DE202004006191U1 - Precision valve for control of liquids in e.g. surface treatment systems uses ribbed, resilient membrane as piston guide and acts as partition between high and low pressure zones, without control hysteresis - Google Patents

Precision valve for control of liquids in e.g. surface treatment systems uses ribbed, resilient membrane as piston guide and acts as partition between high and low pressure zones, without control hysteresis Download PDF

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Abstract

Precision valve for control of liquids at pressures up to 4 bars uses a ribbed, resilient membrane (1) as piston guide. This also acts as a partition between the high and low pressure zones, without significant control hysteresis.

Description

Materialdruckregler in der Oberflächenbeschichtung, also insbesondere für Farben, Lacke, Trenn- und Ziehmittel usw., gibt es für die verschiedensten Druckbereiche von ca. 4 bis 400 bar. Je nach Druckbereich und technischer Ausführung werden zum Abdichten zwischen dem Materialbereich (gleichzeitig auch Druckbereich) und dem drucklosen Bereich (außerhalb des Materialbereiches) entweder Gummimembranen oder O-Ring bzw. V-Ring Dichtungen aus den verschiedensten Werkstoffen verwendet.Material pressure regulator in the surface coating, so especially for Paints, varnishes, release agents and drawing agents, etc., are available for a wide variety Pressure ranges from approx. 4 to 400 bar. Depending on the pressure range and technical execution are used to seal between the material area (at the same time also pressure area) and the unpressurized area (outside of the material area) either rubber membranes or O-ring or V-ring seals made of various materials are used.

Das Funktionsprinzip ist bei allen Druckbereichen im wesentlichen gleich: Im Inneren des Reglers befindet sich ein Ventil, bestehend ausThe principle of operation is with everyone Pressure ranges essentially the same: located inside the regulator a valve consisting of

  • – einer Ventilkugel, welche auf einem Ventilsitz dicht schließen kann und somit die Zufuhr nachströmenden Materials unterbricht und- one Valve ball, which can close tightly on a valve seat and thus the supply flowing in Material interrupts and
  • – einem Ventilstößel, welcher je nach den herrschenden Druckverhältnissen die Ventilkugel betätigt (öffnet) oder nicht (Ventil geschlossen)- one Valve lifter, which Depending on the prevailing pressure conditions, the valve ball is actuated (opens) or not (valve closed)

Die Betätigung es Ventilstößels erfolgt entweder mechanisch, über eine vorgespannte Druckfeder, oder pneumatisch, über einen Druckluftzylinder.The valve tappet is actuated either mechanically, via a preloaded compression spring, or pneumatic, via an air cylinder.

Unabhängig von der Ausführung des Reglers haben alle oben beschriebenen Varianten einen gemeinsamen Nachteil, nämlich eine mehr oder weniger starke Hysterese im Regelverhalten, bedingt durch die Art der Ausführung:Regardless of the execution of the Regulator have all the variants described above in common Disadvantage, namely a more or less strong hysteresis in the control behavior, caused by the type of execution:

  • 1. Bei O-Ring oder V-Ring Dichtungen durch die hohe Reibung zwischen Dichtung und Ventilkegel oder dessen Antrieb1. With O-ring or V-ring seals the high friction between the seal and the valve plug or its drive
  • 2. Bei Abdichtung mittels Gummimembrane benötigt der Ventilstößel zur Kraftübertragung und mechanischen Führung einen Kolben, welcher in einem Zylinder mechanisch kippsicher geführt wird.2. When sealing with a rubber membrane, the valve tappet is required power transmission and mechanical guidance a piston which is mechanically guided in a cylinder against tipping.
  • 3. Bei pneumatisch betätigten Reglern wird zusätzlich zu den für Punkt 2. vorhandenen Führungsbändern noch eine Kolbendichtung benötigt.3. With pneumatically operated Regulators is additional to the for Point 2. existing guide bands still a piston seal is required.

Alle oben beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, dass im Dichtungs- und Führungsbereich des Reglers mechanische Reibungskräfte auftreten, welche den Regler im Regelverhalten behindern, und damit sowohl im Regelverhalten eine mehr oder weniger starke Hysterese aufweisen bzw. im untersten Druckbereich günstigstenfalls erst ab 0,4 bis 0,5 bar anfangen zu regeln. Da in modernen Applikationsverfahren häufig konstante Materialdrücke schon ab 0,4 bis 0,6 bar benötigt werden, sind die bisher am Markt zu befindlichen Reglertypen nur bedingt bis gar nicht einsetzbar.All of the procedures described above have the disadvantage that in the sealing and guiding area of the controller mechanical frictional forces occur that hinder the controller in the control behavior, and thus a more or less strong hysteresis in the control behavior have or in the lowest pressure range at best only from 0.4 start regulating up to 0.5 bar. Because in modern application processes frequently constant material pressures already required from 0.4 to 0.6 bar are the types of controllers available on the market so far can be used to a limited extent or not at all.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die oben beschriebenen physikalischen Reibungskräfte, und somit deren negative Auswirkungen auf das Regelverhalten der Geräte, weitestgehend zu vermeiden.The specified in protection claim 1 Invention is based on the problem, the physical described above Frictional forces, and thus their negative effects on the control behavior of the Equipment, to be avoided as far as possible.

Dieses Problem wird mit den in Schutzanspruch 1 dargestellten Merkmalen gelöst.This problem is addressed in the protection claim 1 features shown solved.

Mit der Erfindung wurde in einem Versuchsaufbau mit einem pneumatisch angetriebenen Regler und gasförmigem Medium (Druckluft) ein Öffnen des Ventils ab 0,1 bar eingestelltem Ausgangsdruck, bei flüssigen Medien wie Wasser oder Hydrauliköl ab 0,2 bar Ausgangsdruck festgestellt. Im geplanten Arbeitsbereich von 0,4 bis 0,6 bar zeigte der Versuchsaufbau keine erkennbare Hysterese im Regelverhalten. Bei Eingangsdrücken bis 5 bar begann der Regler ab 0,2 bis 0,35 bar zu arbeiten. Bei Eingangsdrücken im Bereich von 6 bis 20 bar begann der Regelbereich bei 0,35 bis 0,7 bar. Das Regelverhalten war ebenfalls ohne erkennbare Hysterese, jedoch musste konstruktionsbedingt bei höherem Eingangsdruck auch eine höhere Kraft zum Öffnen des Kugelventils aufgebracht werden.With the invention was in one Experimental setup with a pneumatically driven controller and gaseous medium (Compressed air) an opening of the valve from an outlet pressure set at 0.1 bar, with liquid media like water or hydraulic oil determined from an outlet pressure of 0.2 bar. In the planned work area from 0.4 to 0.6 bar, the experimental setup showed no discernible hysteresis in control behavior. The controller started at inlet pressures of up to 5 bar to work from 0.2 to 0.35 bar. At inlet pressures in the range of 6 to 20 bar the control range started at 0.35 to 0.7 bar. The control behavior was also without discernible hysteresis, but had to be due to the design at higher Inlet pressure also a higher Force to open of the ball valve are applied.

In Schutzanspruch 2 wird die Ausführung des für die dargestellte Funktion wesentlichen Bauteils „Membrane beschrieben.In protection claim 2, the execution of the for the Function shown essential component "membrane described.

In Schutzanspruch 3 ist der Werkstoff des Bauteils Membrane für einen möglichst universellen Einsatz aufgeführt.In protection claim 3 is the material of the component membrane for one if possible universal use.

In Schutzanspruch 4 werden durch eine optionale zweite „Schutzmembrane" auf der Materialseite die Gebrauschseigenschaften des Gerätes (Spülbarkeit, kombinierte Dichtung und erweiterte Einsatzmöglichkeiten dargestellt.In protection claim 4 are by an optional second "protective membrane" on the material side the usage properties of the device (flushability, combined seal and expanded uses shown.

In Schutzanspruch 5 sind die Merkmale der beiden wesentlichen physikalischen Antriebsarten (Betätigungsarten) des Reglers veranschaulicht.In protection claim 5 are the features of the two main physical drive types (types of actuation) of the controller illustrated.

Die beigefügten Abbildungen zeigen die Membrane in der typischen Ausführung (Bild 1, Erläuterungen: 1: Membrane aus rostfreiem Federstahl, 2: Gehäusedichtung aus Gummi für den Luftbereich, 3: Teflondichtung für den Materialbereich, 4: Stößeldichtung aus Gummi für den Luftbereich) und mit den typischen Einbaudichtungen sowie die Einbauumgebung für eine mechanische Druckeinstellung mittels Druckfeder (Bild 2, als Rückdruckregler) und in der Ausführung mit pneumatischer Betätigung (Bild3, als Vordruckregler).The attached pictures show the membrane in the typical execution (Picture 1, explanations: 1: diaphragm made of stainless spring steel, 2: rubber housing seal for the air area, 3: Teflon seal for the material area, 4: tappet seal made of rubber for the air area) and with the typical installation seals as well as the Installation environment for a mechanical pressure setting using a compression spring (Figure 2, as Back pressure regulator) and in execution with pneumatic actuation (Fig. 3, as pre-pressure regulator).

Claims (5)

Feindruckregler für flüssige Medien im Niedrigdruckbereich (0 bis 4 bar) mit geringer Hysterese dadurch gekennzeichnet, dass der Regler durch Verwendung einer gewellten und federnden Membrane als Führung des Ventilstößels ebenso wie als Trennung zwischen dem Materialbereich (gleichzeitig auch Druckbereich) und dem drucklosen Bereich (außerhalb des Materialbereiches) praktisch reibungsfrei, und dadurch auch ohne nennenswerte Regelhysterese arbeitet.Fine pressure regulator for liquid media in the low pressure range (0 to 4 bar) with low hysteresis, characterized in that the regulator uses a corrugated and resilient membrane as a guide for the valve tappet as well as a separation between the material range (at the same time also the pressure range) and the unpressurized range (outside of the material area) practically without friction, and therefore also works without any noteworthy control hysteresis. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil Membrane aus einem gewellten und federndem Werkstoff mindestens 0,15mm, maximal 0,5mm, vorzugsweise 0,2mm dick und mindestens 35mm, maximal 160mm, vorzugsweise 76mm im Durchmesser ist.Controller according to claim 1, characterized in that the functional part membrane made of a corrugated and resilient material at least 0.15mm, maximum 0.5mm, preferably 0.2mm thick and at least 35mm, maximum 160mm, preferably 76mm in diameter. Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil Membrane aus einem rostfreien Werkstoff, also Federstahl rostfrei oder Edelstahl besteht, wodurch der Regler für nahezu alle Materialien auf Lösemittel- und Wasserbasis, im PH-Spektrum von stark basisch bis stark alkalisch einsetzbar ist.Regulator according to one of the preceding claims characterized that the functional part membrane from a stainless Material, i.e. spring steel rustproof or stainless steel, whereby the controller for almost all solvent and water based materials, Can be used in the PH spectrum from strongly basic to strongly alkaline is. Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil Membrane zusätzlich mit einer Schutzfolie auf der Materialseite von mindestens 0,05mm, maximal 0,5mm, vorzugsweise 0,15mm, zum Beispiel aus PTFE versehen wird, zur Verbesserung der physikalischen oder chemischen Beständigkeit des Membranenwerkstoffes, zur Vermeidung von Ablagerungen in den Rillen für eine bessere Spülbarkeit des Gerätes und gleichzeitig als Dichtung zum Gehäuse und zum Ventilstößel.Regulator according to one of the preceding claims characterized that the functional part membrane with a protective film on the material side of at least 0.05mm, maximum 0.5mm, preferably 0.15mm, for example made of PTFE, for improvement the physical or chemical resistance of the membrane material, to avoid deposits in the grooves for better flushability of the device and at the same time as a seal to the housing and the valve tappet. Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil Membrane, und damit auch der daran montierte Ventilstößel, unabhängig von der beabsichtigten Antriebsart (mechanisch über Druckfeder oder pneumatisch über Druckluft) die gewünschten Eigenschaften, nämlich annähernd reibungsfreies Führen und Betätigen des Ventilstößels, beibehält.Regulator according to one of the preceding claims characterized that the functional part membrane, and thus also the valve tappet attached to it, regardless of the intended type of drive (mechanical via compression spring or pneumatic via compressed air) the desired Properties, namely nearly smooth management and Actuate of the valve lifter.
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