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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Belasten der Arbeitskammer
eines Druckreglers. Diese Vorrichtung ist mit einem Regelventil, einem druckabhängigen
Betätigungsorgan zum Betätigen des Regelventils, einer Leitung zwischen der Austrittsseite
des Regelventils und einer Seite des Betätigungsorganes und mit einer Arbeitskammer
an der anderen Seite des Betätigungsorgans versehen. Derartige Druckregler arbeiten
in Abhängigkeit von dem Mediumdruck an der Austrittsseite des Regelventils.
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Es sind bereits Druckregler bekannt; die ein druckabhängig tätiges
Regelventil aufweisen, dessen Arbeitskammer mit dem Austrittsdruck aus einem Steuerventil
beaufschlagt ist. Bei gewissen Reglern dieser Art wird das Steuerventil in Abhängigkeit
von einer Verminderung des austrittsseitigen Druckes betätigt und so gesteuert,
daß es der Arbeitskammer des Regelventils Medium unter Druck zuliefert. Die Erfahrung
hat jedoch gezeigt, daß bei solchen Ventilen bei der Druckregelung erhebliche Schwierigkeiten
auftreten. Außerdem war es bisher nicht möglich, eine schnelle und erhebliche Drucksteigerung
in der Arbeitskammer zu erzielen, um eine zwangläufige rasche Betätigung des Regelventiles
zu gewährleisten, ohne daß der Druck in der Arbeitskammer auf einen so hohen Wert
ansteigt, bei dem das Schließen des Ventils bei Erreichen des gewünschten Wertes
des austrittsseitigen Druckes verhindert oder verzögert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile auf einfache
Weise zu überwinden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll insbesondere eine rasche
Belastung der Arbeitskammer des Regelvent ils gewährleisten. Ferner soll der Druck
in der Arbeitskammer auf einen Wert begrenzt werden, bei dem das Regelventil auch
wirklich schließt. Ferner ist erwünscht, einen übermäßigen Anstieg des austrittsseitigen
Druckes im Fall einer Leckstelle im Regelventil oder Leitung oder eines anderen
Regelelementes zu verhindern. Schließlich ist es auch wünschenswert, das bei bisherigen
Vorrichtungen dieser Gattung bekannte Flattern des Regelventils zu vermindern, um
dessen rascher Abnutzung entgegenzuwirken.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein Ausgleichsventil zum Druckausgleich
mit seiner Eintrittsseite mit der Eintrittsseite des als Hauptventil dienenden Regelventils
und mit seiner Austrittsseite mit der Austrittsseite des Hauptventils in Verbindung
steht und ein anderes druckabhängiges Betätigungsorgan aufweist, das das Ausgleichesventil
in die geöffnete Stellung vorspannt und durch eine Belastungsleitung mit der Austrittsseite
des Hauptventils derart in Verbindung steht, daß es entgegengesetzt zur Vorspannung
belastbar ist. Außerdem ist die Arbeitskammer des Hauptventils mit dessen Austrittsseite
über eine Verbindungsleitung verbunden, die mindestens eine Drosselstelle aufweist.
Schließlich steht die Austrittsseite des Ausgleichsventils mit der Verbindungsleitung
an einer zwischen der Arbeitskammer des Hauptventils und der Drosselstelle gelegenen
Stelle in Verbindung.
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Wenn das Ausgleichsventil infolge einer Verminderung des austrittsseitigen
Druckes unter einen gewünschten Wert sich öffnet, liefert es sowohl in die Austrittsleitung
als auch in die Arbeitskammer des Hauptventils Druckmedium. Da die Drosselstelle
der Strömung des Druckmediums in die Austrittsleitung des Hauptventils einen Widerstand
entgegensetzt, steigt fier Druck in der Arbeitskammer des Hauptventils an. Dieser
erhöhte Druck bewirkt ein öffnen des Hauptventils. Der Austrittsdruck sowie eine
Kraft, die sich aus der Druckdifferenz über das Hauptventil ergibt, wirkt dem entgegen.
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Sobald der gewünschte austrittsseitige Druck erreicht ist und das
Hauptventil geschlossen wird, fällt der Druck in der Arbeitskammer allmählich über
die Drosselstelle bis zum Ausgleich mit dem austrittsseitigen Druck ab.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet unter den -meisten Bedingungen
vorzüglich. In gewissen Fällen, beispielsweise wenn ein Ventil an der Austrittsseite
offen bleibt, kann jedoch der Strom durch das Hauptventil das volle Durchlaßvermögen
erreichen, ohne daß der Druckmedienbedarf gedeckt wird. In einem solchen Fall wird
ein größerer Strom durch das noch offene Ausgleichsventil abgelenkt. Wegen der Drosselstelle
zwischen dem Ausgleichsventil und der Austrittsleitung steigt dann der Druck in
der Arbeitskammer weiter auf einen Wert an, der sich dem eintrittsseitigen Druck'
nähert. Wenn dann der gewünschte austrittsseitige Druck erreicht wird, kann der
Druck in der Arbeitskammer, der gegen das Betätigungsorgan, insbesondere eine Membrane,
wirkt und das Hauptventil offen hält, zu groß sein, um überwunden werden zu können.
Das Hauptventil bleibt offen, bis der überschüssige Druck durch die Drosselstelle
in die Austrittsleitung abgeleitet ist. Die daraus folgende Verzögerung der Tätigkeit
des Hauptventiles könnte natürlich einen übermäßigen austrittsseitigen Druck zur
Folge haben.
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Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung eine direkte Umgehungsleitung von der Arbeitskammer zur Austrittsleitung
mit einem darin angeordneten Überdruckventil angebracht. Das überdruckventil ist
derart einstellbar, daß es öffnet, bevor die Durckdifferenz zwischen dem Druck in
der Arbeitskammer und dem austrittsseitigen Druck auf einen übermäßigen Wert ansteigt.
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Än Hand der Zeichnung sind in schematischer Darstellung, teilweise
im Schnitt, ein Ausführungsbeispiel sowie weitere Ausbildungen der Erfindung dargestellt.
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Das Hauptventil 10 ist ein Membranventil, das durch das Ausgleichsventil
12 belastet ist. Das Hauptventil 10 weist ein Gehäuse 14 mit einem Eintritts-und
einem Austrittskanal für die Eintrittsseite 16 bzw. die Austrittsseite
18 auf. Im Gehäuse 14 ist ein konischer Ventilsitz 20 gebildet,
mit dem ein beweglicher konischer Ventilkörper 22 zusammenwirkt, der beispielsweise
durch eine Feder 23 gegen den Ventilsitz 20 hin belastet ist. Die Eintrittsseite
16 ist über eine Hauptventileintrittsleitung 24 mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle
oder sonstigen Hochdruckgasquelle verbunden, und die Austrittsseite 18 ist über
eine Austrittsleitung 26 mit einem nachgeschalteten Drucksystem verbunden, in dem
der Druck auf einem vorherbestimmten Wert unterhalb des Eintrittsdruckes aus der
Druckquelle gehalten werden soll. Wenn der Ventilkörper 22 vom Ventilsitz 20 abgehoben
wird, kann Druckmedium, ein Gas, direkt von der Eintrittsleitung 24 in die Austrittsleitung
26 strömen.
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Der Ventilkörper 22 ist mit einer Ventilstange 28 versehen, die in
einer im Gehäuse 14 gebildeten Bohrung
30 axial gleitfähig
aufgenommen ist. Das obere Ende der Ventilstange 28 ist an einer starren Membranplatte
32 befestigt oder greift an dieser einfach an. Diese Membranplatte 32 ist
ihrerseits an einer flexiblen Membrane 34 befestigt oder greift an dieser
an. Die Außenkante der Membrane 34 ist zwischen dem Gehäuse 14 und
einer Kappe 36 straff eingeklemmt. Diese Kappe 36 ist am Gehäuse
14 durch geeignete Einrichtungen, z. B. Kopfschrauben 38, befestigt. Die
von der Kappe 36 umschlossene Arbeitskammer 40 ist oberhalb der Membrane
34 gebildet und erhält Steuerdruckmittel aus dem Ausgleichsventil
12 in einer im folgenden noch zu beschreibenden Weise. Der Steuerdruck wird
gegen die obere Fläche der Membrane 34 durch eine dämpfende Drosselöffnung
40 a in einer Drosselplatte 41 gerichtet. Eine unter der Membrane
gebildete, gegenüberliegende Ausgleichskammer 42 befindet sich in direkter
Verbindung mit der Austrittsleitung 26 über einem Abfühlkanal
44 im Gehäuse 14. Auf diese Weise ist die Membrane 34 in der
einen Richtung durch den Druck in der Arbeitskammer 40 und in der anderen
Richtung durch den Austrittsdruck in der Ausgleichskammer 42 belastet.
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Die Arbeitskammer 40 des Hauptventils 10 ist durch eine
Verbindungsleitung 46 und 48 an die Austrittsleitung 26 angeschlossen.
Ein Teil 48 dieser Verbindungsleitung ist zwischen die Austrittsleitung 26
und das Ausgleichsventil 12 geschaltet. In die Verbindungsleitung 46 ist eine Drosselstelle
50 eingebaut.
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Das Ausgleichsventil 12 weist ein Gehäuse 52 mit einer Eintrittsleitung
54 auf, die mit der Hauptventileintrittsleitung 24 und folglich mit der Druckquelle
verbunden ist. Ein Austrittskanal an der Austrittsseite 56 mündet in die
Verbindungsleitung 46 zwischen der Arbeitskammer 40 und der Drosselstelle
50. Das Ausgleichsventil 12 ist mit einem geeigneten Ventilsitz
58 ausgestattet, an dem ein beweglicher Ventilstopfen 60 angreifen
kann, der durch eine Feder 62 zur dichtenden Anlage am Ventilsitz
58 belastet sein kann. Wenn sich also der Ventilstopfen 60 vom Ventilsitz
58 abhebt, kann Gas aus der Mediumdruckquelle in die Hauptventileintrittsleitung
24, in die Arbeitskammer 40 und gleichzeitig durch die Drosselstelle
50 und den Teil 48 der Verbindungsleitung in die Austrittsleitung
26 strömen.
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Die Betätigung des Ventilstopfens 60 erfolgt unter dem Einfluß
einer Ventilstange 64, die in einer in einer Wand 68 des Gehäuses 52 gebildeten
Bohrung 66 in axialer Richtung gleitfähig ist. Ein Dichtungsring
70 dient dabei zum Verhindern des Durchsickerns vom Medium von der Austrittsseite
56. Die Ventilstange 64 greift einerseits am Ventilstopfen
60
und andererseits an einem Betätigungsorgan 72 an, das an
einer Membrane 74 befestigt ist, die sich quer zu einer Abfühlkammer 76 im
Gehäuse 52 erstreckt.
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Der Teil 48 der Verbindungsleitung setzt die Abfühlkammer 76
in Verbindung mit der Austrittsleitung 26. Dem Austrittsdruck, der auf die
Unterseite der Membrane 74 einwirkt, wirkt eine festgelegte Kraft, insbesondere
die einer Feder 78, entgegen. Vorzugsweise ist die Federkraft durch eine beliebige
geeignete Einrichtung, beispielsweise eine Mutter 80,
die auf das Betätigungsorgan
72 aufgeschraubt ist, einstellbar. Das obere Ende der Feder 78 greift
an einer Platte 82 an, die an einem offenen Rahmen 84
getragen ist.
Wenn also der Austrittsdruck unter den von der Federkraft bestimmten Wert absinkt,
drücktdie Feder 78 die Membrane 74 derart nach unten, daß die Ventilstange
64 das Ausgleichsventil 60 öffnet und den Eintrittsdruck durch den Austrittskanal
an der Austrittsseite 56 überträgt. Wie oben bereits bemerkt, gelangt der sich fortpflanzende
Hochdruck durch die Drosselstelle 50 in die Austrittsleitung 26
und
durch den anderen Teil 46 der Verbindungsleitung in die Arbeitskammer
40.
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Um zu verhindern, daß der Austrittsdruck übermäßig ansteigt, ist in
das Betätigungsorgan 72 ein überdruckventil eingebaut, dessen Ventilkörper
86
normalerweise, beispielsweise durch eine Feder 90,
in die Schließstellung
gegen den Ventilsitz 88 belastet ist. Von der ortsfesten Platte
82 springt eine Stange 92 nach unten vor, an der die obere Fläche des Ventilkörpers
86 anstößt, wenn sich dieser mit dem Gehäuse des Betätigungsorgans 72 nach
oben bewegt. Wenn also der Austrittsdruck ansteigt, kann er die Feder 78 überwinden
und das Betätigungsorgan und infolgedessen den Ventilsitz 88 nach oben drängen.
Wenn dann der Ventilkörper 86 an der Stange 92 anstößt, wird der Ventilsitz
88 vom Ventilkörper 86 fortbewegt und gestattet die Freigabe des Austrittsdruckes
aus der Verbindungsleitung 48 durch den Kanal 94 und den Ventilsitz
88 zur Atmosphäre. Die Stange 92 ist vorzugsweise zwecks axialer Einstellung,
beispielsweise mittels eines Einstellgriffes 93,
verstellbar montiert.
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Wenn das Ausgleichsventil 60 geöffnet ist und den Eintrittsdruck
in den Teil 46 der Verbindungsleitung einläßt, drosselt die Drosselstelle
50 den Strom zur Austrittsleitung 26. Infolgedessen erfolgt ein Druckanstieg
im Teil 46 der Verbindungsleitung und folglich auch in der Arbeitskammer
40. Der Strom, der noch durch die Drosselstelle 50 hindurchtritt,
kann ausreichen, um kleine Abweichungen vom gewünschten Austrittsdruck auszugleichen.
Tritt jedoch ein wesentlicher Verbrauch auf, dann überwindet der Druckanstieg in
der Arbeitskammer 40 den entgegenwirkenden Austrittsdruck und bewirkt ein
öffnen des Hauptventils 10 in solcher Weise, daß ein direkter Strom von der
Eintrittsleitung 24 zur Austrittsleitung 26 auftritt.
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Wenn dann der Austritttsdruck wieder bis nahezu auf den gewünschten
Wert angestiegen ist, beginnt sich die Membrane 74 des Ausgleichsventils
12 zu heben und das Ausgleichsventil 12 zu schließen. Infolgedessen
nimmt die Druckzulieferung zum Teil 46
der Verbindungsleitung ab. Ein Teil
des Stromes durch die Drosselstelle 50 kommt jedoch gelegentlich noch von
der Arbeitskammer 40. Der Druck in der Arbeitskammer 40 nimmt daher
ab, bis der Austrittsdruck auf die Membrane 34 stärker einwirkt und das Hauptventil
22 schließt. Das Ausgleichsventil 12 setzt seine Schließbewegung fort und der Druck
in der Ausgleichskammer entweicht allmählich durch die Drosselstelle 50,
bis der Austrittsdruck ausgeglichen ist.
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Das eben beschriebene System arbeitet unter mannigfaltigen Bedingungen
zufriedenstellend. Wenn jedoch ein wesentlicher Druckbedarf auftritt, beispielsweise
ein hinter dem Hauptventil 10 liegendes Ventil offengehalten wird, kann ein
weiteres Problem auftreten. In einem solchen Falle kann die Strömung durch den Ventilsitz
20 des Hauptventils 10 das volle Durchlaßvermögen erreichen, ohne
daß der Bedarf befriedigt wird. Eine weitere Steigerung der Strömung ist daher durch
die Eintrittsleitung 54 und das Ausgleichsventil 12 möglich. Infolgedessen hat die
Drosselstelle
50 das Bestreben, einen weiteren Druckanstieg in der Arbeitskammer
40 des Hauptventils 10
zu verursachen, da dem Druck in der Arbeitskammer
40 der Austrittsdruck im Betrieb des Hauptventils 22
entgegenwirkt,
verzögert ein übermäßiger Druckunterschied--zwischen den beiden das Schließen des
Hauptventils 10. Dies führt möglicherweise zu einer Überkompensation auf
einen übermäßigen austrittsseitigen Druck. Obwohl dieser überschüssige Druck schließlich
durch das Überdruckventil 86, 88 freigegeben wird, hat die Verzögerung der
Tätigkeit des Hauptventils 10 auf jeden Fall eine Vergeudung von Medium aus
der Druckquelle zur Folge.
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Zur Vermeidung des Auftretens eines solchen übermäßigen Druckunterschiedes
ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ein Überdruckventil 100 zum Druckdifferenzausgleich
in einer Umgehungsleitung 102 angeordnet, die zwischen die Arbeitskammer
40 und die Austrittsleitung 26 geschaltet ist. Wie dargestellt, kann
die Umgehungsleitung 102 zwischen dem Teil 46 der Verbindungsleitung
und deren anderen Teil 48 geschaltet sein. Das überdruckventi1100 kann von jeder
beliebigen Art sein. Vorzugsweise besteht es aus einem Ventilkörper 104,
der durch eine vorgespannte Feder 108
innerhalb des Ventilgehäuses 110 gegen
den Ventilsitz 106 hin belastet ist. Die Kraft der Feder 108
wird um
den Austrittsdruck erhöht, der dem auf die Vorderfläche des Ventilkörpers
104 einwirkenden Druck in der Arbeitskammer 40 entgegenwirkt. Die Feder
108 bestimmt also nicht lediglich einen absoluten Druck, sondern tatsächlich
einen Wert der Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer 40 und der Austrittsleitung
26. Das Überdruckventil 100 soll derart gewählt sein, daß eine zwangläufige Betätigung
des Ventilkörpers 22 des Hauptventils 10 in der öffnungsrichtung gewährleistet ist,
jedoch nicht so sehr, daß das Schließen um eine übermäßige Zeitspanne verzögert
wird, während der Druck in der Arbeitskammer 40 durch die Drosselstellen 112 und
50 allmählich abgeleitet wird.
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Als weiteres Merkmal der Erfindung kann nämlich eine zweite Drosselstelle
112 im Teil 46 in der Verbindungsleitung vorhanden sein, um die Strömungsgeschwindigkeit
in die Arbeitskammer 40 des Hauptventils 10 bzw. aus dieser heraus
zu drosseln. Diese Drosselstelle 112 wirkt mit der Drosselöffnung 40 a in der Drosselplatte
41 der Arbeitskammer 40 zusammen und vermindert im Verein mit dieser
das Bestreben der Membrane 34 zu flattern bzw. eine Flatterbewegung des Ventilkörpers
22 zu verursachen. Außerdem drosselt die Drosselstelle 112 den Strom zur Umgehungsleitung
102 und vermindert daher das erforderliche Durchlaßvermögen des Überdruckventils
100.
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Zur Wirkungsweise der Vorrichtung laut obiger Beschreibung kann zusammengefaßt
werden, daß die Feder 78 des Ausgleichsventils 12 auf eine Kraft eingestellt wird,
die den unterhalb der Membrane 74 abgefühlten austrittsseitigen Druck überwindet,
wenn dieser unter den gewünschten Wert absinken sollte. Wenn dieser Zustand eintritt,
wird das Ausgleichsventil 12 geöffnet und der eintrittsseitige Druck wird in den
Teil 46 der Verbindungsleitung fortgepflanzt. Ein Teil dieses eintrittsseitigen
Druckes wird direkt in die Austrittsleitung 26 fortgepflanzt, und zwar in dem Maße,
der durch das Durchlaßvermögen der Drosselstelle 50 zugelassen wird. Wenn der Abfall
des austrittsseitigen Druckes nur gering ist, kann dieser Druck durch den Strom
durch die Drosselstelle 50 wieder auf den gewünschten Wert gebracht werden. Wenn
dies nicht der Fall ist, steigt der Druck in der Arbeitskammer 40 an, bis
der austrittseitige Druck unterhalb der Membrane 34 des Hauptventils 10 überwunden
wird, wobei ein übermäßiges Ansteigen durch das überdruckventil100 der Umgehungsleitung
102 verhindert wird.
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Wenn also der austrittsseitige Druck sich dem richtigen Wert nähert,
beginnt sich das Ausgleichsventil 12 zu schließen, und die von ihm durchgelassene
Mediummenge wird vermindert. Infolgesessen wird der Druck in der Arbeitskammer 40
des Hauptventils 10 abnehmen, bis sich das Hauptventil 10
schließt.