DE1914672A1

DE1914672A1 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE1914672A1
Application number: DE19691914672
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: TELEKTRON GREAT BRITAIN Ltd
Current assignee: TELEKTRON GREAT BRITAIN Ltd
Priority date: 1968-03-26
Filing date: 1969-03-22
Publication date: 1969-10-09
Also published as: NL6904294A; GB1254106A; DE1914672C3; SE343960B; DE1914672B2; US3556125A; JPS4937048B1; FR2004724A1

Description

DR. INQ. HANS LICHTI · DIPL.-INQ. HEINER LICHTI

PATENTANWÄLTE 191 AßT?

KARLSRUHE-DURLACH ■ QRÖTZiNQER STRASSE 61

TELEFON (0711) 411 24

21. März I969 1758/69

TELEKTRON (Great Britain) Limited, West Molesey, Surrey

(England).

Druckregelventil.

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil mit einer einerseits vom Ausgangsdruck gesteuerten, andererseits von einer Feder einstellbar belasteten, den Öffnungsquerschnitt des Ventils regelnden Membran.

Die Verwendung von Druckmitteln, insbesondere Druckgas zum Betrieb von Vorrichtungen gewinnt in zunehmendem Maß an Bedeutung. Hierbei ist es häufig erforderlich, eine Vorrichtung mit Luft oder Gas bei einem Druck zu speisen, der unter«· halb des am Ort gerade vorhandenen Drucks des Druckmittels liegt. In diesen Fällen werden zwischen die Vorrichtung und die Druckmittelquelle Regelventile eingebaut. Mit solchen Ventilen können mehrere Vorrichtungen, gegebenenfalls bei jeweils

Betriebs«
verschiedenem Druck aus einer einzigen Quelle gespeist werden,

die mindestens den erforderlichen Höchstdruck der Vorrichtungen Lj/ju „ 2 -

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liefert.

Der Betriebsmitteldruck für solche Vorrichtungen, bei« spielsweise für pneumatische Halter, muß oft in engen Toleranzen gewahrt sein.

Bei den herkömmlichen Ventilen des eingangs geschilderten Aufbaus ist die Druckdifferenz zwischen Unter- und ^T k Oberseite der Regelmembran beträchtlich. Hierdurch wird einerseits eine Feinregulierung überaus erschwert, anderer« seits ist die Membran erheblichen, ihre Funktions— und Be-" triebssicherheit beeinträchtigenden Beanspruchungen unterworfen. ......

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, welches eine sehr genaue Regelung des Aus gangs drucks erlaubt. . - ΐ ;.<-'-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst^ däß^rf die Membran zwischen zwei Kammern, aus denen das Druckmittel über zumindest einen Teilumfang der Membran abströmen kann, ) angeordnet und mit dem Stellglied eines zwischen dem Ventileingang und der zum Ventilausgang führenden ersten Kammer angeordneten Ventils verbunden ist, während die zweite Kammer mit dem Ventileingang unmittelbar in Verbindung steht.

Vorzugsweise ist die zweite Kammer von einem oberhalb der Membran angeordneten und diese nahe ihres Umfangs berührenden Teil gebildet, welches von der Membran unter JBihwirkung des in dieser zweiten Kammer herrschenden Drucks gegen eine Vorspannkraft abhebbar ist* DasDruckmittel karin " aus der zweiten Kammer in die Umgebung abströmen, indem das '

Lj/ju - 3 -

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diese Kammer bildende Teil gegen die Vorspannkraft angehoben wird, um einen schmalen Spalt zwischen diesem Teil und der Membran herzustellen. Im Normalfall wird die Membran durch den Druck in der zweiten Kammer gegen ihren Sitz gedrückt.

Die Druckmittelerbindung zwischen dem Ventileingang und der zweiten Kammer kann von einer das Stellglied des Ventils durchgreifenden Leitung gebildet werden.

Durch die Erfindung wird somit ein Ventil geschaffen, mit dem die Regelung der Druckminderung durch einen .einfachen Aufbau ermöglicht wird. Hierbei sind keine gleitenden Teile erforderlich, so daß eine beträchtliche Reduzierung an Schmiermittel möglich ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfin« dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer be« vorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung. Hier« bei zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform und

Fig. 2 einen Ausschnitt durch eine andere Ausführungsform, die als Stellungsgeber ausgebildet ist.

Das in Figur 1 wieder gegebene Ventil weist ein BssLsge« häuse 12 auf, an dem in nicht näher dargestellter Weise eine Gehäusekappe 17 befestigt ist. Selbstverständlich kann die Gehäusekappe auch an einem anderen Träger in irgendeiner be« liebigen Stellung angebracht sein. Das Basisgehäuse besitzt an seiner einen Seite einen Hochdruck«Eingang 23 und an sei«

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ner anderen Seite einen Niederdruck-Ausgang 22, durch welchen das Druckmittel das Gehäuse verlässt. Der Eingang 23 steht über einen Filter 10 mit einer Speicherkammer 27 in Verbindung, der den im Druckmittel enthaltenen, die Funktionsfähig»« keit des Ventils beeinträchtigenden Staub zurückhält. Der Filter 10 ist einerseits in einem Ventilsitz-Teil 51 andererseits mittels Gehäuseringen 6 und 11 sowie mittels eines Schraubbolzens 9 in dem BesLsgehäuse 12 gehalten. Das Ventilsitz-Teil 5 weist ringförmige Gestalt auf, wobei seine der " Speicherkammer 27 zugekehrte Oberfläche zur Bildung eines Ventilsitzes für das Stellglied 7 abgeschrägt ist. Dieses Stellglied 7 greift mit einem verlängerten Teil durch die zentrale Öffnung im Teil 5 nach oben in die Regelkammer 21, welche mit dem Niederdruck-Ausgang 22 in Verbindung steht. Wenn sich das Stellglied 7 von dem Ventilsitz 5 abhebt und " in die Speicherkammer 27 eindringt, so steht der Niederdruck-Ausgang 22 mit dem Hochdruck—Eingang 23 in Verbindung, so daß das Druckmittel überströmen kann.

Die Gehäusekappe 17 berührt das Basisgehäuse 12 entlang einer ringförmigen Fläche. Im Bereich dieser Fläche ist k das BasLsgehäuse 12 abgestuft, um ein Auflager 26 für eine flexible Membran lk zu bilden. Diese Membran besteht aus einem nachgiebigen Werkstoff oder einer flexiblen Platte (beispielsweise aus einer Platte mit konzentrischer Rillung). Die Membran ist mit dem Stellglied 7 mittels einer Mutter 3 verbunden, die mit einem entsprechenden, die Membran Ik durchgreifenden Gewindeende des Stellgliedes 7 zusammenwirkt. Zwischen der Mutter 3 und der Oberfläche der Membran l4 ist

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eine Dichtung k eingelegt. Auf der der Speicherkammer/zugekehrten Unterseite der Membran ist eine Stützplatte 13 angeordnet. Eine gegen das Basisgehäuse 12 gerichtete Bewegung des mittleren Bereichs der Membran Ik äußert sich demzufol-

Lj/ju ~ 5 -

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ge in einer Abwärtsbewegung des Stellgliedes 7$ welches von seinem Sitz am Teil 5 freikommt·

Die Membran lk wird mittels eines Spanntellers 15 gegen ihr Auflager 26 gehalten. Dieser Spannteller 15 weist einen ringförmigen Steg auf, welcher der Membran lk an ihrer Oberseite aufliegt. Die Spannplatte 15 ist unter Bildung eines Raums für die Mutter 3 nach innen eingezogen_f wodurch gleichzeitig eine Steuerkammer 20 erzeugt wird. Innerhalb des Stellgliedes 7 ist in axialer Richtung eine Leitung 8 von kleinem Querschnitt angeordnet, welche die Verbindung zwischen der Speicherkammer 27 und der Steuerkammer 20 herstellt. Vorzugsweise ist die Leitung 8von einer Einspritz— nadel oder einem ähnlichen Rohrstück kleinen Durchmessers gebildet.

Die Spannplatte 15 wird mittels einer Hauptfeder 2, beispielsweise, einer Schraubenfieder zur Anlage an der Mem— bran Ik gebracht. Diese Schraubenfeder ist an ihrem anderen Ende in einem Federsitz-l6 geführt. Auf diese Weise wird die Spannplatte 15 gegen- das Basisgehäuse: 12- mit einem bestimmten Druck belastet, der durch Einstellung; der Vorspannung der Feder variiert werden Mann. Ih die Gehäusekappte ±7 greift ein StelUzapfen^ 2% e±n,_v der- in dieser- Kappe mitteis Gewinde geführt ist.-■· Das im die* Geh«us;efeap,p©; 17 eingreifende? Ende des Stellzapfensv 2fe bildest einen Sitz für eine zwischen dem Stellzapfen und dem Federsitzi l6 gelagerte Kugel; l·. Öer~ Stelizapfen- 2M- kann- mitte=!«! einess Rttopfs- 19* verdreht werden, so daß die Vor-epannungi; int= äex\ Fedep 2- und.; somite der aufi die Spannptattei 1§j wirkende Dialekt verändert^ werden kann» Zum Fixieren der; ausgewättlJten- Stsel^tuttgV dient eine^ Kontermutter*

Lj/ju

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Der Innenraum der Gehäusekappe 17 steht über eine Öffnung 25 mit der AthmoSphäre in Verbindung. Darüberhinaus ist am Niederdruck-Ausgang 22 eine Meßleitung 28 angeschlossen, so daß der Reduzierdruck meßtechnisch erfasst werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung sowie aus der Zeich-· nung ergibt sich, daß das am Hochdruck-Eingang 23 eintretende Druckmittel das Ventil auf drei verschiedenen Wegen verlassen kann. Im ersten Fall ist das Stellglied 7 vom Sitz 5 abgeho-

»ben, so daß das Druckmittel durch dieses Ventil in die Re-θ *ΐ Tl ^

gelkammer 21/und aus dieser über den Niederdruck—Ausgang 22 ausströmen kann.

Der zweite mögliche Weg besteht darin, daß das Druckmittel durch die Leitung 8 in die Steuerkammer 20 eindringt, und — sofern der Druck ausreichend ist — die Vorspannplatte 15 gegen den Vorspanndruck anhebt, so daß sie von der Membran l4 freikommt, woraufhin die Luft durch die Öffnung 25 der Gehäusekappe 17 nach außen strömen kann.

Die Membran 12 kann sich an ihrem Umfang/von ihrer Auflagerfläche 26 abheben, um den Durchtritt des Druckmittels

' von der Regelkammer 21 in die Gehäusekappje: 17 und; den-Aus-t

z,u tritt des Druckmittels durchι die Öffnung 25/^! ermöglichen*: ' " Diesen Weg geht: das Druckmittel dann y wenn die. Spannung in der Feder 2 reduziert wird, so daß der auf den-umfang der Membran ausgeübte Druck nicht ausreichend groß' ist,. um; silent ge gen dem Druck in der Regelkamnier: ZIiin Berührung, mit. dem Auflager 26 zu halten. Dies stellt den dritten möglichen Weg dar.

Die in Figur 2 wiedergegebene Ausführungjeform Aufbau ähnlich der in Figur 1 dargestellten, doch wii"d^r hier bei ein anderes Element zur Belastung der Spannplatte 15 A .

Lj/ju - 7 «.

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gegen die Membran 1AA verwendet. Eine Blattfeder 2A ist fest mit einem Block 29 verbunden und überspannt die Spannplatte I5A, von der sie durch'eine Kugel IA getrennt ist. Bei JO greift an der Blattfeder ein veränderbarer mechanischer Kontakt an, wodurch die von der Feder 2A auf die Kugel IA aus« geübte Druckkraft vorbestimmt werden kann.

Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform kann bei« spielsweise auch, als Stellungsgeber verwendet werden, indem dann der Punkt 30 mit einer Einrichtung in Verbindung steht, dessen Stellungsparameter angezeigt werden soll. Ändert sich dieser Stellungsparameter, so wird die am Punkt 30 wirksame Kraft und somit der Austrittsdruck am Ausgang 22A geändert. Auf diese Weise wird der bei 23A anstehende hohe Eingangs« druck durch Änderung des Stellungsimpulses der Einrichtung mittels des Ventils in einen Druckmittel-Impuls umgeformt. Dieser Druckmittelimpuls kann dann dazu dienen, eine Anzeigevorrichtung an einem entfernt liegenden Ort in Tätigkeit treten zu lassen.

Die Funktionsweise der beiden Ausführungsformen wird nachfolgend anhand des in Figur 1 dargestellten Aus führungs·» beispiels geschildert, wobei zur Übertragung auf die Ausführungsform nach Figur 2 lediglich der Zusatz "A" den jeweiligen Bezugsziffern hinzugefügt werden muß, da beide Ausführungsformen sich nur hinsichtlich der Erzeugung des mechanischen Drucks auf die Spannplatte 15 bzw. 15A unterscheiden,

Das Druckmittel tritt durch den Hochdruck-Eingang 23 über die Leitung 8 in einem bestimmten Anteil in die Steuerkammer 20 ein. Das Druckmittel kann die Steuerkammer 20 durch das Druck-Hilfsventil, welches von der Membran 14 und

Lj/ju - 8 -

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dem ihr aufliegenden ringförmigen Steg der Platte 15 gebildet wird, verlassen. Die hierbei anfallende Abströmmenge hängt von dem durch die Hauptfeder 2 ausgeübten Vorspanndruck ab, so daß der Druck in der Steuerkammer proportional'dem durch die Feder 2 ausgeübten Ladedruck ist. Der Druck in der Steuerkammer 20 wird über die Membran Ik auf das Stellglied 7 übertragen, so daß durch dessen Bewegung das Druckmittel in die Regelkammer 21 einströmen und somit zum Niederdruck« Ausgang 22 gelangen kann. Das Ventil verharrt in der Offenstellung, solange der Druck in der Steuerkanuner 20 größer ist als der in der Regelkammer 21. Das Stellglied 7 bewegt sich unter Schließen des Ventils gegen seinen Sitz, sobald der Druck in der Regelkammer 21 sich dem Druck in der Steuerkammer 20 angleicht. Das Ventil schließt also, wenn sich der geforderte Druck in der Regelkammer 21 aufgebaut hat.

Wird die von der Feder 2 ausgeübte Kraft verringert, so vermindert sich gleichzeitig der auf die Spannplatte 15 wirkende Druck, so daß das Druckmittel die Steuerkammer 20 verlässt und in dieser, der Druck abfällt. Die Membran hebt sich dann von ihrem Auflager 26 ab, so daß der Druck in der Regelkammer 21 und in den an den Ausgang angeschlossenen Verbraucherleitungen abfällt, bis der Druck beiderseits der Membran wieder ausgeglichen ist.

Der Regler gemäß der Erfindung kann in zwei verschiedenen Formen angewendet werden. Im ersten Fall findet ein kontinuierlicher Fluß durch das Ventil statt, so daß ein Druckmittelstrom mit geregeltem Druck erzeugt wird. Das vom Hochdruckeingang 23 der Steuerkammer 20 zuströmende Druckmittel gibt eine konstante Leckrate zwischen der Spannplatte 15 und der Membran 14. Der Druck in der Steuerkanuner 20 ist ausreichend, um die Membran lk um einen geringen Betrag nach

Lj/ju - 9 -

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unten zu drücken, so daß das Druckmittel dem geschilderten ersten Weg folgt und das Ventil am Niederdruck-Ausgang 22 verlässt. Die Druckminderung wird durch den in dem schmalen Durchtrittsspalt zwischen dem Stellglied 7 und seinem Sitz stattfindenden Druckabfall erzeugt.

Im zweiten Fall wird das Druckmittel mit geregeltem Druck einer abgeschlossenen Leitung zugeführt, so daß eine Strömung durch die Leitung nicht stattfindet. Der Druck am Ausgang 22 wird durch den Druck in der Steuerkammer 20 be« stimmt, wobei das Ventil 5» 7 in. seiner Normalstellung geschlossen ist. Fällt der Druck in der Leitung, beispielsweise aufgrund eines Lecks, unter den vorbestimmten Druck, so öffnet das Ventil für eine kurze Zeit, um den Ausgangsdruck zu erhöhen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Membran ΐΛ des Ventils während des Betriebs auf beiden Seiten unter Wirkung eines im wesentlichen gleichgroßen Drucks steht, wodurch ihre Funktionstüchtigkeit sowie Betriebssicherheit verbessert und die Gefahr einer Fehlfunktion aufgrund der Zerstörung der Membran verringert wird.

Die Verbindung zwischen dem Hochdruck-Eingang 23 und der Steuerkammer 20 hat, wie bereits angedeutet, einen sehr geringen Querschnitt. Dies ist deshalb notwendig, weil bei der üblichen Funktion des Ventils eine ständige Leckströmung aus der Steuerkammer über den Umfang der Membran lA erfolgt. Dieser Druckmittelverlust soll naturgemäß so gering als möglich gehalten werden, insbesondere deshalb, weil die Leck— strömung bei dem dem Ventil zugeführten hohen Druck erfolgt.

Lj/ju - 10 -

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Der Durchmesser der Leitung wird deshalb so gering wie möglich gehalten, jedoch so groß, daß eine die Funktionstuch— tigkeit des Ventils aufrechterhaltende Leckströmung stattfindet.

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Claims

-Ii-. 21, März I969 1758/69 Patentansprüche

1.) Druckregelventil mit einer einerseits vom Ausgangsdruck gesteuerten, andererseits von einer Feder einstellbar belasteten, den Öffnungsquerschnitt des Ventils regelnden Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran ÖA)zwischen zwei Kammern (20, 2l), aus denen das Druckmittel über zumindest einen Teilumfang der Membran abströmen kann, angeordnet und mit dem Stellglied (7) eines zwischen dem Ventileingang(23) und der zum Ventilausgang (22) führenden ersten Kammer (21) angeord« neten Ventils verbunden ist, während die zweite Kammer (20) mit dem Ventileingang (23) unmittelbar in Verbindung (8)steht.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (20) von einem oberhalb der Membran (l4)ange>» ordneten und diese nahe ihres Umfangs berührenden Teil (15) gebildet ist, welches von der Membran (lk) unter Einwirkung des in dieser zweiten Kammer herrschenden Drucks gegenjeine Vorspannkraft abhebbar ist.

3· Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft und somit der in der zweiten Kammer (20) herrschende Druck, bei dem das diese Kammer bildende Teil 6.5) von der Membran (lk) abhebt, einstellbar ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelverbindung zwischen dem Ventileingang (23) und der zweiten Kammer (20) von einer das Stellglied (7) des Ventils (5, 7) durchgreifenden Leitung (8) gebildet ist.

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5· Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis k_t dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (5t7) einen ringförmigen, von dem Stellglied (7) teilweise durchgriffenen Sitz (5) aufweist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (l4) mit ihrem Umfang von einem ringförmigen Auflager (26) abhebbar ist, um eine Druck· entlastung in der ersten Kammer (2l) zu ermöglichen.

7· Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft von einer einstellbaren Druckfeder (2) gebildet ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft von einer Aüslegerfe« der (2A) erzeugt wird, auf n.?,s- veränderbare Kräfte zur Wir-« kung gebracht werden können.

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