DE102008006407A1

DE102008006407A1 - Pneumatisches Druckregelventil

Info

Publication number: DE102008006407A1
Application number: DE200810006407
Authority: DE
Inventors: Herbert Möller
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: US20090188566A1; DE102008006407B4; CN101498942B; CN101498942A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Druckregelventil (10) zur Druckregelung eines Regeldrucks (32) in einer Druckkammer (13) mit einer Reglermembran (11), die von einer Reglerfeder (12) und dem Regeldruck (32) im Kräftegleichgewicht gehalten wird, wobei die Reglermembran (11) mit einem Steuerventil (20) derart gekoppelt ist, dass das Steuerventil (20) in Abhängigkeit vom tatsächlichen Regeldruck (32) öffnet oder schließt. Zur Erhöhung der Standfestigkeit und der Konstanz des Regeldrucks (32) wird vorgeschlagen, das Steuerventil (20) durch eine formstabile Kugel (21) zu bilden, die durch eine Feder (22) belastet in einer sich in Richtung der Reglermembran (11) verjüngenden konischen Bohrung (23) in einer der Reglermembran (11) bezüglich der Druckkammer (13) gegenüberliegenden Gehäusewand (24) sitzt, die Reglermembran (11) im Kontaktbereich mit der Kugel (21) eine Verstärkung (14) aufweist und die Kugel der Bewegung der Reglermembran (11) in ihrer Normalenrichtung folgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Druckregelventil zur Druckregelung eines Regeldrucks mit einer Reglermembran, die von einer Reglerfeder und dem Regeldruck im Kräftegleichgewicht gehalten wird.
Derartige pneumatische Druckregelventile sind allgemein bekannt und werden zur Einstellung eines konstanten Regeldrucks unabhängig von Druckschwankungen eines zugeführten Druckmittels verwendet.
Aus der WO 05088417 A1 ist ein pneumatisches Druckregelventil bekannt, dessen Durchlass druckabhängig selbsttätig veränderbar ist, mit einer Stellmembran, die von einem Referenzdruck, von dem Gasdruck sowie von einer Regelfeder beaufschlagt ist, wodurch bei Veränderung des Differenzdrucks die Stellmembran verstellt wird und diese selbst oder ein von ihr betätigter Schließkörper den Durchlass durch einen Abströmquerschnitt verändert, und wobei eine an den Abströmquerschnitt membranseitig angrenzende Struktur einen Anschlag für die Stellmembran oder für den Schließkörper in deren Schließstellung bildet. Dabei ist vorgesehen, dass im Druckregelventil mindestens ein Voranschlag so angeordnet ist, dass bei Bewegung der Stellmembran in Schließrichtung die Stellmembran oder der Schließkörper zuerst in Kontakt mit dem Voranschlag gelangt und dass bei weiterer Bewegung der Stellmembran in Schließrichtung die Stellmembran oder der Schließkörper dann unter elastisch-flexibler Verformung oder unter weiterer elastisch-flexibler Verformung den Durchlass weiter verkleinert und in einer Endstellung auch in Kontakt mit dem Anschlag gelangt.
Aus der DE 3305092 C2 ist ein Druckregelventil für pneumatische und hydraulische Druckmittel bekannt, das aus einem Gehäuse mit Primäranschluss, Sekundäranschluss und Entlastungsanschluss, einem im Gehäuse angeordneten Schaltventil, das aus einem einen Ventilteller tragenden Ventilkolben und aus seinem gehäusefesten Ventilsitz zwischen Primäranschluss und Sekundäranschluss besteht. Das Schaltventil öffnet mit dem Primärdruck. Der Ventilkolben ragt durch den Ventilsitz. Der Ventilteller des Entlastungsventils ist durch die Kraft eines Regelmagneten beaufschlagbar. Ein mit einem Steuerkolben versehener Steueranschluss für die Rückführung einer Regelgröße vorhanden ist, Der Steuerkolben ist mit dem Ventilteller des Entlastungsventils über einen Stößel fest verbunden. Der Stößel erstreckt sich durch den hohlen Ventilkolben des Schaltventils sowie durch eine Bohrung im Ventilteller des Schaltventils hindurch. Das vom Schaltventil abgewandte Ende des hohlen Ventilkolbens bildet einen Ventilsitz für den Ventilteller des Entlastungsventils.
Aus der DE 20 2004 003 860 U1 ist ein pneumatisches Druckregelventil bekannt, das im Verlauf einer Gasleitung angeordnet ist, deren Durchlass mittels des Druckregelventils in Abhängigkeit vom Differenzdruck zwischen einem oder mehreren an mindestens einem Eingang des Druckregelventils anliegenden Gasdrücken selbsttätig veränderbar ist. Dabei ist im Druckregelventil eine Stellmembran vorgesehen, die einerseits von einem Referenzdruck und andererseits von dem Gasdruck oder den Gasdrücken sowie von einer Regelfeder beaufschlagt ist. Durch Veränderung des Differenzdrucks zwischen den an die Stellmembran angrenzenden Bereichen wird die Stellmembran verstellt und die Stellmembran selbst oder ein von der Stellmembran betätigter Schließkörper vergrößert oder verkleinert den Durchlass durch einen Abströmquerschnitt des Druckregelventils. Dabei bildet eine an den Abströmquerschnitt membranseitig angrenzende Struktur des Druckregelventils einen Anschlag für die Stellmembran oder für den von der Stellmembran betätigten Schließkörper in deren Schließstellung. Im Druckregelventil ist mindestens ein Vor-Anschlag so angeordnet, dass bei Bewegung der Stellmembran in Schließrichtung die Stellmembran oder der von der Stellmembran betätigte Schließkörper zuerst in Kontakt mit dem Vor-Anschlag gelangt. Bei weiterer Bewegung der Stellmembran in Schließrichtung wird die Stellmembran oder der von der Stellmembran betätigte Schließkörper dann unter weiterer elastisch-flexibler Verformung den Durchlass weiter verkleinert und in einer Endstellung auch in Kontakt mit dem Anschlag gelangt.
