DE1046973B - Druck- und Durchflussregler, insbesondere fuer Fluessigkeiten, mit zwei hintereinandergeschalteten, getrennt einstellbaren Druckminderventilen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Druck- und Durchfluß regler, insbesondere für Flüssigkeiten, der auf Druckunterschiede vor und hinter der Einrichtung anspricht.

Die wirtschaftliche Arbeitsweise von mit Druckmedien arbeitenden Maschinen verlangt eine einwandfreie Regelung, ausgehend von einem gegebenen Druck, um soweit wie möglich Turbulenzströmungen zu verhindern, durch welche Stockungen, Gegenströmungen, Emulsionsbildungen u.dgl. hervorgerufen werden, die sich häufig beispielsweise beim Membranoder Klappenreglei zeigen.

Ein besonderes Anwendungsbeispiel ist eine Betankungsanlage für Flugzeuge, bei der sowohl die Drücke des Entnahmebehälters als auch die des Aufnahmebehälters variabel sind und zur Betankung bisher jeweils von Fall zu Fall eingestellt und überwacht werden müssen. Gleichzeitig muß die pro Zeiteinheit durchfließende Flüssigkeitsmenge den jeweils vorliegenden praktischen Anforderungen angepaßt werden.

Das Ziel der neuen Erfindung ist es, nicht nur die erwähnten Nachteile zu vermeiden, sondern einen Druck- und Durchfluß regler zu schaffen, bei dem auf einfache Weise, ohne mehrere Bedienungshebel betätigen zu müssen, eine präzise Einstellung der gewünschten Durchlaufmenge bzw. des gewünschten Druckes möglich ist und der gleichzeitig betriebssicher arbeitet, d. h. gegen Druckstöße im Flüssigkeitsnetz vor oder hinter dem Regler gesichert ist.

Es ist eine bekannte Vorrichtung zur Entnahme von niedrig gespanntem Gas aus Hochdruckflaschen zu erwähnen, bei der zwei hintereinandergeschaltete Druckminderventile vorgesehen sind, deren druckempfindliche, vom jeweiligen geminderten Druck beaufschlagte Stellglieder unabhängig voneinander von außen manuell einstellbar sind und jedes für sich zwischen Stellglied und Verschlußstück Einstellglieder aufweisen. Mit dieser Vorrichtung sind jedoch die obenerwähnten Ziele der Erfindung nicht erreichbar, insbesondere kann man eine Kompensationsregelung zum Erhalten eines konstanten Durchflusses und Druckes nicht durchführen und ferner sind Vorkehrungen für die erwähnte Betriebssicherheit nicht getroffen. Im übrigen ist es mit dieser bekannten Vorrichtung nicht beabsichtigt, auch den obenerwähnten besonderen Anwendungsfall zu erfassen und außerdem, wie es die Ausbildung der beiden hintereinandergeschalteten Ventile zeigt, auch nicht beabsichtigt, das Ventil für die Regelung von Flüssigkeiten zu verwenden.

Die erwähnten Ziele der Erfindung werden dagegen bei einer Druckmindereinrichtung mit vorerwähnten bekannten Merkmalen dadurch erreicht, daß die Einstellung des nachgeschalteten Druckminderers wenigstens teilweise abhängig von der Einstellung des Ver-Druck- und Durchflußregler,

insbesondere für Flüssigkeiten,

mit zwei hintereinandergeschalteten,

getrennt einstellbaren

Druckminderventilen

Anmelder:

Jacques Muller,

La Garenne-Colombes (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Gollung, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Kaiserstr. 16

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 19. Mai 1954

Jacques Muller, La Garenne-Colombes (Frankreich), ist als Erfinder genannt worden

Schluß Stückes für den vorgeschalteten Druckminderer ist und zum Stellglied des vorgeschalteten Druckminderers eine zusätzliche absperrbare Verbindung vom Hochdruckraum führt, deren Absperrventil durch den Druck hinter dem Verschlußstück des nachgeschalteten Druckminderers gesteuert wird.

