電動(dòng)氣動(dòng)的位置調(diào)節(jié)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器，其帶有在位置調(diào)節(jié)器中布置的可控的閥門組（9，10，13），該閥門組具有至少一個(gè)閥門（9，10），通過該閥門組在正常運(yùn)行時(shí)依據(jù)閥門組的控制情況，要么通過壓縮空氣供給導(dǎo)管（6）輸送的壓縮空氣能導(dǎo)向排氣接口（8），要么通過排氣接口（8）輸送的空氣能向外界排出。為了使閥門組即使在其一個(gè)組件發(fā)生泄漏時(shí)也處于安全位置，將閥門組布置在位置調(diào)節(jié)器內(nèi)的氣密的殼體（14）內(nèi)，并且設(shè)置元件（15），用于這樣地監(jiān)控殼體（14）內(nèi)存在的壓力并且這樣地控制閥門組（9，10，13），即，當(dāng)殼體（14）中的壓力超過預(yù)先確定的閾值時(shí)，使閥門組處于預(yù)設(shè)的安全位置。
【專利說明】電動(dòng)氣動(dòng)的位置調(diào)節(jié)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)氣動(dòng)的位置調(diào)節(jié)器，其具有:用于連接壓縮空氣供給導(dǎo)管的進(jìn)氣接口 ；至少一個(gè)用于連接調(diào)節(jié)設(shè)備的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的排氣接口 ；以及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的布置在位置調(diào)節(jié)器內(nèi)的可控制的閥門組。
【背景技術(shù)】
[0002]為了控制流程閥門經(jīng)常使用氣動(dòng)的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置作為調(diào)節(jié)設(shè)備，在調(diào)節(jié)設(shè)備中借助于氣體介質(zhì)將可變的、用于產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的壓力施加給作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)、例如與閉合體(Schliesskoerper)連接的提升桿(Hubstange)的膜片，該氣體介質(zhì)在下文中一般應(yīng)用“空氣”這一術(shù)語(yǔ)。壓力施加可以單側(cè)地實(shí)現(xiàn)，其中，膜片在另一側(cè)上加載有彈簧力，或者壓力施加可以雙側(cè)地實(shí)現(xiàn)，其中，在膜片的兩側(cè)上的不同壓力造成偏移。對(duì)壓力的調(diào)節(jié)通過電動(dòng)氣動(dòng)的位置調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，在該位置調(diào)節(jié)器中，至少一個(gè)可控制的閥門將處于壓力之下的進(jìn)氣依據(jù)控制情況通過一個(gè)或兩個(gè)排氣接口分布到調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置中的膜的一側(cè)或兩側(cè)上。
[0003]由DE 10 2004 048 689 B3中公開了一種用于應(yīng)用在電動(dòng)氣動(dòng)的位置調(diào)節(jié)器中的兩階段(zweistufiges)的預(yù)控閥門。在第一階段(Stufe)，四個(gè)流阻(Stroemungswiderstand)布置在橋式電路中，其中至少有一個(gè)流阻是可變的。橋式電路的兩個(gè)相對(duì)布置的接線點(diǎn)利用進(jìn)氣或排氣與外部環(huán)境連接。在兩個(gè)其它的布線點(diǎn)之間提供有大小和符號(hào)可變的壓力差，其作為由此在第一階段實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器的氣動(dòng)輸出信號(hào)用于控制下游布置的第二階段。在第二階段內(nèi)設(shè)有閥門組，其具有可由壓力差操控的控制活塞。通過該控制活塞操控閥門組中的氣動(dòng)閥門，該氣動(dòng)閥門依據(jù)控制的情況，要么將進(jìn)氣導(dǎo)管輸送的壓縮空氣導(dǎo)向排氣接口用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)，要么將通過同一個(gè)排氣接口輸送的空氣向外界排出。在排氣接口上例如連接著調(diào)節(jié)閥門的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。在缺少氣動(dòng)能量(壓縮空氣)時(shí)，經(jīng)常要求由位置調(diào)節(jié)器控制的驅(qū)動(dòng)裝置將流程閥門自動(dòng)帶入安全位置，也就是說在相應(yīng)流程的周圍環(huán)境中的更安全的位置上，一般是“打開”或“關(guān)閉。
