DE1473055C - Vorrichtung zur Steuerung einer Füllstand oder Durchflußmengenregel einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Füllstand- oder Durchflußmengenregeleinrichtung, deren Meßwerk über einen Kraftschalter und einen Stellantrieb das Stellglied steuert.

Beiner solchen Steuerung hat der Regler die Aufgabe, die beispielsweise Filteranlagen durchfließenden Wassermengen so zu regeln, daß das Niveau des Wassers im Filter oder in den das gefilterte Wasser aufnehmenden Behältern konstant gehalten wird.

Es ist bekannt, hierzu eine Regeleinrichtung mit Hilfsenergie zu verwenden. Dabei fließt eine die Hilfsenergie aufbringende Flüssigkeit durch eine kleine öffnung, deren Querschnitt mit Hilfe einer Klappe oder Drossel, welche ihrerseits entsprechend der Regelgröße gesteuert wird, veränderlich ist. Dann muß die jeweilige Stellgröße an der Klappe gleichzeitig nach der jeweiligen Stellung des Membranantriebes gesteuert werden, um Resonanzphänomene in der Regeleinrichtung, die Anlaß zu einem »Flattern« der Regeleinrichtung geben könnten, zu vermeiden.

Wenn mit einem solchen Regler ausgerüstete Anlagen in Betrieb gesetzt werden, ergeben sich häufig Schwierigkeiten. Beim Stillsetzen der Anlage führt die Regelstrecke bekanntlich kein Medium, beispielsweise Wasser, so daß der Regler das Stellglied voll aufsteuert. Wird bei dieser Stellung des Stellgliedes die Anlage in Betrieb gesetzt, so ergibt sich an Maximalstrom des Mediums durch die Regelstrecke, den der Regler erst fortschreitend verändern muß.

Im Falle von Filtern sind derartige schnelle Leistungsänderungen unerwünscht, weil verhindert werden muß, daß ein Wiederablösen der bereits in den Filtern zurückgehaltenen Verunreinigungen eintritt und diese dann wieder in das gefilterte Wasser eintreten. Insbesondere muß vermieden werden, daß bei Inbetriebnahme der Filteranlage durch das Filter bereits die Gesamtwassermenge je Zeiteinheit, für welche das Filter ausgelegt ist, hindurchgeleitet wird. Es muß vielmehr mit einer sehr geringen Leistung begonnen und diese fortlaufend erhöht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese nachteiligen Auswirkungen zu beseitigen und der Regeleinrichtung eine Steuerung vorzuschalten, die diese unangenehmen Eigenschaften der Übergangsfunktion der Regelstrecke beseitigt. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß mit dem Kraftschalter zusätzlich ein Schwimmer kraftschlüssig verbunden ist, der in einem Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist, der mit einer drosselnden Austrittsöffnung und einem absperrbaren Zulauf versehen ist.

Auf diese Weise befindet sich beim Anfahren einer hiermit versehenen Anlage das Stellglied stets in geschlossener Stellung und wird durch die Steuerung zügig aufgesteuert, so daß abrupte Durchflußmengenänderungen, die insbesondere an Filteranlagen unerwünscht sind, völlig vermieden werden.

Zweckmäßig sind die Steuereinrichtung und der Kraftschalter an eine gemeinsame Hilfsenergiequelle angeschlossen.

Vorzugsweise ist der Kraftschalter über ein Seil, das über einen Schenkel eines einen Teil des Meßwerkes der Regeleinrichtung bildenden Gestänges, dessen anderer Schenkel einen Meßschwimmer trägt, gelegt und anschließend über eine Rolle mit fester Achse geführt und mit dem Schwimmer des Steuermotors verbunden.

Günstig ist es bei einer Vorrichtung mit einer Ni- * veäuregeleinrichtung, die mit je. einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Zuflusses und des Abflusses versehen ist, die Steuereinrichtung nur mit dem Kraftschalter, der für die den Abfluß steuernde Stelleinrichtung vorgesehen ist, zu verbinden.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Durchflußmengenregeleinrichtung mit in einer Abflußleitung eingebauter fester Drossel, der stromaufwärts und stromabwärts je ein Zylinder mit Kolben oder einem Balg zugeordnet und mit einem Hebel, auf dessen Ende einer der Kolben oder Bälge wirkt und an dem der Schwimmer des Steuermotors aufgehängt ist, verbunden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun an Hand der beliebigen Zeichnungen näher erläutert werden, die die erfindungsgemäße Maßnahme in Anwendung beispielsweise auf Filteranlagen zeigt

• F i g. 1 eine Abflußregel- und Steuereinrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Zulauf- und Ablaufmengenregelung mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,

F i g. 3 eine erfindungsgemäße Einrichtung, deren Regeleinrichtung mit einem Sollwerteinsteller versehen ist.

