DE102016219115A1 - Steuerbares Druckregelventil - Google Patents

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DE102016219115A1
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control valve
pressure control
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controllable
controllable pressure
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DE102016219115.2A
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Florent Jean-Claude Georges Beani
Tiago Bertolote
Antoine Mareschal de Charentenay
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Ferton Holding SA
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Ferton Holding SA
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00Control of fluid pressure
    • G05D16/04Control of fluid pressure without auxiliary power
    • G05D16/06Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule
    • G05D16/063Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane
    • G05D16/0636Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane characterised by the loading device of the membrane, e.g. spring

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Abstract

Bei einem steuerbaren Druckregelventil für medizinische Geräte zum Einstellen eines Auslassdrucks, mit mindestens einem Membranelement, mindestens einer Federeinrichtung, wobei durch die Federeinrichtung eine Federkraft auf das Membranelement ausübbar ist, wobei die Federeinrichtung mit einer Vorspannkraft vorgespannt ist, einer Ventileinrichtung, die mit dem Membranelement gekoppelt ist und durch Verstellen des Membranelements geöffnet und geschlossen werden kann, einer Stelleinrichtung zum Einstellen der Vorspannkraft der Federeinrichtung, wodurch der Auslassdruck einstellbar ist, ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtung einen elektronisch steuerbaren Aktuator mit einer Welle zur Drehung um einen definierten Drehwinkel und Einstellung einer definierten Winkellage und ein Übertragungselement aufweist, wobei das Übertragungselement mit mindestens einer Ablaufkante exzentrisch auf der Welle angeordnet ist, wobei durch die exzentrische Anordnung des Übertragungselements die Ablaufkante des Übertragungselements einen veränderlichen Abstand zu der Rotationsachse aufweist, so dass das Übertragungselement bei Drehung der Welle eine Translationsbewegung überträgt, mittels der die Einstellung der Vorspannkraft der Federeinrichtung erfolgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein steuerbares Druckregelventil nach Anspruch 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Druckregelventile bekannt, die die Aufgabe haben, den eingestellten Betriebsdruck einer Anlage nach oben hin zu begrenzen und auftretende Druckschwankungen des Versorgungsdrucks möglichst gut auszugleichen.
  • Dabei sind Druckregelventile in der Ausgestaltung als Kolben-Regelventile und als Membran-Regelventile bekannt.
  • Die mit Kolben ausgestalteten Regelventile weisen häufig den Nachteil eines verzögerten Ansprechverhaltens aufgrund mechanischer Widerstände innerhalb der Ventilmechanik auf.
  • Die bekannten Membran-Regelventile weisen hingegen ein dynamischeres Ansprechverhalten als die Kolben-Regelventile auf und können auftretenden Druckschwankungen deutlich schneller begegnen.
  • Aus dem Stand der Technik sind steuerbare Druckregelventile mit mindestens einem Membranelement bekannt, wobei über mindestens eine Federeinrichtung auf das Membranelement eine Federkraft ausgeübt wird, wobei die Federeinrichtung mit einer Vorspannkraft vorgespannt ist, sowie einer Ventileinrichtung, die mit dem Membranelement gekoppelt ist und durch Verstellen des Membranelementes geöffnet und geschlossen werden kann, wobei die auf das Membranelement durch die Federeinrichtung ausgeübte Vorspannkraft mittels einer Stelleinrichtung, insbesondere einem Reglerknopf, manuell verstellbar ist.
  • Durch die Veränderung der mittels der Federeinrichtung auf das Membranelement ausgeübten Vorspannkraft ist der Auslassdruck des Membran-Regelventils einstellbar und damit der für die Anlage bzw. das Gerät bereitgestellte Betriebsdruck einstellbar.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Membran-Regelventile verfügen dabei über manuelle Stelleinrichtungen, wobei beispielsweise die auf das Membranelement durch eine Federeinrichtung ausgeübte Vorspannkraft mittels eines drehbaren Reglerknopfes veränderbar ist. Derartige manuell einstellbare Membran-Regelventile weisen häufig große geometrische Abmessungen auf.
