Biblioteka Politechniki Krakowskiej

100000298320

Der Elektrohydraulische Regler

APPARATEBAU WITTEN -RUHR

3USTUS SENNLAUB

WILHELMSTRASSE 36

27 2000

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Allgemeines.

In allen technischen and chemischen Betrieben wird die selbsttätige Regelung bestimmter Zustände von Gas, Dampf und Wasser, die Regelung der Gasfeuerungen oder die Regelung der durch Gas oder Dampf beheizten Kocher oder Bäder sich mehr und mehr einführen. Denn es hängt sehr oft die Güte und Beschaffenheit des erzeugten oder verarbeiteten Produktes von einem gleichmäßigen oder geseßmäßig wechselnden Betrieb ab.

So erfordert z. B. die Gasabsaugung von den Koksöfen oder anderen Gaserzeugern stets einen bestimmten gleichmäßigen Druck in den Oefen, soll die Gasqualität nicht leiden oder der Betrieb für die Umgebung durch starkes Qualmen der Oefen nicht unerträglich werden. Oder für die Durchführung bestimmter technischer oder chemischer Prozesse ist die Innehaltung einer bestimmten Temperatur in engsten Grenzen zu beachten, soll die Güte des Einsames nicht leiden und die Dauer des Prozesses auf ein Minimum herabgedrückl werden.

Erfahrungstatsache ist, daß menschliche Bedienung, mit der Regelung betraut, sehr schnell erlahmt und versagt. Dieser Umstand führte mehr und mehr zum Einbau der selbsttätigen Regler. Ein großes Anwendungsgebiet hat sich diesen Reglern in der Gas- und Wärmewirtschafl erschlossen.

Die Anforderungen, die an Gasregler gestellt werden, steigern sich mit dem Bemühen, die anfallenden Gase restlos nußbringend zu verwerten. Genügten beispielsweise noch vor einem Gahrzehnt die direkten Glockenoder Membranregler, so sind diese jeßt zum großen Teil durch indirekte Regler, die mit geringen Steuerkräften auf elektrischem oder hydraulischem Wege große Arbeitskräfte auslösen, verdrängt worden.

Aus dem Bedürfnis heraus, Gase und Dämpfe schnell und genau auf einen bestimmten Zustand zu regeln, entwickelten sich mit den Jahren elektrische und hydraulische Regler verschiedenster Konstruktionen. Die elektrischen Regler bevorzugten als Arbeitsmotor den Elektromotor, der über ein Getriebe durch Umschallen der Motoren oder über eine Magnetkupplung ein Drosselorgan bewegte. Bei der Eigenart der Arbeitsweise eines selbsttätigen Reglers mit seiner immerfort tätigen Umkehrung der Arbeitsrichtung haben sich diese Regler nicht gut bewährt. Denn durch die stoßweise Umkehr wird das Getriebe stark beansprucht und verschleißt schnell, sodaß bald toter Gang in den Getriebeelementen auflrilt. Dieser tote Gang verursacht ebenso ein Pendeln des Reglers, wie das in dem Motoranker und Getriebe aufgespeicherle Schwungmoment, welches bei der Bewegungsumkehr wegen Bruchgefahr nicht plöß-lich abgebremst werden darf. Die Regler sind denn auch zum großen Teil aufgegeben und wo sie sich behaupteten, geschah es, weil die anderen Regler ebenfalls die Betriebsanforderungen nicht erfüllten.

Diese Forderungen sind:

1. In dem Augenblick, in dem der Soll-zusiand erreicht isl, muß der Regler still-stehen. Er darf also über diesen Punki nicbi hinausgehen.

Z. Die Stellgeschwindigkeit muß der Abweichung vom Soll ausländ proportional sein, also bei kleiner Abweichung langsam, bei größer werdender Abweichung entsprechend schneller.

3. Größte Regelemplindlichkeit, also Ansprechen des Reglers bei der kleinsten Abweichung vom Sollzustand.

Diese drei Forderungen zusammen werden von den bekannten Reglern nicht erfüllt. Die elektrischen Regler erfüllen in der Regel Forderung 3, versagen aber bei Forderung 1 und 2, da sie praktisch nur eine oder einige größere Abstufungen in der Regelgeschwindigkeit haben und infolge Massenträgheit im Molor-getriebe leicht ins Pendeln geraten.