In sämtlichen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile.

Ein Sandfilter mit einer Wandl und einer Sandschicht 2 besitzt eine Abflußleitung 3 für gefiltertes Wasser; es erhält Rohwasser über eine Zuführungsleitung 4. Eine Membran kann eine Austrittsöffnung 3 α unterhalb eines Raumes 6 verschließen. Dieser Raum erhält zur Verstellung des von der Membran gebildeten Stellgliedes Energie in Gestalt eines unter Druck stehenden Mediums aus einer Leitung 7. Über einen Rohrstutzen 8 kann das unter Druck stehende Medium einem Kraftschalter zugeführt werden, von dem ein Ventil 9 einen Teil bildet. Ein mit * der Membran 5 verbundener Schaft 10 durchdringt den an der Durchdringungsstelle der Dichtungen 11 versehenen Deckel 11 des Stellmotors. Am Ende des Schaftes 10 ist seinerseits den Körper 9 tragender Hebel 12 angelenkt.

Im Falle des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels steht im Kraftschalter der Hebel 12 außerdem unter der Wirkung eines Meßschwimmers 14. Dazu ist der Kraftschalter mit dem Schwimmer 14 über ein Seil 13 verbunden. Die Verbindung erfolgt über das Gestänge 30 der Regeleinrichtung mit einer Rolle 15, über welche das Seil 13 läuft. Das Seil läuft ferner über eine Rolle 29 mit fester Achse und gelangt so an den Abtrieb eines Steuermotors. Es ist zu diesem Zweck an einem Ende an einem schweren Schwimmer 16 befestigt, dessen Dichte nur wenig geringer als 1 ist und der in einem Flüssigkeitsbehälter 17 angeordnet ist, welcher unten eine drosselnde Austrittsöffnung 18 und oben einen Überlauf 19 aufweist. Die Größe der Öffnung 18 ist verstellbar.

Der Behälter 17 erhält Wasser über einen von Hand oder automatisch absperrbaren Zulauf 20 in der das Hilfsglied führenden Leitung.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Vor dem Abstellen der Anlage ist der Flüssigkeitsbehälter 17 leer, so daß der schwere Schwimmer 16 auf seinem Boden ruht. Der aus diesen beiden Teilen bestehende Steuermotor ist außer Betrieb. Es arbeitet lediglich die Regeleinrichtung. Steigt als Folge einer Vergrößerung der durch die Leitung 4 zugeführten Menge das Niveau an, so steigt auch der Meßschwimmer 14 und hebt damit über das Meßwerk die Rolle 15. Das Seil 13 hebt den Hebel 12 und öffnet dadurch das Ventil 9 des Kraftschalters. Infolgedessen fließt die im Raum 6 enthaltene Flüssigkeit aus, wodurch sich die Membran anhebt, das Stellglied geöffnet wird und die Menge an austretendem gefiltertem Wasser sich vergrößert.

Infolge des Anhebens der Membran verkippt der Schaft 10 den Hebel 12 und schließt dadurch das Ventil 9. Das kontinuierlich über das Leistungssystem in den Raum 6 zugeführte, die Hilfsenergie bildende Wasser sammelt sich über der Membran 5, bis ein Gleichgewichtszustand eintritt, d.h. die Menge der durch das Ventil 9 abfließenden Flüssigkeit gleich der zugeführten Flüssigkeit in der Leitung 7 ist. Dadurch entspricht jeder Stellung des Meßschwimmers 14 eine genau definierte Stellung der Membran 5.

