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Absperr- oder Regelventil, insbesondere pneumatisch gesteuertes Mernbranventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperr- oder Regelventil mit einem Verschlußteil,
der mittels einer nach außen hin abgedichteten Stange mit einem vorzuggweise impulsgesteuerten
SteHmotor verbunden fit. Insbesondere betrifft die Erfindung ein pneuinatisch gesteuertes
Membranventil.
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Bei den bisher bekannten, druckmittelbetätigten Regelventilen dieser
Art wird die Stange entweder durch eine Stopfbuchse oder durch ein Federrohr abgedichtet.
Beide Ausführungen haben sowohl Vorzilge als auch Mängel. Eine Stopfbuchsenabdichtung
hat zwar den Vorteil einer geringen Bauhöhe, dafür aber den Nachteil, daß die von
dem Stellmotor hervorgerufene Bewegung der durch die Stopfbuchsenpackung geführten
Ventilstange mit Reibung behaftet #st. Eine Federrohrabdichtung arbeitet zwar, abgesehen
von der inneren Materialreibung, praktisch reibungslos, hat aber den Nachteil einer
größeren 13gulänge und höherer Herstellungskosten. Die erforderliche Länge eines
solchen Federrohres ist abhängig von dem maxim: alen Hub, welcher bei den bisher
bekannten Ventilen mit Federrohrabdichtung mIt dem maximalen Hub der Ventilstange
identisch ist.
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Die größere Baulänge der Federrohrabdichtungen bengt entsprechend
größere Abmessungen des en Regelventils vor allem in der Höhe, was vielfac4- unerwünscht
ist, ganz abgesehen von dem grgeren Material- und Kostenaufwand. Wesentlich unänenehiner
ist vom regelungstechnischen Standpunkt'aus die bei Verwendung einer Stopfbuchse
unvermeidliche Reibung, da der ganze Regelkreis solcher Regelventile zum Schwingen
neigt. Die zwischen der j Stange und der Stopfbuchsenpackung auftretende
Reibung läßt sich einerseits wegen der unterschiedlichen Preßkraft der Packung nicht
genau erfassen, andererseits unterscheiden sich die Reibungskoeffizienten der ruhenden
Reibung und der Reibung bei Bewegung erheblich voneinander, wodurch das Ansprechen
des Ventils verzögert und die Feineinstellung vor allem bei sehr kleinen Steuerbewegungen
beeinträchtigt werden kann.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, ein Ventil mit Vorzugsweise druckimpulsgesteuertem
Verschlußteil zu * schaffen, welches die Nachteile der bekannten Stöpfbuchsen-
oder Federrohrabdichtungen vermeidet, dagegen die Vorteile beider Abdichtungsarten
zu einer neuartigen Wirkung vereinigt.
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; Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Stange
des Ventils durch eine Stopfbuchse geführt ist, deren Träger zwischen Anschlägen
axial beweglich angeordnet und mittels mindestens eines Federrohres abgedichtet
ist. Die Stopfbuchse, durch deren Packung die Ventilstange gleitet, wird zweckmäßig
von einer Platte od. dgl. gehalten, welche gleichzeitig den beweglichen Boden des
Federrohres bildet, dessen anderes Ende dicht mit einem Gehäuseteil des Regelventils
verbunden ist. Dabei kann die Anordnung des Federrohres entweder so getroffen werden,
daß das Federrohr innen druckbeaufschlagt ist, oder so, daß es außen druckbeaufschlagt
ist, oder es kann durch Verwendung von zwei beiderseits der die Stopfbuchse tragenden
Platte angeordneten Federrohren eine Entlastung erzielt werden. Die Bewegungsmöglichkeit
der zwischen den Anschlägen beweglichen Platte in axialer Richtung, d. h.
in der Bewegungsrichtung der Ventilstange, kann verhältnismäßig gering gehalten
werden und beträgt beispielsweise nur etwa 1 mm.