Durch die weiterhin noch bekanntgewordenen Druckregler, bei denen dem Hauptdruckregel ventil ein Vorstufenregler zur Erzielung eines konstanten Gasdruckes vorgeschaltet ist, der nach einer einmaligen Einstellung im demontierten Zustand des Reglers für eine längere Betriebszeit aufrechterhalten werden soll, innerhalb welcher der Regler selbsttätig auf Grund der durch die angegebene Weise eingestellten druckempfindlichen Stellglieder arbeitet, kann ebenfalls die Aufgabe der neuen Erfindung nicht gelöst werden. Der Aufbau dieser bekannten Regler ist so getroffen, daß zwei hintereinandergeschaltete, durch einstellbare druckempfindliche Stellglieder gesteuerte Druckminderventile vorhanden sind, die, und hierauf kommt es bei dem bekannten Gegenstand an, räumlich ineinander geschachtelt sind.

Zum Erreichen besonders günstiger Durchflußwerte ist beim Gegenstand der Erfindung weiterhin vorgesehen, die Verschlußteile der Druckminderventile koaxial in der geradeverlaufenden Durchflußleitung

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des Reglers unmittelbar hintereinanderliegend anzuordnen und diese in Form von Venturidüsen als Ventilsitze mit stromlinienförmigen Verschlußstücken auszubilden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Eine geradlinige Leitung 1 ist stromaufwärts mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Druckquelle verbunden und mündet stromabwärts in eine oder mehrere mittels Druckflüssigkeit arbeitenden Einrichtungen, die ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

in dieser Leitung sind die Verschlußteile zweier Druckminderer hintereinandergeschaltet, die beliebig ausgebildet sein können. In dem vorliegenden Beispiel bestehen die Verschlußteile des ersten Druckminderers aus einem als Düse ausgebildeten, in der Leitung 1 befestigten Ventilsitz 2, der sich aus einem konvergenten und divergenten Teil zusammensetzt; der divergente Bereich wirkt mit einem Verschluß stück 3 zusammen, welches axial beweglich gelagert ist. Das Verschlußstück kann beliebig, beispielsweise als Kugel oder als Kegel, ausgebildet sein, jedoch derart, daß es in seinen Abmessungen dem divergenten Bereich der Düse entspricht. Der Ventilsitz des zweiten Druckminderers ist im Prinzip dem ersten ähnlich, er unterscheidet sich lediglich darin, daß er aus zwei Teilen 4 und 5 besteht, von denen der erste stromaufwärts beweglich in der Leitung 1 gelagert und der zweite stromabwärts fest in der Leitung· angeordnet ist. Mit dem divergenten Bereich der Teile 4 und 5 arbeitet ein bewegliches Verschlußstück 6 zusammen, das vorzugsweise durch einen länglichen Konus gebildet wird, dessen Konizität derjenigen des divergenten Bereiches der Ventilsitzteile entspricht. Hinter den Verschlußteilen der Druckminderer sind stromabwärts die Kammern 7 und 8 geringeren Druckes.

Die Kammer 7 des ersten Druckminderers ist durch eine Leitung 9 mit einem Druckraum 10 beliebiger Ausbildung verbunden, der mit einer Öffnung 11 versehen ist, an welcher flüssigkeitsdicht das Ende eines druckempfindlichen Balges 12 angeschlossen ist, der sich in das Innere des Druckraumes erstreckt und an seinem anderen Ende durch eine Wand 13 abgeschlossen ist. Das Innere des Balges 12 steht mit der Außenluft in Verbindung. In dem Balg ist eine Druckfeder 14 zwischen der Wand 13 und einer beweglichen Stützscheibe 15 eingespannt. An der Stützscheibe greift eine Spindel 16 an, deren anderes Ende einen Betätigungsgriff 17 trägt und die mit ihrem Gewinde in einer im Reglergehäuse fest angeordneten Mutter 18 geführt ist. Die Wand 13 des Balges ist durch eine Stange 19 oder durch ein anderes geeignetes Teil mit einem Hebel 20 verbunden, der um die Achse 21 schwenkbar gelagert ist. An einer dazwischenliegenden Stelle dieses Hebels greift ein Lenker 22 an, der mit dem Verschlußstück 3 gekuppelt ist. Auf der Spindel 16 ist eine Büchse vorgesehen, die auf ihrer Außenseite eine umlaufende Nut 23 hat, in welche eine Gabel 24 oder ein ähnliches Teil eingreift, die durch eine Stoßstange mit einem Hebel 26 verbunden ist, der um die Achse 27 schwenkbar gelagert ist. An dem Hebel 26 greift ein Lenker 28 an, der mit dem axial beweglichen Teil des Ventilsitzes des zweiten Druckminderers verbunden ist.