Die hydraulischen Regler versagen bei Forderung 1 und 3 durch Reibung in den Steuerorganen und durch Rückwirkung des Flüssigkeitsdrucks an den Steuerkanten. Dagegen erfüllen sie oft Forderung 2.

Es lag nun der Versuch nahe, die Vorteile der elektrischen und hydraulischen Regler zu vereinigen und die Nachteile dieser Regler auszuschalten.

Aus diesen Bemühungen heraus entwickelte sich in jahrelangen Versuchen der

EleklroI\ydrauliscl\e Regler.

Die weiteren Ausführungen geben eine Darstellung der Arbeitsweise des Elektrohydraulischen Reglers und zeigen, wie weit dieser die oben aufgestellten Forderungen 1 bis 3 erfüllt.

Der Elektrohydraulische Regler

besteht aus dem Impulsgeber, dem Kraflelnschalter, dem Verstell-motor, dem Drosselorgan und bei Betrieb mit Drucköl noch aus dem Pumpenaggregat.

Der Impulsgeber ist eine in ein kräftiges Gehäuse einge-schlossene feinfühlige Membran.

Der Krafteinsclvaller ist ein kleiner Doppelkolbenschieber und mit der Kontaktvorrichiung in ein Steuergehäuse eingebaut.

Der Verslellmolor ist ein Druckzylinder, der über Hebel und Gestänge das

Drosselorgan (Drosselklappe, Ventil oder Schieber) verstellt.

Beschreibung und Arbeitsweise des Elekirohydraulischen Reglers als Gasdruck- bezw. Saugungsregler.

1 ist eine Gasleitung, in der die Gasströmung in der Pfeilrichtung erfolgt. Der Gasdruck hinter der Drosselklappe 2 soll konstant gehalten (geregelt) werden. Der geregelte Drude tritt durch die Impulsleitung 3 auf die rechte Seite der Membran 4 und belastet dieselbe. Das Gewicht 5 hält diesem Druck das Gleichgewicht und ist gleichzeitig ein Maß für die Höhe des geregelten Druckes. Die Feder 6 bestimmt das Ausweidien der Membran für je 1 mm Druckänderung.

Der geregelte Gasdruck sei durch irgendwelche Umstände um ein geringes Maß gestiegen. Die Membran 4 bewege sich um I mm nach links. Das Gewicht 5 wird gehoben, und zwar soweit, bis durch das Anspannen der Feder 6 diese um die gleiche Kraft gespannt ist, mit der die Membran 4 belastet wurde. Jet)t ist wieder Gleichgewicht vorhanden.

Durch diesen Vorgang ist aber der am unteren Ende des Hebels 7 befestigte Kontakt 8 auf den Kontakt 9 getroffen und schließt den Stromkreis für den Elektromagneten 10. Dieser zieht im gleichen Augenblick den Anker 11 an und verstellt damit den Doppelkolbenschieber 12. Es tritt jefjt Druckflüssigkeit durch Rohr 16 in den Zylinder 17, sodaß die Drosselklappe 2 sich in schließendem Sinne bewegt. Die Zuleitung der Druckflüssigkeit erfolgt durch Rohr 22.

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Abbildung 1. Schema eines Elektrohydraulischen Gasdruckreglers.

Hat der Elektromagnet 10 den Anker 11 aber soweit angezogen, wie der Kontakt 8 nach links bewegt Ist, so wird jebt der Strom unterbrochen, denn der Kontakt 9 Ist an dem Anker 11 befestigt. In diesem Augenblick tritt die jebt gespannte Feder 13 ln Tätigkeit und drückt den Doppelkolbenschieber 12 wieder zurück ln seine Deckstellung. Hierbei trifft aber Kontakt 9 auf den Kontakt 8. Der Elektromagnet 10 will febt den Anker 11 erneut anzlehen. Die Massenkraft des zurücklaufenden Doppelkolbenschiebers, der seine Beschleunigung durch die Feder 13 erhalten hat, überwiegt aber ln diesem Augenblick die elektromagnetische Kraft und der Doppelkolbenschieber gelangt erst ln seine Deckstellung. 3ebt bekommt der Elektromagnet 10 das Uebergewlchi und bewegt den Doppelkolbenschieber erneut aus seiner Deckstellung. Feder 13 wird durch Anschlag 19 begrenzt.

Es wird also bei kleinen Drudeänderungen der Doppelkolbenschieber ln einer hin- und hergehenden Bewegung gehalten, so daß auf diese Welse ein langsames Einregeln erfolgt. Ganz besonders

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Abbildung 2.

