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Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Gasbrenner.
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Regeleinrichtungen für Gasbrenner
sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Bekannte Regeleinrichtungen
für Gasbrenner
verfügen über ein
Hauptventil, ein Servoventil und einen Servoregler, wobei nach dem
Stand der Technik der Servoregler der Sollwerteinstellung und der
Regelung eines Gasausgangsdrucks dient.
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Eine derartige Regeleinrichtung ist
aus der
DE 100 26
035 A1 bekannt. Die dort beschriebene Regeleinrichtung
für Gasbrenner
weist ein Haupt- und ein Servoventil auf, wobei über das Servoventil die Öffnung des
Hauptventils geregelt wird. Zur Modulation des Gasausgangsdrucks
ist ein Aktuator für das
Servoventil vorgesehen, der ein Öffnen
und Schließen
des Servoventils mit einer entsprechenden Pulsweite erzielt.
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Häufig
wird bei Regeleinrichtungen für
Gasbrenner jedoch ein erhöhter
Sicherheitsstandard verlangt. Gemäß diesem wird eine erhöhte Sicherheit hinsichtlich
des Schließens
des Hauptventils und eine Unterbrechung des Gasflusses verlangt.
Derartigen Sicherheitsanforderungen wird üblicherweise durch ein zweites
in Reihe geschaltetes Hauptventil Rechnung getragen. Bei einer derartigen
Konstruktion wird verlangt, dass auch bei Defekt oder Ausfall eines
der Hauptventile der Gasstrom sicher unterbrochen wird. Derartige
Regeleinrichtungen erlauben in dem meisten Fällen jedoch keine Modulation
des Druckes bzw. des Ventils oder die Modulation ist ausgesprochen
schwierig bzw. wirdden diesbezüglichen Anforderungen
nur unzureichend gerecht.
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Aus der
DE 100 18 757 A1 ist eine
Gasarmatur zum Regeln des Gasdrucks und zum Absperren eines Gasstroms
bekannt, die über
zwei hintereinander angeordnete Hauptventile verfügt, die
jeweils über
Membranen betätigt
werden. Diese Membranen teilen den Gasraum in einen ersten und einen
zweiten Gasraum. Die Regelung erfolgt bei dieser Regeleinrichtung über zwei
Zweiwegeventile, einen Druckverstärker sowie einen Servoregler.
Wenngleich mit der in diesem Dokument beschriebenen Regelung eine
gute Modulation des Gasdrucks erzielbar ist, wird die von der Erfindung
angestrebte hohe Sicherheit durch doppelte Hauptventile und eine
Regeleinrichtung, die ein sicheres Schließen der Einrichtung bei Fehlfunktion
gewährleistet,
bei diesem Stand der Technik nicht erfüllt. Der Gasraum auf der dem
Ventilkörper
abgewandten Seite der Membran des ersten Hauptventils ist bei der
beschriebenen Konstruktion immer mit dem entsprechenden Gasraum
des zweiten Hauptventils in Verbindung. Eine unabhängige Betätigung der
beiden Hauptventile ist nicht möglich.
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Die
DE 198 21 853 C1 beschreibt eine Regeleinrichtung
für Gasbrenner,
bei der die Regelung über
elektromagnetische Ventile erfolgt. Mittels der dargestellten Anordnung
der elektromagnetischen Ventile kann zwar ebenfalls eine gute Modulation
des Ausgangsdrucks erreicht werden. Ein mit dem Anmeldungsgegenstand
vergleichbarer Sicherheitsstandard, der auch beim Ausfall der Regelung,
also auch der Stromzufuhr, sowie bei Versagen eines Hauptventils
dennoch ein sicheres Schließen
der Regeleinrichtung gewährleistet,
wird jedoch nicht erzielt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Regeleinrichtung für
Gasbrenner mit einem doppelten Hauptventil zu schaffen, die zum
einen eine gute Modulation ermöglicht,
zum anderen gewährleistet,
dass auch bei Ausfall eines Hauptventils der Gasstrom sicher unterbrochen
wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird eine Regeleinrichtung
mit zwei hintereinander vorgesehenen Hauptventilen vorgeschlagen,
die jeweils von einem mittels eines Aktuators betätigten Servoventils
gesteuert werden. Die Hauptventile sind mittels einer Membran betätigbar,
die einen ersten Gasraum begrenzt. Gemäß der Erfindung ist das erste
Servoventil über
Gasleitungen mit dem ersten Gasraum des ersten Hauptventils, einem
zweiten Gasraum im Einlassbereich des ersten Hauptventils und über eine dritte
Gasleitung mit dem ersten Gasraum des zweiten Hauptventils verbunden.
