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Membrangesteuerter Druckminderer mit ortsfestem Ventilsitz und als
Rohrschieber ausgebildetem Verschlußstück Die Erfindung bezieht sich auf einen membrangesteuerten
Druckminderer mit ortsfestem, im Zufluß befindlichen Ventilsitz und mit beweglichem,
mit der Membran verbundenem, als Rohrschieber ausgebildetem und im Gehäuse zwischen
dem Sitz und der Membran abgedichtet geführtem Verschlußstück, das vom Auslaßdruck
über die Membran im schließenden Sinne beaufschlagt wird.
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Es ist bereits ein membrangesteuerter Druckminderer bekannt, bei dem
sich in der Zuflußleitung ein ortsfester Ventilsitz befindet, der von einem am Ende
einer Leitung gebildeten Rand gebildet wird. In dieses Ende ragt das kegelige Ende
eines langen, rohrförmigen Verschlußstückes hinein, das sich gegen den Ventilsitz
anlegen und den Durchgang für die Strömung verschließen kann. Neben dem kegeligen
Ende des rohrförmigen Verschlußstückes ist eine Höhlung ausgebildet, in die die
Strömung eintreten kann, wenn das Verschlußstück vom Ventilsitz abgehoben ist. DieseHöhlung
bildet eineDrosselkammer, in der der Druck der Strömung vermindert wird. Das rohrförmige
Verschlußstück bildet in seinem Innern einen Kanal, der dicht neben dem kegeligen
Ende über eine Durchbrechung oder Bohrung des Verschlußstückes mit der Drosselkammer
in Verbindung steht, so daß die in die Drosselkammer eingetretene Strömung innerhalb
des rohrförmigen Verschlußstückes weiterfließen kann. Am anderen Ende des rohrförmigen
Verschlußstückes ist eine Membran befestigt, die eine Kammer etwa in der Mitte durchteilt.
In die abflußseitige Hälfte dieser Kammer mündet der rohrförmige Kanal des Verschlußstückes,
in deren gegenüberliegender Wand sich der Auslaß befindet. Je nach dem in der abflußseitigen
Hälfte der Kammer herrschenden Auslaßdruck der Strömung wird die Membran mehr oder
minder ausgebeult, wobei das in der Mitte der Membran befestigte Verschlußstück
eine Verschiebung erfährt, bei der sich das andere kegelige Ende des Verschlußstückes
dem Ventilsitz nähert und die eintretende Strömung verringert, wenn nicht gar unterbricht.
Bei nachlassendem Druck am Auslaß nimmt die Membran wieder ihre ursprüngliche Stellung
ein, wobei sie von einer Feder unterstützt wird, die in der anderen Hälfte der Kammer
zwischen der Membran und der gegenüberliegenden Kammerwand eingeschaltet ist.
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Bei einem weiteren membrangesteuerten Druckminderer wird das unter
Druck stehende Medium durch ein drehbares, langgestrecktes Rohr eingelassen, dessen
Mittelbohrung schließlich in einer Düse endigt. Der Düse ist ein .als Einsatzstück
ausgebildeter Ventilsitz gegenübergestellt, der gemeinsam mit der Membran bewegbar
ist und von dieser bei entsprechend großem Auslaßdruck gegen die Düse gedrückt wird,
wobei das Einsatzstück einen geschlossenen Mittelabschnitt und achsparallele Durchflußbohrungen
hat. Gegen den Mittelabschnitt wird die Düse in der Schließstellung gedrückt. Auf
dem drehbaren, langgestreckten Rohr mit der als Einlaß dienenden Mittelbohrung ist
ein Federteller für die übliche Druckfeder aufgeschraubt, deren Spannung durch Drehung
des Einlaßrohres von Hand einstellbar ist.
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Der Nachteil dieser bekannten Druckminderer liegt darin, daß von dem
durch den Einlaß eintretenden, unter Druck stehenden Medium auch in der Schließstellung
ein axialer Druck auf das Verschlußstück ausgeübt wird. Selbst bei teilweiser öfnung
des Verschlußstückes können durch den Einlaß eintretende Druck- oder Stoßwellen
in Achsenrichtung auf das Verschlußstück einwirken, so daß diese Wellen durch den
Druckminderer zum Auslaß fortgepflanzt werden.
