DE1947342A1

DE1947342A1 - Servogesteuertes Regelventil

Info

Publication number: DE1947342A1
Application number: DE19691947342
Authority: DE
Inventors: Salerno Paul Gasper
Original assignee: Vapor Corp
Current assignee: Vapor Corp
Priority date: 1968-10-30
Filing date: 1969-09-18
Publication date: 1970-05-06
Also published as: US3489165A; JPS5016532B1; FR2021863B1; FR2021863A1; SE342097B; GB1221907A

Description

betreffend
Servogesteuertes Regelventil -

Die Erfindung "bezieht sich auf ein servogesteuertes Regelventil mit einem im Strömungsweg zwischen Ein- und Auslaß angeordneten, mit dem Ventilkörper einen ringförmigen Strönungsweg "bildenden Steuerzylinder zur Axialvers chi ebbing eines Schließkörpers zwischen einer Schließ- und einer Offnungsstellung gegenüber dem Ventileinlaß, vrelches zur Regelung des D_rucks von einem in einer Leitung strömenden Gases, insbes. Luft, dient und insbes. für den direkten Einbau in Gasleitungen geeignet ist.

Es sind eine Reihe servogesteuerter Regelventile, die unmittelbar in Gasleitungen eingebaut werden können, bekannt. Diese sind aber meist aufwendig aufgebaut, haben ein hohes Gewicht und sind teuer.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen servogesteuerten Regelventils, das verhältnismäßig leicht und klein gemacht werden kann una nur eino relativ'kleine Anzahl von einfacii konstruierten und leicht zusammensetzbaren Bauteilen aufweist, so daß das Regelventil insgesamt besonders preiügiinnti,;; hergestellt werden kann una ins bes. für den Einsatz in Flugzeugen geeignet ist.

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BAD ORIGINAL

Für das eingangs genannte servogesteuerte Regelventil ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, gelöst, daß der Korben des Steuerzylinders in die Öffnungsstellung mittels einer Feder vorgespannt ist, daß die dem Ventilauslaß zugewandte hintere Kolbenfläclie der dem Ventileinlaß zugewandten wirksamen Absperrfläche des Schließkörpers gleicht, daß ein vender Absperrfläche des Schließkörpers bis zur hinteren Kolbenfläche reichender- Verbindungskanal ausreichenden Querschnitts zum Druckausgleich zwischen dem Ventileinlaß und der auslaßseitigen Arbeitskammer des Steuerzylinders und ein mit der einlaßseitigen Steuerkammer' des Steuerzylinders verbundenes Hilfssteuerventil zur Regelung des Drucks in der Steuerkammer und damit über die Stellung des Schließkörpers des Drucks im Ventilauslaß vorgesehen sind. Der Steuerzylinder weist also eine auslaßseitige Arbeitskammer und eine einlaßseitige Steuerkammer auf, von denen die Arbeitskammer über den hinreichend groß bemessenen Verbindungskanal auf Einlaßdruekf£ehalten ist. Der Schließteil des Ventils ist als Ventilkegel oder Ventilteller ausgebildet und wirkt unmittelbar auf den im Ventileinlaß ausgebildeten Ventilsitz. Der Schließkörper ist mit dem Kolben des Arbeitszylinders durch dessen Kolbenstange verbunden, durch welche sich auch der Verbindungskanal, der den Einlaß mit der Arbeitskammer'verbindet, erstreckt. Das Hilfssteuerventil kann zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Drucks in der Steuerkammer eingerichtet sein. Die beiden Steuerzylinderkammern sirid gemäß einer Ausbildung des Kegelventils nach der Erfindung durch einen kleinen Ausgleichskanal im Kolben miteinander verbunden. In einem solchen Fall kann das Hilfssteuerventil als ein in die Umgebung ablassendes Entlastungsventil ausgebildet sein. Das Hilfssteuerventil kann auch als Membranventil zweckmäßig ausgebildet sein, dessen durch den Druck im Steuerzylinder beaufschlagte Membran einen Ventilkörper in einer Verbindungsleitung zwischen dem Ventileinlaß und der Steuerkammer.zur Regelung des Drucks in der Steuerkammer betätigt.

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BAU ORIGINAL

Zweckmäßig ist es, daß die Feder, die den Kolben in die. Öffnungsstellung vorspannt,'zwischen diesem und der dem Ventil-', einlaß sugev/anüten Steuerzylinderstirnfläche angeordnet ist, v/eil so deren Verschmutzung und Hemmung weitgehend ausgeschlossen ist.