  • Es besteht daher heutzutage ein Bedarf an Druckregelventilen, welche geringere geometrische Abmessungen aufweisen und die über ein verbessertes Reaktionsverhalten verfügen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein steuerbares Druckregelventil mit einem Membranelement zu schaffen, welches über reduzierte geometrische Abmessungen verfügt, dessen Einstellverhalten eine höhere Genauigkeit des eingestellten Arbeitsdrucks sowie eine beschleunigte Verstellung des gewünschten Betriebsdrucks ermöglicht.
  • Das erfindungsgemäße steuerbare Druckregelventil ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung einen elektronisch steuerbaren Aktuator mit einer Welle zur Drehung um einen definierten Drehwinkel und Einstellung einer definierten Winkellage und ein Übertragungselement aufweist, wobei das Übertragungselement mit mindestens einer Ablaufkante exzentrisch auf der Welle angeordnet ist, wobei durch die exzentrische Anordnung des Übertragungselementes die Ablaufkante des Übertragungselementes einen veränderlichen Abstand zu der Rotationsachse aufweist, so dass das Übertragungselement bei Drehung der Welle eine Translationsbewegung überträgt, mittels der die Einstellung der Vorspannkraft der Federeinrichtung erfolgt.
  • Die Ablaufkante kann in Kontakt mit der Federeinrichtung sein. Der veränderliche Abstand der Ablaufkante zu der Rotationsache bei Drehung der Welle ist insbesondere der Abstand der Ablaufkante, die in Kontakt mit der Federeinrichtung ist, von der Rotationsachse.
  • Bei der Ablaufkante kann es sich um eine Oberfläche des Körpers des Übertragungselements handeln, wobei diese Oberfläche in Kontakt mit der Federeinrichtung steht. Durch die Federkraft wird die Federeinrichtung gegen die Oberfläche der Ablaufkante gedrückt. Die Kontaktfläche zwischen der Federeinrichtung und der Ablaufkante kann dabei punktförmig, linienförmig oder flächig ausgestalt sein.
  • Die Nutzung eines elektronisch steuerbaren Aktuators mit einer drehbaren Welle weist den Vorteil auf, dass ein gewünschter Drehwinkel bzw. eine definierte Winkellage mit einer hohen Geschwindigkeit und einer hohen Präzision angefahren werden kann.
  • Der Auslassdruck des Druckregelventils wird dann der pneumatisch zu betreibenden Anlage oder der medizinischen Gerät als Betriebsdruck bereitgestellt.
  • Das Übertragungselement kann einteilig oder mehrteilig sein.
  • Das Übertragungselement kann ein Lagerelement aufweisen, das zwischen der Welle und der Ablaufkante angeordnet sein kann. Dies hat den Vorteil, dass die Ablaufkante nicht mit der Welle rotieren muss. Dadurch muss sich die Ablaufkante gegenüber der Federeinrichtung nicht bewegen. Dies hat den Vorteil, dass der einzustellende Drehwinkel bzw. die Winkellage höchst präzise und dynamisch eingestellt werden kann.
  • Sowohl das Lagerelement, als auch das Federelement können mehrteilig ausgebildet sein.
  • Vorzugsweise kann es vorgesehen sein, dass das Lagerelement als Gleitlager oder Wälzlager, insbesondere als Kugellager oder Nadellager, ausgeführt ist.
  • Die Vorsehung von Wälzlagern als Lagerelemente hat den Vorteil, dass zwischen einem Innenring und einem Außenring rollende Körper den Reibungswiderstand verringern.
  • Weiterhin weist die Nutzung von Wälzlagern den Vorteil auf, dass je nach Bauform zwischen dem Übertragungselement und der Federeinrichtung auftretende radiale und/oder axiale Kräfte aufgenommen werden können.
  • Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass das Übertragungselement durch eine Scheibe mit konstantem Ablaufkantenradius gebildet ist, wobei die Rotationsachse der Scheibe um den Betrag einer Exzentrizität von dem Mittelpunkt der Scheibe beabstandet ist. Die Scheibe kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Auch können die Scheiben durch ein Lagerelement gebildet sein.