Beispielsweise Anordnung des Elektrohydraulischen Reglers als Gasdruckregler.

noch deshalb, well das Ausweichen des Doppelkolbenschiebers genau proportional den Druckänderungen Ist. Der Doppelkolbenschieber kommt ln seine Deckstellung zurück, bevor sich eine Druckänderung durch dieses eine Arbeitsspiel hinter der Membran bemerkbar macht. Wird der eingestellte Druck hierdurch noch nicht erreicht, so erfolgt jeöt erneut von der Deckstellung aus das zweite und wenn erforderlich noch weitere Arbeitsspiele (siehe Regelcharaklerlsilk Seite 11).

Der Elektrohydraulische Regler kann also garnlchl zum Pendeln kommen, da er Immer wieder von der Deckstellung aus die Regelung vornimmt und nicht erst wartet bis nach dem Ausweichen des Doppelkolbenschiebers sich eine Korrektur der Regelung hinter der

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Abbildung 3. Sleuergehäuse.

Membran bemerkbar macht. Es ist damit ein vollständig neues Regelprinzip aufgestellt.

Beim Durchgang durch den Sollwert steht der Regler still. Forderung 1 ist also erfüllt.

Sind die Druckschwankungen sehr groß, so weicht die Membran weiter aus und bewegt auch den Kontakt 8 um ein größeres Maß, als die Entfernung zwischen Elektromagnet 10 und Anker 11 beträgt. 3eht wird der Doppelkolbenschieber 12 ganz aus seiner Deckslellung gezogen und verharrt hier. Die Regelung erfolgt jetjt mit der größten Geschwindigkeit, aber nur so lange, bis der geregelte Druck sich dem eingestellten Wert nähert. Die Membran geht zurück. Sobald aber die Abweichung des Kontaktes 8 kleiner wird als die Entfernung zwischen Elektromagnet 10 und Anker 11 im Ruhezustand beträgt, in dem Augenblick wird der Strom zwischen Kontakte 8 und 9 unterbrochen und der Doppelkolbenschieber 12 wieder in hin- und hergehende Bewegung verseht. Zuerst sind die Ausschläge größer, mit Annähern des Regeldruckes an die eingestellte Höhe werden auch die Ausschläge kleiner.

Der Elektrohydraulische Regler regelt also mit einer den Druckänderungen proportionalen Geschwindigkeit ohne Pendelgefahr.

Er erfüllt also auch Forderung Z.

Bei sinkendem Druck erfolgt die Regelung über Kontakte 8 und 14-Elektromagnet 15 zieht in vorbeschriebener Weise den Anker 20 an

und bewegt den Doppelkolbenschieber 12 in entgegengeseftter Richtung. Der Zylinder 17 erhält jeöt durch Rohr 18 Druckflüssigkeit, sodaß die Drosselklappe 2 sich in öffnendem Sinne bewegt. Die Rückführung des Doppelkolbenschiebers 12 in seine Deckstellung erfolgt durch Feder 21.

Da die Membran keinerlei Arbeii zu leisten bat und nur die Berührung der Kontakte zur Einleitung der Regelung genügt, erreicht der Elektrohydraulische Regler eine Empfindlichkeit, die nicht zu überbieten ist.

Forderung 5 wird also auch erfüllt.

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Abbildung 4. Stellzylinder.

Gleichzeitig sind aber die Steuerkräfte sehr groß. Sie betragen schon bei der geringsten Kraft hinter der Membran ca. 500 bis 1000 Gramm. Bei den bekannten hydraulischen Reglern entspricht dieser Kraft eine Druckänderung hinter der Membran oder unter der Tauch-glocke von etwa 20 mm W. S.

Ergebnis:

Der Elektrohydraulische Regler erfüllt die drei auf

gestellten Forderungen in vollkommenster Weise.

Da der Regler keinerlei Feinmechanik hat, ist er für rauhe Betriebe sehr geeignet. Er braucht keinerlei Wartung bei Betrieb mit Drucköl. Bei Betrieb mit Druckwasser ist nur dafür zu sorgen, daß dieses keine Unreinigkeiten mitführt. Die Betriebskosten sind so niedrig, daß sie praktisch keine Bedeutung haben im Gegensaß zu den elektrischen Reglern, bei denen die Motoren ständig laufen.