[0004]即使在電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器中在功能安全性的范疇內(nèi)出現(xiàn)其它故障時(shí)，也越來越多的要求盡量安全地達(dá)到預(yù)設(shè)的安全位置，該功能安全性在安全要求等級(jí)或“safetyIntegrity Level”(SIL)中被評(píng)級(jí)。也就是說在故障評(píng)估時(shí)可以在危險(xiǎn)故障和非危險(xiǎn)故障之間加以區(qū)別，在危險(xiǎn)故障時(shí)，因?yàn)楣收匣蛘邞?yīng)要求不能再次起動(dòng)安全位置，在非危險(xiǎn)故障時(shí)，雖然設(shè)備不能再運(yùn)行，但仍然處于預(yù)設(shè)的安全位置。在閥門組的閥門中，特別是在閥門上經(jīng)常使用的密封件或膜片中發(fā)生的材料磨損迄今經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致在電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器上發(fā)生危險(xiǎn)故障。
[0005]由DE 42 39 431 Al中公開了一種位置調(diào)節(jié)器以及一種具有這種位置調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為了進(jìn)行監(jiān)控，只要執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有密封件，特別是滑動(dòng)密封件時(shí)，要在密封件的背離壓力的一側(cè)上設(shè)置泄漏室，其與壓力開關(guān)連接，壓力開關(guān)在超過設(shè)置的壓力時(shí)向位置調(diào)節(jié)器發(fā)出信號(hào)。作為密封件特別是可以考慮通常在調(diào)節(jié)閥門中現(xiàn)存的襯套(Stoffbuchse)。在壓力開關(guān)的幫助下可以監(jiān)控的是，是否在泄漏室內(nèi)由于泄漏而構(gòu)成超過可靠壓力的壓力?？梢詰?yīng)用信號(hào)發(fā)出來生成警報(bào)或?qū)嵤┌踩Ｒ?guī)措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的基本目的在于提供一種電動(dòng)氣動(dòng)的位置調(diào)節(jié)器，其具有功能安全性提升的特點(diǎn)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)這一目的，前述類型的新型的電動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)器具有在權(quán)利要求1的特征部分給出的特征。在從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案。
[0008]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)，S卩，基本上的可能出現(xiàn)的大多數(shù)故障可以被劃定為非危險(xiǎn)故障的等級(jí)。因此，危險(xiǎn)故障和非危險(xiǎn)故障之間的比例關(guān)系明顯更有利。
[0009]本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)，S卩，應(yīng)用在閥門組的閥門中的密封件或膜片中發(fā)生的材料磨損在大部分情況下首先表現(xiàn)為閥門上的壓縮空氣泄漏，并且當(dāng)其進(jìn)入氣密的殼體內(nèi)時(shí)會(huì)導(dǎo)致殼體內(nèi)部的壓力增長(zhǎng)。一旦在殼體內(nèi)部出現(xiàn)慢性的或突然的泄漏，例如在膜片撕裂時(shí)，借助于壓力監(jiān)控器來確定此時(shí)形成的壓力增長(zhǎng)，該壓力監(jiān)控器與閥門組的閥門共同作用，并且這個(gè)閥門組這樣地控制，即，使這個(gè)閥門組處于預(yù)設(shè)的安全位置中。
[0010]因?yàn)樵陔妱?dòng)氣動(dòng)的位置調(diào)節(jié)器內(nèi)的閥門組在大部分情況下反正已經(jīng)安置在單獨(dú)的殼體中，所以本發(fā)明只會(huì)帶來很少的額外耗費(fèi)。也就是說現(xiàn)有的殼體只需要增加合適的殼體密封件。
