DE2157194A1 - Steuervorrichtung für Strömungsventile - Google Patents

Description

NORMALAIR-GARRETT (HOLDINGS) LIMITED, Westland Works, Yeovil, Somerset, England

Steuervorrichtung für Strömungsventile

Die Erfindung bezieht sich auf Strömungsventile, und insbesondere , pneumatische Ventile.

Ziel der Erfindung ist eine einfache und kompakte Vorrichtung, die insbesondere ein Geschwindigkeitsmerkmal umfasst, um auf diese Weise ein Strömungsventil so zu steuern, daß ein gewünschter Zustand der Strömung aus dem Ventil aufrechterhalten wird. Ferner ist Ziel der Erfindung ein Strömungsventil, bei dem eine derartige Steuereinrichtung in einer kompakten Anordnung eingebaut ist.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Strömungsventil mit einem Ventilkopf, der zur Einstellung der Strömung durch das Ventil verschiebbar ist, eine Steuereinrichtung vorgesehen, die einen auf Differentialdruck ansprechenden Mechanismus aufweist, der antriebsmäßig dem Ventilkopf zugeordnet ist und der auf das

'-' Π Π β 2 6 / 0 6 0 6

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Abweichen von einer gewählten Differenz zwischen einem Bezugsdruck und dem Druck des ventilgesteuerten Strömungsmediums stromabwärts zum Ventilkopf anspricht, und zwar in dem Sinn, daß die gewählte Druckdifferenz wieder hergestellt wird; dieser Bezugsdruck wird dabei aus der Strömung stromaufwärts in bezug auf den Ventilkopf über ein Druckreduzierventil erhalten.

Zweckmäßigerweise spricht eine Reduzierventilanordnung sowohl auf Änderungen im Bezugsdruck, der von ihr bereitgestellt wird, als auch auf eine Änderungsgeschwindigkeit des Druckes an.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Reduzierventilanordnung eine erste und eine zweite Kammer auf, die durch eine gemeinsame bewegliche Wandung voneinander getrennt sind, welche auf die Differenz zwischen den Strömungsmitteldrücken in den entsprechenden Kammern anspricht, ferner ein Druckreduzierventil, das durch die Stellung der beweglichen Wandung gesteuert ist und dessen Ausgang an die erste Kammer angeschlossen ist, ein Rückschlagventil, das ebenfalls von der Lage der beweglichen Wandung gesteuert wird, sowie eine Bezugsdruckausgangsleitung, die mit der ersten Kammer und mit dem Entlastungsventil sowie über eine Begrenzung mit der zweiten Kammer verbunden ist.

Mit der Erfindung wird ferner ein Strömungsventil vorgeschlagen, das mit dieser Steuereinrichtung versehen ist. Somit umfasst die Erfindung auch ein Strömungsventil mit einem Ventilkopf, der zur Einstellung der Strömung durch das Ventil verschiebbar ist, und eine Steueranordnung, die eine verschiebbare Wandung besitzt, welche eine Bezugsdruckkammer begrenzt und deren äußere Stirnfläche dem durch das Ventil gesteuerten Strömungsmedium stromabwärts in bezug auf den Ventilkopf ausgesetzt ist, wobei die

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Wandung antriebsmäßig mit dem Ventilkopf verbunden ist, um letzteren in eine Ventilschließrichtung durch Verschieben der Wandung in Abhängigkeit von einem ansteigenden, stromabwärts auftretenden, gesteuerten Strömungsdruck, und umgekehrt bewegt, sowie eine Druckreduzierventilanordnung zur Speisung der Bezugs druckkammer mit gesteuertem Strömungsmedium von einer stromaufwärts gelegenen Stelle des Ventilkopfes bei einem Bezugsdruck, der in Abhängigkeit von einem gewünschten, stromabwärts auftretenden, gesteuerten Strömungsdruck ausgewählt wird.

