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Membranregel- und Rückschlagventil mit einem Hilfsventil und einem
Entlastungsventil Die Erfindung betrifft ein Membranregel- und Rückschlagventil
mit einer am Rand eingespannten, unter der Wirkung des Druckmittels beweglichen,
das Verschlußstück des Rückschlagventils bildenden Hilfsmembran, die im Bereich
des Durchfiußkanals eine Durchtrittsöffnung für das Druckmittel aufweist und der
eine am Rand eingespannte Hauptmembran zugeordnet ist, die in dem Ventilgehäuse
eine zumindest mit dem Ventilausgang über ein von außen zu betätigendes Hilfsventil
in Verbindung stehende Druckkammer abteilt und auf die das Stellglied des Regelventils
einwirkt.
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Bei einem solchen Ventil besteht die Aufgabe, eine Entlastungseinrichtung
zu schaffen, die eine gedämpfte Schließbewegung bewirken kann, welche die Gefahr
von Dampf- oder Wasserschlägen ausschließt.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß dem in an sich
bekannter Weise in die Hauptmembran eingefügten und ein mit der Hauptmembran kraftschlüssig
verbindbares Verstellglied aufweisenden Hilfsventil ein in der Hauptmembran angeordnetes,
zeitlich nach dem Ansprechen des Hilfsventils wirksam werdendes, an sich bekanntes
Entlastungsventil nachgeordnet ist, dessen Verschlußstück mit dem den wirksamen
Ventilquerschnitt steuernden und einen von dem Entlastungsventil beherrschten Durchgangskanal
aufweisenden Hauptventilverschlußstück zusammenwirkt.
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Das neue Ventil ist insbesondere zur Verwendung in Dampfkondensatkreislaufsystemen
von Fernheizwerken geeignet, da es drei Ventilfunktionen in sich vereint, nämlich
als Absperr-, Regel- und Rückschlagventil wirkt, und trotzdem in einer Baueinheit
der üblichen DIN-Baulänge hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist das Ventil
auch bei sehr kleinen Differenzdrücken unter etwa 0,2 atü voll wirksam, während
gleichzeitig ein Schlagen des Ventils durch zu schlagartiges Schließen ausgeschlossen
ist. Für die Schließbewegung kann die Magnetkraft verwendet werden - d. h., der
Magnet drückt hierbei auf das Stellglied -, während das öffnen durch eine Rückholfeder
geschehen kann. Die größere und genauer zu steuernde Druckkraft des Magneten gestattet
es, ein sicheres Abschließen des Verschlußstükkes in seinem Sitz zu erzielen, als
dies mit einer Feder möglich wäre.
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Es wurde bereits ein druckmittelbetätigtes Ventil mit Steuerung durch
.ein Dreiwegehilfsventil und mit einem Entlastungsventil vorgeschlagen, das insbesondere
für die Schaltung sehr hoher Drücke unter Vermeidung von Schlägen bestimmt ist.
Dieses Ventil ist jedoch. nicht als Membranventil ausgebildet, auch wirkt es nicht
als Rückschlagventil. Eine kraftschlüssige Verbindung des Verstellgliedes mit dem
dort verwendeten und in - seiner Funktion etwa einer Membran entsprechenden Differenzkolben
ist nicht vorgesehen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 ein Ventil gemäß der Erfindung in axialem Schnitt, F i g. 2 ein
Ventil gemäß der Erfindung in einer anderen Ausführungsform, ebenfalls in axialem
Schnitt.
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Das in F i g.1 dargestellte Ventil ist folgendermaßen aufgebaut: Im
Ventilgehäuse 10, das, mit Anschlußfianschen 11 und 12 versehen
ist, ist der Ventileingang mit 13
und der Ventilausgang mit 14 bezeichnet.
Das Gehäuse 10 enthält eine Hauptmembran 15, die bei 16
am Rand
eingespannt ist und eine Druckkammer 17 abteilt, deren Außenwandung durch einen
mit dem Gehäuse 10 verbundenen Ventildeckel 18 gebildet wird. Unterhalb der Hauptmembran
15 ist eine Hilfsmembran 19 angeordnet, die als Formmembran ausgebildet und
bei 20 am Rand eingespannt ist. Die Hilfsmembran 19 ist im Bereich ihrer
Einspannung bei 21 faltig ausgebildet. Sie weist eine umlaufende Falte 22 auf, die
im Bereich der Durchtrittsöffnung 23 mit einer umlaufenden Wulst 24 verbunden ist.
