DE102015223943A1

DE102015223943A1 - Druckregelvorrichtung

Info

Publication number: DE102015223943A1
Application number: DE102015223943.8A
Authority: DE
Inventors: Jens Garner
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: DE102015223943B4

Abstract

Es wird eine Druckregelvorrichtung (1) vorgeschlagen, die mindestens eine Druckregeleinheit (2) aufweist, die über einen Druckregler (3) und eine Steuerventileinrichtung (4) verfügt. Mit Hilfe der Steuerventileinrichtung (4) kann der Druckregler (3) wahlweise in eine Offen-Betriebsart oder in eine Druckregelungs-Betriebsart geschaltet werden. In der Offen-Betriebsart ist ein maximaler Überströmquerschnitt zwischen einem Primärkanal (6) und einem Sekundärkanal (7) freigegeben. In der Druckregelungs-Betriebsart findet eine Druckregelung des Sekundärdruckes (P2) hinsichtlich eines angestrebten Soll-Sekundärdruckes statt, der durch die Federkraft einer Federeinrichtung (37) vorgegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckregelvorrichtung, mit mindestens einer Druckregeleinheit, die einen hinsichtlich eines zu regelnden Sekundärdruckes mechanisch einstellbaren Druckregler aufweist, der über ein Reglergehäuse mit einem zur Einspeisung eines unter einem Primärdruck stehenden Druckmediums dienenden Primärkanal und mit einem zur Ausgabe des auf den eingestellten Sekundärdruck geregelten Druckmediums dienenden Sekundärkanal verfügt, wobei zwischen den Primärkanal und den Sekundärkanal ein Regelventil des Druckreglers eingeschaltet ist, das ein zur Beeinflussung des dem Druckmedium für den Übertritt vom Primärkanal zum Sekundärkanal zur Verfügung stehenden Überströmquerschnittes dienendes, bewegliches Ventilglied aufweist, wobei der Druckregler ferner eine mit dem Sekundärkanal verbundene und dadurch von dem Sekundärdruck beaufschlagte Regelkammer enthält, die durch eine mit dem Ventilglied zusammenwirkende bewegliche Wand von einer Federkammer abgetrennt ist, in der sich eine die bewegbare Wand im Sinne einer Verringerung des Volumens der Regelkammer beaufschlagende Federeinrichtung befindet.
Derartige Druckregelvorrichtungen werden im Allgemeinen in Druckluftsystemen eingesetzt, um einem Verbraucher ein fluidisches Druckmedium zur Verfügung zu stellen, das unter einem bestimmten Betriebsdruck steht. Der Betriebsdruck entspricht dem mechanisch einstellbaren Sekundärdruck eines Druckreglers, der eingangsseitig mit unter einem Primärdruck stehendem Druckmedium gespeist wird. Der gewünschte Sekundärdruck lässt sich mit Hilfe einer Federeinrichtung einstellen, die in einer Federkammer untergebracht ist und auf eine bewegliche Wand einwirkt, die eine Regelkammer begrenzt, die ständig mit einem den Sekundärdruck ausgebenden Sekundärkanal des Druckreglers verbunden ist. Die bewegliche Wand kooperiert mit einem Ventilglied, das mittels der beweglichen Wand in unterschiedlichen Stellungen positionierbar ist, die von der aktuellen Höhe des Sekundärdruckes abhängen. Eine derartige Druckregelvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 29618080 U1 bekannt.
Die vorstehend erläuterte, bekannte Druckregelvorrichtung bietet nicht nur die Möglichkeit, den Druckregler in einer Druckregelungs-Betriebsart zu betreiben, sondern erlaubt auch ein Umschalten in eine Absperrstellung, in der das Ventilglied die Fluidverbindung zwischen dem unter dem Primärdruck stehenden Primärkanal und dem Sekundärkanal unterbricht. Die jeweils gewünschte Betriebsart lässt sich mittels einer Steuerventileinrichtung vorgeben, mit deren Hilfe sich die Regelkammer wahlweise mit dem Primärkanal oder mit dem Sekundärkanal in Verbindung setzen lässt.
Bei pneumatischen Anwendungen besteht oftmals der Wunsch, abhängig vom Betriebszustand einer mit Druckluft zu versorgenden Anlage entweder den notwendigen vollen Betriebsdruck bereitzustellen oder aber zur Energieeinsparung die Druckversorgung zu unterbrechen. Das Unterbrechen der Druckversorgung kann beispielsweise mittels eines Absperrventils bewerkstelligt werden. Bei längerem Betriebsstillstand führt hier eine in der Regel nicht vermeidbare Leckage jedoch dazu, dass der am Verbraucher anstehende Betriebsdruck auf Umgebungsdruck absinkt, was bei neuerlicher Inbetriebnahme zu Druckstößen und daraus resultierenden Störungen in der angeschlossenen Anlage führen kann.
Aus der US 2002/0036013 A1 ist ein elektronisch gesteuerter Druckregler bekannt, bei dem die Höhe des ausgegebenen Sekundärdruckes mittels einer elektronischen Steuereinrichtung vorgebbar ist, die auf mehrere 2/2-Wegeventile einwirkt, mit deren Hilfe sich die Fluidbeaufschlagung eines Ventilgliedes variabel vorgeben lässt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die trotz unvermeidlicher Leckage einen energiesparenden Betrieb von fluidbetätigten Anlagen begünstigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Druckregelvorrichtung vorgeschlagen, die sich in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch auszeichnet, dass der Primärkanal über einen Steuerkanal unter Umgehung des Sekundärkanals mit der Federkammer verbunden ist, wobei in den Steuerkanal eine Steuerventileinrichtung eingeschaltet ist, durch die eine Fluidverbindung zwischen dem Primärkanal und der Federkammer wahlweise freigebbar oder absperrbar ist, wobei der Druckregler entweder in einer einen maximalen Überströmquerschnitt freigebenden Offen-Betriebsart oder in einer Druckregelungs-Betriebsart betreibbar ist.