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Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt besteht vor
allem darin, daß die Bewegung der Stange bei kleinen Steuerausschlägen des Stellmotors
reibungslos nur innerhalb des zwischen den Anschlägen des Stopfbuchsenträgers liegenden
Federrohrhubes erfolgt, während erst bei größeren Ventilbewegungen eine Bewegung
der Stange mit Reibung in der Stopfbuchse eintritt. In letzterem Falle,
d. h. bei größeren Bewegungen der Ventilstange, legt sich der Stopfbuchsenträger
an einen seiner Anschläge an, worauf sich die Stange weiter in der Stopfbuchsenpackung
verschiebt. Kleinere Steuerbewegungen werden hingegen lediglich von dem Federrohr
aufgenommen, solange sich der Stopfbuchsenträger innerhalb des zwischen den Anschlägen
vorhandenen Spieles bewegt. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Reibungskraft in der
Stopfbuchse größer als die Kraft des Federrohres ist. Infolgedessen braucht das
Federrohr nicht mehr wie bei der bisher bekannten Bauweise den gesamten Hub der-
Ventilstange mitzumachen,
sondern es braucht sich nur innerhalb
des Anschlagspieles über eine kleine Strecke von beispielsweise 1 mm zu bewegen,
so daß die erforderliche Länge des Federrohres wesentlich kleiner als bisher gewählt
werden kann. Diese kleinen, für die Feineinstellung des Ventils wichtigen Ausschläge
vollziehen sich praktisch ohne Reibung. Die bei größeren Ventilbewegungen auftretende
Reibung in der Stopfbuchse ist dagegen nicht mehr so nachteilig wie bisher, weil
diese Reibungskraft dann ohne weiteres von der größeren Verstellkraft des Stellmotors
überwunden werden kann.
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In der Zeichnung ist die Erfindung- in verschiedenen Ausführungsformen
beispielsweise an Hand von schematisch gezeichneten Membranventilen veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Membranventil mit Stopfbuchse und
innen beaufschlagtem Federrohr in seiner Öffnungsstellung; Fig. 2 zeigt das Membranventil
nach Fig. 1 in einer Drosselstellung; Fig. 3 zeigt das Membranventil
nach Fig. 1 in seiner Schließstellung; Fig. 4 zeigt den Mittelteil des Membranventils
in vergrößertem Maßstab; Fig. 5 zeigt im Schnitt eine abgeänderte Ausführungsform
des Membranventils mit Stopfbuchse und außen beaufschlagtem Federrohr in Öffnungsstellung,
und Fig. 6 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform eines entlasteten
Membranventils mit Stopfbuchse und zwei Federrohren.
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Das in Fig. 1 bis 4 dargestellte Membranventil besteht aus
einem Ventilgehäuse 1 mit Ein- bzw. Austrittsöffnungen 2, 3 und dem
Sitz 4, einem Membrangehäuse 5 mit Druckmitteleinlaßstutzen 6 und
einem Zwischengehäuse 7.
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In dem Membrangehäuse 5 ist eine vom Druck des durch den Einlaßstutzen
6 in den Druckraum 8
eindringenden Druckmittels, vorzugsweise Druckluft,
beaufschlagte Membran 9 angeordnet, die durch eine Stange 10 mit dem
Verschlußstück 11 verbunden ist, welches mit dem Sitz 4 zusammenarbeitet.
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Die Stange 10, die oben durch eine öffnung 12 des Membrangehäuses
5 und unten durch eine öffnung 13 des Ventilgehäuses 1 gleitet,
wird etwa in der Mitte des Zwischengehäuses 7 durch eine Stopfbuchsenpackung
14 geführt, die durch eine Stopfbuchsenschraube 1.5 zusammengepreßt wird.
Die Packung 14 und die Stopfbuchsenschraube 15 sitzen in einer Platte
16, welche sich in dem Zwischengehäuse 7 zwischen einem oberen Anschlagring
17
und einem unteren Anschlagring 18 axial bewegen kann. Die Platte
16 ist mit dem Ventilgehäuse 1
durch ein konzentrisch zur Stange
10 angeordnetes Metallfederrohr 19 verbunden.
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Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen und in Fig.
1 bis 4 der Zeichnung dargestellten Meinbranventils ist folgende: Gemäß Fig.