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Das Ziel der Erfindung ist daher Ausbildung eines membrangesteuerten
Druckminderers, bei der unerwünschte Stoßkräfte, die vom eintretenden Medium in
Strömungsrichtung übertragen werden, nicht auf das bewegliche, mit der Membran verbundene
Verschlußstück einwirken können, damit irgendwelche mechanischen Schwingungen des
Verschlußstückes
oder des austretenden Mediums unterbleiben. Dabei
soll die Ansprechempfindlichkeit des Verschlußstückes möglichst groß gemacht werden
und das Verschlußstück störungsfrei arbeiten. -Das gesteckte Ziel wird bei einem
membran-,gesteuerten Druckminderer der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, daß als fester Ventilsitz ein an, sich. bekanntes Einsatzstück
finit geschlossenem Mitfeläbschnitt und achsparallelen Durchflußbohrungen eingesetzt
ist, gegen dessen Mittelabschnitt sich das - freie, offen ausgebildete Ende des
Verschluß,stü@kes in der Schließstellung anlegt und daß das"' Einsatzstück konzentrisch
zur Außenseite des freien Endes des Verschlußstückes einen hochgezogenen Rand zur
Bildung einer Drosselkammer im Zuflußrauiri hat.
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- Als Abdichtung des Verschlußstückes gegen das Gehäuse kann eine
an. sich bekannte Lippendichtung in der Drosselkammer 'angeordnet sein.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an
Hand der Figuren erläutert.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch den Regler; Fig. 2 ist ein Schnitt,
der bestimmte Einzelheiten der Fig.1 zeigt.
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Der Druckminderer, hat .ein abgestumpftes, konisches Gehäuse 10; das
mit einem inneren, axialen Kegelstumpf 12 versehen ist, zwischen denen sich eine
runde, keilförmige Höhlung 14 befindet. Die Höhlung 14 steht über mehrere radiale,
in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete öffnungen 15 (von denen nur eine
gezeigt ist' und die durch die Wand -des Gehäuses 10 in der Nähe seines Bodenteils
hindurchgehen) mit der äußeren Luft in Verbindung. Eine in der Mitte durchbohrte
Einlaßbuchse 16 ist in das, eine Ende des, Gehäuses 10 und des Kegelstumpfes 12
hineingeschraubt; ein 4-förmiger Dichtungsring 18 ist zwischen einander gegenüberliegenden
Flächen des Kegelstumpfes 12 und der Buchse 16 eingesetzt. Eine axial verlaufende
Bohrung im Kegelstumpf 12 enthält einen Einlaßkanal 22 und einen Auslaßkanal'24.
Der Einlaßkanal22 besteht aus einem äußeren, zylindrischen Teil 26 und einem
inneren, zylindrischen Abschnitt 28 von etwas geringerem Durchmesser, die
durch eine in der Mitte gelegene, ringförmige Schulter 30 getrennt sind. Der zylindrische
Abschnitt 28 endigt an einer zweiten ringförmigen Schulter 32, die in einen konischen
Ringteil 34 übergeht, der den Auslaßkanal24 umgibt.
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Wie in den Figuren zu sehen ist; ist ein Einsatzstück 36 aus einem
geeigneten Stoff, z. B. Nylon, in den Einlaßkanal 22 eingepaßt. Das Einsatzstück
36 hat zwei zylindrische Abschnitte 38 und 40 mit einer dazwischenliegenden, ringförmigen
Schulter 42.
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Das Endstück 44 hat einen abgeschrägten Teil 46. Zwischen der Schulter
32 und dem Endstück 44 ist eine Lippendichtung 48 aus einem Dichtungsmaterial, z.
B. Gummi, untergebracht, die mit Abschnitten 50, 52, 54 auf den Teilen
46 und 44 des Einsatz-Stückes und am Ringteil 34 anliegt.
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Das zuflußseitige Ende des Einsatzstückes 36 ist mit einer in der
Mitte gelegenen Ausdrehung 56 versehen. Mehrere achsparallele Durchflußbohrungen
58 sind in dem Einsatzstück36 vorgesehen, die in einem gewissen Abstand von dem
Endstück 44 enden.