Bei einem derartigen Ventil weist die Druckreduzierventilanordnung zum Einspeisen eines gesteuerten Strömungsmediums in die Bezugsdruckkammer zweckmäßigerweise eine erste und eine zweite Kammer auf, die durch eine gemeinsame, bewegliche Wandung voneinander getrennt sind, welche auf die Differenz zwischen den Strömungsdrücken in den entsprechenden Kammern anspricht, ferner ein Druckreduzierventil, das von der Stellung der beweglichen Wandung gesteuert ist und dessen Ausgang mit der ersten Kammer verbunden ist, ein Rückschlagventil, das ebenfalls durch die Stellung der beweglichen Wandung gesteuert ist, und eine Bezugsdruckleitung, die die Bezugsdruckkammer mit der ersten Kammer und mit dem Rückschlagventil sowie über eine Begrenzung mit der zweiten Kammer verbindet.

Vorzugsweise ist der Ventilkopf als druckabgeglichenes, in axialer Richtung verschiebbares Bauteil ausgebildet, das von einem inneren Ventilgehäuse aufgenommen wird, das eine Bezugsdruckkammer ausbildet.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, das schematisch ein Reihendruckregelventil zeigt, welches mit der Steueranordnung nach vorliegender Erfindung ausgerüstet ist.

Unter einem Reihenventil wird ein solches Ventil verstanden, bei

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dem der Ventilkopf sich in axialer Richtung in Ausrichtung mit dem durch dieses Ventil strömenden Strömungsmedium verschiebbar ist. Bei dem dargestellten Ventil ist ein Teil der Steuereinrichtung in einem inneren Gehäuse innerhalb des Ventiles aufgenommen, während ein Teil, nämlich eine Druckreduzier- und Rückschlagventilanordnung 10 außen angeordnet ist.

Die Anordnung 10 weist einen zylindrischen Körper 11 auf, der drei in axialer Richtung ausgebildete Kammern besitzt, nämlich eine erste äußere Kammer 12, eine mittlere Kammer 13 und eine zweite äußere Kammer 14. Die mittlere Kammer 13 ist von der ersten und der zweiten äußeren Kammer 12, 14 durch flexible Rollmembrane 15, 16 getrennt. Auf der axialen Mittenlinie des Körpers 11 ist an der außen gelegenen Seite der ersten äußeren Kammer 12 ein Druckreduzierventil 17 vorgesehen, während in ähnlicher Weise auf der außen gelegenen Seite der zweiten äußeren Kammer 14 ein Rückschlagventil 18 angeordnet ist. Eine Druckstange 19 ist mit den Membranen 15, 16 so abgedichtet und gehalten, daß sie sich in axialer Richtung verschieben und die beiden Ventile 17, 18 betätigen kann. Die Druckstange 19 wird gegen die öffnung des Druckreduzierventiles 17 über eine Kompressionsfeder 20 vorgespannt, die in der zweiten äußeren Kammer 14 aufgenommen ist. Eine Einstellung des Reduzierventiles wird mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Geschwindigkeitseinstellers vorgenommen, der der Feder 20 zugeordnet ist. Ein Auslaß 21 aus der ersten äußeren Kammer 12 führt in eine Leitung 22, die über das Rückschlagventil 18 und die zweite äußere Kammer 14, welche mit einer Entlüftungsverbindung 23 versehen ist, ins Freie geführt ist; er steht auch mit der mittleren Kammer 13 über eine Mündung 24 in Verbindung. Die Leitung 22 stellt auch eine Verbindung mit eine r Bezugsdruckkammer 40 des Reihenventiles 30 dar. Ein Einlaß 25 in das Reduzierventil 17 ergibt eine Verbindung mit einem Bereich des Ventiles 30 stromaufwärts in bezug auf

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den Ventilkopf.

Das Reihenventil 30 weist ein etwa rohrförmiges Gehäuse 31 auf, das koaxial in seinem Inneren einen Körper 32 aufnimmt, der ein Gehäuse für eine Ventilanordnung 33 darstellt. Die Ventilanordnung 33 besitzt einen Ventilkopf 34, der aus dem stromaufwärts gelegenen Ende der Körpers 32 vorsteht und über eine Spindel 35 mit einem Kolben 36 befestigt ist, der in einer Kammer 37 am stromabwärts gelegenen Ende des Körpers 32 wirksam wird. Die Wandung der Kammer 37 ist mit Löchern 38 versehen, mit deren Hilfe die Stirnseite des Kolbens 36 den Druck stromabwärts in bezug auf den Ventilkopf 34 abfühlen kann. Der Kolben