Die erfindungsgemäße Druckregelvorrichtung kann in die Fluidverbindung zwischen einer Druckquelle und einem Verbraucher, insbesondere einer mit Druckluft betriebenen Anlage, eingeschaltet werden, um in der mit Hilfe der Steuerventileinrichtung eingestellten Offen-Betriebsart einen maximalen Durchfluss zu ermöglichen, in der das Ventilglied des Druckreglers einen maximalen Überströmquerschnitt zwischen dem Primärkanal und dem Sekundärkanal freigibt. Der angeschlossene Verbraucher wird dadurch uneingeschränkt mit Druckmedium versorgt und lässt sich mit maximaler Leistung vergleichbar einem Zustand betreiben, bei dem die Druckregelvorrichtung überhaupt nicht vorhanden wäre. Während Betriebspausen des Verbrauchers, in denen der Verbraucher an sich nicht mit Druckmedium versorgt werden muss, lässt sich der Druckregler mittels der Steuerventileinrichtung in seine Druckregelungs-Betriebsart umschalten, in der er wie ein üblicher mechanisch einstellbarer Druckregler arbeitet, wobei der Sekundärdruck auf einen bezüglich des Primärdruckes abgesenkten Wert geregelt wird, der durch die Federkraft der auf die bewegbare Wand einwirkenden Federeinrichtung vorgegeben wird. Dieser Sekundärdruck kann somit auf einen Wert geregelt werden, der wesentlich geringer ist als der für den normalen Betrieb des angeschlossenen Verbrauchers benötigte Betriebsdruck, gleichzeitig aber auch höher ist als der Umgebungsdruck, sodass zum einen das auftretende Leckagevolumen reduziert ist und zum anderen das neuerliche Bereitstellen des Betriebsdruckes bei erneuter Inbetriebnahme des Verbrauchers keine störenden Druckschläge verursacht. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass sich die geschilderte Betriebsartenwahl mit Hilfe eines kostengünstigen mechanischen Druckreglers verwirklichen lässt und folglich keine teuren elektronischen Regelungsmaßnahmen erforderlich sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Steuerventileinrichtung ist bevorzugt von elektrisch betätigbarer Bauart, was eine bequeme Fernbedienung ermöglicht und die Integration in eine elektronische Steuereinrichtung begünstigt. Es ist gleichwohl prinzipiell möglich, die Steuerventileinrichtung alternativ auch rein mechanisch und insbesondere manuell betätigbar auszuführen. Bei einer elektrisch betätigbaren Bauart ist es auch vorteilhaft, wenn zusätzlich eine Handhilfsbetätigungseinrichtung vorhanden ist, mit der sich die Steuerventileinrichtung ohne elektrische Ansteuerung manuell betätigen lässt, was bei Einrichtungs- und Wartungsarbeiten von Vorteil ist.
Vorzugsweise handelt es sich bei der elektrisch betätigbaren Steuerventileinrichtung um eine Magnetventileinrichtung. Denkbar ist beispielsweise aber auch eine Piezoventileinrichtung.
In der Druckregeleinheit sind der Druckregler und die Steuerventileinrichtung zweckmäßigerweise zu einer gemeinsam handhabbaren Baueinheit zusammengefasst. Die Steuerventileinrichtung kann dabei insbesondere außen an das Reglergehäuse angebaut oder auch zumindest partiell in das Reglergehäuse integriert sein. Bei einer alternativen Ausführungsform der Druckregeleinheit ist die Steuerventileinrichtung räumlich getrennt vom Druckregler angeordnet und mit Hilfe üblicher Fluidleitungen, insbesondere Fluidschläuche, mit dem Druckregler verbunden. Hierbei kann die Steuerventileinrichtung ohne weiteres auch in größerer Entfernung zum Druckregler platziert sein.
Die Steuerventileinrichtung ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sie wahlweise in jeweils einer von zwei möglichen Schaltstellungen positionierbar ist. Eine dieser Schaltstellungen ist eine Freigabestellung, in der sie die Fluidverbindung zwischen dem Primärkanal und der Federkammer freigibt, wodurch die Offen-Betriebsart des Druckreglers vorgegeben wird. Die andere Schaltstellung ist eine Absperrstellung, in der die Fluidverbindung zwischen dem Primärkanal und der Federkammer abgesperrt ist, sodass sich der Druckregler in der Druckregelungs-Betriebsart befindet, in der der Sekundärdruck entsprechend der vorhandenen Federspannung geregelt wird.
Die Steuerventileinrichtung kann von monostabiler Bauart sein, bei der sie durch Federmittel in entweder die Freigabestellung oder die Absperrstellung vorgespannt ist. Insbesondere bei einer mit elektrischer Energie betriebenen Steuerventileinrichtung ist es aus Energiesparzwecken vorteilhaft, wenn die Steuerventileinrichtung in die Freigabestellung vorgespannt ist und folglich im elektrisch deaktivierten Zustand der Steuerventileinrichtung die Offen-Betriebsart des Druckreglers vorliegt, die in aller Regel zeitlich wesentlich länger genutzt wird als die Druckregelungs-Betriebsart.