Die elastisch-flexible Verformung des Schließkörpers zieht langfristig eine bleibende plastische Verformung nach sich. Diese beeinflusst die Konstanz des Regeldrucks in nachteiliger Weise, da bereits kleine Veränderungen an der Vorspannung der Reglerfeder zu unzulässigen Abweichungen des eingestellten Regeldrucks führen. In besonders nachteiliger Weise bleiben diese unzulässigen Abweichungen zunächst verborgen und als Ursache wahrnehmbarer Störungen nachgeordneter Einrichtungen unerkannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein bekanntes pneumatisches Druckregelventil die Standfestigkeit und die Konstanz des Regeldrucks zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von einem pneumatischen Druckregelventil zur Druckregelung eines Regeldrucks in einer Druckkammer mit einer Reglermembran aus, die von einer Reglerfeder und dem Regeldruck im Kräftegleichgewicht gehalten wird. Die Reglermembran ist mit einem Steuerventil derart gekoppelt, dass das Steuerventil in Abhängigkeit vom tatsächlichen Regeldruck öffnet oder schließt.
Erfindungsgemäß ist das Steuerventil durch eine formstabile Kugel gebildet, die federbelastet in einer sich in Richtung der Reglermembran verjüngenden konischen Bohrung in einer der Reglermembran bezüglich der Druckkammer gegenüberliegenden, formstabilen Gehäusewand sitzt und die der Bewegung der Reglermembran in ihrer Normalenrichtung folgt.
Bei fallendem Regeldruck in der Druckkammer drückt die Reglerfeder die Reglermembran gegen die Kugel und schiebt diese aus ihrem Sitz. Dabei wird das Steuerventil geöffnet und die Zufuhr ungeregelten Druckmittels freigegeben. Bei Erreichen des Regeldrucks weicht die Reglermembran gegen die Reglerfeder aus. Die Kraft der Feder drückt die Kugel in ihren Sitz und das Steuerventil wird geschlossen.
Vorteilhafterweise weisen die formstabilen Schließmittel des Steuerventils eine hohe Standfestigkeit auf, die eine hohe Konstanz des Regeldrucks bewirken.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung steht der Durchmesser der Kugel zur Konizität der Bohrung in einem Verhältnis, das ein Kugelsegment der Kugel in Richtung der Reglermembran in die Druckkammer hineinragt. Dabei berührt die Kugel die Reglermembran in der Druckkammer punktförmig.
Vorteilhafterweise ist der Aufbau der direkten Wirkverbindung zwischen der Reglermembran und der Kugel als Stellorgan des Steuerventils sehr einfach und durch den Verzicht auf mehrteilige Kraftübertragungsglieder wartungsfrei.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Reglermembran im Bereich des Steuerventil plastisch verstärkt. Dadurch wird bei geringen Regeldrücken und entsprechend weichen Reglermembranen eine Beschädigung oder eine Verformung der Oberfläche der Reglermembran vermieden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der einzigen Figur ist ein pneumatisches Druckregelventil 10 in geschnittener Darstellung gezeigt. Das Druckregelventil 10 weist eine Druckkammer 13 auf, die durch eine Reglermembran 11 und eine dieser gegenüberliegenden Gehäusewand 24 eingeschlossen ist.
In der Gehäusewand 24 ist ein Steuerventil 20 angeordnet, das durch eine formstabile Kugel 21 gebildet ist, die durch eine Feder 22 belastet in einer sich in Richtung der Reglermembran 11 verjüngenden konischen Bohrung 23 sitzt. Der der Feder 22 zugewandten Seite der Kugel 21 ist das ungeregelte Druckmittel 31 zugeführt.
Die Reglermembran 11 stützt sich kraftschlüssig auf eine Druckscheibe 15 ab, die mit einer rotationssymmetrischen Reglerfeder 12 verbunden ist. Die Reglerfeder 12 ist in ihrem Schwerpunkt auf eine Justierschraube 25 abgestützt. In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Reglerfeder 12 als Tellerfeder ausgeführt. In bevorzugter Ausführung ist die Reglerfeder 12 für geringe Regeldrücke 32 als Federstern ausgebildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Druckscheibe 15 kraftschlüssig mit der Reglermembran 11 verbunden ist.
Der Durchmesser der Kugel 21 steht zur Konizität der Bohrung 23 in einem Verhältnis, dass ein Kugelsegment der Kugel 21 in Richtung der Reglermembran 11 in die Druckkammer 13 hineinragt. Dabei liegt die Kugel 21 kraftschlüssig auf der Reglermembran 11 und wird direkt durch die Reglermembran 11 in Abhängigkeit vom Druck in der Druckkammer 13 betätigt.
Die Reglermembran 11 ist im Bereich des Steuerventils 20 plastisch verstärkt. In einer ersten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Reglermembran 11 im Bereich des Steuerventil 20 eine größere Materialstärke als an ihrem Rand aufweist. In einer alternativen Ausführungsform ist Reglermembran 11 im Bereich des Steuerventil 20 durch eine feste Platte verstärkt. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist diese Platte durch eine Metallplatte 14 gebildet. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für weiche Reglermembranen 11 zur Regelung geringer Regeldrücke 32.
Vorzugsweise ist die Metallplatte 14 auf der der Druckkammer 13 zugewandten Seite der Reglermembran 11 angeordnet. Dabei liegt die Kugel 21 des Steuerventils 20 auf der Metallplatte 14 der Reglermembran 11 auf. Dadurch werden Beschädigungen der Reglermembran 11 vermieden und die Konstanz des Regeldruckes 32 erreicht.
Bei fallendem Regeldruck in der Druckkammer 13 drückt die Reglerfeder 12 die Reglermembran 11 gegen die Kugel 21 und schiebt diese aus ihrem Sitz. Dabei wird das Steuerventil 20 geöffnet und die Zufuhr ungeregelten Druckmittels 31 freigegeben. Bei Erreichen des Regeldrucks 32 weicht die Reglermembran 11 gegen die Reglerfeder 12 aus. Die Kraft der Feder 22 drückt die Kugel 21 in ihren Sitz und das Steuerventil 20 wird geschlossen. Mit der Justierschraube 25 ist der korrekte Regeldruck 32 einstellbar.