36 stellt eine Gleitdichtung innerhalb der Kammer 37 über eine kolbenringartige Abdichtung 39 dar, wobei die Kammer 37 so unterteilt ist, daß sie eine Bezugsdruckkammer 40 an der Rückseite des Kolbens 36 herstellt. Die Leitungsverbindung zu der Bezugsdruckkammer erfolgt durch eine Leitung 41 über einen Steg, der den Körper 32 innerhalb des Gehäuses 31 trägt, und führt zu der Leitung 22 der Steueranordnung 10. Die Ventilspindel 35 gleitet in vorderen und hinteren Lagern 42, 43, die in einem Lagergehäuse 44 des Körpers 32 aufgenommen werden. Zwischen den Lagern 42, 43 ist eine Abdichtung 45 und ein mit Nuten versehener Bund 46 vorgesehen. Der Bund 46 ist zwischen dem vorderen Lager 42 und der Abdichtung 45 angeordnet. Er ist mit einer Bohrung

37 ausgerichtet, die mit der Außenseite des Körpers 32 in Verbindung steht, wobei Strömungsmedium, das an dem vorderen Lager durchsickert, entweichen kann, so daß in Verbindung mit der Abdichtung 45 ein Einsickern des Strömungsmediums in die Bezugsdruckkammer 40 verhindert wird. Das stromaufwärts gelegene Ende des Körpers 32 stellt eine Ummantelung 48 dar, in die der Ventilkopf 34 sich beim Öffnen hineinbewegt. Der Ventilkopf 34 weist die Form eines mit einer Einfassung versehenen Kolbens auf, und der stromaufwärts gelegene Rand der Einfassung ist so ausgezackt.

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daß dann, wenn der Ventilkopf 34 voll nach vorne geführt ist, d.h. das Ventil schließt, die Zacken 49 vollständig durch die Wandungen der Einführleitung 50 des Gehäuses 31 abgeschirmt sind. Die Zacken 49 sind so geformt, daß dann, wenn der Ventilkopf 34 anfangs sich gegen die Offenstellung oder schließlich gegen die

sich

Endstellung bewegt/die Fläche des Durchflußkanals mit einer Geschwindigkeit ändert, die allmählicher verläuft als wenn der Rand des Ventilkopfes 34 sich in den Bereich mit sich vergrößerndem Durchmesser des Gehäuses 31 hineinbewegt. Um einen Druckabgleich an dem Ventilkopf 34 zu erzielen, wird wenigstens ein Loch 51 in ihm vorgesehen, das durch eine konische Abschirmung

52 verdeckt ist. Der schmale ringförmige Abstand zwischen dem stromaufwärts gelegenen Rand der Einfassung des Ventilkopfes 34 und der Einführleitung 50 und der ähnliche Abstand zwischen dem stromabwärts gelegenen Rand der Einfassung des Ventilkopfes und der Ummantelung 48 wird gegen das Eindringen von Schmutz in die Strömung durch eine ringförmige Abschirmung 53 geschützt, die in den Eintritt 50 eingepresst ist. Eine Druckanzapfverbindung 54 steht mit dem Ringraum im Eintritt, der durch die Abschirmung

53 ausgebildet wird, in Verbindung und ist an das Druckreduzierventil 17 der Steuereinrichtung 10 angeschlossen. Eine leichte Feder (nicht dargestellt) verschiebt die Kolbenanordnung 33 in die geschlossene Stellung, wenn das Ventil 30 unwirksam ist.

Im Betrieb der Erfindung wia?d bei dem vorbeschriebenen Ausführungs· beispiel nimmt die Steuereinrichtung Strömungsmedium hohen Druckes aus dem Reihenventil 30 über die Verbindung 54 und den Einlaß 25 des Druckreduzierventiles 17 auf, während der Steuerdruck an die Bezugsdruckkammer 40 über die Leitung 22 und die Leitung 41 gegeben wird. Wenn das Ventil 30 den stromabwärts erforderlichen Druck ergibt und die Ventilanordnung 33 stationär ist, ist der Druck in der ersten äußeren Kammer 12, der mittleren Kammer 13, der Leitung 22 und der Bezugsdruckkammer 4O statisch, und unter diesen Bedingungen wird der Druck in der Steuereinrichtung so, daß an der Membran 15 kein Druckunterschied herrscht; infolge-

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dessen wird das Druckreduzierventil 17 bis zu einer bestimmten Stellung nur unter dem Einfluß der Feder 20 geöffnet gehalten. Wenn der Druck stromabwärts in bezug auf den Ventilkopf 34 fällt, gilt dies auch für die Kolbenkammer 37 über die Löcher 38, und es tritt ein Druckunterschied am Kolben 36 auf, der eine Bewegung nach rechts in der Zeichnung bewirkt. Aufgrund des verringerten Druckes in der Bezugsdruckkammer 40, der Leitung 22 und der ersten äußeren Kammer 12 und aufgrund der Begrenzung 24 wird ein Druckunterschied an der Membran 15 aufgebaut (der größere Druck herrscht dabei in der mittleren Kammer 13), wobei die Stößelstange 19 so bewegt wird, daß das Reduzierventil 17 weiter geöffnet wird, wodurch sich der Druck in der ersten äußeren Kammer 12, in der Leitung 22 und in der Bezugsdruckkammer 40 wieder aufbaut, so daß das Druckreduzierventil 17 rückgestellt wird und wieder nur von der Feder 20 beeinflusst wird; auf diese Weise wird der Kolben 36 nach links zurückgeführt, und es kehrt auch der Ventilkopf in eine entsprechende Regelstellung zurück.

Wenn der Stromabwärtsdruck im Ventil 30 über den erforderlichen Druck ansteigt, verschiebt sich die Ventilanordnung 33 nach links in der Zeichnung und erhöht den Steuerdruck in der Bezugsdruckkammer 40, der Leitung 22 und der ersten äußeren Kammer 12; dies ergibt, daß die Wirkung der Feder 20 durch den erhöhten Druck, der der Membran 15 aufgegeben wir d, rückgeführt wird, so daß die Stößelstange 19 in der Weise verschoben wird, daß die Druckreduziervorrichtung 17 schließt und ein entsprechender Druck in der Bezugsdruckkammer 40 aufgebaut wird. In der Steuereinrichtung Io ändert sich der Druck in der mittleren Kammer 13 mit niedrigerer Geschwindigkeit als in der ersten, äußeren Kammer 12 und der Leitung 22 aufgrund der Mündung 24; somit wird der Einfluß des Differentialdruckes auf die Membran verringert, wenn der Druck in der mittleren Kammer 13 sich so ändert, daß er dem in der ersten äußeren Kammer gleich wird.

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Wird die Steuereinrichtung in der hier beschriebenen Weise verwendet, ändert sich die Ansprechgeschwindigkeit der Ventilanordnung 33 mit der Änderungsgeschwindigkeit des stromabwärts wirksamen Druckes. Wenn eine Änderung dieses stromabwärts wirksamen Druckes gering ist und langsam erfolgt, ist der an der Membran 15 entstehende Druckunterschied ebenfalls klein, und zwar deshalb, weil ein geringer Fluß durch die Mündung erforderlich ist, und somit ein geringer Drosselungseffekt auf die Strömung einwirkt, wodurch eine leichte Bewegung der Ventilanordnung 33 verursacht wird. Bei einer plötzlichen und großen Änderung des stromabwärts wirksamen Druckes ist der resultierende Druckunterschied an der Membran groß und tritt rasch auf, und zwar aufgrund des ziemlich hohen Drosselungseffektes der Mündung 24 auf die Strömung durch diese Mündung; solche Bedingungen ergeben eine rasche Bewegung der Ventilanordnung 33, die über die Stellung hinausgeht, bei der sie im Gleichgewicht wäre, um die Druckänderung stromabwärts zu korrigieren. Eine zu weitgehende Bewegung einer Ventilanordnung bei einer beschleunigten Erzielung der gewünschten Korrektur bringt normalerweise die Gefahr einer Pendelung der Ventilanordnung mit sich. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung beseitigt jedes Pendeln, weil dann, wenn der Differentialdruck an der Membran sich während der fortgesetzten Strömung durch die Mündung 24 verringert, der Einfluß auf die Ventilanordnung 33 ebenfalls vermindert wird, so daß der Zwang für die Ventilanordnung 33, sich zu weit zu bewegen, verringert wird und die Ventilanordnung in die Gleichgewichtsstellung und damit in die Steuerstellung zurückkehrt, damit der gewünschte Stromabwärtsdruck aufrechterhalten wird.