1. befindet sich das Ventil in seiner« ganz geöffneten Stellung, wobei die
Platte 16 an dem oberen Anschlag 17 anliegen möge. Wenn nun durch
den Einlaßstutzen 6 ein entsprechender Freiluft-Inipulsdruck in den Druckraum
8 des Mernbrangehäuses 5 gegeben wird, so kann sich das Federrohr
19
zunächst so lange zusammendrücken, bis die mit dem Federrohr
19 verbundene Platte 16 auf dem unteren Anschlagring 18 zu
liegen kommt. Diese Stellung ist in Fig. 2 veranschaulicht. Umgekehrt kann sich
bei Verringerung des Druckes im Druckraum 8 das Federrohr 19 wieder
ausdehnen, bis die Platte 16
gegen den oberen Anschlagring 17 stößt
(Fig. 1).
Innerhalb dieses Bewegungsspielraumes führt die Stange
10 keine mit Reibung verbundene Gleitbewegung in der Stopfbuchsenpackung
14 aus, weil die gesamte Bewegung von dem Federrohr 19 aufgenommen wird.
Da diese Bewegung nahezu reibungslos stattfindet, kann sich das Verschlußstück
11
genau auf die vom Regler vorgeschriebene Stellung einspielen.
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Wird aber der Druck im Druckraum 8 des Stellmotors weiter erhöht,
nachdem die Platte 16 bereits z. B. gemäß Fig. 2 auf dem unteren Anschlagring
18
aufliegt, so gleitet die Stange 10 in der Stopfbuchsenpackung 14
nach unten, bis sie in die in Fig. 3 veranschaulichte Stellung gelangt ist,
in der das Verschlußstück 11 seine Schließstellung einnimmt. In jeder Zwischenstellung
kann die Platte 16 aber wieder jeweils zwischen den Anschlägen
17 und 18
reibungslos spielen. Die Empfindlichkeit des Regelventils
wird auf diese Weise wesentlich gesteigert.
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Das in Fig. 5 dargestellte Membranventil unterscheidet sich
von dem Ventil nach Fig. 1 bis 4 nur dadurch, daß an Stelle des innen beaufschlagten
Federrohres 19 ein außen beaufschlagtes Federrohr 20 zwischen der Platte
16 und dem Membrangehäuse bzw. einem nach innen vorspringenden Rand 21 des
Zwischengehäuses 7 dicht befestigt ist. Alle übrigen Teile entsprechen dem
Ventil nach Fig. 1 bis 4 und sind auch entsprechend bezeichnet. Die Wirkungsweise
ist die gleiche, wie oben an Hand des Ventils nach Fig. 1 bis 4 beschrieben.
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Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung
handelt es sich um ein entlastetes Regelventil. Die die Stopfbuchse 14,
15 tragende Platte 16 ist hierbei durch zwei Federrohre 22 und
23 abgedichtet, von denen das Federrohr 22 einerseits mit der Platte
16 und andererseits mit dem Gehäuserand 21 verbunden ist, während das Federrohr
23 einerseits mit der Platte 16 und andererseits mit dem Ventilgehäuse
1 verbunden ist. Der Eintrittsraum 2 des Ventilgehäuses 1 steht durch
eine Leitung 24 mit dem das Federrohr 23 umgebenden Gehäuseraum
25 in Verbindung. Die wirksamen Querschnitte der Federrohre 22 und
23 sind dabei so ausgelegt, daß über die Leitung 24 eine Entlastung des Ventils
erfolgt. Im übrigen entspricht die Wirkungsweise dieses Membranventils wieder derjenigen
des zuerst beschriebenen Ventils nach Fig. 1 bis 4.
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Besondere Vorteile bietet die Erfindung bei allen Regelventilen, bei
denen der Stellmotor eine Eigenelastizität aufweist, wobei die Ventilstellung von
der Stopfbuchsenreibung beeinflußt wird. Dies gilt besonders für pneumatisch betätigte
Membranventile, bei denen die Erfindung vorzugsweise zur Anwendung, g kommt.