Alternativ kann die Steuerventileinrichtung auch von bistabiler Bauart sein, sodass sie lediglich zum Umschalten zwischen den Schaltstellungen einer elektrischen Betätigung bedarf und den jeweils eingenommenen Schaltzustand ohne externe Energiezufuhr beibehält, bis ein erneuter Umschaltimpuls auferlegt wird.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Steuerventileinrichtung über eine 3/2-Wege-Ventilfunktion verfügt und so gestaltet ist, dass die vom Primärkanal abgetrennte Federkammer mit der Atmosphäre verbunden ist. Auf diese Weise kann in der Federkammer kein Druckstau auftreten, der während der Druckregelungs-Betriebsart den Regelungsvorgang beeinträchtigt. Es herrscht dann in der Federkammer der Umgebungsdruck, sodass die bewegbare Wand ausschließlich durch die Federeinrichtung im Sinne einer Volumenverringerung der Regelkammer beaufschlagt ist und sich folglich der gewünschte Sekundärdruck sehr präzise über die Einstellung der Federkraft vorgeben lässt.
Von besonderem Vorteil ist die 3/2-Wege-Steuerventileinrichtung vor allem auch dann, wenn der Druckregler über Sekundärentlüftungsmittel verfügt, die in der Druckregelungs-Betriebsart eine präzise Regelung des Sekundärdruckes begünstigen, weil bei zu hohem Sekundärdruck problemlos eine eine Druckabsenkung hervorrufende Entlüftung des Sekundärkanals möglich ist. Dabei wird der Sekundärkanal durch die Federkammer und die Steuerventileinrichtung hindurch auf kürzestem Wege zur Atmosphäre hin entlüftet.
Die Sekundärentlüftungsmittel verfügen zweckmäßigerweise über einen die bewegliche Wand durchsetzenden Entlüftungskanal, dem ein Entlüftungsventilsitz zugeordnet ist, der mit dem Ventilglied des Regelventils zusammenwirkt. Bei zu hohem Sekundärdruck hebt der Entlüftungsventilsitz von dem Ventilglied ab, sodass der Entlüftungskanal mit dem Sekundärkanal verbunden ist und für die Entlüftungsströmung zur Verfügung steht.
Ein besonders zuverlässiges und energiesparendes Aufrechterhalten der Offen-Betriebsart ist dadurch begünstigt, dass die Federkammer zur Umgebung hin fluiddicht abgeschottet ist. Während der Offen-Betriebsart dient die Federkammer also nicht nur zur Aufnahme der Federeinrichtung, sondern fungiert zusätzlich als Druckkammer, in der leckagefrei der Primärdruck des Primärkanals als Betätigungsdruck ansteht, der das Umschalten in die Offen-Betriebsart bewirkt.
Der Druckregler weist zweckmäßigerweise eine Einstelleinrichtung auf, mit der die Federkraft der Federeinrichtung variabel einstellbar ist, um eine variable Einstellung des zu regelnden Sekundärdruckes vornehmen zu können. Die Einstelleinrichtung ist zweckmäßigerweise zur manuellen Betätigung ausgebildet und enthält insbesondere ein außerhalb des Reglergehäuses zugängliches, manuell betätigbares Dreheinstellglied, beispielsweise einen Drehknopf. Wenn ein mit dem Dreheinstellglied verbundenes Kraftübertragungsglied zum Zusammenwirken mit der Federeinrichtung in die Federkammer hineinragt, geschieht dies zweckmäßigerweise unter Abdichtung, sodass in der Offen-Betriebsart keine Leckage aus der Federkammer heraus auftritt.
Die Druckregelvorrichtung weist im einfachsten Fall nur eine einzige Druckregeleinheit auf. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht eine Mehrfachanordnung von Druckregeleinheiten vor, die in Reihe geschaltet sind. Dabei kann der Druckregler jeder Druckregeleinheit mittels einer ihm eigens zugeordneten Steuerventileinrichtung alternativ in die Offen-Betriebsart oder in die Druckregelungs-Betriebsart geschaltet werden. Dies bietet die vorteilhafte Möglichkeit, mehrere Druckregeleinheiten bereitzustellen, die sich in der Druckregelungs-Betriebsart in dem eingestellten Sekundärdruck voneinander unterscheiden. Es können sämtliche Druckregler in die Offen-Betriebsart geschaltet werden, um am Sekundärkanal des am weitesten stromab angeordneten Druckreglers den maximalen Betriebsdruck abgreifen zu können. Ausgehend hiervon kann der am letzten Druckregler abgreifbare Sekundärdruck auf unterschiedliche niedrigere Druckniveaus eingeregelt werden, je nachdem, welcher der Druckregler in die Druckregelungs-Betriebsart geschaltet wird. Dadurch kann unterschiedlichen Anforderungen des ausgangsseitig angeschlossenen Verbrauchers Rechnung getragen werden.
Zu erwähnen ist auch noch die vorteilhafte Möglichkeit der optionalen zusätzlichen Ausstattung jeder Druckregeleinheit mit Sensormitteln, die mindestens eine Zustandsgröße des Druckmediums erfassen, beispielsweise den Druck oder den Durchfluss. Ferner kann die Druckregelvorrichtung selbstverständlich auch mit einer Steuerelektronik ausgestattet sein, die insbesondere für Luftsparzwecke eine automatische Druckluftsteuerung ermöglicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine bevorzugte erste Bauform der erfindungsgemäß Druckregelvorrichtung, die hier nur eine einzige Druckregeleinheit umfasst, deren Druckregler im Längsschnitt dargestellt ist, wobei die zusätzliche Steuerventileinrichtung nur symbolisch angedeutet ist, und
2 eine Ausführungsform der Druckregelvorrichtung mit mehreren kaskadierten Druckregeleinheiten, von denen jede bevorzugt der in 1 illustrierten Bauart entspricht.
