DE2107045C3 - Druckminderventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckminderventil für verdichtete und/oder verflüssigte Gase zur Regelung eines abzugebenden Gasstromes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Druckminderventile werden in großem Umfang verwendet, um mit einem bestimmten Druck gespeichertes verdichtetes oder verflüssigtes Gas mit einem erheblich niedrigeren Gebrauchsdruck abgeben zu können, und zwar ohne Rücksicht auf die je Zeiteinheit entnommene Gasmenge und die Änderung des Druckes des gespeicherten Gases mit zunehmender Gasentnahme, wobei der Abgabedruck konstant oder im wesentlichen konstant gehalten werden muß. Über Druckminderventile wird daher insbesondere Butanoder Propangas aus mit diesen gefüllten Gasflaschen entnommen.

Das einfachste Druckminderventil, das in der Praxis sehr häufig verwendet wird, ist derart ausgebildet, daß der Auslaß in eine Expansionskammer mündet. Mindestens eine Wand der Expansionskammer ist durch eine flexible, verformbare und verlagerbare Membran gebildet, die mechanisch mit dem beweglichen Ventilteil bzw. dem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkolben verbunden ist Wenn der Druck in der Expansionskammer, das heißt auslaßseitig, auf unerwünschte Weise zunimmt, wird diese Membran verlagert und dadurch eine Ausgleichsverlagerung des

Ventilkolbens bewirkt, so daß der Öffnungsquerschnitt des Ventils derart geändert wird, daß eine entsprechende Änderung des auslaßseitigen Drucks bewirkt wird.

Ein Nachteil dieser bekannten Druckminderventile besteht jedoch darin, daß die Durchflußmenge mit

ίο abnehmendem Vordruck etwas abnimmt

Dieser Nachteil haftet auch einem bekannten membrangesteuerten Druckreduzierventil mit einer mit der im Gehäuse eingespannten Membran verbundenen Durchlaßöffnungen aufweisenden Verschlußteil (Verschlußstück oder Ventilsitz) für Flüssigkeiten auf, bei dem als Einlaßleitung ein in das Ventilgehäuse hineinragendes und bis dicht an die Membran herangeführtes Rohr vorgesehen ist, das axial zu dem jenseits der Membran befindlichen Auslaß des Ventilgehäuses liegt und in eine mit ihm und der Membran verbundene elastische Haube mündet, die an der Membran als Beaufschlagungsfläche für die einströmende Flüssigkeit einen verhältnismäßig nur kleinen Teil der Membran frei läßt und wobei die Membran durch eine den in das Einlaßrohr übergehenden Zuflußstutzen umgebende, in ihrer Spannung einsteilbare Schraubenfeder im öffnenden Sinne beaufschlagt wird, wobei einer der beiden Ventilteile von der frei über den gesamten Querschnitt des Ventilgehäuses sich erstreckenden Membran selbst gebildet wird und die die Membran beaufschlagende Feder innerhalb des Gehäuses das Einlaßrohr konzentrisch umschließend und sich unmittelbar an der Membran abstützend angeordnet ist (DE-AS 11 05 687).

Auch ein anderes bekanntes Druckminderventil (DE-PS 4 47 605), bei dem das Gas einen im Ausgang eingebauten Strahlsauger durchströmt und dadurch eine Änderung des auf die steuernde Membran wirkenden Gasdrucks hervorruft, weiche den durch die Schwankungen der Durchflußmengen bedingten Änderungen des Gleichgewichtszustands der Membran entspricht, wodurch am Reglerausgang ein bei allen Durchgangsmengen recht gleichbleibender Verbrauchsdruck erzielt wird, ist aufgrund seiner Konstruktion noch nicht in der Lage, den auslaßseitigen Druck bei Durchflußmengenschwankungen hinreichend konstant zu halten.

Dieses Verhalten der bekannten Druckminderventile erweist sich immer dann als sehr nachteilig, wenn die mit dem Gas zu betreibenden Geräte so konstruiert sind, daß sie nur innerhalb eines engen Druckbereichs einwandfrei arbeiten. Dies ist insbesondere bei Geräten der Fall, die mit brennbarem Gas gespeist werden und mit kleinen Durchsatzmengen arbeiten, so daß die Gefahr besteht, daß die Gasflamme zufällig erlöscht.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Druckminderventil anzugeben, bei dem der Druck des abgegebenen Gases unabhängig von der Durchflußmenge konstant oder konstanter als bisher gehalten werden kann.

Ein diese Aufgabe lösendes Druckminderventil ist im Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem Druckminderventil gemäß der Erfindung sind Maßnahmen getroffen, um das Ventil weiter zu öffnen, wenn sich die je Zeiteinheit entnommene Gasmenge bzw. die Durchflußmenge vergrößert.

Auf diese Weise ist es möglich, den Expansionsdruck proportional zu der je Zeiteinheit entnommenen

Gasmenge zu erhöhen, was bei der Speisung von Gasgeräten oder eine Gruppe von Gasgeräten außerordentlich erwünscht ist Der Druckabfall in der Leitung, der mit dem Gasdurchsatz zunimmt, wird hierbei durch eine Erhöhung des Drucks am Auslaß des Druckminderventils ausgeglichen. Somit bleibt der Druck am Einlaß des bzw. jedes Gasgerätes im wesentlichen konstant Die Öffnungskraft des bewegbaren Wandelementes bzw. der Rohrmembran kommt unmittelbar ^:n Form eines Drucks ohne nennenswerte Verluste als Hilfsöffnungskraft zur Wirkung, was einen großen Arbeitsbereich zur Folge hat

Die Membran der Expansionskammer und das bewegbare Wandelement der Überströmkammer wirken vorzugsweise auf ein und dasselbe Ventilteil. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig verwirklichbar, wenn das bewegbare Wandelement als zur Mittelachse des Ventils konzentrische Rohrmembran ausgebildet ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine diagrammatische Darstellung der Änderung des Expansionsdrucks in Abhängigkeit von der Durchflußmenge für ein bekanntes und ein erfindungsgemäßes Druckminderventil,

Fig.2 einen Längsschnitt durch ein Druckminderventil und

F i g. 3 eine diagrammatische Darstellung der Abhängigkeit der Durchflußmenge von der Änderung des Differentialdrucks zwischen Oberströmkammer und Expansionskammer.

Das Druckminderventil umfaßt ein oben offenes Ventilgehäuse 50, das dort durch eine Kappe 60 abgeschlossen ist. Es hat ferner einen Einlaß 71 für das unter Vordruck stehende Gas und einen Ventilsitz 72 und ein bewegliches Ventilteil bzw. einen Ventilkolben 82, wobei der bewegliche Ventilteil 82 einen festen Bestandteil einer zentralen Buchse 80 bildet, an welcher eine flache Membran 100 befestigt ist, die zusammen mit der Kappe eine Expansionskammer 103 abgrenzt, deren Gasauslaß durch eine Düse 61 gebildet ist. Ein bewegbares Wandelement 110 in Form einer Rohrmembran begrenzt eine die Ventilöffnung umgebende Überströmkammer 113 und ist auf der einen Seite mit der Buchse 80 gasdicht verbunden und auf der anderen Seite an dem Ventilgehäuse 50 nahe dem Ventilsitz 72 befestigt.

Radiale Kanäle 83 verbinden den durch die Buchse 80 abgegrenzten zentralen Kanal 81 mit der Überströmkammer 113.

Im Betrieb des Druckminderventils strömt das Gas über den Einlaß 71 in das Druckminderventil zum Ventilsitz 72 ein. Geht man von der in F i g. 2 gezeigten geschlossenen Ventilstellung aus, gleitet hierbei die Buchse 80 längs der Achse des VentilsHzes 72 nach oben, so daß der bewegliche Ventilteil 82 von ihm abgehoben wird. Der untere Teil der Buchse 80 weist Öffnungen 89 auf, über die das zwischen dem Ventilsitz 72 und dem Ventilkolben 82 hindurchströmende Gas zu der Überströmkammer 113 gelangt.

Das Gas strömt aus der Überströmkammer 113 durch die öffnungen 83 und ".«.. »ntralen Kanal 81 zu der Expansionskammer 103.

Der obere Teil der Buchse 80 ist fest mit zwei ringförmigen Bauteilen 86 und 87 verbunden, zwischen denen die Membran 100 gasdicht eingespannt ist. Entsprechend ist der äußere Rand 102 zwischen einer Stirnfläche 63 der Kappe 60 und einem Dichtungsring 53 eingespannt.

Außerhalb der Expansionskammer 103 steht die Membran 100 über das ringförmige Bauteil 86 unter dem Einfluß einer Feder 90, deren von der Membran 100 abgewandtes Ende sich an einem Bauteil 91 abstützt, das in ein Innengewinde 55 des Ventilgehäuses 50 eingeschraubt ist Somit ist das Bauteil 91 verstellbar, so daß die Spannung der Feder 90 und gemäß der folgenden Erläuterung auch der Austrittsdruck des Druckminderventils einstellbar sind.

Ferner sind Entlüftungskanäle 56 vorgesehen, die das Innere des Druckminderventils außerhalb der beiden Kammern mit der Atmosphäre verbinden.

Im Betrieb erzeugt das durch die Öffnungen 83 und den Kanal 81 strömende Gas einen Druckabfall, der mit sich vergrößerndem Gasdurchsatz zunimmt Dieser Druckabfall ist auf das Entstehen eines Druckunterschiedes zwischen den beiden Kammern zurückzuführen. Gemäß Fig.3 variiert dieser Druckunterschied oder Differentialdruck P in Abhängigkeit von der Gasdurchflußmenge D entsprechend der dargestellten Kurve.

Bei einer repräsentativen Ausführungsform beträgt der Differentialdruck 52 mbar, wenn der Abgabedruck 130 mbar beträgt und Butangas in einer Menge von 300 g/h abgegeben wird, wie es in F i g. 3 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.

Das Vorhandensein des Differentialdrucks P bewirkt, daß auf die zwischen der ebenen Membran 100 und der Rohrmembran 110 angeordnete Buchse 80 eine Ausgleichskraft wirkt, die bestrebt ist, den beweglichen Ventilteil 82 vom Ventilsitz 72 zu heben und so das Ventil zu öffnen, wobei sich die Ausgleichskraft mit der Reaktionskraft der Feder 90 verbindet.

Die Ausgleichskraft variiert proportional zur Durchflußmenge.

F i g. 1 zeigt ein Diagramm, bei dem auf der Abszisse die Durchflußmenge D und auf der Ordinate der jeweilige Prozentsatz des Nenndrucks Pc aufgetragen ist. Die Kurve 10 veranschaulicht die Änderung des Abgabedrucks bei einem Druckminderventil bekannter Art in Abhängigkeit von der Durchflußmenge D bei einem konstanten Vordruck. Der Abgabedruck Pc steigt proportional mit der Zunahme der Durchflußmenge D.

Durch das erfindungsgemäße Druckminderventil ist es möglich, ein Verlauf der Änderung des Abgabedrucks Pc in Abhängigkeit von der Durchflußmenge D zu erzielen, der der Kurve 30 in F i g. 1 entspricht. Diese zeigt, daß der Abgabedruck trotz der Änderungen des Gasdurchsatzes im wesentlichen konstant bleibt und dazu neigt, bei hohem Gasdurchsetzen in erwünschter Weise zuzunehmen.

Schließlich zeigt es sich, daß die erfindungsgemäßfi Überströmkammer es ermöglicht, die Druckkurve proporiional zum Gasdurchsatz eines Druckminderventils zu korrigieren. Diese Korrektur kann so durchgeführt werden, daß der Druck am Einlaß des das abgegebene Gas verbrauchenden Gasgerätes trotz der Änderungen des Gasdurchsatzes konstant bleibt.

Die Anwendbarkeit der Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diesen Sonderfall. Vielmehr ermöglicht es die Erfindung, die Druckkurve in jeder anderen gewünschten Weise so zu korrigieren, daß sie sich in vorteilhafter Weise von der Druckcharakteristik bekannter Druckminderventile unterscheidet. Es läßt sich die Form der Druckkurve ändern, in dem man entweder einzeln oder gemeinsam den Querschnitt des Kanals 81 und das Verhältnis zwischen der wirksamen Fläche der ebenen Membran 100 und der Rohrmembran 110

i i I I f	2107 045 I 5 6 J variiert. Elementen verbunden sind. Ferner können die beiden If Die Membran oder ein gleichwertiges Element der Kammern durch einen Strömungsweg miteinander I Expansionskammer und die Rohrmembran oder ein ihr verbunden sein, bei dem es sich nicht um den p gleichwertiges Element der Überströmkammer können Hauptströmungsweg des Gasauslasses handeln muß, § auch auf andere Weise auf die Ventilöffnung einwirken, 5 z. B. durch einen parallel zu dem Hauptströmungsweg '§, insbesondere dann, wenn sie nicht beide mit der Buchse verlaufenden Zweigströmungsweg. fs 80 sondern mit unabhängig voneinander bewegbaren i;	>
I	Hierzu 2 Blatt Zeichnungen |
I I Β.ίί £■£
i
I
I
I
	;
j	! i
i S Ί i 1 I	t : : S
I
I 1

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckminderventil zur Regelung eines Gasstromes mit einem Ventilteil und einer gegenüber der Abgabeleitung für das Gas in der Strömungsrichtung hinter dem Ventil angeordneten Expansionskammer, bei der mindestens eine Wand der Expansionskammer durch eine flexible und verlagerbare Membran gebildet ist, die mit dem Ventilteil so verbunden ist, daß eine Erhöhung des Drucks in der Expansionskammer bestrebt ist, das Ventil zu schließen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gasströmungsweg (71, 89. 83, 81) zwischen dem Ventil (72,82) und der Expansionskammer (103) eine Hilfsüberströmkammer(113) angeordnet ist, die mindestens ein bewegbares Wandelement (110) umfaßt, das mit dem Ventilteil (82) verbunden ist, wobei die Verbindung zwischen den beiden Kammern (113, 103) durch eine auf der Mittelachse des Ventils angeordnete zentrale Buchse (80) gebildet ist, mit der sowohl die Membran (100) der Expansionskammer als auch das bewegbare Wandelement (110) der Überströmkammer verbunden ist, und daß der durch den während der Gasströmung der Buchse hervorgerufenen Druckabfall erzeugte Differentialdruck zwischen Expansionskammer und Hilfsüberströmkammer auf das Ventilteil ständig eine zur Durchflußmenge des Ventils proportionale Hilfsöffnungskraft bewirkt.

2. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (80) an ihrem einen Ende das Ventilteil (82) bildet und das einzige bewegbare Element ist, das den Öffnungsgrad des Ventils als Funktion der Drücke einstellt, die in der Expansionskammer (103) bzw. in der Überströmkammer (113) herrschen.

3. Druckminderventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Wandelement der Überströmkammer (113) durch eine gleichachsig mit der Buchse (\30) angeordnete Rohrmembran (110) gebildet ist.