BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
`
`DEUTSCHES ..
`PATENTAMT
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`Int. Cl.: F15b
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`Kl.: 60-30
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`Deutsche
`
`Nummer: 1 268494
`AUSLEGESCHRIFT
`P 12 68 494.5-13
`Aktenzeichen:
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`16.Dezember 1963
`Anmeldetag:
`1268494
`16.Mai 1968
`Auslegetag:
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`Impulsgesteuerte Stelleinrichtung
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`1
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`Die Erfindung betrifft eine mittels elektrischen
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`Einheitsimpulsen gesteuerte Stelleinrichtung unter
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`Verwendung eines <lurch ein Druckmittel angetrie-
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`benen Stellantriebs und eines mit einem Steuer-
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`
`element des Stellantriebs verbundenen elektromecha-
`5
`Anmelder:
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`nischen Bauteiles mit auf das Steuerelement wirk­
`Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
`
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`samer Rilckfiihrung des Ausgangsstellhubes des Stell­
`
`
`6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1
`antriebs.
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`Es sind verschiedene Stelleinrichtungen bekannt,
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`bei denen ein elektrodynamisches Kraftglied (Tauch-10
`
`Als Erfinder benannt:
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`spule) die Verstellung eines Steuerelementes vor­
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`Dipl.-Ing. Hermann Ragnar Eggers,
`nimmt.
`5628 Heiligenhaus
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`Bei einer bekannten Einrichtung ist die Tauch­
`
`spule mit der Steuereinrichtung eines Kolbenantriebs
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`verbunden. Die Steuereinrichtung besteht aus einem 15
`2
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`in einem Schieber gleitenden Steuerkolbenpaar. Der
`weist Offnungen an je einem Ende und in Zuro Stand der Technik gehort auch eine Stellein-
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`Schieber
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`Elektromotor, mit einem stetig arbeitenden der Mitte auf, wobei die dffnung in der Mitte des richtung
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`der unmittelbar ein Ventil in der Regelstrecke be-
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`Zylinders mit einer unter Druck stehenden Flilssig-
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`keit beaufschlagt wird, die je nach Stellung des .ao einfluBt. Der mit verhliltnismliBig langen Strom-
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`Steuerkolbenpaares auf die Ober-oder Unterseite
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`impulsen gespeiste Motor fiihrt Drehbewegungen
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`eines Arbeitskolbens in einen Arbeitszylinder geleitet
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`aus, die dem Integral der Impulshohe Uber der Puls-
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`wird. J e nachdem, ob der Druck der Oberseite oder Hinge entsprechen. Bei diesem elektromotorischen
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`der Unterseite ilberwiegt, wird der Arbeitskolben in Stellglied ist es nachteilig, daB der von der Motor-
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`der einen oder anderen Richtung verschoben.
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`25 welle zuriickgelegte Drehweg von der Impulshohe
`Es ist auch bekannt, fiir ein pneumatisches Stell-
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`abhangt. Dazu spielen noch Reibung und Schwung-
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`Teile eine betrachtliche glied das elektrodynamische Kraftglied mit einer moment der beweglichen
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`Waage zu verbinden, die ein Teil eines Diise-Prall-
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`Rolle, so daB sich mit dieser Einrichtung eine hohere
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`platte-Systems bildet. Das Diise-Prallplatte-System Genauigkeit, wie sie bei der Digitaltechnik angestrebt
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`steuert die einem Membranantrieb zugefilhrte Druck-30 wird, nicht erreichen lliBt.
`luft. Eine mechanische Rilckfiihrung verbindet den Dieser Nachteil ist in einem bekannten digitalen
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`Ausgang des Membranantriebes mit der Waage des Steuerventil vermieden. Das Steuerventil enthalt meh-
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`Dilse-Prallplatte-Systems zur Durchfilhrung eines rere Magnetsysteme, von denen jedes zur Beeinflus-
`Kraftvergleichs.