Die insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Druckregelvorrichtung enthält mindestens eine Druckregeleinheit 2, die einen Druckregler 3 und eine zur Auswahl der Betriebsart des Druckreglers 3 dienende Steuerventileinrichtung 4 umfasst.
Bei dem Druckregler 3 handelt es sich insbesondere um einen mechanischen Druckregler, der zur Druckregelung keine elektrischen oder elektronischen Komponenten aufweist. Er ist daher besonders kostengünstig.
Die Druckregelvorrichtung 1 der 1 enthält nur eine einzige Druckregeleinheit 2. Dass sich die Druckregelvorrichtung 1 auch aus mehreren Druckregeleinheiten 2 zusammensetzen kann, verdeutlicht die 2, aus der eine Druckregelvorrichtung 1 hervorgeht, die über mehrere, exemplarisch drei in Reihe geschaltete Druckregeleinheiten 2 verfügt.
Der Druckregler 3 hat ein Reglergehäuse 5, in dem ein als Primärkanal 6 bezeichneter erster Fluidkanal und ein als Sekundärkanal 7 bezeichneter zweiter Fluidkanal ausgebildet sind. Der Primärkanal 6 mündet mit einem Primäranschluss 6a, der Sekundärkanal 7 mit einem Sekundäranschluss 7a zu einer Außenfläche des Reglergehäuses 5 aus. Bevorzugt liegen der Primäranschluss 6a und der Sekundäranschluss 7a an einander entgegengesetzt orientierten Außenflächen des Reglergehäuses 5.
Die Anschlüsse 6a, 7a ermöglichen den Anschluss weiterführender Fluidleitungen. Dadurch ist der Primärkanal 6 mit einer einen Primärdruck P1 zur Verfügung stellenden Druckquelle 8 verbindbar, bei der es sich insbesondere um eine Druckluftquelle handelt. Der Sekundärkanal 7 ist mit mindestens einem Verbraucher 12 verbindbar, der mit dem von der Druckquelle 8 gelieferten fluidischen Druckmedium, insbesondere Druckluft betreibbar ist. Dabei stellt der Sekundärkanal 7 das Druckmedium unter einem Sekundärdruck P2 stehend zur Verfügung.
Bei einer Reihenschaltung mehrerer Druckregeleinheiten 2 gemäß 2 ist der Primärkanal 6 des ersten Druckreglers 3 mit der Druckquelle 8 und der Sekundärkanal 7 des letzten Druckreglers 3 der Druckreglerreihe mit dem Verbraucher 12 verbunden. Bei den in der Reihenrichtung jeweils unmittelbar benachbarten Druckreglern 3 ist jeweils der Sekundärkanal 7 des stromauf angeordneten Druckreglers 3 mit dem Primärkanal 6 des stromab angeordneten Druckreglers 3 verbunden. Dies kann über Fluidleitungen oder Rohrstücke oder bevorzugt dadurch erfolgen, dass benachbarte Druckregler 3 unmittelbar aneinander angebaut sind.
Der Druckregler 3 ist bevorzugt so ausgebildet, dass er sich nach Art sogenannter Wartungsgeräte in Kombination mit anderen Wartungsgeräten in einen Druckluftstrang einbauen lässt. Der Druckregler 3 und mindestens ein Wartungsgerät können dabei modular zu einer Wartungseinheit zusammengebaut sein. Als Wartungsgerät kommen beispielsweise ein Filtergerät und/oder ein Ölergerät und/oder ein Drucklufttrocknergerät in Frage.
Die Höhe des Sekundärdruckes P2 ist über die vom Primärkanal 6 zum Sekundärkanal 7 überströmende Menge an Druckmedium regelbar. Die Regelung erfolgt mittels eines in den Druckregler 3 integrierten Regelventils 13, das in die Verbindung zwischen dem Primärkanal 6 und dem Sekundärkanal 7 eingeschaltet ist.
Das Regelventil 13 verfügt über ein Ventilglied 14, das unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Regelungsbewegung 15 relativ zu dem Reglergehäuse 5 in einander entgegengesetzten Richtungen bewegbar ist. Dabei ist das Ventilglied 14 zweckmäßigerweise mittels einer Führungseinrichtung 16 an dem Reglergehäuse 5 linear verschiebbar geführt.
Das Ventilglied 14 ist einer Überströmöffnung 17 zugeordnet, die den Primärkanal 6 mit dem Sekundärkanal 7 verbindet. Das Ventilglied 14 ist im Rahmen der Regelungsbewegung 15 in einer die Überströmöffnung 17 verschließenden Schließstellung oder in mindestens einer die Überströmöffnung 17 für den Durchtritt des Druckmediums freigebenden Offenstellung bewegbar. Das Ventilglied 14 ist stufenlos bewegbar und lässt sich in unterschiedlichen Offenstellungen positionieren, die sich in den freigegebenen Überströmquerschnitten voneinander unterscheiden. Folglich lässt sich mittels des Ventilgliedes 14 der dem Druckmedium zur Verfügung stehende Überströmquerschnitt der Überströmöffnung 17 beeinflussen. Nimmt das Ventilglied 14 eine maximale Offenstellung ein, die in 1 illustriert ist, stellt die Überströmöffnung 17 einen maximalen Überströmquerschnitt zur Verfügung, sodass das Druckmedium mit maximaler Durchflussrate vom Primärkanal 6 zum Sekundärkanal 7 überströmen kann.
Das Regelventil 13 ist bevorzugt als Sitzventil ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist die Überströmöffnung 17 von einem gehäusefesten Ventilsitz 18 umrahmt, dem ein Verschlussabschnitt 22 des Ventilgliedes 14 in der Bewegungsrichtung der Regelungsbewegung 15 gegenüberliegt. In der Schließstellung liegt das Ventilglied 14 mit dem Verschlussabschnitt 22 unter Abdichtung an dem Ventilsitz 18 an. In jeder Offenstellung ist das Ventilglied 14 mit dem Verschlussabschnitt 22 von dem Ventilsitz 18 abgehoben.
