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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckregelvorrichtung zum Regeln eines Fluiddrucks umfassend einen Druckminderer mit einem Einlass, einem Auslass und einem Ventil, wobei das Ventil mittels einer auf das Ventil wirkenden Druckkraft öffenbar oder verschließbar ist und eine Kolben-Ventilanordnung die einerseits mit dem Ventil und andererseits mit dem Auslass verbunden ist und die eingerichtet ist, eine zusätzliche Kraft in Abhängigkeit eines am Auslass herrschenden Drucks auf das Ventil auszuüben, um über die zusätzliche Kraft das Ventil weiter zu öffnen, wobei die Kolben-Ventilanordnung eine Stange, einen ersten Kolben, ein erstes Ventil und einen mit dem ersten Ventil verbundenen zweiten Kolben umfasst.
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Solche Druckregelvorrichtungen sind bereits bekannt und dienen dazu, den Druck am Einlass des Druckminderers auf einen geringeren Druck am Auslass des Druckminderers zu reduzieren. Bisher bekannte Druckregelvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass der Ausgangsdruck im Laufe der Zeit, d. h. bei zunehmendem Volumenstrom, abnimmt. Bei zunehmendem Volumenstrom sinkt der Druck hierbei nicht nur linear sondern sogar überproportional ab. Beim Öffnen eines Druckminderers bedarf es vergleichsweise viel Zeit, um einen gewünschten Ausgangsdruck zu erreichen.
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Aus
WO 91/01522 A1 und
DE 1 600 915 A sind Druckregelvorrichtungen im Allgemeinen bekannt.
WO 91/01522 A1 offenbart eine Druckregelvorrichtung mit einem Druckminderer, wobei der Druckminderer ein Ventil, einen Einlass, einen Auslass aufweist und wobei mit dem Druckminderer eine mit dessen Einlass und Auslass fluidleitend verbundene Kolben-Ventilanordnung gekoppelt ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Druckregelvorrichtung bereit zu stellen, die nach dem Öffnen schnell einen gewünschten Auslassdruck erreicht und die ein Absinken des Drucks im Laufe der Zeit bei zunehmendem Volumenstrom reduziert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Druckregelvorrichtung zum Regeln eines Fluiddrucks umfassend einen Druckminderer mit einem Einlass, einem Auslass und einem Ventil, wobei das Ventil mittels einer auf das Ventil wirkenden Druckkraft öffenbar oder verschließbar ist, und eine Kolben-Ventilanordnung, die einerseits mit dem Ventil und andererseits mit dem Auslass verbunden ist, und die eingerichtet ist, eine zusätzliche Kraft in Abhängigkeit eines am Auslass herrschenden Drucks auf das Ventil auszuüben, um über die zusätzliche Kraft das Ventil weiter zu öffnen, wobei die Kolben-Ventilanordnung eine Stange, einen ersten Kolben, ein erstes Ventil und einen mit dem ersten Ventil verbundenen zweiten Kolben umfasst, der erste Kolben über die Stange mit dem Ventil des Druckminderers verbunden und über eine Leitung mit dem ersten Ventil verbunden ist und der zweite Kolben über eine Leitung mit dem Auslass des Druckminderers verbunden und mechanisch mit dem ersten Ventil verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass das Ventil im Vergleich zu bisher bekannten Druckminderern weiter zu öffnen ist, so dass im Vergleich zu den bisher bekannten Druckminderern schneller der gewünschte Druck am Auslass des Druckmindereres erreicht werden kann und der Druckabfall begrenzt bzw. ausgeglichen werden kann. Hierbei kann die Stange an ihrem einen Ende mit dem Ventil des Druckminderes verbunden sein. Auf diese Weise kann auf einfache Weise mittels der Stange die von der Kolben-Ventilanordnung aufgebrachte zusätzliche Kraft auf das Ventil übertragen werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Ventil einen Ventilsitz und einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilteller auf, wobei der Ventilteller mittels einer auf das Ventil wirkenden Kraft bewegbar ist. Hierbei kann beispielsweise das Ventil eine Membran aufweisen, wobei der Ventilteller mittels eines auf die Membran wirkenden Drucks bewegbar ist. Bei Druckminderern mit Ventilen dieser Art lässt sich die von der Kolben-Ventilanordnung aufgebrachte zusätzliche Kraft einfach auf das Ventil, insbesondere auf den Ventilteller, übertragen, um das Ventil weiter zu öffnen.
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Bei einer besonders bevorzugten, nämlich einfach zu realisierenden Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Stange an ihrem einen Ende mit einem Ventilteller des Ventils und an ihrem anderen Ende mit dem ersten Kolben direkt oder indirekt verbunden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Ventil mit einer Feder verbunden. Die Feder kann so angeordnet sein, dass sie mit dem auf den Kolben wirkenden Fluiddruck wechselwirkt, um das erste Ventil zu verstellen.