Der vom Hilfssteuerventil in der Steuerkammer des Steuerzylinders aufrechterhaltene !Druck P ' ist auf einen sich aus folgender Gleichung ergebenden Druck einstellbar:

2L

A - a

mit Pr, = dem Druck im Ventilauslaß

F = der Vorspannkraft der den Kolben' in die Öffnungsstellung vorspannende Feder in der Öffnungsstellung

K = der Federkonstanten

X = dem Schließweg des Kolbens

• Λ = der hinteren Kolbenfläche

a = der Querschnittsfläche der Kolbenstange.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind an zwei Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Regelventil nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht des Kolbens des Steuerventils und des SchlieSkörpers für das Ventil nach Fig. -1 oder 3, und

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 etwas abgewandelte Ausführungsform eJnon lie^olventils nach der Erfindung.

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_ - 4 - ■■■■■ ■■'■'-; - λ ■■■' ■■■

Das. Regelventil weist einen zylindrischen Ventilkörper 10 auf, der zum koaxialen Einlaß 11 und Auslaß 12 eingezogen ist. Innerhalb des Ventilkörpers befindet sich auf geeignete Weise angebracht zwischen Ein- und Auslaß ein Steuerzylinder Ist das Ventil in eine Gasleitung eingebaut, wird der Druck am Auslaß 12 gegenüber dem am Einlaß geregelt, so daß am Auslaß der gewünchte Druck ansteht. Der zylindrische Steuerzylinder bildet mit dem Ventilkörper 10 einen·ringförmigen Strömungsv/eg 14j durch welchen das Gas vom Einlaß zum ""uslaß in bekannter Weise strömt. Am Ventileinlaß 11 ist ein Ventilsitz 15 innen ausgebildet, gegen den ein Schließkörper 16 der aus Steuerkolben 18 und Schließkörper 16. gebildeten Einheit 17 wirkt. Durch die Stellung des Schließkörpers wird der Druck am Auslaß des Ventils geregelt. Schließkörper 16 und Steuerkolben 18 sind über eine Kolbenstange 19 unmittelbar miteinander verbunden.

Durch den Steuerkolben 18 wird der-Steuerzylinder 13 in eine auslaßseitige Arbeitskammer 20 und eine einlaßseitige Steuerkammer 21 unterteilt. Die hintere Kolbenfläche 18a v/eist also in die Arbeitskammer 20. Der Kolben 18 ist gegenüber der Zylinderwandung mittels eines in eine Umfangsnut eingelegten Dichtung 22 abgedichtet.

Zwischen der vorderen Kolbenfläche 18b und der dem Ventileinlaß 11 zugewandten Stirnfläche des SteuerZylinders 13 ist die den Kolben und damit den Schließteil in die Öffnungsstellung vorspannende Feder 23 vorgesehen. Der Einlaß 11 ist mit der Arbeitskammer 20 durch einen großen Verbindungskanal 25, der sich durch die Kolbenstange 19 erstreckt, verbunden, um so Ständig den Druck im Ventileinlaß 11 in der Arbeitskammer 20 aufrechtzuerhalten. Die Kolbenstange 19 ist an der Durchführung durch die Stirnwand des Steuerzylinders abgedichtet. Der Verbinäungslcanal ist so reichlich im Querschnitt bemessen, daß der Einlaßdruck tatsächlich stets in der Arbeitskammer aufrechterhalten.ist. Durch einen kleinen Ausgleichskanal 26 im Kolben 1ö

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sind die "beiden Steuerzylinderkammern 20 und 21 miteinander verbunden. Dieser Kanal 26 ist als Druckablaßkanal ausgebildet, durch welchen langsam der Druck in der Steuerkammer 21 während des Betriebs des Regelventils in die Arbeitskammer 20 abgelassen werden kann. ·

Zur Regelung des Drucks in der Steuerkammer 21 und damit im Ventilauslaß 12 ist ein Entlastungsventil 27 am Ende einer Verbindungsleitung 28, die einerseits in die Steuerkammer 21 und andererseits in die Atmosphäre außerhalb des Ventils mündet, vorgesehen. Statt eines einfachen Entlastungsventils 27 kann auch ein anhand von Pig. 3 beschriebenes Membranventil verwendet werden. Das Entlastungsventil kann beliebig ausgebildet sein und ist im vorliegenden Fall als Kugelventil ausgebildet, dessen Kugel 30 an einem am Ende der Leitung 28 -ausgebildeten Ventilsitz 29 unter Federkraft anliegt". Dazu ist eine auf die Kugel 30 wirkende Andrückfeder 31 vorgesehen, die sich an einem ortsfesten Widerlager 32 abstützt. Die Vorspannkraft der Feder 31 kann durch ein verschieblich.es Widerlager 32 einstellbar sein.

-Die wirksame Stirnfläche 16a des Schließkörpers 16 und die hintere Kolbenfläche lüa müssen einander gleich sein, damit die auf beide Flächen, entgegengesetzt wirkend en Kräfte einander das Gleichgewicht halten und einander aufheben. Dazu ist außerdem die wirksame Öffnung am Ventilsitz 15 gleich der hinteren Kolbenfläche 18a.

Im Betrieb gleicht der Gasdruck im Ventileinlaß 11 den Druck in der Arbeitskammer 20 aus und bewirkt gleiche Kräfte in entgegensetzten Richtungen auf die Absperrflache 16a des

j-j

Schließkörpers im Einlaß und auf die hintere Kolbenfläche 18a. Die Große dieser Kräfte, siehe auch Fig." 2, beträgt P₁ · A mit P₁ dem Druck im Ventileinlaß 11 und A der hinteren Kolbeni'läche 13a, die der Absperrfläche 16a des Schließkörpers gleicht. Hit a ist in Fig. 2 die Queröchnittsi'läche der Kolbenstange bezeicnnot. Der Druck im Ventilauulai. 12 beträgt P₉. Auf die

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hintere Fläche 16Td des Schließkörpers wirkt in entgegengesetzter Richtung zur auf dessen Absperrfläche 16a wirkenden Kraft P₁A die Kraft Pp(A-a) und unterstützt die auf die hintere Kolbenfläche 18a wirkende Kraft P₁A. Auf die vordere Kolbenfläche 18b wirkt in" der S teuer kammer 21 der Druck P^fA-a) mit P_x, -, _m .

JK. Ja. ciem ι η

der Steuerkammer aufrechterhaltenen Druck. Auf die vordere Kolbenfläche 18b wirkt ferner eine Kraft 3? , die Vorspannkraft der den Kolben 18 in die Öffnungsstellung vorspannenden Feder in der Öffnungsstellung plus der Kraft KX, dem Produkt aus der Federkonstanten und dem Schließweg des Kolbens in Richtung auf den Ventilsitz 15· Der Druck P_R entspricht auch dem auf das Entlastungsventil 27 wirkenden Druck. Aus der Beziehung der gegeneinander v/irkenden Kräfte ergibt sich., daß sich die Kräfte aufgrund des Einlaßdrucks P₁ aufheben und der Auslaßdruck P₂ etwa dem Steuerzylinderdruck P„ gleicht, insbes. wenn die Vorspannkraft der Feder in der Öffnungsstellung und die Federkonstante klein sind. Das Kräftegleichgewicht ergibt sich aus folgender Gleichung: '

• " P₁A + P₂-(A-a) = P_R(A-a) + P₁A + P_Q + KX hieraus folgt:

P₂ = P_{R +} F₀ -+ KX • A-a

Es ergibt sich also, daß der Auslaßdruck P_? vom Hilfssteuerventil 27, das den Druck P-^ in der Steuerkammer steuert j geregelt wird. Der in der Steuerkammer 21 aufrechterhaltene Druck entspricht im wesentlichen dem AuslaiBdruck im Ventilauslaß 12. Wenn das Hilfssteuerventil einstellbar ist, läßt sich der Auslaßdruck zwischen Einlaßdruck und" irgend einem niedrigeren Druck einstellen. Erreicht der Druck in der Steuerkamme"¹" den Druck, auf den das Entlastungsventil 27 eingestellt ist, wird es Druck ablassen, um den Druck in der Steuerkaimner.aui dem ein-

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gestellten Druck und damit den Auslaßdruck konstant zu halten.

Die Ausführungsform des Regelventils nach der Erfindung nach Fig. 3 v/eicht von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch ab, daß ein Membransteuerventil 35 anstelle des Entlastungssteuerventils 27 zur Regelung des Drucks im Ventilauslaß 12 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist kein Druckablaß-Ausgleichskanal 26 im Kolben 18 vorgesehen, v/elcher die Arbeitskammer 20 mit der Steuerkammer 21 verbindet.