  • Der Ablaufkantenradius ist dabei der Betrag des Abstands zwischen dem Mittelpunkt des Übertragungselements und der Oberfläche der Ablaufkante.
  • Die Vorsehung einer Scheibe mit konstantem Ablaufkantenradius als Übertragungselement weist den Vorteil auf, dass die Ablaufkante einen kontinuierlichen Verlauf ohne Sprünge aufweist, wodurch das notwendige Drehmoment zur Drehung des Übertragungselementes auf das notwendige Minimum reduziert wird.
  • Weiterhin weist die Vorsehung eines konstanten Ablaufkantenradius mit Verschiebung der Rotationsachse um den Betrag einer Exzentrizität von dem Mittelpunkt der Scheibe den Vorteil auf, dass bei Verdrehung des Übertragungselementes um einen definierten Winkelbetrag dieser immer den gleichen Hub der Translationsbewegung bewirkt. Bei gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit des Übertragungselementes wird diese in eine gleichmäßige Translationsgeschwindigkeit umgewandelt.
  • Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der Betrag der Exzentrizität dem halben Maximalhub der Translationsbewegung zur Einstellung der maximalen Vorspannkraft entspricht.
  • Dies hat den Vorteil, dass mittels der Ablaufkannte des Übertragungselementes lediglich die maximale Vorspannkraft eingestellt werden kann. Ein Überschreiten der maximalen Vorspannkraft ist aufgrund der geometrischen Ausgestaltung des Übertragungselementes nicht möglich. Durch die Vorgabe der maximalen Vorspannkraft wird ebenfalls der maximal zulässige Auslassdruck des Druckregelventils vorgegeben. Ein Überschreiten des maximal zulässigen Auslassdrucks wird somit bereits durch die geometrische Ausgestaltung des Übertragungselementes verhindert.
  • Aufgrund der geometrischen Ausgestaltung des Übertragungselementes tritt die maximale Vorspannkraft bei einem Auslenkwinkel des Übertragungselementes von 180° gegenüber der Ausgangsstellung auf. Die minimale Vorspannkraft liegt dabei bei einem Auslenkwinkel von 0° gegenüber der Ausgangsstellung vor. Die Ausgangsstellung des Übertragungselementes ist dabei derart definiert, dass zwischen der Rotationsachse des Aktuators und der Ablaufkante des Übertragungselementes der minimale Abstand auf der Seite der Federeinrichtung angeordnet ist, so dass die Federeinrichtung die maximale Ausdehnung und entsprechend geringste Vorspannkraft erfährt. Bei Verdrehung des Übertragungselementes um 180° gegenüber der Ausgangsstellung ist der größte Abstand zwischen der Ablaufkante und der Rotationsachse auf der Seite der Federeinrichtung angeordnet, so dass die Federeinrichtung die maximale Vorspannkraft aufweist.
  • Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Drehwinkel des elektronisch steuerbaren Aktuators und damit der mittels des Übertragungselementes auf die Federeinrichtung ausgeübte Hub der Translationsbewegung stufenlos einstellbar ist.
  • Die stufenlose Verstellung des ausgeübten Hubs der Translationsbewegung ermöglicht eine präzise Einstellung des Auslassdrucks des steuerbaren Druckregelventils. Über die stufenlose Einstellbarkeit können beliebige Auslassdrücke je nach Bedarf dynamisch eingestellt werden.
  • Der kontinuierliche Verlauf des Übertragungselementes weist den Vorteil auf, dass innerhalb des Druckregelventils auftretende Abweichungen des gewünschten Auslassdrucks beispielsweise aufgrund Verschleißerscheinungen des Druckregelventils unmittelbar durch die stufenlose Verstellung auch bei kleinsten Abweichungen ausgeglichen werden können.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann es ebenso vorgesehen sein, dass die Ablaufkante einen gestuften Verlauf insbesondere mit einer endlichen Anzahl an definierten Einstellpositionen aufweist. Diese Ausführungsform ermöglicht lediglich eine Anzahl von fest vorgegebenen Hubpositionen einzustellen und damit ebenso eine endliche Anzahl an vorgegebenen Federspannkräften einzustellen.