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Das erste Ventil kann beispielsweise ein 3/2-Wegeventil sein.
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Alternativ kann das erste Ventil ein Absperrventil sein, wobei es hier besonders bevorzugt ist, wenn ein zweites Ventil und ein mit dem zweiten Ventil verbundener dritter Kolben vorgesehen sind. Das zweite Ventil kann beispielsweise ebenfalls ein Absperrventil sein.
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Um eine sehr genaue Druckregelvorrichtung bereitzustellen, kann der Druckminderer als Domdruckminderer ausgebildet sein.
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Mit der erfindungsgemäßen Druckregelvorrichtung lässt sich ein Verfahren zum Regeln eines Drucks umsetzen, das die Schritte umfasst: Öffnen der Kolben-Ventilanordnung, wenn der am Auslass anliegende Druck einen vorbestimmten Wert unterschreitet und Schließen der Kolben-Ventilanordnung, wenn der am Auslass anliegende Druck einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Somit kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung nur dann zum Einsatz, wenn der Druck am Auslass einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Dies ist zum Beispiel nach dem Öffnen des Druckminderers der Fall, so dass nach dem Öffnen des Druckminderers schnell der gewünschte Auslassdruck erreicht wird. Weiterhin regelt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Auslassdruck während des Betriebs, d.h. während das Fluid durch den Druckminderer strömt, auf einen sehr konstanten Wert, wobei die Regelung des erfindungsgemäßen Druckminderes immer unterhalb eines vorbestimmten Druckwerts am Auslass des Druckminderers erfolgt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen werden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform einer Druckregelvorrichtung;
- 2 eine zweite Ausführungsform einer Druckregelvorrichtung; und
- 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Druckregelvorrichtung.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform einer Druckregelvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Zum Reduzieren des Drucks in einer Leitung ist ein Druckminderer 12 mit einem Einlass 14 und einem Auslass 16 in einer Leitung 18, wie zum Beispiel einer Gasleitung, vorgesehen. Der Druckminderer 12 ist wie in 3 dargestellt als Domdruckminderer ausgebildet.
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In 3 ist zu erkennen, dass der Druckminderer 12 ein Ventil 20 mit einem Ventilsitz 22 und einem Ventilteller 24 aufweist. Der Ventilteller 24 ist mittels einer mit dem Ventil 20 verbundenen Membran 26 in bekannter Weise bewegbar. Weiterhin ist eine Stange 28 vorgesehen, die an ihrem einen Ende 30 mit dem Ventilteller und an ihrem anderen Ende 32 mit einem ersten Kolben 34 verbunden ist. Der erste Kolben 34 ist mit einer in den 1 und 2 dargestellten Ventilanordnung 40, 140 verbunden und mittels der Ventilanordnung 40 in Abhängigkeit eines am Ausgang des Druckminderers 12 herrschenden Drucks verstellbar.
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Die in 1 dargestellte Ventilanordnung 40 besteht aus einem 3/2 Wegeventil 42, das mit einer Feder 44 und einem zweiten Kolben 46 verbunden ist. Am Auslass 16 zweigt eine Leitung 48 ab und führt zu dem zweiten Kolben 46 sowie zum Ventil 42. Der in der Leitung 48 auf den zweiten Kolben 46 wirkende Druck wirkt gegen die Kraft der Feder 44 auf das Ventil 42. Je nach Kräfteverteilung der auf den zweiten Kolben 46 wirkende Kraft und der Federkraft befindet sich das Ventil 42 in einer ersten, geöffneten, oder zweiten, geschlossenen, Stellung.
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Herrscht in der Leitung 48 ein Druck, der geringer als die Rückstellkraft der Feder 44 ist, befindet sich die Ventilanordnung 40 in der in 1 dargestellten ersten offenen Stellung, in der das Fluid vom Auslass 16 über die Leitung 48 und eine Leitung 50, die das Ventil 42 mit dem ersten Kolben 34 verbindet, zum ersten Kolben 34 geführt wird, um den ersten Kolben 34 in Richtung des Ventils 20 zu bewegen. Dadurch dass der erste Kolben 34 über die Stange 28 mit dem Ventilteller 24 verbunden ist, wird die auf den ersten Kolben 34 wirkende Kraft auf den Ventilteller 24 übertragen, so dass dieser sich weiter öffnet, d.h. weiter aus dem Ventilsitz 22 gehoben wird. Auf diese Weise wird der Druck am Auslass 16 erhöht, was wiederum zur Folge hat, dass der Druck in der Leitung 48 steigt. Dies führt dazu, dass der Druck in der Leitung 48 die Federkraft 44 übersteigt und sich die Ventilanordnung 40 in die zweite, geschlossene Stellung bewegt. In der zweiten geschlossenen Stellung ist der Durchfluss von Fluiden von der Leitung 48 in die Leitung 50 unterbrochen und die Leitung 50 drucklos gemacht. Der erste Kolben 34 erfährt keine Kraft, so dass er keine Kraft auf die Stange 28 und somit keine zusätzliche Kraft auf den Ventilteller 24 überträgt. Der Ventilteller 24 wird ausschließlich mittels der Membran 26 bewegt.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der anstelle eines 3/2 Wegeventils 42 der ersten Ausführungsform ein erstes Absperrventil 52 und ein zweites Absperrventile 54 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform ist für jedes Absperrventil 52, 54 ein Ventilkolben 56 bzw. 58 vorgesehen. Jedes Absperrventil 52, 54 ist mit einer Feder 60, 62 verbunden, die gegen eine auf die Ventilkolben 56 bzw. 58 wirkende Kraft wirkt.