Eine Rückstellfeder 23 stützt sich zwischen dem Ventilglied 14 und dem Reglergehäuse 5 ab und beaufschlagt das Ventilglied 14 ständig in seiner Schließrichtung.
In dem Reglergehäuse 5 befindet sich eine Regelkammer 24, die ständig mit dem Sekundärkanal 7 verbunden ist. Dadurch herrscht in der Regelkammer 24 stets ein dem Sekundärdruck P2 entsprechender Druck. Bevorzugt ist die Regelkammer 24 über einen ständig offenen Druckabgriffskanal 25 mit dem Sekundärkanal 7 verbunden. Dieser Druckabgriffskanal 25 durchsetzt zweckmäßigerweise eine den Sekundärkanal 7 von der Regelkammer 24 abtrennende Trennwand 26 des Reglergehäuses 5.
Die Regelkammer 24 ist gemeinsam von der gehäusefesten Trennwand 26 und einer bezüglich des Reglergehäuses 5 bewegbaren Wand 27 begrenzt. Die bewegbare Wand 27 kann eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Linearbewegung ausführen, die als Wandbewegung 28 bezeichnet sei und die die gleiche Achsrichtung hat wie die Regelungsbewegung 15. Die Wandbewegung 28 geht mit einer Veränderung des Volumens der Regelkammer 24 einher.
Die bewegbare Wand 27 ist zweckmäßigerweise zumindest teilweise von einer luftundurchlässigen, biegeflexiblen und insbesondere gummielastischen Membran 32 gebildet. Diese ist im Bereich eines äußeren umlaufenden Randes 33 unter Abdichtung gehäusefest eingespannt. In einem mittigen Abschnitt weist die bewegbare Wand 27 zweckmäßigerweise einen starren Abschnitt auf, der im Folgenden als Krafteinleitungsabschnitt 34 bezeichnet sei.
Das Ventilglied 14 steht durch eine die Trennwand 26 durchsetzende Wanddurchbrechung 35 hindurch kraftübertragend mit der bewegbaren Wand 27 in Verbindung. Diese Kraftübertragung hat zur Folge, dass das Ventilglied 14 durch die bewegbare Wand 27 in seiner Öffnungsrichtung verlagert wird, wenn sich die bewegbare Wand 27 bei ihrer Wandbewegung 28 an die Trennwand 26 annähert. Bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung der bewegbaren Wand 27 folgt das Ventilglied 14 aufgrund der Rückstellfeder 23 der bewegbaren Wand 27 in der Schließrichtung nach.
Die bewegbare Wand 27 trennt die Regelkammer 24 von einer Gehäusekammer des Reglergehäuses 5 ab, die als Federkammer 36 bezeichnet sei, weil sich in ihr eine Federeinrichtung 37 befindet. Bevorzugt ist die Federeinrichtung 37 von einer einzigen, als Schraubendruckfeder ausgebildeten mechanischen Feder gebildet. Die Federeinrichtung 37 stützt sich mit einem vorderen Endabschnitt 37a an dem Krafteinleitungsabschnitt 34 und mit einem diesbezüglich axial entgegengesetzten hinteren Endabschnitt 37b an einem Abstützteller 38 ab, der sich seinerseits am Reglergehäuse 5 abstützt.
Die bewegbare Wand 27 wird durch die Federeinrichtung 37 ständig im Sinne einer Verringerung des Volumens der Regelkammer 24 beaufschlagt. Da die bewegbare Wand 27 mit dem Ventilglied 14 kraftübertragend gekoppelt ist, wird somit gleichzeitig das Ventilglied 14 durch die Federeinrichtung 37 ständig im Öffnungssinne beaufschlagt.
Der Druckregler 3 kann so ausgeführt sein, dass die Federkraft der Federeinrichtung 37 nicht veränderbar ist. In diesem Fall ist der Abstützteller 38 bevorzugt ein unmittelbarer Bestandteil des Reglergehäuses 5. Da die Federkraft der Federeinrichtung 37 die Höhe des Sekundärdruckes P2 beeinflusst und es vorteilhaft ist, wenn der Sekundärdruck P2 variabel vorgebbar ist, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Federkraft der Federeinrichtung 37 variabel einstellbar ist. Letzteres trifft auf die Ausführungsbeispiele zu, wobei der Druckregler 3 zur variablen Einstellung der Federkraft der Federeinrichtung 37 eine Einstelleinrichtung 42 aufweist.
Die Einstelleinrichtung 42 verfügt über ein außerhalb des Reglergehäuses 5 angeordnetes, bezüglich des Reglergehäuses 5 verdrehbares Dreheinstellglied 43, das insbesondere manuell verdrehbar ist und bei dem es sich beispielsweise um einen Drehknauf handelt. An dem Dreheinstellglied 43 sitzt drehfest ein in die Federkammer 36 hineinragender Schaftkörper 44, der innerhalb der Federkammer 36 ein Außengewinde aufweist, auf das der Abstützteller 38 aufgeschraubt ist. Der Abstützteller 38 ist seinerseits in der Federkammer 36 axial beweglich, gleichzeitig aber bezüglich des Reglergehäuses 5 unverdrehbar fixiert. Der Schaftkörper 44 seinerseits ist bezüglich des Reglergehäuses 5 verdrehbar, an dem er sich gleichzeitig axial abstützt. Wenn an dem Dreheinstellglied 43 gedreht wird, verlagert sich der Abstützteller 38 je nach Drehrichtung des Dreheinstellgliedes 43 in Richtung zu der bewegbaren Wand 27 oder in der Gegenrichtung, sodass die Federeinrichtung 37 entweder gespannt oder entspannt wird.