Durch diese Konstruktion wird gewährleistet, dass bei Fehlfunktion
des ersten Servoventils und einer daraus resultierenden Entlastung
des ersten Gasraumes, die zum Öffnen
des Hauptventils führt,
das Gas aus dem ersten Gasraum in den ersten Gasraum des zweiten
Hauptventils entlastet wird. Hierdurch wird die im geschlossenen
Zustand der Regeleinrichtung bestehende Druckdifferenz zwischen
dem ersten Gasraum des zweiten Hauptventils und dem Einlassbereich
des zweiten Hauptventils noch erhöht und das zweite Hauptventil sicher
geschlossen bzw. sicher geschlossen gehalten. Eine Fehlfunktion
des ersten Servoventils kann daher nicht zu einem unbeabsichtigten Öffnen der Regeleinrichtung
und zu einer unbeabsichtigten Gasströmung durch die Regeleinrichtung
führen.
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Liegt eine Fehlfunktion am zweiten
Servoventil vor, führt
das selbstverständlich
ebenfalls nicht zu einem unbeabsichtigten Öffnen der Regeleinrichtung
und einem unerwünschten
Gasstrom, da die Funktion des ersten Hauptventils hierdurch nicht
berührt
wird und das erste Hauptventil somit sicher die Regeleinrichtung
verschließt.
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Vorteilhaft kann die Dreiwegeventileinrichtung
so geschaltet werden, dass entweder der erste Gasraum mit dem zweiten
Gasraum oder der erste Gasraum mit dem dritten Gasraum verbunden
wird. Über
eine derartige Schaltung lässt
sich auf einfache Weise das Hauptventil steuern und darüber hinaus der Öffnungsquerschnitt
des Hauptventils modulieren, um die gewünschte Modulation der Gasströmung durch
die Regeleinrichtung zu erzielen.
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Zweckmäßig wird das Hauptventil mittels
einer Feder in die geschlossene Stellung belastet und wird durch
Unterdruck in dem ersten Gasraum gegenüber dem zweiten Gasraum geöffnet. Hierzu
ist das Hauptventil mit einer Membran in Wirkverbindung, die den
ersten Gasraum abtrennt. Geschlossen wird das Hauptventil durch Überdruck
im ersten Gasraum und die Kraft der Feder.
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An derartige gattungsgemäße Regeleinrichtungen
werden hinsichtlich der Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeit
des Hauptventils bestimmte Anforderungen gestellt. Um diese zu erfüllen, sind
die Querschnitte und Strömungswiderstände in den
Gasleitungen und durch die Ventile hindurch auf die gewünschte Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeit
des Hauptventils vorteilhaft abgestimmt. Weiterhin ist es vorteilhaft,
den Querschnitt und die Strömungswiderstände in den
Gasleitungen und den Ventilen, insbesondere in der Gasleitung, die
die Ventile mit dem zweiten Gasraum verbindet, und dem entsprechenden
Einlassbereich der Ventile für
eine Modulation der Öffnung
des Hauptventils abzustimmen. Eine wirkungsvolle und gut steuerbare
Modulation ist nur möglich,
wenn der gewünschte Öffnungsquerschnitt des
Hauptventils reproduzierbar und zuverlässig einstellbar ist. Dies
ist bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung
ohne weiteres möglich,
da die Gasleitung für
den Druckaufbau im ersten Gasraum vollkommen unabhängig von
der Gasleitung für
den Druckabbau im ersten Gasraum ausgeführt ist.
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Vorteilhaft ist das erste und/oder
das zweite Servoventil als Dreiwegeventileinrichtung ausgebildet,
die wahlweise den ersten Gasraum mit dem zweiten Gasraum oder den
ersten Gasraum mit dem dritten Gasraum verbindet. Eine derartige
Dreiwegeventileinrichtung kann durch ein Dreiwegeventil oder eine
Kombination von Zweiwegeventilen gebildet werden.
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Vorteilhaft ist das zweite Servoventil
als Dreiwegeventileinrichtung ausgebildet und über eine erste Gasleitung mit
der dritten Gasleitung des ersten Servoventils und auf diese Weise
mit dem ersten Gasraum des zweiten Hauptventils verbunden. Alternativ
kann eine direkte Verbindung des zweiten Servoventils mit dem ersten
Gasraum des zweiten Hauptventils vorgesehen sein. Weiterhin ist
zweckmäßiger Weise
eine zweite Gasleitung mit einem zweiten Gasraum des zweiten Hauptventils
im Einlassbereich verbunden und weiterhin eine dritte Gasleitung
mit einem dritten Gasraum im Auslassbereich der Regeleinrichtung.
Auf diese Weise kann die Druckdifferenz zwischen dem ersten Gasraum
des zweiten Hauptventils und dem zweiten Gasraum des zweiten Hauptventils
im Einlassbereich eingestellt werden, um das zweite Hauptventil
zu betätigen.
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Das zweite Servoventil kann als Zweiwegeventil
ausgebildet sein, das über
eine einlassseitige Gasleitung in ähnlicher Weise mit der Gasleitung
des ersten Servoventils oder dem ersten Gasraum des zweiten Hauptventils
verbunden ist, wobei eine weitere einlassseitige Verbindung mit
dem zweiten Gasraum des zweiten Hauptventils im Einlassbereich vorgesehen
ist. Weiterhin ist eine dritte Gasleitung angeordnet, die das Zweiwegeventil
mit einem dritten Gasraum im Auslassbereich der Regeleinrichtung verbindet,
um das Gas aus dem ersten Gasraum des zweiten Hauptventils in den
Auslassbereich der Regeleinrichtung entlassen zu können, um
somit das zweite Hauptventil zu öffnen.