Die Kammer 8 des zweiten Druckminderers ist durch eine Leitung 29 mit dem Druckraum 30 verbunden, der mit einer Öffnung 31 versehen ist, an welcher flüssigkeitsdicht das äußere Ende eines Balges angeschlossen ist, der sich in das Innere des Druckraumes erstreckt und dessen entgegengesetztes Ende durch eine Wand 33 abgeschlossen ist. In dem Balg 32 ist eine Druckfeder 34 angeordnet, die zwischen die Wand 33 und eine bewegliche Stützscheibe 35 eingespannt ist, an welcher ein Ende einer Spindel 36 angreift, deren anderes Ende einen Betätigungsgriff 37 trägt und die mit ihrem Gewinde in einer im Reglergehäuse fest angeordneten Mutter 38 geführt ist. Die Wand33 des Balges ist durch eine Stange 39 mit einem um die Achse 41 schwenkbaren Hebel 40 verbunden. Das freie Ende dieses Hebels ist durch eine Stange 42 ίο mit dem Ende eines weiteren Hebels 43 gekuppelt, der um die Achse 44 schwenkbar und durch einen Lenker 45 mit dem axial verschieblichen Verschlußstück 6 verbunden ist.

Eine Leitung 46 verbindet den Hochdruckraum oberhalb der Verschlußteile des ersten Druckminderers mit einem Raum 47, der seinerseits durch eine Leitung 48 mit dem Druckraum 10 in Verbindung steht. Die Öffnung für die Leitung 48 im Raum 47 ist durch ein Absperrventil 49 absperrbar, dessen verlängerte Ven-

ao tilstange am Ende mit einer Druckplatte 50 versehen ist, die sich gegen eine Feder 51 abstützt, so daß das Absperrventil durch die Feder in der geschlossenen Stellung.gehalten wird. Der Hochdruck wirkt über die Leitung 46 ebenfalls in schließendem Sinne auf das Absperrventil 49. Die Druckplatte 50 liegt im Bereich des freien Endes des Hebels 40, und zwar an der Stelle, an der die Stange 42 angelenkt ist. Im Schwenkbereich des freien Endes des Hebels 40 ist ferner ein in einem elektrischen Stromkreis, in welchem beispielsweise der Elektromotor für die Druckquelle liegt, befindlicher Unterbrecher angeordnet, der durch den Hebel 40 dann geöffnet wird, wenn dieser sich im Sinne einer Öffnung des Absperrventils 49 bewegt.

Die Leitung 29 ist durch eine Leitung 53 verlängert, die ihrerseits den Druckraum 30 mit einer Dämpfungseinrichtung verbindet. Die Anordnung vonDämpfungseinrichtungen in Leitungen zum Ausgleichen von Druckstößen ist bekannt. In dem vorliegenden Beispiel besteht diese Einrichtung aus einer durch zwei Schalen, die am äußeren Umfang verbunden sind, gebildete Kammer 54. Zwischen den Schalen ist eine Membran 55 eingespannt, welche die Kammer in zwei Räume unterteilt, von denen der eine mit der Leitung 53 und der andere mit der Außenluft in Verbindung steht. In dem zuletzt genannten Raum befindet sich eine Feder 56, die sich einer Deformation der unter dem Druck der Flüssigkeit stehenden Membran entgegenstellt. An der Membran ist eine axial gerichtete Stange 57 befestigt, die nach außen verlängert ist und einen Zeiger trägt, der auf einer Skala 58 spielt, die beispielsweise auf die Dimension Druck pro cm² geeicht ist.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Reglers ist folgende: Um das Gerät in Tätigkeit zu setzen, wird die Spannung der Feder 14 durch Drehen der Spindel 16 auf einen bestimmten Wert eingestellt, wodurch gleichzeitig die Wand 13 und das Verschlußstück 3 des ersten Druckminderers über die Stangen und Hebel 19, 20, 22 eingestellt werden, so daß in der Kammer 7 ein gewünschter Druck erhalten wird, den man auf beliebige Weise messen kann. Durch die Einstellglieder 24, 25, 26, 28 wird die axiale Verstellung der Spindel 16 gleichzeitig auf den beweglichen Teil 4 des Ventilsitzes des zweiten Druckminderers in der Weise übertragen, daß dessen Stellung abhängig ist von derjenigen des Verschluß Stückes 3 und eine Durchflußmenge ergibt, die dem eingestellten bzw. gewünschten Druck entspricht. Für einen Druck von beispielsweise 0,35 bis 4,2 kg/cm² läßt sich die Durchflußmenge zwischen 15 und 60 m³ pro Stunde erreichen. Schließlich werden über die Spindel 36 und damit über die Feder 34 die