  • Weiterhin kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Aktuator einen elektronisch steuerbaren Elektromotor, insbesondere einen Schrittmotor aufweist.
  • Die Vorsehung eines elektronisch steuerbaren Elektromotors als Aktuator weist den Vorteil von geringen geometrischen Abmessungen bei gleichzeitig hohen Einstellgeschwindigkeiten auf.
  • Die Vorsehung eines Schrittmotors als Aktuator weist den Vorteil auf, dass der Schrittmotor auch ohne Vorsehung von Sensoren zur Positionsrückmeldung genau betrieben werden kann, dahingehend, dass eine gewünschte Winkellage präzise angefahren werden kann.
  • Weiterhin kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der elektronisch steuerbare Elektromotor mindestens einen Messwertsensor und eine Regelungselektronik aufweist, wobei die Regelungselektronik kontinuierlich einen vorgegebenen Sollwert mit dem aktuellen Istwert des Messwertsensors vergleicht und an den Aktuator Steuersignale ausgibt bis der Istwert dem Sollwert entspricht.
  • Der vom Messwertsensor kontinuierlich ermittelte Istwert wird an die Regelungselektronik übermittelt, der die Bewegung des Elektromotors entsprechend dem vorgegebenen Sollwert, wie etwa die Winkelposition der Welle oder Solldrehzahl in einem geschlossenen Regelkreis regelt.
  • Die Vorsehung eines geschlossenen Regelkreises mit kontinuierlicher Überwachung des aktuell vorliegenden Istwertes durch einen Messwertsensor hat beispielsweise gegenüber dem Schrittmotor den Vorteil, dass auch bei hohen auftretenden Lasten und Verstellgeschwindigkeiten die gewünschte Winkelposition höchst präzise und dynamisch eingestellt werden kann.
  • Weiterhin hat der geschlossene Regelkreis den Vorteil, dass etwaige Verschiebungen der Winkellage des Übertragungselementes aufgrund externer Kräfte detektiert werden können und entsprechende Steuersignale an den Elektromotor zur Wiederherstellung der gewünschten Winkellage übertragen werden können.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Messwertsensor mindestens einen oder eine Kombination der folgenden Parameter erfasst:
    Drehwinkel, Rotationsgeschwindigkeit und Drehmoment.
  • Die Messwerte des Drehwinkels, der Rotationsgeschwindigkeit und des Drehmomentes können mittels unterschiedlicher Sensoren direkt im Bereich des Elektromotors gemessen werden.
  • Weiterhin kann es ebenfalls vorgesehen sein, mittels entsprechender Sensoren beispielsweise den vorliegenden Hub der Translationsbewegung im Bereich der Federeinrichtung zu messen oder die Vorspannkraft der Federeinrichtung zu messen.
  • Weiterhin ist es ebenfalls denkbar, den Einlassdruck und/oder den Auslassdruck des steuerbaren Druckregelventils zu messen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit eines oder einer Kombination der vorgenannten Messwerte die Winkellage des elektronisch steuerbaren Elektromotors gesteuert wird.
  • Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass der Messwertsensor als Drehgeber, insbesondere als Resolver, Inkrementalgeber oder Absolutwertgeber ausgestaltet ist.
  • Bei dem Resolver handelt es sich um einen elektromagnetischen Messumformer zur Wandlung einer Winkellage des Rotors des Elektromotors in eine elektrische Größe.
  • Mittels eines Inkrementalgebers können Winkeländerungen der Motorwelle und die Drehrichtung erfasst werden.
  • Bei dem Absolutwertgeber werden die Lageinformationen in Form eines digitalen Zahlenwertes ausgegeben.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass es sich bei dem elektronisch steuerbaren Elektromotor um einen Servomotor mit einem Servoregler handelt.
  • Der Servomotor kann mit dem Servoregler zusammen einen geschlossenen Regelkreis bilden, wobei der Betrieb des Servomotors momenten-, geschwindigkeits- oder positionsgeregelt sein kann. Die Ausgestaltung des Servomotors mit einem geschlossenen Regelkreis weist die Vorteile auf, dass auch bei hoher Rotationsgeschwindigkeit der einzustellende Verstellwinkel höchst präzise eingestellt werden kann.