Die Funktionsweise dieser Konstruktion wird näher anhand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben. Bei Verwendung von Zweiwegventilen, deren Einlassseite
mit zwei Gasräumen
verbunden ist, müssen
die Strömungsquerschnitte
und/oder Strömungswiderstände der
Gasleitungen aufeinander abgestimmt sein, wobei Drosseln in den
Gasleitungen vorgesehen sein können,
um die Strömungswiderstände entsprechend
zu beeinflussen.
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Vorteilhaft kann bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung
zwischen der dritten Gasleitung und dem dritten Gasraum, also der
Entlastungsleitung des zweiten Servoventils, ein Druckbe grenzer vorgesehen
sein. Dieser Druckbegrenzer hat die Aufgabe, ab einem bestimmten
Grenzdruck im Auslassbereich der Regeleinrichtung die dritte Gasleitung des
zweiten Servoventils und somit die Entlastungsleitung zu schließen und
auf diese Weise ein Schließen
zunächst
des zweiten Hauptventils zu bewirken, um den Gasbrenner vor Überdruck
zu schützen.
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Alternativ kann als erstes Servoventil
auch ein Zweiwegeventil zum Einsatz kommen, dass einlassseitig mit
der ersten und der zweiten Gasleitung verbunden ist, wobei die Strömungsquerschnitte und/oder
Strömungswiderstände der
Gasleitungen vom ersten Gasraum zum Zweiwegeventil und vom zweiten
Gasraum zum zweiten Zweiwegeventil unterschiedlich ausgelegt sind.
Auf diese Weise kann ebenso wie bei der beschriebenen Konstruktion
mit Dreiwegeventilen ein sicheres Schließen der beiden Hauptventile
gewährleistet
werden. Eine derartige Konstruktion wird näher anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels
erläutert.
Zur Abstimmung der Strömungswiderstände der
unterschiedlichen Gasleitungen können
Drosseln in den Gasleitungen vorgesehen sein. Zweckmäßiger Weise
wird eine derartige Konstruktion mit einem Druckregler zwischen
der dritten Gasleitung und dem dritten Gasraum versehen, mittels
dem ein Schließen
zunächst
des zweiten Hauptventils in Abhängigkeit
vom Auslassdruck im Auslassbereich der Regeleinrichtung ermöglicht wird.
Grundsätzlich
entspricht die Funktionsweise der dargelegten Konstruktion, die
mit einem Begrenzer versehen ist, wobei durch den Druckregler der Grenzdruck
einstellbar bzw. veränderlich
ist. Anhand der Figuren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel mit
zwei Dreiwegeventilen.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel, ähnlich dem
ersten Ausführungsbeispiel,
das zusätzlich
mit einem Druckbegrenzer versehen ist.
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3.
zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei
dem ein Dreiwegeventil zusammen mit einem Zweiwegeventil zum Einsatz
kommt.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem zwei Zweiwegeventile vorgesehen sind.
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5 zeigt
eine Alternative für
eines der Hauptventile der Ausführungsbeispiele.
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Zunächst wird die Funktionsweise
des ersten Hauptventils erläutert.
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Das Gas strömt vom Einlass 14 zum zweiten Gasraum 5.
Befindet sich das Hauptventil in der dargestellten geschlossenen
Stellung, sitzt also der Ventilteller 1 auf dem Ventilsitz 2 auf,
kann das Gas nicht weiter zum dritten Gasraum 11 und somit
nicht weiter zum Auslass 15 strömen. Die Gasströmung ist
unterbrochen und die Regeleinrichtung gesperrt. Der Ventilteller 1 wird
mittels einer Druckfeder 10 in die geschlossene Stellung,
daher auf den Ventilsitz 2 gedrückt. Der Ventilteller 1 ist
in Wirkverbindung mit einer Membran 3, die im oberen Bereich
der Regeleinrichtung einen ersten Gasraum 4 abtrennt. Das Hauptventil
wird bei Überdruck
in dem ersten Gasraum 4 gegenüber dem zweiten Gasraum 5 geschlossen,
wobei die Kraft der Druckfeder 10 den Schließvorgang
unterstützt.
Das Dreiwegeventil 9 ist mit drei Gasleitungen verbunden,
von denen die erste Gasleitung 7 mit dem ersten Gasraum 4 oberhalb der
Membran 3 verbunden ist. Die zweite Gasleitung 6 verbindet
das Dreiwegeventil 9 mit dem zweiten Gasraum 5.
Die dritte Gasleitung 8 schließlich verbindet das Dreiwegeventil 9 mit
dem dritten Gasraum 24.