Im Gehäuse 26 des Membramsteuerventils 35 ist eine Membrankammer 37 einseitig durch eine Membran 38 abgeschlossen. Gegenüber der Membran 38 ist eine Öffnung 39 im Ventilkörper 36 vorgesehen, v/elche in eine Einlaßkammer 40,führt, welche ihrerseits über eine Verbindungsleitung 41 mit dem Ventileinlaß 11 verbunden ist. Die Gasströmung durch die Öffnung 39 ist durch einen mit der Membran verbundenen und durch diese besiegbaren Ventilschließteil 42 veränderbar. Die durch den Steuerdruck in der Membrankammer 37 auf die Membran ausgeübgte KiEft wird durch eine von einer gegen die andere Seite-der Membran 38 wirkende, und sich auf einem Widerlager 44 abstützende Feder 43 aufgehoben, um einen eingestellten Druck in der Membrankammer 37 aufrechtzuerhalten. Der eingestellte Druck wird in die Steuerkammer 21 des Steuerzylinders 13 durch eine Verbindungsleitung 45 übertragen, wodurch die Stellung des Schließkörpers 16 und damit des Drucks im Ventilauslaß 12 geregelt wird. Die zuvor angegebene Kraftgleichgev/ichtsgleichung gilt auch bei dieser Ausführungsform des Regelventils, bei welcher der Steuerdruck P₁₁ durch das Membranventil gewonnen wird.

Die gleichen Wirkungen können mit anders ausgebildeten Hilfssteuerventilen erreicht werden.

Patentansprüche 1058 009819/1330 — '

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Claims

Patentansprüche

1 »J Servogesteuertes Regelventil mit einem im Strömungsweg zwischen Ein- und Auslaß angeordneten, mit dem Ventilkörper einen ringförmigen Strömungsweg "bildenden Steuer zylinder zur Axialverschiebung eines Schließkörpers zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung gegenüber dem Ventileinlaß, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) des Steuer--

zylinders (13) in die Qffnungsstellung mittels einer Feder (23)

vorgespannt ist, daß die dem Ventilauslaß fi2) zugewandte hintere Kolbenfläche (18a) der dem Ventileinlaß (11) zugewandten v/irksamenAbsperrflache (16a). des Schließkörpers (16) gleicht, daß ein von der Absperrfläche (16a) des Schließkö-rpers (16) bis zur hinteren Kolbenfläche (18a) reichender Verbindungskanal (25) ausreichenden Querschnitts zum Druckausgleich zwischen dem Ventileinlaß (11) und der auslaßseitigen Arbeitskammer (20) des Steuerzylinders (13) und ein mit der einlaßseitigen Steuerkammer (21) des Steuerzylinders (13) verbundenes Hilfssteuerventil zur Regelung des Drucks in der Steuerkammer (21) und damit über die Stellung des Schließkörpers des Drucks im Ventilauslaß (12) vorgesehen sind.; .
2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze i ohne t , daß das Hilfssteuerventil zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Drucks in der Steuerkammer (2t) und damit über die Stellung des Schließlfcörpers (16) eines eingestellten Drucks im Ventilauslaß (12) eingerichtet ist.
3· Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k en η -ze i c-"ti η e t , daß beide Steuerzylinderkanmern (20, 21) durch einen kleinen Ausgleichskanal (26) im Kolben (1ö) niteinander verbunden sind.

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4. Regelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssteuerventil als ein in die Umgebung ablassendes Entlastungsventil (27) ausgebildet ist.
5· Regelventil nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Hilfssteuerventil als Membranventil (35) ausgebildet ist, dessen 'durch den Druck im Steuerzylinder (21) beaufschlagte Membran (38) einen Ventilkörper (42) in einer Verbindungsleitung (41, 45) zwischen dem Ventileinlaß (11) und der Steuerkammer (21) zur Regelung des Drucks in der Steuerkammer betätigt.
6. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,. dadurch gekennzeichnet , daß die Feder (23) zwischen dem Kolben (18) und der dem Ventileinlaß (11) zugewandten Zylinderstirnfläche angeordnet ist.
7. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Verbindungskanal (25) sich durch die den Schließkörper (16) mit dem Kolben (18) verbindende Kolbenstange (19) erstreckt.
8. Regelventil nach einem der Ansprüche 1' bis 7," dadurch gekennzeichnet , daß der vom Hilfssteuerventil in der Steuerkammer '(21) des Steuerzylinders (13) aufrechterhaltene Druck Pp auf einen sich aus folgender Gleichung ergebenden Druck einstellbar istj

+ K * X Q

'T? ?
^{κ ά} A - a

- 3

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mit Pp = dem Druck im Ventilauslaß (12) F = der Vorspannkraft der den Kolben (18) in die Öffnungsstellung vorspannende Feder-(23) in der Öffnungssteilung

.E = derFederkonstanten -

X = dem Schließweg des Kolbens A = der hinteren Kolbenflache (18a) a = der Querschnittsflache der Kolbenstange (19)·

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