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`sung eines Ventils geeignet ist. Die Ventile, deren
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`Diese Stelleinrichtungen arbeiten beide mit ste-35 Durchmesser entsprechend der Wertigkeit der zu-
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`sind, werden digitalen Stelle gestaffelt tigen elektrischen Eingangssignalen. Sollen diese geordneten
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`entweder ganz eines Steuerstromes Stelleinrichtungen mit impulsformigen Eingangs-unter dem EinfluB
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`geschlossen oder geoffnet. Mit diesem Ventil HiBt sich
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`signalen beaufschlagt werden, so ist eine zuslitzliche
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`erreichen, jedoch milssen Einrichtung erforderlich, die kurze Impulse in einen zwar eine hohe Genauigkeit
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`stetigen Spannungsverlauf umwandelt. Diese An-40 die Steuersignale binar codiert sein. Filr ein Steuer-
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`signal, daB aus einer zeitlichen Aufeinanderfolge stel-
`
`triebseinrichtung kann aus einem Schrittschaltwerk
`
`bestehen, das von Impulsen zur Verstellung eines lenwertunabhangiger
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`Impulse besteht, ist dieses elek-
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`Ventil nicht geeignet. Es erfordert Spannungsteilers stufenweise weiterbewegt wird. Der tromagnetische
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`Umsetzer, der eine duale Ausgangsvon dem Spannungsteiler abgenommene Strom kann einen zuslitzlichen
`-
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`dann den elektrodynamischen Kraftgliedern der be-45 groBe aus einem pulszahlmodulierten Steuersignal er-
`
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`kannten Stelleinrichtungen zugefiihrt werden. zeugt.
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`Es ist bei dieser Einrichtung nachteilig, daB zur Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die er-
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`Umwandlung des impulsformigen Steuersignals zur wahnten Nachteile zu beseitigen.
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`Beeinflussung des Stellantriebs ein zuslitzlicher
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`GemaB der Erfindung wird als elektromechanisches
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`Wandler erforderlich ist, der - abgesehen von der 50 Bauteil ein an sich bekannter Schrittmotor vor-
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`um den Stellantrieb der bei jedem lmpuls VergroBerung des Bauaufwandes - Pehler und Stor-gesehen,
`
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`eine Wegeinheit verstellt.
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`moglichkeiten in sich birgt.
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`8-09 549/247
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`1 268 494
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`4
`3
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`Die erfindungsgemaBe impulsgesteuerte Stellein-
`Arbeitsstange 3 und der mit ihr verbundene Arm 4
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`nach oben, so wird ein Teil dieser Bewegung Uber
`richtung
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`eriibrigt einen besonderen Signalumformer.
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`konnen dadurch die Rolle 12 und den Seilzug 14 auf das Steuerkolben-
`
`Bereits bekannte Stelleinrichtungen
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`wird in dem Das Steuerkolbenpaar geeig-paar 9 Ubertragen.
`
`zur Verarbeitung Steuersignale impulsformiger
`5 Sinn verstellt,
`daB die neuen Druckverhaltnisse im
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`net gemacht werden, indem als elektromechanisches
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`die ursprlingliche Stellbewegungrlick-Bauteil zur Aufnahme der Eingangsgr6Be ein Schritt-Arbeitszylinder
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`gangig zu machen suchen. Wenn die erste positive
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`motor angewendet wird.
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`beendet ist, verharrt
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`zum Zeitpunkt Ein Ausfilhrungsbeispiel des Gegenstandes der Er-Impulsreihe
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`mit zwei der Stellantrieb in Ruhe. Im Zeitintervall
`t2-t3 ein-
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`findung wird an Hand einer Zeichnung
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`Figuren beschrieben, wobei Fi g. 1 eine impuls-10 laufende negative Impulse lassen den reversierbaren
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`daB der Seilzug von seiner gesteuerte Stelleinrichtung darstellt, wahrend in Schrittmotor derart laufen,
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`Fig. 2 der zeitliche Verlauf der Ausgangsgr6Be der Welle unter der Wirkung
`der Feder 13 abgewickelt
`
`wird. Dies lost einen Steuervorgang fiir die Druckluft
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`Stelleinrichtung in Abhangigkeit vom impulsformigen
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`aus, der dem vorher Beschriebenen entgegengesetzt
`
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`Eingangssignal gezeigt ist.
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`5 und in dem 15 ist und damit ein Absinken des Arbeitskolbens
`
`In Fig. 1 ist mit 1 ein Ventil bezeichnet,
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`Ventils 1 verursacht. ein Schieber 2 zur Drosselung eines Durchflusses sitzt. ein SchlieBen des
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`Der Schieber ist Uber eine Arbeitsstange 3 mit einem Der Schrittmotor laBt sich auch bei anderen Stell-
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`Kolbenantrieb als bei dem pneumatischen Bau-antrieb�n
`
`Arbeitskolben der das bewegliche 5 verbunden,
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`teil eines pneumatischen Kolbenantriebes 6 darstellt. des Ausfiihrungsbeispiels verwenden. Bei grundsatz-
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`Von dem den Arbeitskolben umgebenden Zylinder 20 Iich gleicher Wirkungsweise der gesamten Stellein-
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`kann hinsichtlich der Impulsverarbeitung fiihren zwei Leitungen zu einer Steuereinrichtung. Die richtung
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`Steuereinrichtung besteht aus einem Steuerschieber
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`auch ein Membranantrieb vorgesehen sein, der bei-
`iiber ein Diise-Prallplatte-System die mit spielsweise 16 mit einer Aussparung 10 in der Mitte,
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`gesteuert
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`Druckluft beaufschlagt wird. In dem Steuerschieber
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`wird. Ebenso ist es denkbar, einen Kolbenantrieb mit
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`zu verwenden. GemaB der 25 hydraulischer Hilfskraft ist ein Steuerkolbenpaar angeordnet, 9 verschiebbar
`
`das die zu dem Arbeitszylinder fiihrenden Leitungen
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`Erfindung konnen also bekannte, stetig arbeitende
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`elektrischen Impulsen 7, 8 mehr oder weniger abdecken oder mit der Druck-Stellantriebe mit kurzzeitigen
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`luftquelle verbinden kann. Aus dem Steuerschieber
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`gesteuert werden, wenn als elektromagnetisches Bau-
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`Schrittmotor eingebaut wird. ist eine Steuerstange auf der das teil ein reversierbarer 11 herausgefiihrt,
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`fiir
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`befestigt ist. An einem Ende der 30 Besonders geeignet sind derartige Stellantriebe
`Steuerkolbenpaar
`
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`Steuerstange drehbar 11 sitzt eine Rolle 12, die im Steuer-und .Regelanlagen,
`die nach. dem Pulszahl-
`Eingriff
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`arbeiten. ist modulationsverfahren mit einem Seilzug Der Seilzug 14 steht.
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`einerseits mit einer Welle eines reversierbaren Schritt­
`Patentanspriiche:
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`motors 15 und andererseits mit einem Arm 4, der mit
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`der Arbeitsstange 3 eine starre Einheit bildet, ver-35
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`1. Mittels elektrischen Einheitsimpulsen ge­
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`bunden. An dem zweiten Ende der Steuerstange 11
`
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`steuerte Stelleinrichtung unter Verwendung eines
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`ist eine Zugfeder 13 befestigt.