Der Schaftkörper 44 durchgreift eine Wanddurchbrechung 45 des Reglergehäuses 5. Damit die Federkammer 36 zur Umgebung hin fluiddicht abgeschottet ist, ist im Bereich dieser Wanddurchbrechung 45 ein Dichtungsring 46 angeordnet.
Die eingangs angesprochene Steuerventileinrichtung 4 ist in einen Steuerkanal 48 eingeschaltet, der den Primärkanal 6 unter Umgehung des Sekundärkanals 7 mit der Federkammer 36 verbindet. Bevorzugt ist der Steuerkanal 48 im Reglergehäuse 5 ausgebildet. Der Steuerkanal 48 hat einen in den Primärkanal 6 einmündenden ersten Kanalabschnitt 48a sowie einen in die Federkammer 36 einmündenden zweiten Kanalabschnitt 48b. Beide vorgenannten Kanalabschnitte 48a, 48b sind an die Steuerventileinrichtung 4 angeschlossen, die vorzugsweise außen an das Reglergehäuse 5 angebaut ist.
Das Reglergehäuse 5 hat außen zweckmäßigerweise eine Bestückungsfläche 49, zu der die beiden Kanalabschnitte 48a, 48b ausmünden und an der die Steuerventileinrichtung 4 montiert ist. Auf diese Weise ist die Steuerventileinrichtung 4 in Baueinheit mit dem Druckregler 3 ausgeführt, was eine besonders einfache Handhabung gestattet.
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Steuerventileinrichtung 4 beabstandet zum Druckregler 3 platziert und kommuniziert über zusätzliche Fluidleitungen mit einerseits dem Primärkanal 6 und andererseits der Federkammer 36.
Die Steuerventileinrichtung 4 hat bevorzugt eine 3/2-Wege-Ventilfunktion. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu. Sie kann zwei Schaltstellungen einnehmen, bei denen es sich um eine Freigabestellung und um eine Absperrstellung handelt.
In der Freigabestellung sind die beiden Kanalabschnitte 48a, 48b unter Abtrennung von der Atmosphäre fluidisch miteinander verbunden, sodass eine direkte Fluidverbindung zwischen dem Primärkanal 6 und der Federkammer 36 freigegeben ist. In der Zeichnung ist diese Freigabestellung illustriert.
In der Absperrstellung ist die Fluidverbindung zwischen dem Primärkanal 6 und der Federkammer 36 unterbrochen. Exemplarisch ist dabei der erste Kanalabschnitt 48a sowohl von dem zweiten Kanalabschnitt 48b als auch von der Atmosphäre abgetrennt. Gleichzeitig ist der zweite Kanalabschnitt 48b mit der Atmosphäre verbunden, die in der Zeichnung durch den Buchstaben "R" identifiziert ist.
Abhängig von der Schaltstellung der Steuerventileinrichtung 4 befindet sich der Druckregler 3 entweder in einer "Offen-Betriebsart" oder in einer "Druckregelungs-Betriebsart". Die Offen-Betriebsart liegt vor, wenn die Steuerventileinrichtung 4 die Freigabestellung einnimmt und ist dadurch charakterisiert, dass das Ventilglied 14 den maximalen Überströmquerschnitt der Überströmöffnung 17 freigibt, wobei keinerlei Druckregelungsfunktion seitens des Druckreglers 3 stattfindet. Die Druckregelungs-Betriebsart liegt vor, wenn die Steuerventileinrichtung 4 in der Absperrstellung positioniert ist, und zeichnet sich dadurch aus, dass der Druckregler druckregelnd arbeitet und den Sekundärdruck P2 auf einen gewünschten Soll-Druckwert einregelt, der durch die Federkraft der Federeinrichtung 37 vorgegeben ist.
In der Druckregelungs-Betriebsart ist die Federkammer 36 zur Atmosphäre "R" hin offen und folglich drucklos. Somit hängt die bezüglich des Ventilsitzes 18 eingenommene Relativposition des Ventilgliedes 14 in der Druckregelungs-Betriebsart von der Kräftedifferenz ab, die an der bewegbaren Wand 27 anliegt. Während die Federeinrichtung 37 im Schließsinne auf die bewegbare Wand 27 und folglich auf das Ventilglied 14 einwirkt, wird gleichzeitig die bewegbare Wand 27 durch den in der Regelkammer 24 herrschenden Sekundärdruck stets in der Gegenrichtung beaufschlagt. Ist der momentane Sekundärdruck geringer als der durch die gewählte Federvorspannung der Federeinrichtung 37 eingestellte Soll-Sekundärdruck, wird das Ventilglied 14 in eine Offenstellung bewegt, sodass Druckmedium aus dem Sekundärkanal 6 durch die Überströmöffnung 17 in den Sekundärkanal 7 überströmt. Hat der Sekundärdruck die eingestellte Höhe erreicht, nimmt das Ventilglied 14 die Schließstellung ein. Übersteigt der Sekundärdruck P2 den durch die Federeinrichtung 37 eingestellten Soll-Sekundärdruck, treten bevorzugt vorhandene Sekundärentlüftungsmittel 47 in Aktion, die eine Druckentlastung des Sekundärkanals 7 hervorrufen. Die Sekundärentlüftungsmittel 47 sind in diesem Fall in der Lage, den Sekundärkanal 7 direkt oder – unter Zwischenschaltung der Regelkammer 24 – indirekt zu entlüften. Diese Entlüftung findet bevorzugt durch die Federkammer 36 hindurch statt, die während der Druckregelungs-Betriebsart mit der Atmosphäre "R" verbunden ist.