  • Weiterhin kann der Servomotor mit dem geschlossenen Regelkreis ebenfalls auf externe Störeinflüsse reagieren und auftretende Winkelabweichungen höchst dynamisch ausgleichen.
  • Ebenfalls ist es möglich kommerziell erhältliche Servomotoren mit integrierten Servoreglern als Aktuator für das steuerbare Druckregelventil zu nutzen.
  • Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass das steuerbare Druckregelventil über Dämpfungselemente schwingend gegenüber der Umgebung gelagert ist.
  • Die Lagerung über Dämpfungselementen weist den Vorteil auf, dass möglicherweise im Betrieb des Druckregelventils auftretende Schwingungen aufgrund von Druckschwankungen über die Dämpfungselemente gedämpft und nicht an die Umgebung des Druckregelventils weitergegeben werden. Beispielsweise kann bei Vorsehung des erfindungsgemäßen Druckregelventils in einem medizinischen Gerät dieses gegenüber dem sonstigen Gehäuse des medizinischen Gerätes über die vorgenannten Dämpfungselemente gedämpft gelagert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Schwingungen des Druckregelventils nicht an das medizinische Gerät bzw. lediglich gedämpft an das medizinische Gerät übertragen werden. Dies weist ebenfalls den Vorteil auf, dass die während des Betriebs des steuerbaren Druckregelventils auftretenden Schallemissionen gegenüber der Umgebung insbesondere dem medizinischen Gerät gedämpft werden.
  • Besonders bevorzugt ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Auslassdruck des steuerbaren Druckregelventils stufenlos zwischen 0 und 5 Bar steuerbar ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Welle des Aktuators im Wesentlichen orthogonal zu der Ebene der Translationsbewegung der Federeinrichtung verläuft.
  • Bevorzugt kann eine Verwendung des steuerbaren Druckregelventils in einem medizinischen Gerät, insbesondere in einem medizinischen Pulverstrahlgerät für dentale Anwendungen vorgesehen werden.
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt des steuerbaren Druckregelventils in einer Frontalansicht,
  • 2 eine seitliche Schnittansicht des Oberteils des steuerbaren Druckregelventils,
  • 3a die exzentrische Anordnung des Übertragungselementes in einer ersten Ausgangsstellung,
  • 3b die exzentrische Konfiguration des Übertragungselementes in einer zweiten Stellung, und
  • 3c die Konfiguration des exzentrischen Übertragungselementes in einer dritten Endstellung.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines steuerbaren Druckregelventils 1 für medizinische Geräte zum Einstellen eines Auslassdrucks 11. Bei dem dargestellten steuerbaren Druckregelventil 1 wird mit einer Federeinrichtung 15 auf ein Membranelement 13 eine Federkraft 151 ausgeübt. Diese Federkraft 151 ist durch die Drehung der Welle 23 verstellbar, wobei aufgrund des veränderlichen Abstandes 253 der Ablaufkante des Übertragungselementes 25 relativ zu der Rotationsachse 27 eine Translationsbewegung 28 von der Ablaufkante 251 des Übertragungselementes 25 auf die Federeinrichtung 15 ausgeübt wird, wodurch die Vorspannkraft 153 der Federeinrichtung 15 verändert werden kann.
  • In der Mitte des Membranelementes 13 befindet sich ein Dichtungselement 7, das im dargestellten Betriebszustand dichtend auf der Stirnseite des Regelerkolbens aufsitzt. Auf das Membranelement 13 wirken die Vorspannkraft 153 der Federeinrichtung 15 und eine durch den Auslassdruck 11 hervorgerufene Kräfte.
  • Durch das Verstellen der Vorspannkraft 153 der Federeinrichtung 15 kann der Auslassdruck 11 eingestellt werden.
  • Durch das Verstellen der Vorspannkraft 153 der Federeinrichtung 15 oder durch Absinken des Auslassdrucks 11 unter den eingestellten Auslassdruck 11 wird der Reglerkolben 8 nach unten gedrückt und gibt dadurch den unteren Dichtungssitz 9 der Ventileinrichtung 16 frei, während die Stirnseite des Reglerkolbens 8 weiterhin das Dichtungselement 7 des Membranelementes 13 verschließt. Damit ist der Durchfluss vom Druckeinlass 5 zum Druckauslass 6 zum Zwecke des Be- und Entlüftens des steuerbaren Druckregelventils 1 frei. Der am Druckeinlass 5 anliegende Druck ist höher als der am Druckauslass 6 anliegende Auslassdruck 11, wobei durch die Freigabe des Dichtungssitzes 9 der Auslassdruck 11 ebenfalls ansteigt.
  • Bei einem Anstieg des Auslassdrucks 11 über den mittels der Vorspannkraft 153 eingestellten Auslassdruck 11 hinaus erzeugt dieser an der Unterseite des Membranelementes 13 eine Kraft, die höher als die Vorspannkraft 153 ist, wodurch das Membranelement 13 nach oben verschoben und die Federeinrichtung 15 zusammengedrückt wird. Durch die zweite Federeinrichtung 15 des Reglerkolbens 8 bewegt sich dieser nach oben und verschließt den unteren Dichtungssitz 9 der Ventileinrichtung 16 vollständig, reicht aber nicht an den Dichtungssitz 7 des Membranelementes 13 heran. Hierdurch wird es ermöglicht, dass die Luft über das Dichtungselement 7 des Membranelementes 13 über eine Entlüftungsöffnung 4 am Gehäuse des Druckregelventils 1 entweicht. Dadurch sinkt der Auslassdruck 11 ab, so dass die mittels des Auslassdrucks 11 auf das Membranelement 13 ausgeübte Kraft absinkt, wodurch das Membranelement nach unten verschoben wird bis das Dichtungselement 7 dichtend auf der Stirnseite des Regelerkolbens aufsitzt. In dieser Situation entspricht die Vorspannkraft 153 der durch den Auslassdruck 11 auf das Membranelement ausgeübten Kraft, so dass das Membranelement 13 durch diese Kräfte im Gleichgewicht gehalten wird.
  • Die Stelleinrichtung 2 weist einen elektronisch steuerbaren Aktuator 21 (in 1 nicht sichtbar) mit einer Welle 23 zur Drehung um einen definierten Drehwinkel 231 und Einstellung einer definierten Winkellage 233 sowie ein Übertragungselement 25 auf. Das Übertragungselement 25 ist exzentrisch auf der Welle 23 angeordnet und weist eine Ablaufkante 251 auf.
  • 2 zeigt einen seitlichen Schnitt durch den oberen Teil des steuerbaren Druckregelventils 1 gemäß 1, der untere Teil wurde zur Vermeidung von Wiederholungen ausgeblendet.
  • Das in der 2 gezeigte Ausführungsbeispiel des steuerbaren Druckregelventils 1 verfügt über eine Stelleinrichtung 2, wobei die Stelleinrichtung 2 über einen elektronisch steuerbaren Aktuator 21 zum Antrieb verfügt. In der gezeigten Ausführungsform ist der steuerbare Aktuator 21 vorzugsweise über einen elektronisch steuerbaren Elektromotor 211 gebildet, wobei dieser vorzugsweise zwei Messwertsensoren 22 aufweist, welche über eine Ableitung mit vorzugsweise einer Regelungseletronik 24 verbunden sind. Die Regelungselektronik 24 erhält vorzugsweise einen extern vorgegebenen Sollwert 241 und vergleicht diesen mit den über die Messwertsensoren 22 erhaltenen Istwerten 243. In Abhängigkeit des Vergleiches des Soll- 241 mit dem Istwert 243 gibt die Regelungselektronik 24 entsprechende Steuersignale 245 an den elektronisch steuerbaren Elektromotor 211 aus, um den gemessenen Istwert 243 an den vorgegebenen Sollwert 241 anzupassen. Im Falle des Vorliegens einer Abweichung zwischen dem Soll- 241 und Istwert 243 wird der elektronisch steuerbare Elektromotor 211 vorzugsweise in diejenige Drehrichtung gedreht, die einen geringeren Verfahrweg zum Erreichen des Sollwerts 241 aufweist. Dieser Vorgang führt dazu, dass sich die Abweichung zwischen Ist- 243 und Sollwert 241 verringert ist. Dabei wird die Regelungsprozedur vorzugsweise solange wiederholt bis der aktuelle Istwert 243 inkrementell oder via Approximation innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen des Sollwerts 241 liegt.
  • In der dargestellten Ausführungsform verfügt der elektronisch steuerbare Aktuator 21 über eine Welle 23, auf welcher ein Übertragungselement 25 mit einer Ablaufkante 251 exzentrisch angeordnet ist. Das Übertragungselement 25 weist ein erste drehfest mit der Welle 23 verbundenes Element 25a und ein Lagerelement 29 auf. Bei dem Lagerelement 29 kann es sich allgemein um ein Wälzlager 291 handeln. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Form eines Kugellagers 291a dargestellt.
  • Die Federeinrichtung 15 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 2 zweielementig aus einer Schraubenfeder bzw. Druckfeder und einem im Wesentlichen zylinderförmigen Oberteil gebildet. Darüber hinaus verfügt das steuerbare Druckregelventil 1 über zwei weitere Lagerungselemente 29b, worüber die Welle 23 des elektronisch steuerbaren Aktuators 21 gegenüber dem sonstigen Gehäuse gelagert ist. Über diese Lagerungselemente 29 kann die auf das Übertragungselement 25 einwirkende Federkraft 151 der Federeinrichtung 15 aufgenommen werden.
  • Die 3a bis 3c zeigen von links nach rechts gesehen den möglichen Bewegungsablauf des steuerbaren Druckregelventils 1.
  • In der 3a ist die exzentrische Anordnung des Übertragungselementes 25 in der Ausgangsstellung dargestellt. Es ist die Exzentrizität 254 dargestellt. In der Ausgangsstellung ist zwischen der Rotationsachse 27 der Welle 23 des Aktuators 21 (in 3a bis 3c nicht sichtbar) und der in Kontakt mit der Federeinrichtung befindlichen Ablaufkante 251 ein minimaler Abstand vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist damit der minimale Abstand zwischen Rotationsachse 27 und Ablaufkante 251 des Übertragungselementes 25 nach unten ausgerichtet. Das kolbenförmig ausgebildete Element der Federeinrichtung 15 befindet sich damit in der obersten möglichen Position. In der Position gemäß 3a weist die Federeinrichtung 15 die maximale Ausdehnung und damit die minimale Vorspannkraft 153 auf.
  • Die 3a zeigt damit die Einstellung des minimalen gewünschten Auslassdrucks 11 des steuerbaren Druckregelventils 1.
  • In der 3c wurde die exzentrische Anordnung des Übertragungselementes 25 um 180° gegenüber der Ausgangsstellung gemäß 3a verdreht. In der 3c ist somit der Abstand zwischen der Rotationsachse 27 und der in Kontakt mit der Federeinrichtung befindlichen Ablaufkante 251 des Übertragungselementes 25 maximal. Die Federeinrichtung 15 ist in der dargestellten Einstellung des Übertragungselementes 25 maximal zusammengedrückt bzw. gestaucht, wodurch die maximal einstellbare Vorspannkraft 153 vorliegt.
  • In 3b ist eine Mittelstellung der exzentrischen Anordnung des Übertragungselementes 25 gezeigt, wobei das Element 25a das Übertragungselement 25 gegenüber der Ausgangsposition um einen Drehwinkel 231 rotiert wurde.