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In der dargestellten geschlossenen
Stellung ist das Dreiwegeventil 9 so geschaltet, dass die
erste Gasleitung 7 und die zweite Gasleitung 6 miteinander verbunden
sind. Aufgrund dieser Schaltung wird der Gasdruck, der am Einlass 14 und
somit im zweiten Gasraum 5 vorliegt, in den ersten Gasraum 4 eingeführt. Es
besteht somit keine Druckdifferenz zwischen dem ersten Gas raum 4 und
dem zweiten Gasraum 5. Aufgrund der fehlenden Druckdifferenz übt die Membran 3 keine
Kraft auf das Hauptventil aus und der Ventilteller 1 des
Hauptventils wird durch die Feder 10 in der geschlossenen
Stellung gehalten.
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Zum Öffnen des Hauptventils wird
das Dreiwegeventil 9 in eine Stellung gebracht, in der
es die erste Gasleitung 7 mit der dritten Gasleitung 8 verbindet.
Aufgrund dieser Verbindung wird der Druck im ersten Gasraum 4 zum
dritten Gasraum 11 und damit zur Auslassseite des ersten
Hauptventils hin entlastet. Der Druck im ersten Gasraum 4 wird
daher rasch abgebaut. Aufgrund der so entstehenden Druckdifferenz
zwischen erstem Gasraum 4 und zweitem Gasraum 5 wird
das Hauptventil geöffnet,
da der Druck im zweiten Gasraum 5 höher ist als der Druck im ersten Gasraum 4. Über die
Membran 3 wird somit der Ventilteller 1 gegen
die Kraft der Feder 10 nach oben bewegt und vom Ventilsitz 2 abgehoben,
wodurch der Öffnungsquerschnitt
des Hauptventils freigegeben wird. Soll das Hauptventil wieder geschlossen
werden, wird das Dreiwegeventil 9 einfach in die eingangs
genannte Stellung gebracht, in der die erste Gasleitung 7 mit
der zweiten Gasleitung 6 verbunden ist. Auf diese Weise
wird wieder Druck im ersten Gasraum 4 aufgebaut und das
Hauptventil geschlossen. Durch geeignete Zwischenstellung des Dreiwegeventils 9 ist
es möglich,
eine bestimmte Druckdifferenz zwischen dem ersten Gasraum 4 und
dem zweiten Gasraum 5 einzustellen. Hierzu muss das Einströmen des
Gases über
die zweite Gasleitung 6 und die erste Gasleitung 7 in
den ersten Gasraum 4 sowie das Abströmen des Gases über die
dritte Gasleitung 8 entsprechend eingestellt werden.
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Die Strömungsquerschnitte durch die
Gasleitungen sowie durch das Dreiwegeventil 9 hindurch sind
ebenso wie die Strömungswiderstände auf
das Öffnungs-
und Schließverhalten
des Hauptventils abgestimmt. Um ein schnelles Öffnen und/oder Schließen zu erreichen,
sind grundsätzlich
große
Querschnitte und geringe Strömungswiderstände zweckmäßig. Die
Abstimmung der Querschnitte und Strömungswiderstände muss
jedoch auch hinsichtlich des gewünschten
Modulationsverhaltens des Hauptventils erfolgen. Insbesondere die
Verbindung des ersten Gasraums 4 mit dem zweiten Gasraum 5 muss
daher hinsichtlich Querschnitt und Strömungswiderstand auf das Öffnungsverhalten
des Hauptventils besonders auf die Feder 10 sowie die Membran 3 abgestimmt
werden, um die gewünschte
Modulation des Öffnungsquerschnitts
zu ermöglichen.
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Um das erste Hauptventil zu öffnen, wird
somit das Gas im ersten Gasraum 4 über die Gasleitungen 7 und 8 in
den ersten Gasraum 24 des zweiten Hauptventils entlastet.
Wird weiterhin das zweite Servoventil 29 so geschaltet,
dass dessen erste Gasleitung 27 mit der dritten Gasleitung 28 verbunden
wird, wird der erste Gasraum 24 des zweiten Hauptventils mit
dem dritten Gasraum 31 des zweiten Hauptventils verbunden.
Auf diese Weise wird auch der erste Gasraum 24 des zweiten
Hauptventils in den dritten Gasraum 31 des zweiten Hauptventils
und somit in den Auslass 35 der Regeleinrichtung entlastet.
Es werden also beide erste Gasräume 4, 24 der
Hauptventile entlastet und somit beide Hauptventile geöffnet. Erfolgt
die Schaltung der Servoventile 9 und 29 gleichzeitig,
strömt
das Gas aus dem ersten Gasraum 4 des ersten Hauptventils
direkt über
das zweite Servoventil 29 in den dritten Gasraum 31 des
zweiten Hauptventils. Zum Schließen der Regeleinrichtung wird
das erste Servoventil 9 in die Stellung gebracht, in der
die Gasleitungen 6 und 7 miteinander verbunden
sind, und somit erfolgt eine Verbindung des ersten Gasraums 4 des
ersten Hauptventils mit dem zweiten Gasraum 5 des ersten
Hauptventils. Auf diese Weise wird die Druckdifferenz zwischen den beiden
Gasräumen
beseitigt und das erste Hauptventil geschlossen. Analog wird das
zweite Servoventil 29 in die Stellung gebracht, in der
die erste Gasleitung 27 des zweiten Hauptventils mit der
zweiten Gasleitung 26 des zweiten Hauptventils verbunden
ist, um in derselben Weise den ersten Gasraum 24 des zweiten
Hauptventils mit dem zweiten Gasraum 25 des zweiten Hauptventils
zu verbinden. Auf diese Weise wird ebenso die Druckdifferenz zwischen
dem ersten Gasraum 24 und dem zweiten Gasraum 25 des
zweiten Hauptventils aufgehoben und das zweite Hauptventil geschlossen.
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Eine Modulation erfolgt zweckmäßiger Weise
durch das erste Servoventil 9, indem das zweite Servoventil
29 durch
Verbindung der Gasleitungen
27 und
28 , wie dargelegt,
in die Stellung gebracht wird, in der der erste Gasraum
24 des
zweiten Hauptventils entlastet und somit das zweite Hauptventil vollständig geöffnet wird.
Eine Modulation kann dann durch geeignetes Einstellen des Differentialdrucks zwischen
dem ersten Gasraum
4 und dem zweiten Gasraum
5 des
ersten Hauptventils mittels des ersten Servoventils
9 erfolgen.
In dieser Stellung wird das durch die dritte Gasleitung
8 einströmende Gas direkt über das
zweite Servoventil
29 in den dritten Gasraum
31 des
zweiten Hauptventils und damit in den Auslass der Regeleinrichtung.entlastet,
ohne die Öffnung
des zweiten Hauptventils zu beeinflussen. Eine Modulation kann auch
durch Pulsweitenmodulation des ersten Servoventils
9 erfolgen.
Eine derartige Pulsweitenmodulation ist in der
DE 100 26 035 A1 beschrieben.
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Aufgrund der beschriebenen Konstruktion
ist gewährleistet,
dass auch, wenn eines der Servoventile 9 oder 29 ausfällt, kein
Gas vom Gaseinlass 14 zum Gasauslass 35 strömen kann.
Egal welches Servoventil ausfällt,
in jedem Fall wird durch die beschriebene Konstruktion das andere
Servoventil geschlossen und die Gasströmung unterbrochen. Das Schließen der
Ventile wird durch die genannte Druckdifferenz zwischen den Gasräumen bzw.
die Kraft der Feder bewirkt. Dabei wird das Schließen durch
den Gaseinlassdruck in der beschriebenen Weise unterstützt. Bei
einem ordnungsgemäßen Betrieb
der Regeleinrichtung werden beide Servoventile 9, 29 geschlossen,
wenn der Gasstrom unterbrochen werden soll. Dabei spielt es keine
Rolle, welches der Servoventile als erstes geschlossen wird, da
aufgrund der beschriebenen Konstruktion und Wirkungsweise das Schließen eines
Servoventils automatisch das Schließen des anderen Servoventils
nach sich zieht.
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Eine Modulation der Regeleinrichtung
ist auf einfache Weise möglich,
da die Servoventile zwischen dem Einlass- und dem Auslassdruck moduliert werden
und diese Drücke
feststehen, so dass die Regeleinrichtung genau in der gewünschten
Weise moduliert werden kann. Dabei spielt es keine Rolle, ob das
erste Servoventil 9 oder das zweite Servoventil 29 moduliert
wird. Eine Modulation kann auch erfolgen, wenn das zweite Servoventil 29 in
der voll geöffneten
Position ist, da die Modulation dann ausschließlich über das erste Servoventil 9 erfolgt.
In derselben Weise kann das erste Servoventil 9 in der vollständig geöffneten
Position sein und eine Modulation über das zweite Servoventil 29 erfolgen. Selbstverständlich können auch
beide Servoventile 9 und 29 gleichzeitig moduliert
werden.
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Folgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel
beschrieben, das sich nur geringfügig vom ersten Ausführungsbeispiel
unterscheidet. Wie bereits aus der 2 ersichtlich,
ist zwischen der dritten Gasleitung 28 des zweiten Hauptventils
und dem dritten Gasraum 31 des zweiten Hauptventils ein
Druckbegrenzer 37 vorgesehen, der ähnlich den Hauptventilen über eine
Membran 38 verfügt,
die den Ventilkörper 39 betätigt und
ggf. gegen einen Ventilsitz bewegt. Im Unterschied zu den Hauptventilen
wird der Ventilkörper 39 des
Druckbegrenzers 37 durch eine Feder in die Offenstellung
belastet und durch die Membran 38 bei Erreichen eines bestimmten
Grenzdrucks in dem dritten Gasraum 31 geschlossen.
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Durch diese Konstruktion ist gewährleistet, dass
bei einem Überdruck
im dritten Gasraum 31 des zweiten Hauptventils und somit
im Auslass 35 der Regeleinrichtung der Druckbegrenzer die
dritte Gasleitung 28 verschließt und somit bei offener Regeleinrichtung
eine Druckentlastung aus dem ersten Gasraum 24 des zweiten
Hauptventils in den dritten Gasraum 31 des zweiten Hauptventils
verhindert. Es kann somit im ersten Gasraum 24 des zweiten Hauptventils
gegenüber
dem zweiten Gasraum 25 des zweiten Hauptventils wieder
ein Überdruck
aufgebaut werden, der das zweite Hauptventil schließt. Hierzu
ist jedoch eine Gasströmung in
den ersten Gasraum 24 des zweiten Hauptventils nötig. In
der Offenstellung der Regeleinrichtung ist, wie dargelegt, die Gasleitung 7 über das
erste Servoventil 9 mit der Gasleitung 8 verbunden,
um den Druck aus dem ersten Gasraum 4 des ersten Hauptventils
zu entlasten. Ist dieser Druck entlastet, findet keine Gasströmung in
den ersten Gasraum 24 des zweiten Hauptventils aus dem
ersten Gasraum 4 des ersten Hauptventils statt.
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Aus diesem Grund ist die eingezeichnete Verbindung
40 der ersten Gasleitung 7 mit der zweiten Gasleitung 6 des
ersten Servoventils 9 vorgesehen. Diese Verbindung 40 weist
einen relativ hohen Strömungswiderstand
auf, der durch eine Drossel 41 definiert werden kann. Durch
diese Verbindung 40 strömt
somit immer eine geringe Gasmenge aus dem zweiten Gasraum 5 des
ersten Hauptventils in die erste Gasleitung 7 bzw. in den
ersten Gasraum 4 des ersten Hauptventils bzw. bei der genannten
Position des ersten Servoventils 9 in den ersten Gasraum 24 des
zweiten Servoventils 29. Erfolgt in der Offenstellung der
Regeleinrichtung eine Entlastung durch die dritte Gasleitung 28 des
zweiten Servoventils 29, wird der über die Verbindung 40 stattfindende
Gasstrom in die dritte Gaskammer 31 des zweiten Hauptventils und
somit in den Auslass der Regeleinrichtung entlastet, ohne dass die
Stellung der Hauptventile beeinflusst wird. Wird die dritte Gasleitung 28 jedoch
durch den Druckbegrenzer 37 gesperrt, strömt das Gas durch
die Verbindung 40 und das erste Servoventil 9 in die dritte
Gasleitung 8 und durch diese in den ersten Gasraum 24 des
zweiten Hauptventils. Da eine Entlastung nicht mehr erfolgt, baut
sich im ersten Gasraum 24 zunehmend Druck auf, der dem
Einlassdruck im zweiten Gasraum 5 des ersten Hauptventils bzw.
im Einlassbereich 14 der Regeleinrichtung entspricht. Da
auch der Druck im zweiten Gasraum 25 des zweiten Hauptventils
dem Druck im Einlassbereich 14 der Regeleinrichtung entspricht,
kommt es zum Druckausgleich zwischen dem ersten Gasraum 24 und
dem zweiten Gasraum 25 des zweiten Hauptventils und somit
zu einem Schließen
des zweiten Hauptventils.
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Im Anschluss daran wird auch der
Druck im ersten Gasraum 4 des ersten Hauptventils steigen, da
die über
die Verbindung 40 strömende
Gasmenge nicht mehr durch die dritte Gasleitung 8 des ersten Hauptventils
entlastet wird, sondern über
die erste Gasleitung 7 in den ersten Gasraum 4 des
ersten Hauptventils strömt.
Daraus ergibt sich, dass auch das erste Hauptventil geschlossen
wird. Auf diese Weise wird das erwünschte Sicherheitsmerkmal erreicht,
dass bei Überdruck
im Auslass 35 der Regeleinrichtung die beiden Hauptventile
vollständig
geschlossen werden.
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Mit 3 wird
ein drittes Ausführungsbeispiel
beschrieben, bei dem das zweite Servoventil durch ein Zweiwegeventil 49 gebildet
wird. Da dies im Wesentlichen der einzige Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
ist, wird im Wesentlichen auf das zweite Servoventil und dessen
Funktionsweise eingegangen.
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Der Ventilteller 41 ist
mit einer Membran 43 verbunden, oberhalb der ein erster
Gasraum 44 vorgesehen ist. Das Gas strömt vom Einlass 54 in
den zweiten Gasraum 45 ein und kann bei geöffnetem Hauptventil
in den dritten Gasraum 51 weiterströmen und von dort zum Auslass 55.
Ist das Hauptventil geschlossen, wird eine Gasströmung unterbunden.
In der Schließstellung
befindet sich das Zweiwegeventil 49, das elektrisch betätigbar ist,
in der geschlossenen Stellung. Daher strömt Gas über die zweite Gasleitung 46,
die einen gewissen Widerstand aufweist, der ggf. durch eine Drossel 52 beeinflusst
werden kann, in die erste Gasleitung 47, da ein Durchfließen des
Zweiwegeventils 49 aufgrund der geschlossenen Stellung
desselben nicht möglich
ist. Aus diesem Grund kommt es zum Druckausgleich zwischen dem ersten
Gasraum 44 und dem zweiten Gasraum 45. Aufgrund
dieses Druckausgleichs wird das Hauptventil sicher in der geschlossenen
Stellung gehalten, da dieses durch die Druckfeder 50 in
die geschlossene Stellung belastet wird. Wird das Zweiwegeventil 49 geöffnet, strömt Gas sowohl
vom ersten Gasraum 44 über
die erste Gasleitung 47 als auch vom zweiten Gasraum 45 über die
zweite Gasleitung 46 durch das Zweiwegeventil 49 in
die dritte Gasleitung 48, die im dritten Gasraum 51 mündet. Der
Leitungsabschnitt vor dem Zweiwegeventil 49 bzw. durch
das Zweiwegeventil 49 hindurch weist einen gewissen Strömungswiderstand
auf, der ggf. durch eine Drossel 53 beeinflusst werden
kann. Da, wie durch die eingezeichneten Drosseln 52, 53 angedeutet,
der Strömungswiderstand
der zweiten Gasleitung 46 größer ist als der der ersten
Gasleitung 47, strömt
das Gas aus dem ersten Gasraum 44 schneller ab. Weiterhin fließt kein
Gas über
die erste und zweite Gasleitung 47, 46 in den
ersten Gasraum 44 nach, da dieses vielmehr über das
Zweiwegeventil 49 in die dritte Gasleitung 48 und
damit in den dritten Gasraum 51 strömt. Der Druck in dem ersten
Gasraum 44 nimmt somit ab und wird geringer als der Druck
im zweiten Gasraum 45, der durch den Einlassdruck bestimmt ist.
Aufgrund der sich einstellenden Druckdifferenz öffnet das Hauptventil gegen
die Kraft der Druckfeder 50 und das Gas kann vom zweiten
Gasraum 45 über den
dritten Gasraum 51 zum Auslass 55 strömen. Wird
das Zweiwegeventil 49 wieder geschlossen, ist also ein
Abströmen über die
dritte Gasleitung 48 in den dritten Gasraum 51 unmöglich, kommt
es wieder zum Druckausgleich zwischen dem ersten 44 und dem
zweiten Gasraum 45 mit der Folge, dass das Hauptventil
wieder schließt.
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Wie beim ersten Ausführungsbeispiel
wird bei einer Fehlfunktion des ersten Servoventils Gas in den Gasraum 44 des
zweiten Hauptventils über
die erste Gasleitung 47 entlastet. Hierdurch steigt der Druck
im ersten Gasraum 44, da in der Schließstellung das zweite Servoventil 49 geschlossen
ist. Auf diese Weise wird auch bei einer Fehlfunktion des ersten
Servoventils das zweite Hauptventil sicher geschlossen gehalten.
Ebenso führt
eine Fehlfunktion des zweiten Servoventils 49, bei der – obwohl
die Regeleinrichtung in der geschlossenen Stellung gehalten werden
soll – Gasdruck
aus dem ersten Gasraum 44 in die dritte Gasleitung 48 entlastet
wird, dazu, dass die Schließfunktion
des ersten Hauptventils nicht beeinträchtigt wird und somit die Regeleinrichtung
dennoch sicher geschlossen gehalten wird.
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Aufgrund der beschriebenen Konstruktion
ist gewährleistet,
dass auch, wenn eines der Servoventile ausfällt, kein Gas vom Gaseinlass
zum Gasauslass 55 strömen
kann. Egal welches Servoventil ausfällt, in jedem Fall wird durch
die beschriebene Konstruktion das andere Servoventil geschlossen
und die Gasströmung
unterbrochen. Das Schließen
der Ventile wird durch die genannte Druckdifferenz zwischen den
Gasräumen
bzw. die Kraft der Feder bewirkt. Dabei wird das Schließen durch
den Gaseinlassdruck in der beschriebenen Weise unterstützt. Bei
einem ordnungsgemäßen Betrieb
der Regeleinrichtung werden beide Servoventile geschlossen, wenn
der Gasstrom unterbrochen werden soll. Dabei spielt es keine Rolle,
welches der Servoventile als erstes geschlossen wird, da aufgrund
der beschriebenen Konstruktion und Wirkungsweise das Schließen eines
Servoventils automatisch das Schließen des anderen Servoventils
nach sich zieht.
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Eine Modulation der Regeleinrichtung
ist auf einfache Weise möglich,
da die Servoventile zwischen dem Einlass- und dem Auslassdruck moduliert werden
und diese Drücke
feststehen, so dass die Regeleinrichtung genau in der gewünschten
Weise moduliert werden kann. Dabei spielt es keine Rolle, ob das
erste Servoventil oder das zweite Servoventil 49 moduliert
wird. Eine Modulation kann auch erfolgen, wenn das zweite Servoventil 49 in
der voll geöffneten Position
ist, da die Modulation dann ausschließlich über das erste Servoventil erfolgt.
In derselben Weise kann das erste Servoventil in der vollständig geöffneten
Position sein und eine Modulation über das zweite Servoventil 49 erfolgen.