Zum Abstellen der Anlage wird der Zulauf 20 von Hand oder automatisch geöffnet. Dadurch füllt sich der Behälter 17 mit Flüssigkeit, bis sie über den Überlauf 19 abfließt. Der Schwimmer 16 steigt im Flüssigkeitsbehälter 17 an und entlastet dadurch das Seil 13. Infolgedessen wird das Ventil 9 geschlossen, so daß sich die die Hilfsenergie liefernde Tragflüssigkeit hinter der Membran ansammelt, welche demzufolge die öffnung 3 α der Abflußleitung 3 verschließt. Es ist ersichtlich, daß dadurch das Stellglied unabhängig von der Stellung des Meßschwimmers 14 in seine geschlossene Stellung verbracht wird, da das Seil 13 völlig entspannt ist.

Infolgedessen kann nun das Filter in der üblichen Weise durch Rückspülen mit Wasser und Durchblasen von Luft gereinigt werden, ohne daß eine Änderung der Stellgröße des Reglers eintritt. Im Zuge dieses Vorganges kann das Niveau des Wassers im Filter etwa bis zu der nicht dargestellten Abflußrinne für Schmutzwasser ansteigen, ohne daß dies einen Einfluß auf den Regler hat. Nach beendetem Waschen des Filters kann das Wasserniveau im Filter, höher als der Aufgabenwert des Niveaus sein, doch bleibt das Stellglied in seiner geschlossenen Stellung, solange der Flüssigkeitsbehälter 17 gefüllt und das Seil entspannt ist.

Soll aus dem Filter Wasser entnommen werden, so wird zunächst der Zulauf 20 geschlossen. Dadurch wird der Steuermotor in Betrieb genommen. Das geschieht dadurch, daß der kleine Flüssigkeitsbehälter 17 langsam über seine kleine drosselnde Austrittsöffnung 18 entleert wird, wodurch sich der Schwimmer 16 absenkt und das Seil 13 spannt. Infolgedessen wird das Ventil 9 etwas geöffnet, Treibflüssigkeit kann aus dem Raum 6 austreten, und das von der Membran 5 gebildete Stellglied wird von einer Stellgrößenänderung beeinflußt, die der Absinkgeschwindigkeit des Schwimmers 16 proportional ist, wodurch ein abruptes Auf steuern der Öffnung 3 α verhindert wird.

Es ist ersichtlich möglich, durch eine geeignete Einstellung der Größe der Austrittsöffnung 18 die volle Aufsteuerung der öffnung 3« während einer Zeitdauer vorauszunehmen, die beliebig zu bemessen ist. Diese Zeitdauer liegt zweckmäßig zwischen 10 und 30 Minuten. .

Im Falle der Ausführungsform gemäß F i g. 2 läuft das Verbindungsseil 13 über zwei Rollen 29 mit fester Achse sowie eine mit dem schweren Schwimmer 16 fest verbundene Rolle 31 und ist an dem in einem Behälter 38 befindlichen Meßschwimmer 14 befestigt. Solange der Flüssigkeitsbehälter 17 leer ist und der Schwimmer 16 auf seinem Boden aufruht, werden alle Bewegungen des Meßschwimmers 14 auf den Hebel 12 übertragen, so daß jeder Stellung des Meßschwimmers 14 eine bestimmte Stellung der Membran 5 entspricht, welche sich anhebt, wenn das Niveau in dem Behälter 38 absinkt, und absinkt, wenn das Niveau in dem Behälter 38 ansteigt.

Zum Ausschalten des Reglers wird der Zulauf 20 geöffnet und dadurch der Flüssigkeitsbehälter 17 gefüllt. Demzufolge schwimmt der Schwimmer 16 auf und bewirkt wie in dem vorher beschriebenen Falle das Schließen des Ventils 9 und damit das Schließen der öffnung 3 a. Nunmehr kann das Filter gewaschen werden, jedoch wird während dieses Vorganges weiter filtriertes Wasser aus dem Behälter 38 entnommen, dessen Niveau sich ebenso wie das des Schwimmers 39 absenkt, ohne daß hierdurch, da das Seil 13

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völlig entspannt ist, eine Betätigung des Reglers und demzufolge unter Verringerung der Ausflußmenge

ein Öffnen des Rohres 3 α erfolgt. absenkt. Sobald der durch die Drossel (Blende) 41

Zur Aufsteuerung der Öffnung 3 α der Abflußlei- erzeugte Unterdruck über die Kolben 43, 43 α ein auf

rung 3 bei Wiederaufnahme des Betriebes wird der den Hebel 12 wirkendes Moment erzeugt, welches