Stellung der Wand 33 des Balges 32 und durch die Einstellglieder 39, 40, 42, 43_f 45 das Verschlußstück 6 bezüglich der beiden Ventilsitzteile 4 und 5 eingestellt, um die gewünschte Durchflußmenge zu erreichen.

Bei diesen Einstellungsvorgängen berührt der Hebel 40 die Druckplatte 50 nicht, so daß das Absperrventil 49 durch die Feder 51 geschlossen gehalten wird. Hierbei kommt der Hebel 40 nicht zum Anschlag an dem Unterbrecher 52.

Wenn der Druck der Flüssigkeit auf der Hochdruckseite zunimmt, steigt auch der Druck im Raum 7 und damit im Druckraum 10. Der Balg 12 wird axial zusammengedrückt, und die Stange 10 verschiebt sich nach links, in der Zeichnung gesehen, wodurch das Verschlußstück 3 in der gleichen Richtung verschoben wird, so daß dort der Durchfluß-Querschnitt verringert wird, um den ursprünglich eingestellten Druckwert wieder zu erreichen. Wenn der Flüssigkeitsdruck auf der Hochdruckseite abnimmt, tritt auch eineDruckminderung im Raum 7 und dem Druckraum 10 ein, wodurch der Balg 12 ausgedehnt und das Verschlußstück 3, in der Zeichnung gesehen, nach rechts verschoben wird, bis der Anfangsdruckwert wieder erreicht ist.

Selbstverständlich wirkt sich jede Vergrößerung und Verminderung des Druckes in dem Raum 7 auch auf den Raum 8 auf der Niederdruckseite und damit auch auf den Druckraum 30 aus, so daß der Balg 32 und die Einstellglieder 40, 42, 43, 45 ähnliche Bewegungen ausführt wie die entsprechenden Einstellglieder des ersten Druckminderers, d. h., das Verschlußstück 6 wird nach links bei Erhöhung und nach rechts bei Verminderung des auf den Druckraum 30 einwirkenden Druckes verschoben, wodurch der Anfangsdruck bzw. die gewünschte Durchflußmenge eingestellt wird.

Da Druckschwankungen auf der Hochdruckseite nur schwach sind, erreicht der Hebel 40 bei seinen diesbezüglichen Schwenkbewegungen weder die Druckplatte 50 noch den Unterbrecher 52, so daß die oben beschriebene Wirkungsweise nicht unterbrochen wird. Wenn jedoch die von der Druckquelle kommende Flüssigkeit einen plötzlichen Druckstoß erfährt, wirkt sich dieser auch auf den Raum 8 und auf den Druckraum 30 aus. Der Balg 32 wird stark zusammengedrückt, so daß das Verschluß stück 6 so weit nach links verschoben wird, daß der Ventilsitz in dem Bereich des festen Teiles 5 geschlossen ist. Gleichzeitig öffnet der Hebel 40 das Absperrventil 49, so daß Flüssigkeit hohen Druckes direkt in den Druckraum 10 eintreten kann, wodurch auch der Balg 12 zusammengedrückt und das Verschluß stück 3 des ersten Druckminderers in die Schließstellung gelangt. Im gleichen Zeitpunkt öffnet der Hebel 40 den Unterbrecher 52, wodurch der die Flüssigkeitspumpe betätigende Elektromotor ausgeschaltet wird. Somit bleiben die nachgeschalteten, mit der Druckflüssigkeit betätigten Einrichtungen bei plötzlichen Druckerhöhungen vor Beschädigungen bewahrt.