Selbstverständlich können auch
beide Servoventile gleichzeitig moduliert werden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich von
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 dadurch, dass das erste
Servoventil 69 ebenfalls als Zweiwegeventil ausgebildet
ist. Weiterhin ist ähnlich
dem Ausführungsbeispiel
nach 2 ein Druckregler 90 vorgesehen,
der grundsätzlich von
seiner Funktionsweise her dem Druckbegrenzer 37 entspricht,
wobei der Grenz druck jedoch durch einen Aktuator 90 im Betrieb der
Regeleinrichtung einstellbar ist, so dass mittels dieses Druckreglers 90 der
Ausgangsdruck regulierbar ist. Die Funktionsweise des Zweiwegeventils
mit den zugehörigen
Druckleitungen und Drosseln wurde im Zusammenhang mit dem zweiten
Servoventil des Ausführungsbeispiels
nach 3 erläutert. Es
wird daher die Funktionsweise des Zweiwegeventils 69 sowie
des zweiten nachgeschalteten Zweiwegeventils 99 nicht nochmals
erläutert.
Es soll lediglich die grundlegende Wirkungsweise, mit der ein sicheres
Schließen
der Regeleinrichtung gewährleistet
wird, kurz dargelegt werden. Ebenso wird die Funktionsweise des
Druckreglers 87 nicht näher
erläutert.
Dieser verfügt,
wie der Druckbegrenzer gemäß Ausführungsbeispiel nach 2, über einen Ventilkörper 89,
der von einer Feder in die Offenstellung belastet wird und mittels einer
Membran 88 in die geschlossene Stellung gebracht werden
kann.
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Befindet sich die Regeleinrichtung
in der geschlossenen Stellung und kommt es dennoch durch einen Defekt
des ersten Servoventils 69 zu einer Druckentlastung aus
dem ersten Gasraum 64 des ersten Hauptventils über die
erste Gasleitung 67 in die dritte Gasleitung 68,
so wird dieses Gas – wie
bei den vorangehend erläuterten
Ausführungsbeispielen – in den
ersten Gasraum 94 des zweiten Hauptventils entlastet. Auf
diese Weise wird – wie
bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel – ein sicheres Schließen des
zweiten Hauptventils auch für
den Fall eines Defekts des ersten Servoventils 69 gewährleistet.
Kommt es zu einem Defekt des zweiten Servoventils 99 und
zu einer Druckentlastung aus dem ersten Gasraum 94 des
zweiten Hauptventils, so wird hierdurch – wie beim Ausführungsbeispiel
gemäß 3 dargelegt – das erste
Hauptventil nicht tangiert und dieses bleibt sicher geschlossen.
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Zum Öffnen der Regeleinrichtung
wird das erste Servoventil 69 und das zweite Servoventil 99 geöffnet. Dadurch
fließt
Gas aus dem ersten Gasraum 64 des ersten Hauptventils über die
erste Gasleitung 67, die Drossel 75, die dritte
Gasleitung 68 und über
das zweite Servoventil in die dritte Gasleitung 98 des
zweiten Servoventils 99 ab, die über den Druckregler 87 in
den dritten Gasraum 81 des zweiten Hauptventils mündet. Ebenso
strömt
bei geöffnetem
zweiten Servoventil 99 das Gas aus dem ersten Gasraum 94 des
zweiten Hauptventils über
die erste Gasleitung 97 des zweiten Hauptventils und die Drossel 93 in
die dritte Gasleitung 98 ab. Es sinkt somit der Druck im
ersten Gasraum 64 des ersten Hauptventils und dem ersten
Gasraum 94 des zweiten Hauptventils. Aufgrund dieses Druckabbaus
werden beide Hauptventile geöffnet.
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Zum Schließen der Regeleinrichtung werden die
Servoventile 69 und 99 geschlossen, so dass sich im
ersten Gasraum 64 und 94 der beiden Hauptventile über die
zweite Gasleitung 66 und 96 sowie über die
erste Gasleitung 67 und 97 Gasdruck im ersten Gasraum 64 und 94 der
Hauptventile aufbaut, der schließlich dem Gaseingangsdruck
im zweiten Gasraum 65 und 95 entspricht. Sobald
Druckausgleich erreicht ist, schließen beide Hauptventile durch
die Kraft der Federn.
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5 zeigt
eine Alternative für
ein Hauptventil der Ausführungsbeispiele,
insbesondere der Ausführungsbeispiele
nach den 1 bis 3. In 5 ist nur ein Hauptventil dargestellt.
Das zweite Hauptventil ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Das in 5 dargestellte
Hauptventil kann die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellten
Hauptventile ersetzen. Bei dem in 5 dargestellten
Hauptventil ist das Dreiwegeservoventil, das in den Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 bis 3 dargestellt ist, durch ein zweifaches Zweiwegeventil
ersetzt. Hierzu ist ein erstes Zweiwegeventil 101 vorgesehen
und ein zweites Zweiwegeventil 102. Die Anordnung erfolgt,
wie dargestellt, wobei das erste Zweiwegeventil 101 zwischen
der ersten und der zweiten Gasleitung angeordnet ist und das zweite
Zweiwegeventil 102 zwischen der ersten Gasleitung und der
dritten Gasleitung. Die Betätigung
der Servoventile erfolgt über
einen Aktuator 100.