10: Druckregelventil
11: Reglermembran
12: Reglerfeder
13: Druckkammer
14: Verstärkung
15: Druckscheibe
20: Steuerventil
21: Kugel
22: Feder
23: Bohrung
24: Gehäusewand
25: Justierschraube
31: ungeregeltes Druckmittel
32: Regeldruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 05088417 A1 [0003]
- DE 3305092 C2 [0004]
- DE 202004003860 U1 [0005]

Claims

Pneumatisches Druckregelventil (10) zur Druckregelung eines Regeldrucks (32) in einer Druckkammer (13) mit einer Reglermembran (11), die von einer Reglerfeder (12) und dem Regeldruck (32) im Kräftegleichgewicht gehalten wird, wobei die Reglermembran (11) mit einem Steuerventil (20) derart gekoppelt ist, dass das Steuerventil (20) in Abhängigkeit vom tatsächlichen Regeldruck (32) öffnet oder schließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (20) durch eine formstabile Kugel (21) gebildet ist, die durch eine Feder (22) belastet in einer sich in Richtung der Reglermembran (11) verjüngenden konischen Bohrung (23) in einer der Reglermembran (11) bezüglich der Druckkammer (13) gegenüberliegenden Gehäusewand (24) sitzt und die der Bewegung der Reglermembran (11) in ihrer Normalenrichtung folgt.
Druckregelventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kugel (21) zur Konizität der Bohrung (23) in einem Verhältnis steht, dass ein Kugelsegment der Kugel (21) in Richtung der Reglermembran (11) in die Druckkammer (13) hineinragt.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Reglermembran (11) im Bereich des Steuerventil (20) plastisch verstärkt ist.
Druckregelventil nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Reglermembran (11) im Bereich des Steuerventils (20) durch eine Metallplatte (14) verstärkt ist.
Druckregelventil nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatte (14) auf der der Druckkammer (13) zugewandten Seite der Reglermembran (11) angeordnet ist.
Druckregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (21) kraftschlüssig mit der Reglermembran (11) verbunden ist.
Druckregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerfeder (12) auf eine Justierschraube (25) abgestützt ist.
Druckregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerfeder (12) mittelbar über eine Druckscheibe (15) kraftschlüssig mit der Reglermembran (11) verbunden ist.