[0011]為了在殼體內(nèi)壓過高時(shí)使閥門組處于安全位置，原則上可以通過電子的或機(jī)電的裝置，例如通過帶有下游連接的電磁鐵的壓力傳感器實(shí)現(xiàn)壓力監(jiān)控器和閥門組的控制。然而，優(yōu)選地其僅氣動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，使得以優(yōu)選的方式為了其運(yùn)行不需要輔助電能，輔助電能特別在利用4到20mA端口運(yùn)行的過程儀表化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中只能受限地使用。此外，在這樣得以實(shí)現(xiàn)時(shí)，安全位置完全不取決于電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器的電子件的運(yùn)行能力而起動(dòng)，因此進(jìn)一步提高了功能安全性。
[0012]因?yàn)橹辉试S在一定的界限內(nèi)在不影響運(yùn)行的情況下發(fā)生略微的泄漏，所以在本發(fā)明的一個(gè)特別有利的改進(jìn)方案中設(shè)置有以預(yù)定的最大空氣流通量為殼體排氣的節(jié)流板。殼體內(nèi)部就通過節(jié)流板作為流阻與電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器的周圍環(huán)境連接。在一個(gè)實(shí)施例中，可以這樣地確定節(jié)流板的尺寸，即，使得每分鐘一升的空氣流通量導(dǎo)致殼體內(nèi)室中0.Sbar的壓力增長(zhǎng)，在這種情況下壓力監(jiān)控器做出響應(yīng)，并且使閥門組處于安全位置中。
[0013]在電動(dòng)氣動(dòng)的位置調(diào)節(jié)器的一種設(shè)計(jì)方案中，電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器連接在閥門組的上游，優(yōu)選地將節(jié)流板的排氣側(cè)連接至轉(zhuǎn)換器的排氣出口上。其所具有的優(yōu)點(diǎn)在于，除了監(jiān)控閥門組是否遵守允許的泄漏量之外，還檢測(cè)電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器的排氣出口是否能夠自由通過，因?yàn)槌隹诘亩氯?，例如由于排放開口結(jié)冰或受污染，即使在很少的泄漏下也會(huì)導(dǎo)致殼體內(nèi)壓的上升，因此在這種干擾情況下也要使閥門組處于安全位置。由此也可以將電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器的出口的關(guān)閉劃為非危險(xiǎn)故障的級(jí)別，這種情況原本可能會(huì)導(dǎo)致閥門組控制無效，并且因而可以導(dǎo)致位置調(diào)節(jié)器的危險(xiǎn)故障。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案，可以通過通常存在于電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器內(nèi)的調(diào)節(jié)器電子件檢測(cè)閥門組的位置，使得該電子件發(fā)出顯示故障狀態(tài)的信號(hào)，例如當(dāng)閥門組處于安全位置時(shí)，而該狀態(tài)卻不符合調(diào)節(jié)器電子件對(duì)閥門組的控制情況和可能連接在調(diào)節(jié)器電子件下游的電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器時(shí)，故障狀態(tài)就以警報(bào)信息的形式通過現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)出。在自動(dòng)化設(shè)備中或作為警報(bào)信息接收者的控制站中，該信號(hào)可以被進(jìn)一步處理并發(fā)給操作員，使得可以通過操控工作或者其它合適的行動(dòng)，對(duì)報(bào)告的故障狀態(tài)進(jìn)行處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]根據(jù)示出了本發(fā)明的一種實(shí)施例的附圖，在下文中詳細(xì)闡述本發(fā)明以及設(shè)計(jì)方案和優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在圖中僅示出了電動(dòng)氣動(dòng)的位置調(diào)節(jié)器的有利于理解本發(fā)明的部分，以及連接于其上的用于調(diào)節(jié)設(shè)備2的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置I，調(diào)節(jié)設(shè)備在這里是流程閥門。氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器具有預(yù)控閥門3以及調(diào)節(jié)器電子件4。進(jìn)氣接口 5用于連接壓縮空氣供給導(dǎo)管6，壓縮空氣例如通過壓縮空氣供給導(dǎo)管以6bar的壓力輸送給預(yù)控閥門3。驅(qū)動(dòng)裝置I的上部腔室7與預(yù)控閥門的排氣接口 8連接。依據(jù)控制情況，壓縮空氣要么借助進(jìn)氣閥門9由壓縮空氣供給導(dǎo)管6導(dǎo)至腔室7，要么從壓力室7借助排氣閥門10通過閥門出口 11排放到周圍環(huán)境中。通過合適的、為了清晰起見在圖中未示出的閉鎖機(jī)械裝置確保兩個(gè)閥門9和10永不同時(shí)打開，因?yàn)榉駝t壓縮空氣可能在未使用的情況下就漏到周圍環(huán)境中。為了通過在驅(qū)動(dòng)裝置I的壓力室7內(nèi)設(shè)定的壓力來調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)設(shè)備2的位置，調(diào)節(jié)器電子件4、以已知的方式實(shí)現(xiàn)為流阻的橋式電路的電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器12和升壓驅(qū)動(dòng)裝置(Booster-Antrieb) 13相應(yīng)于借助電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器12設(shè)定的壓力差來操控進(jìn)氣閥門9和排氣閥門10。
[0017]通過壓力調(diào)節(jié)器19，供給壓力例如從6bar下降到調(diào)節(jié)后的例如1.4bar，調(diào)節(jié)后的壓力施加在電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器12的橋式電路上。
[0018]在所示實(shí)施例中，電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器的閥門組由進(jìn)氣閥門9、排氣閥門10和升壓驅(qū)動(dòng)裝置13組成，該閥門組布置在位置調(diào)節(jié)器內(nèi)部的氣密的殼體14中。通過壓力監(jiān)控器15監(jiān)控殼體14內(nèi)部存在的壓力是否遵守了預(yù)設(shè)的例如0.8bar的閾值。在氣密的殼體14內(nèi)部的所有自由內(nèi)室、與升壓驅(qū)動(dòng)裝置13的壓力室相對(duì)置的區(qū)域、圍繞著閥門9和10的區(qū)域、位于閥門組內(nèi)的彈簧室和圍繞閥門9和10的閉鎖裝置的區(qū)域均氣動(dòng)地相互連接。一旦在閥門組中出現(xiàn)泄漏，例如在升壓驅(qū)動(dòng)裝置13的膜片中出現(xiàn)撕裂，那么壓縮空氣通過泄漏位置逸入殼體14的氣密的內(nèi)室，并且導(dǎo)致壓力升高，壓力的升高由壓力監(jiān)控器15檢測(cè)。只要壓力不超過0.Sbar的閾值，壓力監(jiān)控器15就不干涉調(diào)節(jié)設(shè)備2的位置的調(diào)節(jié)。然而只要壓力升高超過閾值，壓力監(jiān)控器15就打開排氣閥門10。同時(shí)通過在圖中未示出的閉鎖裝置關(guān)閉進(jìn)氣閥門9，使得在驅(qū)動(dòng)裝置I的壓力室7內(nèi)的壓力迅速下降，并且使調(diào)節(jié)設(shè)備2處于安全位置，該安全位置在所示實(shí)施例中相當(dāng)于流程閥門的“打開”。由此所需的閥門組的開關(guān)狀態(tài)同樣也被稱為安全位置。
[0019]與所述實(shí)施例不同，在一種作為代替的設(shè)計(jì)方案中，當(dāng)然可以這樣地布置流程閥門，使得其在腔室7內(nèi)的壓力下降時(shí)“關(guān)閉”。在該實(shí)施例的另一種轉(zhuǎn)化的實(shí)施例中可以附加地在殼體14中集成附加的組件，例如電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器12、壓力調(diào)節(jié)器9和/或壓力監(jiān)控器15。
[0020]殼體14內(nèi)的閥門組上的微小的泄漏還不一定強(qiáng)制地導(dǎo)致功能上的影響。為了避免在微小泄漏的情況下就占據(jù)調(diào)節(jié)設(shè)備2的安全位置，設(shè)置也可以稱為節(jié)流閥或流動(dòng)電阻的節(jié)流板16，并且該節(jié)流板連接在殼體14的內(nèi)室和電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器12的排氣口 17之間。例如這樣地設(shè)定節(jié)流板16，即，使每分鐘一升的泄漏導(dǎo)致殼體14內(nèi)的壓力提升0.Sbar。因此，只有當(dāng)空氣流通過節(jié)流閥16超過每分鐘一升時(shí)，或者當(dāng)轉(zhuǎn)換器12的排氣口 17例如由于結(jié)冰或污染而堵塞時(shí)，壓力監(jiān)控器15才會(huì)做出響應(yīng)。