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Die Hilfsmembran 119, die im übrigen auch als Flachmembran ausgebildet
werden kann, liegt auf
einem ihrer Gestalt angepaßten Auflageteller
25 auf, der mit Durchtrittskanälen 26 versehen und bei 27 mit einer Spindel 28 eines
von Hand zu betätigenden Schraubentriebes 29 verbunden ist. Durch Betätigung des
Schraubentriebes 29 lassen sich der Auflageteller 25 und damit die Hilfsmembran
19 in axialer Richtung verstellen, wobei ein Führungsstift 30 ein Verdrehen des
Auflagetellers 25 verhindert.
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Die Hauptmembran 15 trägt ein .Gehäuse 31, das in .den Druckraum 17
ragt und mit einem Verstellglied 32 verbunden ist. Im Boden des Gehäuses 31 ist
ein Entlastungsteller 33 axial verschieblich geführt, der zusammen mit der Wulst
24 der Hilfsmembran 19 das Hauptventil bildet.
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Der Entlastungsteller 33 ist mit einer zentrischen Bohrung 34 versehen,
von der Entlastungskanäle 35 in den Ventilauslaß 14 münden und die ein Verschlußstück-36
eines Entlastungsventils enthält, das durch eine Feder 37 belastet ist und zwischen
der in F i g. 1 dargestellten Stellung und einer durch einen Anschlag 38 begrenzten
Stellung, in welcher die Entlastungskanäle 35 geöffnet sind, verschieblich ist.
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Dem als Doppelkegel ausgebildeten Ventilverschußstück gegenüber mündet
ein Durchgangskanal 39 in das Innere des Gehäuses 31, der durch das Verschlußstück
36 -verschlossen werden kann. Im Inneren des Gehäuses 31 ist noch eine Druckfeder
40 angeordnet, die den Entlastungsteller 33 gegen die Gehäusewandung
abstützt, während ein Ringspalt 41 das Gehäuseinnere mit dem Ventileinlaß 13 in
Verbindung setzt. Ein im Inneren des Gehäuses 31 des weiteren noch vorgesehenes
Filter 42 dient zum Schutz vor Verstopfung, insbesondere für eine Drosselbohrung
43, die in den Druckraum 17 führt.
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Das mit dem Gehäuse 31 und damit der Hauptmembran 15 verbundene Verstellglied
32 kann durch eine Magnetspüle 44,'50 verschoben. worden, daß es bei Erregung der
Spüle 44 nach unten, d. h. in der Schließrichtung, auf die Hilfsmembran 19 zu gedrückt
wird. Wird die Spule 44 wieder entregt, so kann es durch eine Rückholfeder 45 wieder
in die Ruhelage zurückgebracht werden.
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Auf das Verstellglied 32 können über eine bei 46 schematisch angedeutete
Stange weitere an sich bekannte pneumatische oder hyraulische Fernbedienungseinrichtungen
eingreifen: Auch können die Spule 44 bzw. das Verstellglied 32 mit dem gesamten
zugehörigen Gehäuse 47 von dem Ventildeckel 18 abgeschraubt und durch andere, beispielsweise
pneumatische, hydraulische oder von Hand zu betätigende Betätigungsglieder ersetzt
werden. Um dies zu ermöglichen, ist der Ventildeckel 18 bei 48 mit einem abgedichteten
Gewinde versehen.