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Im abflußseitigen Ende des Einsatzstückes 36 befindet sich in der
Mitte eine weitere Ausdrehung 60, die ein kurzes Stück vom Endstück 44 aus in die
zylindrischen Durchflußbohrungen 58 hineinragt, sc daß auf diese Weise 'ein offener,
bogenförmiger Teil an diesen Enden der Durchflußbohrungen 58 gebildet wird. Wie
in den Figuren zu sehen ist, ist der Durchmesser der Ausdrehlung 60 größer als der
Durchmesser des Auslaßkanals 24 und größer als der von den radial angeordneten,
zylindrischen Durchflußbohrungen 58 gebildete innere Durchmesser, aber kleiner
als der entsprechende Außendurchmesser. Daher schneidet die Umfangsfläche der Ausdrehung
60 die Durchflußbohrungen58 und fällt ungefähr mit einem Kreis zusammen, der von
den Achsen der Durchflußbohrungen 58 gebildet wird.
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Ein bewegliches Verschlußstück 64 kann innerhalb des Auslaßkanals
24 gleiten, wobei sein inneres Ende in die Ausdrehung 60 des Einsatzstückes
hineinragt, um mit dem Mittelabschnitt 62 des als Ventilsitz dienenden Einsatzstückes
in Eingriff; zu kommen. Da
der Durchmesser der Ausdrehung 60 größer als -der
Durchmesser des Verschlnßstückes 64 ist, wird eine ringförmige Drosselkammer 66
für das Gas (Flüssigkeit) gebildet und von dem inneren Abschnitt 54 der Lippendichtung
48 - abgeschlossen. Bei einer Ver= Schiebung des Verschlußstückes 64 in öffnungsrich=
tung strömt das Medium von der Drosselkammer 66 durch einen sich nach außen erweiternden
Eingangsabschnitt 70, der Verschlußstückbohrung 68 und durch diese zum Auslaß.
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Das äußere Ende des Verschlußstückes 64 hat einen zylindrischen Abschnitt
72 mit einem Außengewinde 74 und einen ringförmigen Flansch 76 mit einer ringförmigen,
überstehenden Kante 78. Das äußere Ende des Abschnitts 72 ist zu einem ringförmigen
Hohlraum 79 ausgedreht, dessen Mitte sich auf derselben Längsachse wie die der Verschluß=
stückbohrung68 befindet. Ein schalenförmiger Feder= teller 80 ist mit einem, mit
einer Bohrung 84 versehenen Ansatz 82 auf das Außengewinde 74 geschraubt und weist
noch einen flachen Teil 86 und eine Außenwand 88 mit einem nach außen
gebogenen Flansch 90 auf. Eine Schraubenfeder 92 stützt sich mit dem einen Ende
an den flachen Teil 86 des Federtellers und mit dem entgegengesetzten Ende an einer
ringförmigen Druckplatte 94 ab, die durch radial versetzte, durch Gegenmuttern 98
(von denen nur eine zu sehen ist) gesicherte Schrauben 96 (von denen nur eine zu
sehen ist) verstellt werden kann.
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Eine biegsame Membran 100 aus einem beliebigen; geeigneten Material,
z. B. Gummi, ist mit einer inneren ringförmigen Verstärkung102 zwischen Gehäuseteilen
festgehalten. Der flache Teil 104 der Membran geht in. eine zylindrische Außenwand
106 über, die an ihrem unteren Ende umgebogen ist und sich nach oben in eine zylindrische
Wand 108 fortsetzt, so daß eine im wesentlichen V-förmige Vertiefung 109 dazwischen
steht. Der obere Abschluß der Wand 108 springt von da aus senkrecht nach außen vor
und ist mit einem oberen und unteren Verstärkungsring 112 und 114 versehen.
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Eine Abdeckplatte 116 weist eine Membrankammer 118 und einen ringförmigen
Flansch 120 auf, der neben einem ringförmigen Flansch 122 des Gehäuses 10 liegt.