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Die Leitung 48 teilt sich vor dem zweiten Absperrventil 54, wobei eine Abzweigung der Leitung 64 in das Absperrventil 54 führt und eine andere Abzweigung der Leitung 66 zu dem ersten Absperrventil 52 führt. Die in das erste Absperrventil 52 führende Leitung 66 verzweigt sich vor dem ersten Absperrventil 52, so dass der eine Leitungsabschnitt 68 durch das erste Absperrventil hindurchführt und der andere Leitungsabschnitt 70 zu dem Ventilkolben 56 führt. Von dem ersten Absperrventil 52 führt die Leitung 50 zu dem ersten Kolben 34.
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Das in 2 dargestellte linke Absperrventil 52 entspricht im Wesentlichen der Funktion der 3/2 Wegeventilanordnungen der 1. In seiner Grundstellung ist das erste Absperrventil 52 offen. Diese Anordnung dient dazu, dass das Fluid vom Auslass 16 durch die Leitungsabschnitte 48, 66, 68, 50 zum ersten Kolben 34 strömt, um den Kolben 34 anzuheben, wenn der Druck am Auslass 16 unter einem vorbestimmten Wert liegt. Steigt der Druck am Auslass 16 über die dem Ventilkolben 56 entgegenwirkende Federkraft der Feder 60, so wird das Absperrventil 52 geschlossen. Es wirkt nun keine zusätzliche Kraft auf den Ventilteller 24.
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Das in der 2 dargestellte rechte Absperrventil 54 hat im Wesentlichen die Funktion eines Überdruckventils. Solange sich der Druck am Auslass 16 unter einem vorbestimmten Wert befindet, ist das zweite Absperrventil 54 in seiner ersten Stellung und das Fluid kann durch die Leitungsabschnitte 48, 66, 68, 50 zum ersten Kolben 34 strömen, um den Ventilteller 24 anzuheben. Steigt der Druck am Auslass 16, so dass die auf den Ventilkolben 58 wirkende Kraft die dem Ventilkolben 58 entgegenwirkende Federkraft der Feder 62 übersteigt, wird das Absperrventil 54 mittels des Kolbens 58 in seine zweite Stellung bewegt. Die zweite Stellung des Absperrventils 54 dient dazu, den Druck der sich bei geschlossenem Absperrventil 52 im Leitungsabschnitt 48 aufbaut, abzubauen.
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Das Zusammenspiel der beiden Absperrventile 52 und 54 bewirkt nun, dass bei einem Druck unter einem vorbestimmten Wert Fluid von Auslass 16 zum ersten Kolben 34 strömt, um den Ventilteller 24 zusätzlich anzuheben. Übersteigt der Druck am Auslass 16 des Druckminderers 12 den vorbestimmten Wert, wird das Absperrventil 52 geschlossen, so dass keine zusätzliche Druckkraft auf den Ventilteller 24 wirken kann. Das Absperrventil 54 verhindert bei geöffnetem Absperrventil 54 einen Druckanstieg im Leitungsabschnitt 48.
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Somit kann beim Öffnen des Druckminderes 12 sehr schnell der gewünschte Druck am Auslass 16 erreicht werden, denn die erfindungsgemäße Kolben-Ventilanordnung ermöglicht eine größere Öffnung des Ventils 20 als bei bisher bekannten Druckregelsystemen. Während des Betriebs, d.h. während ein Fluid durch den Druckminderer 12 strömt, wird der Auslassdruck geregelt. Denn sobald der Auslassdruck unter einen vorbestimmten Wert fällt, öffnet sich die erfindungsgemäße Kolben-Ventilanordnung 34, 40, 140 so dass sich das Ventil 20 weiter öffnen kann, um am Auslass des Druckminderers 12 einen höheren Druck zu erzeugen. Ist der vorbestimmte Druckwert wieder erreicht, wird die Kolben-Ventilanordnung 34, 40, 140 wieder geschlossen.