Auf die gleiche Weise verläuft die Steuerbewegung innerhalb des Druckraumes, der dem zweiten Druckminderer zugeordnet ist, wenn hinter diesem der Flüssigkeitsabfluß plötzlich angehalten wird. Hierdurch entsteht in dem Raum 8 eine plötzliche Druckerhöhung. Diese pflanzt sich über den Balg 32 auf die Einstellglieder 39, 40, 42, 43, 45 fort, so daß das Verschlußstück des zweiten Druckminderers in seine Schließstellung tritt und das Absperrventil 49 und der Unterbrecher 52 geöffnet werden, was gleichzeitig ein Schließen des Verschlußstückes des ersten Druckminderers ur.d ein Unterbrechen des Motors für die Druckflüssigkeitspumpe bewirkt.

Die Druckstöße hinter dem zweiten Druckminderer werden durch den beschriebenen Dämpfer abgeschwächt, da der Raum 8 durch die Leitung 53 mit der die Membran 55 enthaltenden Kammer verbunden ist. Dieser Dämpfer kann gleichzeitig als Anzeigeeinrichtung für den Druck hinter dem zweiten Druckminderer dienen. Zu diesem Zweck ist, wie schon beschrieben, die Membran mit der axial gerichteten Stange 47 verbunden, die mittels eines Zeigers auf einer auf Druckwerte geeichten Skala spielt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern im Rahmen des Erfindungsgedankens können beliebige Abwandlungen und Ergänzungen vorgenommen werden. So können beispielsweise die Verschlußteile, die druckempfindlichen Stellglieder und der Stoßdämpfer auch jede andere geeignete Form haben.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Druck- und Durchfluß regler, insbesondere für Flüssigkeiten, bei dem zwei hintereinandergeschaltete Druckminderventile vorgesehen sind, deren druckempfindliche, vom jeweiligen geminderten Druck beaufschlagte Stellglieder unabhängig voneinander von außen manuell einstellbar sind, und die jeder für sich zwischen Stellglied und Verschlußstück Einstellglieder aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des nachgeschalteten Druckminderers wenigstens teilweise abhängig von der Einstellung des Verschluß-Stückes für den vorgeschalteten Druckminderer ist und zum Stellglied des vorgeschalteten Druckminderers eine zusätzliche absperrbare Verbindung vom Hochdruckraum führt, deren Absperrventil durch den Druck hinter dem Verschlußstück des nachgeschalteten Druckminderers gesteuert wird.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußteile beider Druckminderventile koaxial in der geradeverlaufenden Durchflußleitung· des Reglers unmittelbar hintereinanderliegend angeordnet sind.

3. Regler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußteile beider Druckminderventile in an sich bekannter Weise in Form von Venturidüsen als Ventilsitz mit stromlinienförmigen Verschlußstücken ausgebildet sind.

4. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Stellglieder mit Verschlußteilen beider Druckminderventile gekuppelt ist.

5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied des vorgeschalteten Druckminderers mit einem parallel zur Durchflußrichtung verschiebbaren Teil des Ventilsitzes des nachgeschalteten Druckminderers verbunden ist.

6. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (49) mit den Einstellgliedern für das Verschlußstück des nachgeschalteten Druckminderers und dem Stellglied kuppelbar ist, derart, daß erst nach einem bestimmten Verstellweg des Verschluß Stückes (6) das Absperrventil (49) geöffnet wird.

7. Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem elektrischen Stromkreis des Antriebsmotors für die Flüssigkeitspumpe liegender Unterbrecherschalter entsprechend dem Absperrventil betätigt wird.

8. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens mit dem nachgeschalteten Druckminderer und bzw. oder mit dem diesem zugeordneten Stellglied ein Dämpfer für Druckstöße vorhanden ist.

9. Regler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer mit einer Druckanzeigeeinrichtung versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 657 821, 611420, 650, 10 140;

deutsche Patentanmeldung K8057XII/47g (bekanntgemacht am 3. 7. 1952);

französische Patentschrift Nr. 850 567; USA.-Patentschrift Nr. 1 556 310.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen