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DRUCKREGLER Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des
Drucks eines von ihr abgegebenen Fluids auf einen konstanten Wert, der niedriger
als der Druck des ihr zugefllhrten Fluids ist.
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Diese Vorrichtung ermdglicht vor allem, den Druck komprimierter Luft,
beispielsweise zur Versorgung einer Winde, zu regeln.
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Der erfindungsgemasse Druckregler weist eine Oeffnung fUr den Zufluss
des Fluids auf, die an eine Offnung zum Abfluss des Fluids s.n eine Verbraucherleitung
angeschlossen ist, wobei ein Ventilsitz mit einem Verschlussventil zusammenwirkt,
dessen Offnungsgrad derart eingestellt wird, dass der Fluiddruck vor dem Regler
konstant bleibt.
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Dieser Druckregler ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine mit dem
Verschlussventil krcnftschlüssig verbundene Stange aufweist, die durch einen Hauptkolben
betKtigt wird, dessen eine Seite eine erste, mit der FluidabflussUffnung verbundene
Kammer und dessen andere Seite eine zweite Kammer begrenzt, die mit der Fluidzuflussöffnung
durch ein Steuerventil verbunden ist, dessen Offnung von der Stellung eines Steuerkolbens
abhangt, wobei eine der Seiten dieses Kolbens mit dem Druck des Fluids in der zweiten
Kammer beaufschlagt wird und die andere Seite des Steuerkolbens unter der hraftwirkung
einer adjustierten Feder steht, so dass das Steuerventil sich öffnet wenn der Steuerkolben
unter der Wirkung der adjustierten Feder sich aufwa.rts bewegt und das Steuerventil
sich wieder schliesst, wenn der Steuerkolben unter der Druckwirkurg des Fluids in
der zweiten Kammer aubwErts geführt wird.
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Nach einem Ausführungsbeispiel ist die mit dem Verschlussventil kraftschlüssig
verbundene Stange hohl und in derselben Achsrichtung wie der Tauchkolben angeordnet,
auf dem das Verschlussventil befestigt ist, wobei die hohle Stange durch den Tauchkolben
in eine Kammer gefUhrt ist, in der der Tauchkolben sich hin-und herbewegt, und eine
Seitenöffnung vor der Fluidzuflussöffnung des Reglers aufweist, d-mmit die beiden
Seiten des Tauchkolbens demselben Druck ausgesetzt sind.
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Nach einem anderen Ausfllhrungsbeispiel weist die hohle Stange eine
zylindrische Rammer auf, in der sich ein Kolben mit Radialspiel hin- und herbewegt
und in der sich eine Feder einerseits auf dem Kolben und andererseits auf einem
Ansatz der zylindrischen Kammer abstutzt; das Steuerventil ist an der der Feder
gegentiberliegenden Kolbenseite angebracht und wirkt mit einem festen Ventilsitz
zusammen, der mit der zweiten Kammer in Verbindung steht, wBhrend der Steuerkolben
in der Achsrichtung der hohlen Stange angeordnet und mit einer in gleicher Achsrichtung
angeordneten Stange verbunden ist, die sich auf dem Steuerventil abstutzt, um es
hochzuführen, wenn sich der Steuerkolben unter der von der adäustierten Feder ausgeübten
Kraftwirkung caufwErts bewegt.
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Nach einem weiteren AusfUhrungsbeispiel ist die mit dem Steuerkolben
kraftschltissig verbundene Stange hohl und führt Uber die Steuerstange nach bussen,
um das komprimierte Fluid in die zweite Kammer zu leiten, wenn die adjustierte Feder
entspannt wird, wobei sich der Steuerkolben mit der hohlen Stange unter der Wirkung
des Drucks in der zweiten Kammer abwärts bewegt, so dass die hohle Stange nicht
mehr am Steuerventil anliegt.
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Nach einem anderen Ausführungsbeispiel stützt sich die adjustierte
Feder einerseits auf dem Steerkolben und andererseits auf einer Mutter ab, die sich
in einer Aussparung hin-und herbewegen kann, aber drehfest ist, und zwar ist sie
auf eine Gewinde stange geschraubt, die in der gleichen Achsrichtung
angeordnet
ist wie die Feder, welche mit einem Betätigungsknopf kraftschlüssig verbunden ist,
dessen Drehung die Adjustierung der Feder zu verändern oder die Feder vollkommen
zu entspannen gestattet, um den Regler zu schliessen.
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Nach einem anderen Ausfilhrungsbeispiel kann der Hauptkolben auf
der mit dem Verschlussventil kraftschlüssig verbundenen Stange hin- und herbewegt
werden, und der Kolben weist auf der die erste Kammer begrenzenden Seite ein Entlastungsventil
auf, dessen Sitz mit einem auf einem Ansatz der Stange befestigten Ventil zusammenwirkt,
wobei der 7itz dieses Ventils so angeordnet ist, dass er vor Radialröhren liegt,
die den Kolben durchsetzen und vor nach bussen führenden Offnungen enden, und zwar
zwischen zwei Ringdichtungen, die sich jeweils auf der zylindrischen Wand der ersten
Kammer so hin- u: herbewegen, dass der Sitz dieses Entlastungsventils den Ansatz
der Stange bewegt, wenn der Hauptkolben aufwärts gefUhrt wird, und das Entlastungsventil
sich öffnet, wenn der Hauptkolben sich abwärts bewegt, nachdem er das Verschlussventil
verschlossen hat.
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Die Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines
AusfUhrungsbeispiels an Hand der Zeichnung hervor.
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Die Fig. 1 ist ein Langsschnitt der Vorrichtung, und zwar in der
Achsrichtung der Zufluss- bzw. Abflussdffnung und der Einstellorgane.
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Die Fig. 2 ist ein Teilfängsschnitt in vergrössertem Maßstab.
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Eine Zuflussöffnung 2 für das unter Druck stehende Fluid und eine
Abflussöffnung 3, in der der Druck konstant gehalten werden muss, liegen in derselben
Achsrichtung zu beiden Seiten des Gehäuses 1 der Vorrichtung.
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Die Zuflussöffnung 2 und die Abflussöffnung 3 sind durch einen Ventilsitz
4 verbunden, dessen Mittelachse lotrecht zur Achsrichtung der Zufluss- und Abfluss6ffnung
2 bzw. 3 verl.uf-t.
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Der Ventilsitz 4 wirkt mit einem Ventil 5 aus verformbarem Material,
beispielsweise einem Elastomer, zusammen, um den Fluidfluss so zu regeln, dass sein
Druck in der Abflussöffnung 3 einen vorher bestimmten konstanten Wert behält.
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Eine mit einem Gewinde versehene Abdeckung 6, die in der Achsrichtung
des Ventilsitzes 4 liegt, ist auf die Oberseite des Gehe.uses 1 gegen eine Ringdichtung
7 geschraubt.
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Diese Abdeckung weist einen zylindrischen Teil 8 auf, in den sich
ein Tauchkolben 9 hin- und herbewegt und an dessen Innenseite das Ventil 5 festgeklebt
ist. Die Dichtigkeit zwischen dem Kolben 9 und dem Zylinder 8 wird durch einen in
einer ringförmigen Aussparung des Kolbens 9 gelagerten Ring 10 gewährleistet.
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Eine hohle, in der Achsrichtung des Kolbens 9 angeordnete Stange*13
ist mit ihrem oberen Ende in den Kolben geschraubt, und sie weist eine Kammer 14
auf, die einerseits mit der Kammer 11 Uber den Kolben 9 verbunden ist und andererseits
durch eine Seitendffnung 15 der Stange vor der Fluidzuflussffnung 2 mündet, Auf
diese Weise sind die durch das Fluid auf die untere und obere Seite des Kolbens
9 ausge-Ubten DrUcke ausgeglichen. Eine in der Kammer 11 befindliche Feder 12 stUtzt
sich auf der Abdeckung 6 und auf dem Kolben 9 ab und drucks das Ventil 5 auf seinen
Sitz 4.
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Die Wand der Fluidzufuhrleitung weist eine Bohrung 15 vor dem Hauptventil
4,5 für die DurchfUhrung der hohlen Stange 13 auf. Die Dichtigkeit wird durch eine
in einer ringfdrmigen Ausspc4rung der Bohrung 16 befindlichen Dichtung 17 gewcMhrleistet.
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Eine die Steuerorgane umsehliessende Abdeckung 18 ist auf den unteren
Teil des Gehäuses 1 der Vorrichtung geschraubt.
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Ein Kolben 1, der durch den Druck vor dem Hauptventil 4,5 betätigt
wird, bewegt sich mittels einer Ringdichtung 20 in einer zylindrischen Kammer 23
cJn unteren Ende des Gehäuses 1 der Vorrichtung. Der Kolben 19 bewegt sich ausserdem
mittels einer Ringdichtung 21 in einem zylindrischen Teil der Abdeckung, wo diese
Dichtung einen Raum 24 auf dem Boden der Abdeckung 18 begrenzt. Der Kolben 19 bewegt
sich ausserdem mittels einer Ringdichtung 22 auf einer Verlängerung der hohlen Stange
13.
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Die Vorrichtung weist ein EnSt^.stlngsventil auf, das die UberdrUcke
an der Fluidabflussffnung 3 abftlhrt. Der Kolben 19 weist zu diesem Zweck einen
Ventilsitz 25 auf, der auf der oberen Seite des Kolbens 19 angebracht ist. Der Ventil
sitz 25 wirkt mit einem Ventil 26 zusammen, das auf einen Ansatz 27 der hohlen Stange
13 montiert ist.
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Der Kolben 19 weist Radialröhren 28 auf, die einerseits vor dem Ventilsitz
25 und andererseits zwischen den Dichtungen 20 und 21, vor den Seitenöffnungen der
Abdeckung 18, enden, die zu Rillen 29 auf der Aussenseite der Abdeckung führen,
Durch den Uberdruck an der Abflussbffnung 3 wird der Kolben 19 zurUckgeschoben,
so dass, wenn das Hauptventil 4, 5 geselilossen wird, der Ventilsitz 25 sich vom
Ventil 26 abhebt, um den Ueberdruck durch die Radialröhren 28 abzulassen.
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Der Kolben 19 weist ausserdem eine Röhre 30 mit sehr kleinem Durchmesser
auf, die einerseits in die Kammer 24 und andererseits durch die Seitenöffnungen
der Abdeckung 18 nach bussen führt, Ein Tauchkolben 31 ist in der zylindrischen
Kammer 14 der hohlen Strenge 13 untergebracht. Dieser Kolben 31 weist ein hohles,
durch einen Boden verschlossenes zylindrisches Teil auf. Eine Feder 32 befindet
sich teilweise im Kolben 31, wo sie sich an dessen Boden abstützt, wahrend sie sich
mit ihrem anderen Ende an einem Ansatz der Kammer 14 abstUtzt, so dass sie den Kolben
31 nach unten führen kann. Dank einem Radinlspiel 33 zwischen dem Kolben 31 und
der Innenwand der
hohlen Stange 13 kann das Fluid zwischen dem Kolben
31 und der Stange 13 entl<Ongfliessen.
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Ein Ventil 34 zus verformbarem Material, beispielsweise einem Elastomer,
ist an der Aussenflhtche des Bodens des Kolbens 31 festgeklebt.
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Ein mit einer Bohrung versehener, in der Achsrichtung der hohlen
Stange 13 angeordneter Zylinder 40 ist mit dem Boden des Deckels 18 verbunden. Ein
Steuerkolben 41 kann sich in dem Zylinder 40 hin- und herbewegen, wobei eine Ringdichtung
42 zwischen den beiden Teilen vorgesehen ist.
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Eine ebenfalls in der Achsrichtung der Stange 13 angeordnete Röhre
35 ist 11 ihrem unteren Ende auf dem Steuerkolben 41 befestigt und durchsetzt diesen.
Das obere Ende der Röhre 35 stellt einen Ventilsitz dar, der mit dem Ventil 34 zusammenwirkt.
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Eine in der Achsrichtung der Stange 13 angeordnete Buchse 36 ist
an ihrem unteren Ende mit einem runden Rand 37 versehen, dessen Umfang des obere
Ende des mit einer Bohrung versehenen Zylinders 40 umgibt. Das obere Ende der Buchse
36 stellt einen Ventilsitz dar, der mit dem Ventil 34 zussmmenwirkt. Der Innendurchmesser
der Buchse 36 ist gross genug fUr die Durchführung der Röhre 35 mit einem Radialspiel,
das den Durchfluss des Fluids zwischen der Röhre und der Buchse ermöglichst. Offnungen
38 im Rand 37 der Buchse ermöglichen die Zufuhr des Fluids in den Raum 24.
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Die hohle Stange 13 ist auf der Aussenseite der Buchse 36 verschiebbar,
wobei eine Ringdichtung 33 zwischen den beiden Teilen vorgesehen ist.
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Wie weiter unten erklärt, bilden das Ventil 34 und der aus dem oberen
Ende der Buchse 36 bestehende Ventilsitz das Steuerventil. Das Ventil 34 und der
aus dem oberen Ende der Röhre 35 bestehende Ventilsitz bilden ein Druckminderungsventil.
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Der Boden der Abdeckung 18 ist mit einer Verrängerung 43 in Achsrichtung
aes Zylinders 40 verbunden, dessen Innenquerschnitt ein Vieleck bildet. Ein Ansatz
47 einer Steuerschraube 45 stützt sich auf dem Boden der Verlängerung 43 ab.
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Eine puf die Schraube 45 geschraubte Mutter 46 hat die Form eines
Vielecks, das gleich dem Querschnitt der Verlängerung 43 ist, so dass die Mutter
drehfest ist und bei der Drehung der Schraube 45 an dieser entlanggleitet.
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Eine Steuerfeder 44 stützt sich einerseits auf dem Steuerkolben 41
und andererseits auf der Mutter 46 cb, damit bei Drehung der Schraube 45 der auf
die Feder 44 ausgeübte Druck ver-Xnndert wird.
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Eine Verlängerung 48 ohne Gewinde der Schraube 45 durchsetzt den
Boden der Verlangerung 43 und weist an ihrem Ende Rillen 49 auf, in die entsprechende
Rillen eines Betätigungsknopfes 50 eingreifen.
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Der Boden der Abdeckung 1S, frist eine zweite zylindrische
Verlängerung
53 auf, die nuf ihrer Aussenflache mit einem Gewinde versehen ist. Der Betdtigungsknopf
50 weist einen sich auf dem Ende der Verlängerung 53 abstützenden Rand auf.
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Eine auf die Verlängerung 53 geschraubte Mutter 54 ist mit einem Rand
versehen, der den Rand des Betätigungsknopfes 50 überdeckt, damit dieser durch Anziehen
der Mutter 54 blockiert werden kann.
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Eine zweite Mutter 55 ist auf die Verlängerung 53 geschraubt, damit
die Vorrichtung auf einer Schalttafel befestigt werden kann.
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Offnungen 51 in der 5.J.and der Verlängerung 43 und Offnungen 52
im Bettigungsknopf 50 stellen die Verbindung zwischen dem Innern der Verl(<ngerung
43 und der umgebenden Luft her.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermassen: Wenn die Mutter 46 durch
den Betätigungsknopf 50 gegen den Ansatz 47 der Schraube 45 geführt ist, ist die
Feder 44 entspannt. Das durch die Offnung 2 einströmende Druckgas fliesst durch
die Offnung 15 der hohlen Stange 13. Es drUckt gegen das obere Teil des Tauchkolbens
9 und bewirkt, dass die Feder 12 das Hauptventil 4, 5 schliesst. Das Druckgas gelangt
in das Radialspiel 33 und bewegt den Tauchkolben 31. Die Feder 32 drückt den Kolben
31 zurUck und das Ventil 34 auf die oberen Enden der Buchse 36 und der Röhre 35.
Die Steuer- und Druckminderungsventile bleiben geschlossen.
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Wenn der Betätigungsknopf 50 gedreht wird, wird die Mutter 46 nach
oben geführt und drückt die Feder 44 zusummen, die einen bestimmten Druck auf den
Steuerkolben 41 ausübt, Die Röhre 35 und der Tauchkolben 31 werden somit hochgeführt.
Das Druckminderungsventil bleibt geschlossen, aber das Steuerventil öffnet sich
. Das Gas strömt zwischen die Röhre 35 und die Buchse 36. Es dringt durch die Offnungen
38 in die Knmmer 24, wo es von unten nach oben gegen den Kolben 19 drUckt. Dieser
wird hochgeführt, drUckt das Ventil 26 und damit die hohle Stange 13 mit dem Tniichkolben
9 zurück. Das Hauptventil 4, 5 öffnet sich. Das Gas strömt auf die Abflussöffnung
3 zu und erzeugt im Raum 23 einen bestimmten Druck, der von oben nach unten auf
den Hauptwkolben 19 wirkt. Je nach dem Druckausgleich in den Kanmiern 23 und 24
und der auf die Federn ausgeübten Kraft schliesst sich das Hauptventil 4, 5 oder
bleibt in einer Stellung in der der Druckausgleich hergestellt ist.
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Die Betriebskraft ergibt sich aus dem in der K£ier 24 herrschenden
Druck. Dieser Druck wirkt auf den Steuerkolben 41, wo er eine Kraft erzeugt, die
diejenige ausgleicht, die von der Feder 44 auf den Kolben 41 ausgeübt wird. Dieser
Druckausgleich wird hergestellt durch eine Abwärtsbewegung des Kolbens 41,bis dass
sich des Ventil 34 auf dem vom oberen Ende der Buchse 36 gebildeten Ventilsitz abstützt,
und zwar unabhängig von der oberen Stellung der hohlen Stange 13, d.h.
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unabhangig vom Öffnungsgrad des Hauptventils 4, 5.
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In diesem Zustand des Druckausgleichs, und zwar aufgrund des Unterschieds
der Nutzquerschnitte und der von den Federn ausgeübten Kraft, kann der Druck in
der Kammer 24 etwas niedriger als derjenige in der Kammer 23, d.h. der Ausgangsdruck,
sein. Durch die Röhre 30 gerät das Steuerventil, das die Zufuhr des zur Aufrechterhaltung
des Drucks in der Kammer 24 nötigen Gases ermöglicht, in leichte Schwingung.
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Nach Erzielung des Druckausgleichs auf die beschriebene Weise sind
alle änderungen zu berücksichtigen, die den konstanzen Druck am Ausg<flng aufheben
könnten, und zwaro - eine Verminderulg oder eine Erhöhung des Ausg.angsdrucks; -
eine Verminderung oder eine Erhöhung des Eingangsdrucks.
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Wenn sich der Eingangsdruck erhöht, erhöht sich die Durchflussmenge
des Gases durch das Hauptventil 4, 5 und folglich der Ausgangsdruck sowie die nach
unten auf den Wauptkolben 19 ausgeübte Beanspruchung. Dieser bewegt sich abwErts
und schliesst das Hauptventil 4, 5 geringfügig, wodurch der Ausgangsüberdruck aufgehoben
wird.
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Wenn der Eingmngsdruck sinkt, nehmen auch die Durchflussmenge durch
das Mauiptventil 4, 5 sowie der Ausgangsdruck ab. Da der Druck im Raum 23 gleichfalls
abnimmt, bewegt sich der Kolben 19 wieder nach oben. Die Offnung des Ventils 4,
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vergrössert sich, und der Druck am Ausgang nimmt zu.
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Wenn der Ausgangsdruck sinkt, nimmt auch die nach unten auf den Kolben
19 wirkende Kraft ab. Dieser bewegt sich wieder nach oben und öffnet das Hauptventil
weiter, um eine grdssere Gasmenge dem Ausgang zuströmen zu lassen9 wo der Druck
wieder auf seinen Einstellwert ansteigt.
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Wenn der Ausgangsdruck ansteigt, wird der Hauptkolben 19 abwErts
geführt. Der Offnungsgrad des Hauptventils 4, 5 sowie die Gasdurchflussmenge und
er Ausgangsdruck verringern sich. Durch die Zunahme (les Ausgangsdrucks kann das
Hauptventil 4, 5 sich ganz schliessen. Wenn das noch nicht zur Wiederherstellung
des Gleichgewichts der Kr.fte ausreicht, wird der Hauptkolben 19 vor allem unter
der Wirkung des Ausgangsdrucks weiter abwärts geführt, so dass der Sitz 25 des Entlastungsventils
sich vom Ventil 26 abhebt. Das komprimierte Gas kann denn vom Ausgang 3 durch das
Entlastungsventil, die Radialröhren 28 und die Rillen 29 der Abdeckung 18 nach bussen
gelangen.
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Aus der beschriebenen Arbeitsweise geht hervor, dass einer bestimmten
Stellung des Betätigungsknopfes 50 und der Feder 44 ein stabiler Gleichgewichtszustand
der beweglichen Teile und folglich ein genau eingestellter Ausgangsdruck entsprechen.
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Wenn der Druckregler durch vollständiges Entspannten der Feder 44
und Betätigung des Knopfes 50 geschlossen wird,
müssen die Kammern
des Druckreglers entleert werden. Das geschieht durch das aus dem Ventil 34 und
dem oberen Ende der Röhre 35 bestehende Druckminderungsventil. Wenn die Feder 44
entspannt ist, wird der Steuerkolben 41 durch den in der Kammer 24 herrschenden
Druck bis ganz nach unten bewegt. Der Kolben 41 führt die Röhre 35 nach unten. Deren
oberes Ende löst sich vom Ventil 34. Wenn das Druckminderungsventil so geöffnet
ist, dringt das komprimierte Ges aus der Kammer 24 durch die Offnungen 38, den Raum
zwischen der Röhre 35 und der Buchse 36, das Druckminderungsventil, den Innenraum
er Röhre 35, die Offnungen 51 und 2 über die Verltngerung 43 und den Betr,tigungsknopf
50, um nach bussen zu entweichen. Der Druck in der Kammer 24 sinkt, so dass der
Hauptkolben 19 abwärts geführt wird und das Abflussventil - wie oben beschrieben
-öffnet. Sr wird die Abflussleitung des Druckreglers vollständig entleert.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung vereinigt also alle Vorteile, die
mit einem Druckregler erzielt werden können, insbesondere keine Schwingbewegung
des He'uptventils, eingebautes Entlastungsventil, Betatigungsvorrichtung, die mit
sehr geringem Krpftaufwand gehandhabt werden kann, bewegliche Teile der Reguliereinrichtung
robuster Bauart, vollkommen kalibrierte Stellkraft, die durch clen Druck komprimierten
Gases erzielt wird (was besonders gute Ausgangsdruckverhaltnisse in Abhängigkeit
von der Durchflussmenge bewirkt), und robuste Steuerfeder, die Schwingungen ausschaltet.