Zulauf 20 geschlossen, der Flüssigkeitsbehälter 17 5 kleiner ist als das der Masse 16, öffnen das

entleert sich langsam und der Schwimmer 16 bewirkt Ventil 9 des Kraftschalters und damit auch das

durch sein fortschreitendes Absinken das fortschrei- Stellglieds.

tende Öffnen des Ventils 9. Die Membran 5 hebt sich Zum Öffnen der Abflußleitung 3 wird der Zulauf

und läßt zunächst eine kleine Menge an filtriertem 20 geschlossen. Der Flüssigkeitsbehälter 17 entleert

Wasser austreten. Die fortschreitende Bewegung der io sich langsam, und in dem Maße, in welchem die

Membran 5 vollzieht sich in dem Grade, in welchem Masse 16 aus dem Wasser auftaucht, erhöht sich

der Schwimmer 16 weiter absinkt, bis zu dem Zeit- langsam die von ihr auf den Hebel 12 ausgeübte

punkt, in welchem dieser von neuem zur Auflage auf Kraft. Um das demzufolge anwachsende, auf den

den Boden des kleinen Flüssigkeitsbehälters 17 ge- Hebel 12 einwirkende Moment auszugleichen, öffnet

langt und die Regelung des Wasserniveaus in dem 15 das Ventil 9 und bewirkt das Wiederanheben der

Behälter 38 wieder einsetzt. Membran 5. Das Wasser fließt fortschreitend schnel-

Dies bedingt, daß die Menge an dem Filter durch ler aus, bis der durch das Diaphragma erzeugte und die Leitung 4 zugeführtem Rohwasser in jedem Zeit- auf dem Hebel 12 über die Kolben 43 und 43 α Überpunkt gleich der abgegebenen Menge an filtriertem tragene Unterdruck dem Wert der aufgetauchten Wasser ist. Um dies zu erreichen, wird im Zulauf des ao Masse 16 entspricht.

Filters eine der Regeleinrichtung am Ablauf für gefil- In dem Maße, in dem sich der kleine Flüssigkeitstertes Wasser entsprechende Regeleinrichtung an- behälter 17 entleert, erhöht sich deshalb die Flüssiggeordnet, die jedoch keine Steuerung mit Steuermo- keitsmenge sehr gleichmäßig und fortschreitend protor besitzt. ' portional zu der Geschwindigkeit der Entleerung des

Diese in Fig.2 dargestellte Regeleinrichtung be- 25 Flüssigkeitsbehälters 17.

sitzt eine Membran 34, deren Bewegungen auf einen Es kann erwünscht sein, den Sollwert der Regel-Kraftschalter aus einem Schaft 37, einem Hebel 33 einrichtung möglichst aus der Entfernung verändern und einer Klappe 35 zur Drosselung einer kleinen zu können. Zum Beispiel kann die Aufgabe vorlie-Ausflußöffnung 36 übertragen werden. Das Meß- gen, die Leitung der Filter einer aus mehreren FiI-werk besteht aus einem Schwimmer 39 und einem 30 tern, deren jedes mit einer Regeleinrichtung der beSeil 32. schriebenen Art ausgerüstet ist, bestehenden Filter-

Es ist möglich, die hydraulische Ausführung des batterie zu ändern. Dies könnte durch Verstellen des

Steuermotors, der aus dem Flüssigkeitsbehälter 17 Niveaus des gefilterten Wassers in einem Vorratsbe-

mit der kleinen drosselnden Austrittsöffnung 18 und hälter oder auch Niveaus in einem Kanal 44, über

dem Schwimmer 16 besteht, durch ein anderes me- 35 welchen der Gesamtheit der Filter das Rohwasser zu-

chanisches System und einen anderen Steuermotor, geführt wird, erfolgen. Dann müßte der Wert der

z.B. einen Elektromotor, der eine Zahnstange zur Masse 16 jedem der Regler gleichmäßig verändert

Änderung der wirksamen Länge des Seiles 13 auf- werden,

weist, zu ersetzen. Es ist' deshalb einfacher, statt dessen an dem He-

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 wird die 40 bei 12 eine veränderliche Gegenkraft anzubringen. Regelgröße der dort dargestellten Regeleinrichtung Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist an dem Hebel als durch die Drossel 41 erzeugter Differenzdruck 12 ein biegsamer Balg oder eine Glocke 45 angeabgebildet. Die stromauf-wärtigen und stromabwärti- bracht, in deren Inneres Druckluft mit veränderligen Meßeinrichtungen besitzen Zylinder 42 und 42 a, chem Druck eingeleitet oder in welchem ein für alle in denen sich die Kolben 43 bzw. 43 a bewegen. Es 45 Regler, deren Sollwerte gleichzeitig verstellt werden sind statt dessen auch nachgiebige Bälge möglich. sollen, gleicher Unterdruck erzeugt wird.

Die Kolben 43 bzw. 43a sind fest mit dem Hebel Gemäß dem Ausführungsbeispiel, nach Fig. 3

12 verbunden,.an welchem ferner eine Masse 16 von taucht die Glocke 45 in'ein mit Wasser oder Queck-·

dem spezifischen Gewicht 1 oder etwas weniger als 1 silber gefülltes Gefäß ein. In die Glocke mündet eine

aufgehängt ist, welche sich im Inneren des Flüssig- 50 Leitung 46, die einerseits an eine Vakuumpumpe 47

keitsbehälter 17, der mit einer drosselnden Austritts- und andererseits eine federbelastete Klappe 48 ange-

öffnung 18 und dem Überlauf 19 ausgerüstet ist, be- schlossen ist, auf welche ein Schwimmer 49, im

wegen kann. ί Schließ-oder im Öffnungssinne wirken kann.

Bei einer Regelgrößenabweichung über den Soll- Jede Veränderung dieses Niveaus bewirkt ersicht-

wert wächst der Unterdruck in den Zylindern, und 55 licherweise eine Änderung des unterhalb der Glocke

die Kolben 43 und 43 α übertragen auf den Hebel 12 45 erzeugten Unterdrucks durch Änderung der

ein Moment, welches höher ist als das durch die Menge: an atmosphärischer Luft, welche durch die

Kasse 16 erzeugte; der Hebel verschwenkt sich nach Klappe 48 eintritt. Das wirkt sich in einer Änderung

rechts gemäß der Abbildung und bewirkt dadurch des resultierenden Momentes sämtlicher auf den He-

das Schließen des Ventils 9. 60 bei 12 aufgebrachter Kräfte aus. Demzufolge ergibt

Die durch die Leitung 7 zugeführte Treibflüssig- sich eine Änderung des Sollwertes aller derart ge-

keit sammelt sich hinter der Membran 5, die sich meinsam gesteuerten Regeleinrichtungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung einer Füllstandoder Durchflußmengenregeleinrichtung, deren s Meßwerk über einen Kraftschalter und einen Stellantrieb das Stellglied steuert, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kraftschalter (8 bis 12) zusätzlich ein Schwimmer (16) kraftschlüssig verbunden ist, der in einem Flüssigkeitsbehälter (7) angeordnet ist, der mit einer drosselnden Austrittsöffnung (18) und mit einem absperrbaren Zulauf (20) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung und der Kraftschalter an einer gemeinsamen Hilfsenergiequelle angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftschalter (9, 12) über ein Seil (13), das über einen Schenkel eines einen Teil des Meßwerkes der Regeleinrichtung bildenden Gestänges (30), dessen anderer Schenkel einen Meßschwimmer (14) trägt, gelegt und anschließend über eine Rolle (29) mit fester Achse geführt ist, mit dem Schwimmer (16) des Steuermotors verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Niveauregeleinrichtung, die mit je einer Stelleinrichtung zur Steuerung des Zuflusses und des Abflusses versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16 bis 20) nur mit dem Kraftschalter (9, 12), der für die den Abfluß steuernde Stelleinrichtung (5) vorgesehen ist, verbunden ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Durchflußmengenregeleinrichtung (41 bis 43) mit in eine Abflußleitung (3) eingebauter fester Drossel (41), der stromaufwärts und stromabwärts je ein Zylinder (42) mit Kolben (43) oder einem Balg zugeordnet und mit einem Hebel (12), auf dessen Ende einer der Kolben oder Bälge wirkt und an dem der Schwimmer (16) des. Steuermotors (16 bis 20) aufgehängt ist, verbunden ist.

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