DE102007037280A1

DE102007037280A1 - Gänzlich entlastetes Mindestdruckventil

Info

Publication number: DE102007037280A1
Application number: DE200710037280
Authority: DE
Inventors: Stefan Hagge
Original assignee: Hagge Stefan Dipl-Ing
Current assignee: Hagge Stefan Dipl-Ing
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2009-02-12

Abstract

Mindestdruckventil (MDV) mit pneumatisch unterstützter, vollständiger Druckentlastung des Strömungsquerschnitts dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Ventilkolben (1) in einem äußeren Mindestdruckventilgehäuse (11) axial verschielblich gelagert ist, auf den Ventilsitz (17) des äußeren Mindestdruckventils wirkt, sich am Verschlußdeckel (14) des Mindestdruckventils mittels der Hauptfeder (2) abstützt und somit am Ventilsitz (17) des MDV anliegenden Gas- bzw. Fluidstrom den erforderlichen Mindestdruck aufprägt. Ebenso dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des äußeren Ventilkolbens (1) konzentrisch ein Steuerdruckventil (SDV) angeordnet ist, das ebenfalls die Funktion eines Mindestdruckventils erfüllt und dieses über einen entsprechenden, radial angeordneten Steuerluftkanal (6) im Ventilteller des äußeren Ventilkolbens (5) mittels des systemseitigen Drucks angesteuert wird.

Description

Stand der Technik:
Es ist bekannt, den Querschnitt eines Fluidstromes bzw. Ventilsitzes mittels eines Mindestdruckventils (MDV) dermaßen zu verringern bzw. zu verschließen, daß der Ventilteller die Durchflußöffnung des MDV so lange verschließt oder verengt, bis der geforderte Mindestdruck auf der Zuströmseite des MDV erreicht ist.
Bekannte MDV haben eine pneumatische Entlastung, die mittels einer zwischen Ventilteller bzw. Ventiltellerschaft und zylindrischem Aufnahmeraum des Kolbenorgans angeordnete, ebenfalls verschiebliche Hülse erreicht wird. Erreicht der Systemdruck am Abstömkanal den geforderten Mindestdruck, wird die Hülse vom Ventilteller wegbewegt und staucht somit die Feder, mittels derer die zum Mindestdruck korrelierende Kraft dem Ventilteller aufprägt.
Problem:
Der im Patentanspruch zugrunde liegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, daß die Druckentlastung des Strömungsquerschnitts bei bekannten MDV linear entsprechend der systemseitigen Zunahme des Drucks erfolgt. Auf diese Weise wird der Fluidstrom ab Erreichen des systemseiteigen Mindestdrucks bis zum Erreichen des geforderten Systemdruckes, bei dem die Hülse bzw. pneumatische Entlastung in die äußerste Öffnungsposition verschoben ist, durch die Federkraft eingeschnürt und wirkt somit wie eine Drossel, die den Wirkungsgrad der fluidtechnischen Anlage verschlechtert. Dieser Sachverhalt läßt sich durch eine „weiche" Feder zwar minimieren, jedoch aufgrund der linearen Federkennlinie mittels herkömmlicher MDV nie gänzlich ausschließen.
Lösung:
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale gelöst.
Erreichte Vorteile:
Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei systemseitigem Überschreiten des Mindestdrucks das MDV ohne externe Sensorik oder Aktorik gänzlich öffnet, und somit ein ungedrosseltes Durchströmen des MDV im Gegensatz zu bekannten MDV schon ab Erreichen des geforderten Mindestdrucks ermöglicht. Der Drosselungsbereich, vom ersten Abheben des Ventiltellers bis zur gänzlichen Öffnung des Strömungsquerschnitts, wie er in herkömmlichen, entlasteten MDV vorherrscht, entfällt gänzlich. Auf diese Weise lassen sich insbesondere im Bereich der Luftversorgungsanlagen durch die Verbesserung des Anlagen- bzw. Gesamtwirkungsgrades erhebliche Kostenersparnisse erzielen.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung (1) dargestellt und wird im Näheren beschrieben.
Es zeigen:

1: Äußerer Ventilkolben
2: Hauptfecher
3: Abströmkanal
4: Steuerdruckfeder
5: Ventilteller äußerer Ventilkolben
6: Steuerluftkanal
7: -
8: Steuerdruckventil (SDV)
9: Steuerdruckventilkolben
10: Kreisringförmiger Kragen des äußeren Ventilkolbens
11: MDV-Gehäuse
12: Korrespondierender Kragen des äußeren MDV-Gehäuses
13: Verschlußdeckel SDV
14: Verschlußdeckel MDV
15: Pneumatisches Stellelement
16: Zu- bzw. Abströmöffnung des pneumatischen Stellelementes
17: Ventilsitz MDV
18: -
19: Zylindrische Innenwand des äußeren Ventilkolbens
20: Dichtung SDV-Kolben
21: Aufnahmeraum des SDV
22: -
23: Entlüftungskanal

Das dargestellte, gänzlich entlastete Mindestdruckventil dient zur Einstellung eines Mindestdrucks am Zuströmkanal. Beider Federn (2) und (4) werden entsprechend des geforderten Mindestdrucks am Zuströmkanal eingestellt. Erreicht der Systemseitige – hier im Abströmkanal (3) dargestellt – Druck das Mindestdruckniveau, wird der innerhalb des äußeren Ventilkolbens axial angeordnete Steuerdruckventilkolben (9) so weit von der Innenseite des Ventiltellers (5) vom äußeren Ventilkolben abgehoben, daß die Zu- bzw. Abströmöffnung (16) eines pneumatischen Stellelements (15) freigegeben wird. Somit wird dieses pneumatische Stellelement (15) mit Systemdruck beaufschlagt und drückt den äußeren Ventilkolben samt innen liegenden SDV in die äußerste Öffnungsposition. Auf diese Weise wird schlagartig der gesamte Strömungsquerschnitt des MDV freigegeben und eine Einschnürung des Volumenstroms bis zum Erreichen des geforderten Systemdrucks, wie es bei herkömmlichen Mindestdruckventilen der Fall ist, vermieden.
Sinkt der Systemdruck unter die Schaltschwelle des MDV, fährt der Steuerdruckventilkolben, diesmal in umgekehrter Richtung, über die Zu- bzw.
Abströmöffnung (16) des pneumatischen Stellelements (15) und gibt diese somit zur Entlüftung über die Entlüftungsbohrungen frei. Das MDV erzeugt somit wieder den geforderten Mindestdruck am Ventilsitz (17) des MDV.
Dieser Sachverhalt wird im Diagramm (2) verdeutlicht.
Es zeigen:

1: Kraft auf Ventilteller neues Mindestdruckventil
2: Kraft auf Ventilteller herkömmlicher Mindestdruckventile
3: Durch langsame Reduktion der Federkraft bedingte Verlustleistung (Drosselung) bei herkömmlichen MDV