Sich ergänzende, ringförmige Einschnitte 124 und 126 in den Flanschen 120 und 122
bilden einander gegenüberliegende Furchen für die Verstärkungsringe 112 und 114
der Membran 100. Die Abdeckplatte 116 ist irgendwie z. B. mit Sehrauben
128
am Gehäuse 10 befestigt. Aus einem Stück mit der Abdeckplatte 116 besteht eine Auslaßbuchse
130, die in der Mitte eine Bohrung 132 hat, deren Mitte sich auf derselben Längsachse
wie die der Verschlußstückbohrung 68, des Hohlraums 79 und der Membrankammer 118
befindet.
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Wenn der Druckminderer gemäß der Erfindung in Betrieb genommen werden
soll, wird eine Quelle, die ein Medium unter hohem Druck (nicht gezeigt) abgibt,
an die Einlaßbuchse 16 angeschlossen, während mit der Auslaßbuchse 130 eine
Vorrichtung (nicht gezeigt) zur Aufnahme der Flüssigkeit oder des Gases verbunden
wird. Das Medium tritt unter hohem Druck in die Buchse 16 ein, strömt in die Ausdrehung
56 des Einsatzstückes hinein und dann durch die Durchflußbohrungen 58 hindurch in
die Drosselkammer 66. Der Druck des Mediums in der Drosselkammer 66 wirkt auf den
inneren Abschnitt 54 der Lippendichtung 48 ein, so daß dieser gegen die Außenfläche
des Verschlußstückes 64 gedrückt und so der Einfluß wirksam gegenüber dem Auslaß
abgedichtet wird.
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Bei einer Bewegung des Verschlußstückes 64 in Längsrichtung von seinen
Sitz weg in öffnungsrichtung strömt das Medium durch die Verschlußstückbohrung 68
in den Hohlraum 79 und die Membrankammer 118 ein, von der aus es durch die
Bohrung 132 in der Auslaßbuchse 130 abgegeben wird. Durch die Anwesenheit des Mediums
innerhalb des Verschlußstückes 64 in der Bohrung 68 und außerhalb des Verschlußstückes
64 in dem Hohlraum 79 und der Membrankammer 118 wird das Verschlußstück 64 mit dem
Medium ausgefüllt, so daß seine Bewegung in Längsrichtung nicht durch Kräfte, die
nicht in Richtung der Achse liegen, behindert wird, wodurch das Verschlußstück 64
lagefest und gleichmäßig und schnell zwischen den Regelstellungen beweglich ist.
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Durch den Druck der Schraubenfeder 92 wird zunächst, wenn keine Strömung
des Mediums vorhanden ist, das Ventilstück 64 vollständig in die geöffnete Stellung
bewegt, so daß es den größtmöglichen Abstand von seinem Sitz hat. Wenn das Medium
strömt, wirkt der Druck am Auslaß sofort auf die Membran 100; infolgedessen bewegt
die von der Membran ausgeübte Kraft das Verschlußstück64 gegen die Kraft der Feder
92 auf den Sitz zu. Hierdurch wird die Strömung des Mediums aus der Drosselkammer
66 in die Bohrung 68 des Verschlußstückes 64 gedrosselt. Wenn der Druck am Auslaß
eine Kraft auf die Membran 100 ausübt, die gleich der von der Feder 92 ausgeübten
Kraft ist, befindet sich das Verschlußstück 64 in einem Gleichgewichtszustand; in
diesem Fall gibt die Auslaßbuchse 130 das Medium bei konstantem Druck ab. Falls
der Druck des Mediums, das der Einlaßbuchse 16 zugeführt wird, abnimmt, verringert
sich der Druck auf die Membran 100; so daß die Feder 92 veranlaßt wird, das Verschlußstück
64 vollständig in die geöffnete Stellung zu bringen, wodurch die Druckdifferenz
zwischen Einlaß- und Auslaßdruck verkleinert wird.
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Obwohl die Membran 100 direkt durch den Druck am Auslaß beeinflußt
wird, liegt sie doch nicht in dem Strömungsweg des Mediums; infolgedessen ist sie
nicht irgendwelchen Stoßwirkungen der Strömung von der Zuflußseite her ausgesetzt,
die notwendigerweise den Gleichgewichtszustand des Verschlußstückes 64 beeinträchtigen
würden.