Die beim Ausführungsbeispiel realisierten Sekundärentlüftungsmittel 47 enthalten einen Wandfortsatz 53 der bewegbaren Wand 27, der unter Abdichtung die Wanddurchbrechung 35 durchsetzt und der seinerseits von einem Entlüftungskanal 54 axial durchsetzt ist. Der Entlüftungskanal 54 mündet einerseits in die Federkammer 36 und andererseits in den Sekundärkanal 7. Die dem Sekundärkanal 7 zugewandte Kanalmündung des Entlüftungskanals 54 ist von einem Entlüftungsventilsitz 55 umrahmt, der mit einem von dem Verschlussabschnitt 22 wegragenden Ventilstößel 56 des Ventilgliedes 14 zusammenwirkt.
Normalerweise liegt der Ventilstößel 56 unter fluiddichter Absperrung des Entlüftungskanals 54 an dem Entlüftungsventilsitz 55 an. Wenn allerdings der Sekundärdruck P2 den Soll-Sekundärdruck überschreitet, hebt der Entlüftungsventilsitz 55 von dem durch den Ventilsitz 18 in der Schließstellung blockierten Ventilglied 14 ab, sodass Druckmedium aus dem Sekundärkanal 7 durch den Entlüftungskanal 54 hindurch in die Federkammer 36 einströmen und von dort durch den zweiten Kanalabschnitt 48b und die Steuerventileinrichtung 4 hindurch zur Atmosphäre ausströmen kann.
Jede Druckregeleinheit 2 bietet die Möglichkeit, durch Auswahl der Offen-Betriebsart einen sekundärseitig angeschlossenen Verbraucher 12 mit maximalem Durchfluss und mit einem Betriebsdruck zu versorgen, der dem Primärdruck P1 entspricht. In der Offen-Betriebsart findet keine Druckregelung statt, sodass der dem Verbraucher 12 zur Verfügung gestellte Sekundärdruck P2 dem Primärdruck P1 entspricht.
Während Betriebspausen des Verbrauchers 12 kann der Druckregler 3 in die Druckregelungs-Betriebsart umgeschaltet werden, in der der Sekundärdruck P2 kleiner ist als der Primärdruck P1. Dadurch wird zum einen verhindert, dass im Vergleich zu einem vollständigen Absperren der Druckversorgung des Verbrauchers 12 stets ein gewisses Druckniveau entsprechend dem eingestellten Solldruck vorliegt, sodass der Verbraucher 12 niemals vollständig entlüftet wird. Dies begünstigt die neuerliche Inbetriebnahme. Gleichzeitig sorgt der reduzierte Sekundärdruck dafür, dass bei verbraucherseitig eventuell auftretenden Leckagen der Leckage-Volumenstrom relativ gering ist.
Die Steuerventileinrichtung 4 ist zweckmäßigerweise elektrisch betätigbar ausgebildet. Exemplarisch ist sie hierzu in vorteilhafter Weise an eine nur schematisch angedeutete elektronische Steuereinrichtung 57 angeschlossen, mit der sich die Schaltstellung der Steuerventileinrichtung 4 und mithin die Betriebsart des Druckreglers 3 von der Ferne her elektrisch vorgeben lässt. Die elektronische Steuereinrichtung 57 koordiniert vorzugsweise auch den Betrieb des angeschlossenen Verbrauchers 12 und ist folglich in der Lage, abhängig vom Betriebszustand des Verbrauchers 12 die Schaltstellung der Steuerventileinrichtung 4 vorzugeben.
Eine elektrisch betätigbare Steuerventileinrichtung 4 ist vorzugsweise als Magnetventileinrichtung ausgebildet, kann aber beispielsweise auch eine Piezoventileinrichtung sein.
Von Vorteil ist es, wenn die Steuerventileinrichtung 4, was auf die Ausführungsbeispiele zutrifft, zusätzlich zur elektrischen Betätigungsart auch die Möglichkeit zur manuellen Betätigung bietet und für diesen Zweck mit Handhilfsbetätigungsmitteln 58 ausgestattet ist. Dadurch kann auch ohne die elektronische Steuereinrichtung 57 für Einrichtungs- und Wartungszwecke eine manuelle Betätigung der Steuerventileinrichtung 4 vorgenommen werden.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steuerventileinrichtung 4 rein für manuelle oder mechanische Betätigung ausgebildet.
Die Steuerventileinrichtung 4 ist bevorzugt vom monostabilen Typ. Sie ist dabei durch Federmittel 59 in eine Grundstellung vorgespannt, bei der es sich vorzugsweise um die Freigabestellung handelt. Hier ist zum Umschalten und Festhalten in der anderen Schaltstellung, exemplarisch also in der Absperrstellung, eine ständige Betätigungskraft aufzubringen, sei es elektrisch durch die elektronische Steuereinrichtung 57 oder manuell.
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Steuerventileinrichtung 4 von bistabiler Bauart und insbesondere als sogenanntes Impulsventil ausgeführt. Es kann dann durch eine einmalige Betätigungsaktion in entweder die eine oder die andere Schaltstellung umgeschaltet werden, in der sie verharrt, bis eine neuerliche Betätigungsaktion hervorgerufen wird.