Der Elektrohydraulische Regler eignet sich in ausgezeichneter Weise zur Regelung eines Zustandes von Gas, Dampf und Wasser. Er ist ein Hilfsmittel bei der Eeuerungsführung. Stets wird er den Betrieb automatisieren und von menschlicher Unzuverlässigkeit frei machen.

Wie der Elektrohydraulische Regler in der Praxis die ihm gestellten Aufgaben erfüllt, wird weiter unten gezeigt.

Die Charaklerisfik des Elekirohydraulischen Reglers.

Die bisher bekannten Regler zeigen alle infolge Trägheit, Reibung oder Dämpfung ein mehr oder weniger starkes Pendeln um die Soll-Stellung. Sind die Regler mi| Rückführung des Steuerorgans vom Servomotor aus versehen, so wird die Pendelerscheinung nach einigen immer kleiner werdenden Schwingungen um die Sollstellung aufhören. Diese Regler finden Anwendung an Gas- und Dampfmaschinen. Hier liegen meistens die Verhältnisse günstiger als bei der Gasregelung, da die Maschinen nie derart schwankend belastet sind, wie sich beispielsweise der Gasdruck in den Leitungen der Zechen und Hüttenwerke ändert. Bei der Gasregelung würden die Vorteile der Rückführung garnichf in Erscheinung treten können, da, bevor der Regler den Sollzustand eingestellt hat, der Gaszustand (Druck oder Menge) sich geändert hat. Außerdem erfordert die Anordnung einer Rückführung den Zusammenbau von Steuerung und Servomotor mit dem Drosselorgan. Dieses läßt sich bei der Gasregelung in den meisten Fällen nicht durchführen, da die Regelstelle in der Gasleitung oft weit von der Steuerung entfernt ist.

Es ist nun mit mehr oder weniger Erfolg vieles versucht worden, um an Gasreglern die Pendelerscheinungen fortzubringen. Von einem Gasregler muß verlangt werden, daß in dem Augenblick, wo der Sollzustand erreicht ist, der Regler stillsteht und nicht über diese Grenze hinausgeht.

Wie der Elektrohydraulische Regler diese Forderung einwandfrei erfüllt, geht aus der Beschreibung hervor.

Nachstehende Ausführungen und Abbildung 5 zeigen nun die auf das neue Regelprinzip aufgestellte Charakteristik des Elektrohydraulischen Reglers. Diese ist von denen der bekannten Regler grund-säßlich verschieden.

In Abbildung 5 zeigt Schaulinie A die Änderung des Gasdrucks, Schaulinie B die Bewegung des Steuerkolbens und Schaulinie C die Bewegung des Servomotors. Auf den Abczissenachsen ist die Zeit stark vergrößert aufgelragen. Die Ordinalen zeigen in A die Änderungen des Gasdrucks, in B den Ausschlag des Steuerkolbens und in C die Bewegung des Servomotors.

Der Gasdruck erhöhe sich beispielsweise von a bis b. Die Meßvorrichtung schließt über die betreffenden Kontakte den Strom für den einen Magneten, der nun den Steuerkolben anzieht. Hat der Gasdruck den Punkt c erreicht, so hat die Meßvorrichtung ihren größten Ausschlag gemacht und damit der Steuerkolben seine größte Ausweichung erreicht, eben die von a’ bis c’, und verharrt in dieser, bis der Gasdruck sich dem Punkte d nähert.

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Abbildung 5

Charakteristik des Elektrohydraulischen Reglers.

Nachllnterschreilen dieses Punktes fängt auch die Meßvorrichtung wieder an umzukehren. In diesem Augenblick lösen sich die Kontakte und der Steuerkolben gelangt in seine Deckslellung e’, wenn der Gasdrude die Höhe e erreicht hat. Dieser Gasdruck entspricht aber noch nicht der Sollhöhe.Es erfolgt also in der Deckstellung e’ des Steuerkolbens erneut Kontakt. DerSteuerkolben wird iet}l von dem Magneten nur bis f’ aus seiner Deckstellung gezogen, da die Meßvorrichtung auch nur einen Ausschlag dem Gasdruck f entsprechend macht. Die Kontakte lösen sich wieder, da der Gadruck weiter unter f sinkt, und der Steuerkolben erreicht bei g’ erneut seine Deckstellung, um hier wiederum Kontakt zu geben, da der Gasdruck noch nicht die Sollhöhe erreicht hat. So wiederholt sich das Spiel solange, bis daß der Gasdruck den eingestellten Wert erreicht.