Claims

Mindestdruckventil (MDV) mit pneumatisch unterstützter, vollständiger Druckentlastung des Strömungsquerschnitts dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Ventilkolben (1) in einem äußeren Mendesdruckventilgehäuse (11) axial verschieblich gelagert ist, auf den Ventilsitz (17) des äußeren Mindestdruckventils wirkt, sich am Verschlußdeckel (14) des Mindestdruckventils mittels der Hauptfeder (2) abstützt und somit am Ventilsitz (17) des MDV anliegenden Gas- bzw. Fluidstrom den erforderlichen Mindestdruck aufprägt. Ebenso dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des äußeren Ventilkolbens (1) konzentrisch ein Steuerdruckventil (SDV) angeordnet ist, das ebenfalls die Funktion eines Mindestdruckventils erfüllt und dieses über einen entsprechenden, radial angeordneten Steuerluftkanal (6) im Ventilteller des äußeren Ventilkolbens (5) mittels des systemseitigen Drucks angesteuert wird. Ebenso dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb des äußeren Ventilkobens (1) angeordnete, axial verschiebliche und gegen die zylindrische Innenwand (19) des äußeren Ventilkobens abgedichtete Steuerdruckventilkolben (9) des Steuerdruckventils (8) durch den über den Steuerluftkanal (6) zugeführten Systemdruck innerhalb des äußeren Ventilkolbens (1) axial dermaßen von der Innenseite des äußeren Ventiltellers (5) verschoben wird, daß sich mit der Steuerdruckfeder (4), die axial zwischen dem Steuerdruckventilkolben (9) und dem Verschlußdeckel (13) des Steuerluftmindestdruckventils (SDV) (8) angeordnet ist, ein Kräftegleichgewicht einstellt. Ebenso dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung des Steuerdruckventilkolbens (9) ab erreichen des geforderten und über die entsprechende Steuerdruckfeder (4) eingestellten Mindestdrucks eine radiale und im äußeren Ventilkolben (1) angeordnete Zu- bzw. Abströmöffnung (16) dermaßen freigibt, daß der im Abströmkanal (3) befindliche Systemdruck in ein zwischen dem äußeren Ventilkoben (1) und dem MDV-Gehäuse durch einen entsprechenden kreiszylindrischen Absatz angeordnetes pneumatisches Stellelement (15) strömt, wodurch der äußere Ventilkörper (1) und somit der Ventilteller (5) des äußeren Ventilkolbens in die äußerste Öffnungsposition gefahren wird, den gesamten Strömungsquerschnitt freigibt und den Fluidstrom gänzlich von der durch die Hauptfeder (2) verursachten Drosselung befreit.
Gänzlich entlastetes MDV nach Anspruch 1, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ventilkolben (1) an der äußeren Mantelfläche einen kreisringförmigen Kragen (10) aufweist, der mittels des korrespondierenden und entgegen gerichteten kreisenden Kragens (12) des äußeren MDV-Gehäuses in Verbindung mit geeigneten Dichtelementen (n. d.) ein pneumatisches Stellelement (15) darstellt, das bei Freigabe der das pneumatische Stellemelent (15) mit Systemluft versorgenden Zu- bzw. Abströmöffnung (16) beim Überfahren der Dichtung des SDV (20) und somit bei Freigabe besagter Zu- bzw. Abströmöffnung eine der Hauptfeder entgegen gerichtete Stellkraft erzeugt.
Gänzlich entlastetes MDV nach einem Anspruch oder mehreren der vorherigen dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (21) des Steuerdruckventils (8) durch einen z. B. mittels einer Schraubverbindung lösbaren Verschlußdeckel (13) des SDV geschlossen wird und somit einen kompakten MDV-Ventilkörper darstellt.
Gänzlich entlastetes MDV nach einem Anspruch oder mehreren der vorherigen dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Aufnahmeraum (22) des äußeren Ventilkobens im Bereich von der Systemluft abgewandten Seite, als auch der in Bezug auf die Steuerluftzufuhr jenseitig der Dichtung (20) des SDV-Kolbens angeordnete Aufnahmeraum des SDV (21) durch entsprechende Entlüftungskanäle (23) mit Umgebungsdruck beaufschlagt werden.
Gänzlich entlastetes MDV nach einem Anspruch oder mehreren der vorherigen dadurch gekennzeichnet, daß jenes im Zustand der maximalen Öffnung befindlichen MDV bei Abfallen des Systemdrucks unter die mittels der Hauptfeder (2) und der Steuerfeder (4) eingestellten Schaltschwelle der Kolben des SDV durch die Steuerfeder (4) des SDV (8) in Richtung des Ventiltellers (5) des äußeren Ventilkolbens (1) gedrückt wird und beim Überfahren der Zu- bzw. Abströmöffnung (16) das pneumatische Stellelement (15) vom Zustand „entlasteter Volumenstrom" auf den Zustand „Schließen" schalten. Ebenso dadurch gekennzeichnet, daß das vor Erreichen der Schaltschwelle sich im pneumatischen Stellelement befindlich und unter Überdruck stehende Fluid über die Entlüftungskanäle (23) in die Umgebung bzw. bei von Luft verschiedenen Fluiden dies mittels geeigneter Druckkaskaden (n. d.) die Fluide dem Hauptstrom wieder zugeführt werden.
Gänzlich entlastetes MDV nach einem Anspruch oder mehreren der vorherigen dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfeder (2) und die Steuerfeder (4) über eine geeignete Steuerspindel (n. d.) dermaßen in ihrer Verspannung variiert werden können, daß sich mit geringem Aufwand ein definiertes Mindestdruckspektrum des MDV einstellen läßt.
Gänzlich entlastetes MDV nach einem Anspruch oder mehreren der vorherigen dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (5) des äußeren Ventilkolbens (1) wahlweise als separates und im äußeren Ventilkolben axial verschiebliches Bauteil (n. d.) gestaltet ist und mit einer in Relation zur Hauptfeder wesentlich schwächerer Feder in Richtung Ventilsitz (17) gedrückt wird, um die Rückschlagfunktion in das vorliegende MDV zu integrieren.