potentiometerwiderstandes 21, wodurch ein Spannungsteiler gebildet wird. Wenn der Potentiometerabgriff 16 nach rechts zurückbewegt wird, nähert sich die Brückenschaltung 10 allmählich ihrer Symmetrischen Ausgangslage, und der zwischen die Schaltungspunkte 23 und 3o geschciltete Nebenzweig verliert allmählich seine Wirkung. Für irgendeine gegebene Stellung der Potentiometerabgriffe 20 und 16 außer derjenigen,der die Schließstellung des Ventils entspricht, ergibt sich der Umstand, daß das Signal an, den Ausgangsklemmen 25 und 32 der Brückerischaltung umso kleiner ist, je kleiner der eingestellte Widerstand des Potentiometers 34 ist.

Im Gegensatz zu der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung, wie sie anhand der Figuren 1 und 2 vorstehend beschrieben wurde, wird die in den Figuren 3 und 4 dargestellte bekannte Hubsteuereinrich-

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tung von einem in der Brückendiagonalen angeordneten Transformator gespeist ,und das an die Steuerschaltung gelegte Ausgangssignal der Brücke wird den Abgriffen des Steuer- und Abgleichpotentiometers entnommen. Das für den variablen Hub verantv.'ortliche Hublängen-Einstellpotentioroeter hat in den bekannten Schaltungen die in Figur 5 dargestellte Funktion zur Folge. Wie man der Figur 5 entnehmen kann, wird durch Veränderung des Eublängeneinstellpotentiometers 34- nicht nur der Hub, sondern auch der Ausgangspunkt S des Hubes verändert.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Elektronische Kubsteuereinrichtung für ein von einem Motor reversibel verstellbares Organ, insbesondere für ein Ventil, mit einer Brückenschaltung, die einerseits an eine Speisespannungsquelle und andererseits über eine Steuerschaltung an den Motor angeschlossen ist, wobei die Brückenschaltung ein Steuerpotentiometer, ein vom Motor angetriebenes Abgleichpotentiometer und parallel zu diesem ein Hublängen-Einstellpotenticmeter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Erückenschaltung (10) an den Abgriffen (16, 20) des Abgleichpotentiometers (17) und des
   Steuerpotentiometers (21) erfolgt und daß in der Ausgangsstellung des verstellbaren Organes (13) das Ilublängen-Finstellpotentiometer (34) zwischen Schaltungspunkte (22, 30) geschaltet ist, die sich auf gleicher» Potential befinden.
2. 2. Elektronische Eubsteuereinrichtung nach /mspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Abgleichpotentiometer (17) ein gleichgroßer Widerstand (22) in Serie geschaltet ist, daß der Abgriff (16) des Abgleichpotentiometers (17) in der Ausgangsstellung des verstellbaren Organes (13) am Verbindungspunkt (19) zwischen Abgleichpotentiometer und Serienwiderstand (22) liegt und das Hubl£ingen-Einstellpotentiometer (34) der Serienschaltung von Abgleichpotentiometer (1?)und Widerstand (22) parallel geschaltet ist.
3. 3. Elektrische Hubsteuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet, daß zu dem

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   Hublängen-Einstellpotentioiaeter (34) ein Widerstand (35) in Serie geschaltet ist.
4. 4. Elektrische Hubsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu der Ausgangsstellung des verstellbaren Organes (13) gehörenden Stellung des Steuerpotentiometers (21) die abge~ griffenen Widerstände des Steuerpotentiometers (21) zusammen mit in Reihe geschalteten und an die Schaltungspunkte (2 3, 3O) führenden Widerständen (24, 26, 27; 31, 33) gleichgroß sind.

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