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Die Wirkungsweise des Ventils ist wie folgt: Ist die Magnetspule 44
stromlos, so wird das Verstellglied 32 durch die Rückholfeder 45 nach oben gedrückt,
so daß der Entlastungsteller 33 von der Wulst 24 der Hilfsmembran. 19 abgehoben
ist und das Druckmittel ungehindert vom Ventileingang 13 zum Ventilausgang 14 gelangen
kann. Der maximale Durchflußquerschnitt des Ventils kann hierbei durch den Innendurchmesser
der Ringwulst 24 begrenzt werden, was den Vorteil mit sich bringt, daß 'die maximale
Durchflußmenge des Ventils sich durch einfaches Auswechseln der Hilfsmembran 19
einstellen läßt. Durch Verstellen des Schraubentriebes 29 in der bereits beschriebenen
Weise ist daneben eine Handeingriffsmöglichkeit gegeben. Herrscht im Ventilauslaß
14 ein höherer Druck als im Ventileinlaß 13, so tritt das im Ventilauslaß befindliche,
einen höheren Druck aufweisende Druckmittel im Bereich der Einspannstelle der Hilfsmembran
19 bei 21 in den Spalt zwischen der Einspannstelle und dem Auflageteller 25 ein,
was zur Folge hat, daß die Hilfsmembran 19 bzw. ihre Wulst 24 nach oben fest gegen
den Entlastungsteller 33 gedrückt werden, so daß das Ventil für diese Durch-. flußrichtung
gesperrt ist. Wird nun im Fall eines sehr hohen Rückflußdruckes die Hilfsmembran
19 stark nach oben gedrückt, so wird auch die Hauptmembran 15 über den Entlastungsteller
33 nach oben gedrückt, so daß kein Öffnen des Ventils eintritt.
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Bei geöffnetem Ventil ist die Hauptmembran 15 durch den Ringkanal
41 sowie den Durchgangskanal 39 bzw. die Bohrung 43 und die Öffnungen 35 immer auf
der Ober- und Unterseite mit dem gleichen Druck beaufschlagt, der im Ventileinlaß
13 herrscht. Damit kann die Hauptmembran 15 durch eine verhältnismäßig kleine, am
Verstellglied 32 angreifende Kraft bewegt werden.
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Ist der Differenzdruck zwischen Ventileinlaß und Ventilauslaß verhältnismäßig
klein, so geht das Schließen des Ventils wie folgt vor sich: Wird die Magnetspule
44 erregt, so wird das Verstellglied 32 nach unten gedrückt. Damit führt auch das
Gehäuse 31, das von der Hauptmembran 15 getragen wird, eine nach unten gerichtete
Bewegung aus, in deren Verlauf zunächst der Entlastungsteller 33 auf der Ringwulst
24 der Hilfsmembran 19 zur Auflage kommt. In diesem Augenblick sind noch die Entlastungskanäle
35 offen, über die zusammen mit dem Ringkanal 41 eine Verbindung zwischen Ventileinlaß
13 und Ventilauslaß 14 weiterhin besteht. Damit ist ein schlagartiges Schließen
des Ventils verhindert. Geht nun das Verstellglied 32 unter der Wirkung des Magneten
weiter nach unten, so wird zunächst die Feder 40 zusammengedrückt, bis der Rand
des Durchgangskanals 39 auf dem Doppelkegel des Verschlußstückes 36 zur Auflage
kommt. Hierauf wird auch die Feder 37 zusammengedrückt, bis das Verschlußstück 36
auch die Bohrung 34 abschließt, womit das Ventil völlig geschlossen ist. Der Ringspalt
41 bleibt hierbei geöffnet, so daß sich über die Drosselbohrung 43 ein Druckausgleich
zwischen der Druckkammer 17 und dem Ventileinlaß 13 herstellen kann.
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Das Öffnen des Ventils geht in der umgekehrten Reihenfolge vor sich:
Sowie die Magnetspule 44 stromlos geworden ist, drückt die Rückholfeder 45 das Verstellglied
32 nach oben. Damit geht auch das Gehäuse 31 so weit nach oben, daß das Verschlußstück
36 den Durchgangskanal 39 sowie die Entlastungskanäle 35 freigibt. Damit kann sich
der im Druckraum 17 herrschende Druck abbauen, so daß die Hauptmembran 15 mit dem
Entlastungsteller 33 in die geöffnete Stellung übergehen kann.
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Ist der Differenzdruck zwischen Ventileinlaß 13 und Ventilauslaß 14
so groß, daß die auf das Verstellglied 32 wirkende Magnetkraft den Entlastungsteller
gegen den Differenzdruck nicht auf die Ringwulst 24 zu drücken vermag, so geschieht
das Schließen in der folgenden Weise: Bei der Erregung der Magnetspule 44 wird das
Gehäuse 31 durch das Verstellglied 32 so weit nach unten gedrückt, daß der Durchgangskanal
39 und
die Entlastungsbohrungen 35 durch das Verschlußstück 36 bei.
zunächst in der der offenen Stellung des Ventils entsprechenden Lage verharrendem
Entlastungsteller 33 verschlossen werden. Nunmehr baut sich über den offenen Ringspalt
41 sowie die Drosselbohrung 43 im Druckraum 17 der hohe in dem Ventileinlaß 13 herrschende
Druck auf, so daß die volle Druckdifferenz an der Hauptmembran 15 zur Wirkung kommt.