Die Ausschläge des Steuerkolbens werden also immer kleiner, Je mehr sich der Gasdruck dem Sollwert nähert. Damit wird auch die Regelgeschwindigkett des Servomotors immer mehr verlangsamt, sodaß ein Überregeln nicht eintreten kann.

Die Bewegung und Geschwindigkeit des Servomotors zeigt Schaulinie C. Beim Ausschlag des Steuerkolbens von a’ bis c’ wird der Servomotor von a” gleich Null bis c” gleich max. Geschwindigkeit

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Abbildung 6. Befesligung des Slellzylinders an der Rohrleitung.

beschleunigt. Solange der Steuerkolben seine größte Ausweichung behält, also von c’ bis d’, verstellt der Servomotor das Drosselorgan mit der in c” erreichten max. Geschwindigkeit bis d”. Von d” bis e” verzögert sich die Geschwindigkeit des Servomotors bis auf Null, da in e’ der Steuerkolben seine Decksiellung erreicht. Von e” bis f” wird der Servomotor wiederum beschleunigt, erreicht aber nicht die vorige Geschwindigkeit, da der Steuerkolben nur bis f ausweicht. Beim Zurückgehen des Steuerkolbens verzögert sich die Geschwindigkeit des Servomotors wiederum, bis er in g” zum Stillstand kommt. So gelangt allmählich der Servomotor in seine neue Lage bei x” und stellt den Sollwert des Gasdrucks wieder ein, ohne über diesen hinauszugehen.

Die charakteristischen Schaulinien zeigen also, daß der Elektrohydraulische Regler immer wieder von der Mittelstellung aus die Regelung neu einleitet und eine den Druckänderungen entsprechende Regelgeschwindigkeit einstellt.

Wie der Elektrohydraulische Regler

arbeilel.

Die Diagramme sind mii dem Eiekirohydraulischen Regler auf dem Versuchsstand aufgenommen. Der Vordruck schwankte ständig in Perioden von Vs Minute zwischen 20 und 90 mm W. S.

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Abbildung 7

In'welcfVeinwandfreier Weise der Regler den Druck auf 15,8 mm abdrosselte, zeigt die Regelkurve Abbildung 7.

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Geregelte^ Druck in der Kraft gasuorldg^

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Abbildung 8

zeigt, mit welcher Genauigkeit der Elektrohydraulische Regler den Druck in der Kraftgasvorlage der Batterie 2 (Abb. 9) konstant hält

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Sauger für Leuchtgas.

Abbildung 9

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Die Anlage ist insofern bemerkenswert, daß Batterie 2 zwei Vorlagen hat, eine für Kraftgas, die andere für Leuchtgas. Beide Vorlagen werden durch je einen Elektrohydraulischen Regler geregelt. Die Drosselklappen sind in die Umgangsleitungen der Gassauger eingebaut. Der Sauger der Kraftgasvorlage hat aber noch das Gas Vorlage 1 (Batterie 1) mit abzusaugen, da der Sauger für Batterie 1 außer Betrieb ist. Die Verhältnisse sind also für eine Saugungsregelung nicht besonders günstig. Trofjdem ist das Ergebnis die Kurve Abbildung 8.

Abbildung 10.

Auch auf die Durchbildung der zu dem Regler gehörenden Drossel-organe (Drosselklappe, Schieber oder Ventil) Ist großer Wert gelegt, denn zum großen Teil Ist eine präzise Regelung von einem reibungsfreien leichten Gang des Drosselorgans abhängig. Abbildung 10 ist eine ausgeführte Drosselklappe mit fast dichtem Abschluß für eine Rohrleitung von 500 mm Durchmesser.

Anwendung findet der Elektrohydraulische Regler ln

Gaswerken und Kokereien

Hüttenwerken und Gasüetrieben

als

als

als

Saugungsregler

Umlaufregler

Zugregler

Druckregler

Druckregler

Zugregler

Überschußregler

Sicherheitsregler

Verteilungsregler

usw.

Druckregler Zug regier Überströmregler

Wollen Sie dazu übergehen, Irgendwelche Zustände oder Vorgänge ln Ihren Betrieben selbsttätig zu regeln, so bitte Ich Sie, kosten-los und unverbindlich Drucksachen, Vorschläge und Angebot zu

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