[0021]為了進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)器電子件4中要考慮到閥門9和10的實(shí)時(shí)位置。為了通過帶有閥門9和10的閥門組識(shí)別安全監(jiān)控器15的響應(yīng)和由此引起的安全位置的起動(dòng)，在調(diào)節(jié)器電子件4中附加地檢查，進(jìn)氣閥門9和排氣閥門10的位置是否與通過調(diào)節(jié)器電子件4由電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器12預(yù)設(shè)的位置一致。當(dāng)通過閥門組同時(shí)占據(jù)安全位置的情況下不一致時(shí)，那么調(diào)節(jié)器電子件4將其評(píng)為故障狀態(tài)，并且產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警，利用現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器接入自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中，該報(bào)警例如通過該現(xiàn)場(chǎng)總線18，例如發(fā)給上級(jí)的控制站，從而能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的故障做出反應(yīng)，采取合適的消除錯(cuò)誤的措施。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器，具有: 用于連接壓縮空氣供給導(dǎo)管(6)的進(jìn)氣接口(5)； 至少一個(gè)用于連接調(diào)節(jié)設(shè)備(2)的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(I)的排氣接口(8)； 以及布置在所述位置調(diào)節(jié)器內(nèi)的可控的、具有至少一個(gè)閥門(9，10)的閥門組(9，10，13)，通過所述閥門組在正常運(yùn)行時(shí)依據(jù)所述閥門組的控制情況，要么通過所述壓縮空氣導(dǎo)管輸送的壓縮空氣能導(dǎo)向所述排氣接口(8)，要么通過所述排氣接口(8)輸送的空氣能向外界排出， 其特征在于， 可控的所述閥門組(9，10，13)布置在所述位置調(diào)節(jié)器內(nèi)部的氣密的殼體(14)中；存在裝置(15)，用于這樣地監(jiān)控所述殼體內(nèi)存在的壓力并且用于這樣地控制所述閥門組(9，10，13)，S卩，當(dāng)所述殼體內(nèi)的壓力超過預(yù)定的閾值時(shí)，使所述閥門組(9，10，13)處于預(yù)定的安全位置；以及 設(shè)置有以預(yù)定的最大空氣流通量為所述殼體(14)排氣的節(jié)流板(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器，其特征在于，用于監(jiān)控和控制的所述裝置(15)氣動(dòng)地實(shí)現(xiàn)，并且設(shè)計(jì)用于氣動(dòng)地控制所述閥門組(9，10，13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器，其特征在于，電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器(12)連接在所述閥門組(9，10，13)的上游，并且所述節(jié)流板(16)的排氣側(cè)連接至所述轉(zhuǎn)換器(12)的排氣出口(17)上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器，其特征在于，通過調(diào)節(jié)器電子件(4)能檢測(cè)所述閥門組(9，10，13)的位置，并且所述調(diào)節(jié)電子件(4)設(shè)計(jì)用于，在所述閥門組(9，10，13)處于所述安全位置并且其不符合通過所述調(diào)節(jié)器電子件(4)對(duì)所述閥門組(9，10，13)的控制情況時(shí)，發(fā)出顯示故障狀態(tài)的信號(hào)(18)。
【文檔編號(hào)】F15B19/00GK103477093SQ201280018977
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月18日
【發(fā)明者】安德烈-海因里?！み~因霍夫 申請(qǐng)人:西門子公司