Sind mehrere Druckregeleinheiten 2 gemäß 2 in Reihe geschaltet, besteht die Möglichkeit, den Verbraucher 12 in Betriebspausen auf einfache Weise selektiv mit einem unterschiedlich hohen Sekundärdruck zu versorgen, ohne an den Druckreglern selbst irgendwelche Einstellungen vornehmen zu müssen. Die vorhandenen Druckregler 3 sind hier für ihre Druckregelungs-Betriebsart auf unterschiedlich hohe Solldrücke eingestellt, sodass der von einem jeweiligen Druckregler 3 vorgebbare Soll-Sekundärdruckwert von dem eingestellten Soll-Sekundärdruckwert jedes anderen Druckreglers 3 abweicht. Soll der Verbraucher 12 normal betrieben werden, werden sämtliche Druckregler 3 in die Offen-Betriebsart geschaltet, sodass der volle Durchfluss gewährleistet ist. Ausgehend hiervon lässt sich durch Umschalten der Steuerventileinrichtung 4 eines ausgewählten Druckreglers 3 der mehreren Druckregler 3 der am letzten Druckregler 3 der Druckreglerreihe abgreifbare Sekundärdruck P2 auf denjenigen Wert einregeln, der in dem umgeschalteten Druckregler 3 voreingestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 29618080 U1 [0002]
US 2002/0036013 A1 [0005]

Claims

Druckregelvorrichtung, mit mindestens einer Druckregeleinheit (2), die einen hinsichtlich eines zu regelnden Sekundärdruckes (P2) mechanisch einstellbaren Druckregler (3) aufweist, der über ein Reglergehäuse (5) mit einem zur Einspeisung eines unter einem Primärdruck (P1) stehenden Druckmediums dienenden Primärkanal (6) und mit einem zur Ausgabe des auf den eingestellten Sekundärdruck (P2) geregelten Druckmediums dienenden Sekundärkanal (7) verfügt, wobei zwischen den Primärkanal (6) und den Sekundärkanal (7) ein Regelventil (13) des Druckreglers (3) eingeschaltet ist, das ein zur Beeinflussung des dem Druckmedium für den Übertritt vom Primärkanal (6) zum Sekundärkanal (7) zur Verfügung stehenden Überströmquerschnittes dienendes, bewegliches Ventilglied (14) aufweist, wobei der Druckregler (3) ferner eine mit dem Sekundärkanal (7) verbundene und dadurch von dem Sekundärdruck (P2) beaufschlagte Regelkammer (24) enthält, die durch eine mit dem Ventilglied (14) zusammenwirkende bewegliche Wand (27) von einer Federkammer (36) abgetrennt ist, in der sich eine die bewegbare Wand (27) im Sinne einer Verringerung des Volumens der Regelkammer (24) beaufschlagende Federeinrichtung (37) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkanal (6) über einen Steuerkanal (48) unter Umgehung des Sekundärkanals (7) mit der Federkammer (36) verbunden ist, wobei in den Steuerkanal (48) eine Steuerventileinrichtung (4) eingeschaltet ist, durch die eine Fluidverbindung zwischen dem Primärkanal (6) und der Federkammer (36) wahlweise freigebbar oder absperrbar ist, wobei der Druckregler (3) entweder in einer einen maximalen Überströmquerschnitt freigebenden Offen-Betriebsart oder in einer Druckregelungs-Betriebsart betreibbar ist.
Druckregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (4) elektrisch betätigbar ausgebildet ist.
Druckregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (4) eine Magnetventileinrichtung ist.
Druckregelvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (4) über eine manuelle Betätigung ermöglichende Handhilfsbetätigungsmittel (58) verfügt.
Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (4) in Baueinheit mit dem Druckregler (3) ausgeführt ist.
Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (4) eine die Fluidverbindung zwischen dem Primärkanal (6) und der Federkammer (36) freigebende Freigabestellung und eine die Fluidverbindung zwischen dem Primärkanal (6) und der Federkammer (36) absperrende Absperrstellung aufweist.
Druckregelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (4) von monostabiler Bauart ist und durch Federmittel (59) in entweder die Freigabestellung oder die Absperrstellung vorgespannt ist.
Druckregelvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (4) eine 3/2-Wege-Ventilfunktion hat und in der Absperrstellung die Federkammer (36) mit der Atmosphäre verbindet.
Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregler (3) über Sekundärentlüftungsmittel (47) verfügt, durch die eine offene Fluidverbindung zwischen der Federkammer (36) und dem Sekundärkanal (7) oder der Regelkammer (24) hervorrufbar ist, wenn der Sekundärdruck (P2) einen durch die Federkraft der Federeinrichtung (37) bestimmten Soll-Sekundärdruck überschreitet.
Druckregelvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärentlüftungsmittel (47) einen die bewegliche Wand (27) durchsetzenden Entlüftungskanal (54) enthalten, dem ein Entlüftungsventilsitz (55) zugeordnet ist, der mit dem Ventilglied (14) des Regelventils (13) zusammenwirkt.
Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkammer (36) zur Umgebung hin fluiddicht abgeschottet ist.
Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregler (3) eine Einstelleinrichtung (42) zur variablen Einstellung der Federkraft der Federeinrichtung (37) aufweist.
Druckregelvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (42) zur variablen Einstellung der Federkraft der Federeinrichtung (37) ein außerhalb des Reglergehäuses (5) zugängliches, manuell betätigbares Dreheinstellglied (43) aufweist.
Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbare Wand (27) zumindest teilweise von einer biegeflexiblen Membran (32) gebildet ist.
Druckregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere fluidisch in Reihe geschaltete Druckregeleinheiten (2) aufweist, die für ihre Druckregelungs-Betriebsart auf voneinander abweichende Sekundärdrücke (P2) einstellbar oder eingestellt sind und deren Steuerventileinrichtungen (4) zum wahlweisen Freigeben oder Absperren der Fluidverbindung zwischen dem Primärkanal (6) und der Federkammer (36) unabhängig voneinander betätigbar sind.