Claims (15)

  1. Steuerbares Druckregelventil (1) für medizinische Geräte zum Einstellen eines Auslassdrucks (11), mit – mindestens einem Membranelement (13), – mindestens einer Federeinrichtung (15), wobei durch die Federeinrichtung (15) eine Federkraft (151) auf das Membranelement (13) ausübbar ist, wobei die Federeinrichtung (15) mit einer Vorspannkraft (153) vorgespannt ist, – einer Ventileinrichtung (16), die mit dem Membranelement (13) gekoppelt ist und durch Verstellen des Membranelements (13) geöffnet und geschlossen werden kann, – einer Stelleinrichtung (2) zum Einstellen der Vorspannkraft (153) der Federeinrichtung (15), wodurch der Auslassdruck (11) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (2) einen elektronisch steuerbaren Aktuator (21) mit einer Welle (23) zur Drehung um einen definierten Drehwinkel (231) und Einstellung einer definierten Winkellage (233) und ein Übertragungselement (25) aufweist, wobei das Übertragungselement (25) mit mindestens einer Ablaufkante (251) exzentrisch auf der Welle (23) angeordnet ist, wobei durch die exzentrische Anordnung des Übertragungselements (25) die Ablaufkante (251) des Übertragungselements (25) einen veränderlichen Abstand (253) zu der Rotationsachse (27) aufweist, so dass das Übertragungselement (25) bei Drehung der Welle (23) eine Translationsbewegung (28) überträgt, mittels der die Einstellung der Vorspannkraft (153) der Federeinrichtung (15) erfolgt.
  2. Steuerbares Druckregelventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement ein Lagerelement (29) aufweist, das zwischen der Welle (23) und der Ablaufkante (251) angeordnet ist.
  3. Steuerbares Druckregelventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (29) als Wälzlager (291), insbesondere als Kugellager (291a) oder Nadellager (291b) ausgeführt ist.
  4. Steuerbares Druckregelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (25) durch eine Scheibe (255) mit konstantem Ablaufkantenradius (252) gebildet ist, wobei die Rotationsachse (27) der Scheibe (255) um den Betrag einer Exzentrizität (254) von dem Mittelpunkt (256) der Scheibe (255) beabstandet ist.
  5. Steuerbares Druckregelventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Exzentrizität (254) dem halben Maximalhub (282) der Translationsbewegung (28) zur Einstellung der maximalen Vorspannkraft (153) entspricht.
  6. Steuerbares Druckregelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (231) des elektronisch steuerbaren Aktuators (21) und damit der mittels des Übertragungselementes (25) auf die Federeinrichtung (15) ausgeübte Hub (281) der Translationsbewegung (28) stufenlos einstellbar sind.
  7. Steuerbares Druckregelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (21) einen elektronisch steuerbaren Elektromotor (211), insbesondere einen Schrittmotor (211a) aufweist.
  8. Steuerbares Druckregelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronisch steuerbare Elektromotor (211) mindestens einen Messwertsensor (22) und eine Regelungselektronik (24) aufweist, wobei die Regelungselektronik (24) kontinuierlich einen vorgegebenen Sollwert (241) mit dem aktuellen Istwert (243) des Messwertsensors (22) vergleicht und an den Aktuator (21) Steuersignale (245) ausgibt bis der Istwert (243) dem Sollwert (241) entspricht.
  9. Steuerbares Druckregelventil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertsensor (22) mindestens einen oder eine Kombination der folgenden Parameter erfasst: Drehwinkel (231), Rotationsgeschwindigkeit oder Drehmoment.
  10. Steuerbares Druckregelventil (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertsensor (22) als Drehgeber (221), insbesondere als Resolver (221a), Inkrementalgeber (221b) oder Absolutwertgeber (221c) ausgestaltet ist.
  11. Steuerbares Druckregelventil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem elektronisch steuerbaren Elektromotor (211) um einen Servomotor (211b) mit einem Servoregler (24a) handelt.
  12. Steuerbares Druckregelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Druckregelventil (1) über Dämpfungselemente (3) schwingend gegenüber der Umgebung gelagert ist.
  13. Steuerbares Druckregelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassdruck (11) des steuerbaren Druckregelventils (1) stufenlos zwischen 0 und 5 bar steuerbar ist.
  14. Steuerbares Druckregelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (23) des Aktuators (21) im Wesentlichen orthogonal zu der Ebene der Translationsbewegung (28) der Federeinrichtung (15) verläuft.
  15. Verwendung eines steuerbaren Druckregelventils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem medizinischen Gerät, insbesondere in einem medizinischen Pulverstrahlgerät für dentale Anwendungen.
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