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`durch ein Druckmittel angetriebenen Stellantrie­
`
`bes und eines mit einem Steuerelement des Stell­
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`GemaB Fig. 2 wird der reversierbare Schrittmotor
`
`antriebes verbundenen elektromechanischen Bau­
`
`15 mit einem impulsformigen elektrischen Eingangs­
`
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`signal Xe in dem Zeitabschnitt
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`gespeist. Den 40
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`
`teiles mit auf das Steuerelement wirksamer Riick­
`t0-t1
`
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`filhrung des Ausgangsstellhubes des Stellantriebs,
`
`positiven Impulsen entspricht eine bestimmte Dreh­
`
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`d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daB als elek­
`
`
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`richtung, bei der beispielsweise die drehende Welle
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`tromechanisches Bauteil ein an sich bebnnter
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`wahrend des Schrittmotors den Seilzug 14 aufwickelt,
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`Schrittmotor der bei jedem (15) vorgesehen ist,
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`
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`der Arm 4 zunachst in Ruhe verharrt. Dadurch wird
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`Impuls den Stellantrieb um eine Wegeinheit ver­
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`fiber die drehbare Rolle 12 die Steuerstange 11 ent-45
`stellt.
`
`gegen der Kraft der Zugfeder 13 nach unten gezogen.
`2. Impulsgesteuerte Stelleinrichtung nach An­
`
`
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`Der untere Kolben des Steuerkolbenpaares 9 gibt die
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`spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB der Stell­
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`Leitung 8 frei, wahrend der obere Kolben die Lei­
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`antrieb in an sich bekannter Weise als Kolben­
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`
`
`tung 7 abdeckt. Das verursacht auf der Unterseite des
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`
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`antrieb mit pneumatischer Hilfskraft aus­
`
`
`Arbeitskolbens 5 einen hoheren Druck als auf der 50
`gebildet ist.
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`Oberseite des Kolbens. Durch die Wirkung des Diffe­
`3. Impulsgesteuerte Stelleinrichtung nach An­
`
`
`
`renzdruckes wird der Kolben nach oben getrieben,
`
`
`spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB als Stell­
`
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`
`und der Schieber 2 offnet das Ventill. Ohne die
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`antrieb in an sich bekannter Weise ein Membran­
`
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`starre Rfickfiihrung fiber den Hebel 4 wiirde der Ar­
`
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`
`antrieb mit pneumatischer Hilfskraft verwendet
`
`
`beitskolben sich bei einer Verstellung des Steuer-
`55
`.wird.
`
`
`
`kolbenpaares mit einer dieser Verschiebung verhalt­
`4. Tmpulsgesteuerte Stelleinrichtung nach An­
`
`
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`nisgleichen Geschwindigkeit bis zum Anschlag be­
`
`
`spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB der Stell­
`
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`wegen. Der Kolbenantrieb weist also an sich ein
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`antrieb in an sich bekannter Weise aus einem
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`integrales Zeitverhalten auf. Da der reversierbare
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`Kolbenantrieb mit hydraulischer Hilfskraft be­
`
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`wiirde 60 arbeitet, Schrittmotor integrierend 15 ebenfalls
`steht.
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`sich fiir die gesamte Stelleinrichtung monotone In­
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`stabilitat ergeben. Dem wird dadurch abgeholfen, daB
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`der Kolbenantrieb durch eine starre Riickfiihrung ein
`In Betracht gezogene Druckschriften:
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`
`proportionales Zeitverhalten erhalt; bewegen sich die
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`Deutsche Patentschrift Nr. 1 049 239.
`
`t1
`
`
`
`
`
`Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
`
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`
`
`
`809 !i49/247 !i. 68 @ Bundesdruckerei Berlin
`
`

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`ZEICHNUNGEN BLATT 1
`
`70
`
`75
`
`Nummer: 1268 494
`
`Int. Cl.: F 15 b
`
`Deutsche KL: 60 M 30
`
`
`Auslegetag: . 16. Mai 1968
`
`Fig.1
`
`6
`
`72
`
`74
`
`3
`
`Fig.2
`
`--�-..------------·-t
`LlL ___ ·---·
`
`Xa
`
`J-..J-.f..------+-1----------
`
`--t
`
`
`
`809 549 24i
`
`