Dies hat zur Folge, daß die Hauptmembran 15 nach unten gedrückt wird, so daß der
Entlastungsteller 33 auf der Wulst 24 zur Auflage kommt und das Ventil geschlossen
wird. Auch hier ist durch die zweckmäßige Bemessung der Drosselbohrung
43 gewährleistet, daß das Schließen des Ventils nicht schlagartig, sondern
etwas verzögert erfolgt.
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Das (Offnen des Ventils geschieht auch in diesem Fall in der vorher
beschriebenen Weise.
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Der Grenzwert des Druckes, unterhalb dessen der Entlastungsteller
33 direkt auf die Wulst 24 aufgedrückt werden kann, wenn das Ventil geschlossen
werden soll, und oberhalb dessen zunächst nur die Durchgangskanäle geschlossen werden,
hängt nicht zuletzt auch von der Wahl der Kennlinien der Federn 40 und 37
ab. Er liegt im allgemeinen bei einem Wert von 0,2 atü für die Druckdifferenz zwischen
Ventileinlaß und Ventilauslaß.
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In der anderen Ausführungsform nach F i g. 2 ist die Hilfsmembran
190 als Flachmembran ausgebildet, die bei 200 am Rand eingespannt ist und
auf einem entsprechend gestalteten Auflageteller 250 aufliegt, der mittels
einer Schraube 270 in axialer Richtung verschieblich ist. Die Hilfsmembran
190 ist mit einer umlaufenden Wulst 240 versehen, .die in der bereits erläuterten
Weise mit einem Entlastungsteller 330 zusammenwirkt, .der einen. Entlastungskanal
350 aufweist, welcher in eine zentrische Bohrung 340 mündet, die eine Dichtungsscheibe
340a enthält.
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Das auf der Hauptmembran 150 befestigte Gehäuse 310 ragt in einen
Druckraum 170, der in einem Ventildeckel 180 ausgebildet ist. Der Entlastungsteller
330 ist gegen die Wirkung einer Feder 370 verschieblich im Boden des Gehäuses 310
geführt, wobei seine Verschiebebewegung durch einen Anschlag 380 begrenzt wird.
In seine zentrische Bohrung 340 ragt ein Verschlußstück 360, das einen Durchgangskanal
390 aufweist, der aus dem Inneren des Gehäuses 310 in den Druckraum 170 führt und
durch ein Verschlußstück 320 a verschlossen werden kann, welches auf dem
Verstellglied 320 angeordnet ist. Dieses ist in der üblichen Weise mit dem Anker
460 eines Magneten verbunden, dessen Spule bei 440 angedeutet ist. Das Verschlußstück
360 ist mit dem Gehäuse 310 fest verbunden, während das Verschlußstück 320a, das
unter der Wirkung einer Feder 450 steht, die auf eine auf dem Verstellglied 320
verschieblich geführte Büchse 450a drückt, um eine für die Öffnung des Durchgangskanals
390 nötige Weglänge sich bewegen kann. Der Druckraum 170 steht daneben über eine
Drosselbohrung 430 mit dem Inneren des Gehäuses 310 in Verbindung, während eine
weitere Drosselbohrung 430a eine Verbindung zwischen der Zuflußseite 130 des Ventils
und dem Druckraum 170 schafft, die an die Stelle des Ringspaltes 41 der Ausführungsform
nach F i g. 1 tritt.
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Die Wirkungsweise des in F i g. 2 dargestellten Ventils entspricht
der des Ventils nach F i g. 1. Bei dem Ventil nach F i g. 2 ist das Ventilgehäuse
100 aus drei Teilen aufgebaut, nämlich dem Ventildeckel 180 sowie einem Einsatzstück
101 und dem eigentlichen, den Ventileinlaß 130 und den -auslaß 140 aufweisenden
Gehäuseteil 102.
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Die Ventile können auch zu einer kontinuierlichen, Regelung des Durchgangsquerschnittes
herangezogen werden.