Die Erfindung ist nicht auf das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, beispielsweise können die Membrane der Steuereinrichtung durch Kolben ersetzt werden, usw.

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Claims (10)

Ν/ρ 7241 -9- 16.11.71 W/We Patentansprüche

1.1 Strömungsventil mit einem Ventilkopf, der zur Einstellung der Strömung durch das Ventil verschiebbar ist, mit einer Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine verschiebbare Wandung (36) eine Bezugsdruckkammer (40) begrenzt und ihre äußere Fläche dem ventilgesteuerten Strömungsmedium stromabwärts in bezug auf den Ventilkopf(34)ausgesetzt ist, daß die Wandung (36) antriebsmäßig mit dem Ventilkopf (34) verbunden ist, derart, daß letzterer in Ventilschließrichtung durch Verschiebung der Wand in Abhängigkeit von dem ansteigenden stromabwärts gesteuerten Strömungsdruck, und umgekehrt bewegt wird, und daß eine Druckreduzierventilvorrichtung (lO) die Bezugsdruckkammer (40) mit gesteuertem Strömungsmittel von stromaufwärts in bezug auf den Ventilkopf (-34) bei einem Bezugsdruck speist, der in Abhängigkeit von einem erforderlichen stromabwärts gesteuerten Strömungsmitteldruck gewählt ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckreduzierventilvorrichtung (10) zur Einspeisung eines gesteuerten Strömungsmediums in die Bezugsdruckkammer (40) eine erste Kammer (12) und eine zweite Kammer (14) aufweist, die durch eine gemeinsame bewegliche Wandung (15) getrennt sind, welche auf die Differenz zwischen den Strömungsdrücken in den entsprechenden Kammern anspricht, daß ein Druckreduzierventil (17) von der Stellung der beweglichen Wandung (15) gesteuert ist und die Abgabe mit der ersten Kammer (12) verbunden ist, daß ein Rückschlagventil (18) von der Stellung der beweglichen Wandung (15) gesteuert ist, und daß eine Bezugsdruckleitung (41, 22) die Bezugsdruckkammer (40) mit der ersten Kammer (12) und mit dem Rückschlagventil (18) sowie über eine Begrenzung (24) mit der zweiten Kammer (14) verbindet.

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3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der Ventilkopf (34) ein druckabgeglichenes, in axialer Richtung bewegliches Bauteil ist, das von einem inneren Ventilgehäuse (32) getragen wird, das eine Bezugsdruckkammer (40) aufnimmt.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkopf (34) einen Abschluß für einen ringförmigen gesteuerten Strömungsmittelkanal bildet.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkopf (34) die Form eines Kolbens mit einer Aussparungen aufweisenden, Einkerbungen aufweisenden Einfassung besitzt, die durch ihre Lage in bezug auf eine zylindrische Wandung die Fläche bestimmt, die für die gesteuerte Strömung zur Verfügung

steht.

6. Steuereinrichtung für ein Strömungsventil mit einem Ventilkopf, der zur Einstellung der Strömung durch das Ventil verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf Druckunterschiede ansprechende Vorrichtung (15) vorgesehen ist, die antriebsmäßig dem Ventilkopf (34) zugeordnet und so angeordnet ist, daß sie auf eine Abweichung von einer gewählten Differenz zwischen einem Bezugsdruck und dem Druck des ventilgesteuerten Strömungsmittels stromabwärts in bezug auf das Ventil (30) anspricht, damit eine Verschiebung des Ventilkopfes (34) in einem solchen Sinne bewirkt wird, daß die gewählte Druckdifferenz wieder hergestellt wird, wobei der Bezugsdruck von der Strömung stromaufwärts in bezug auf den Ventilkopf (34) über ein Druckreduzierventil (17) abgeleitet wird.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierventilvorrichtung (10), sowohl auf Änderungen

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in dem von ihr zur Verfügung gestellten Bezugsdruck als auch auf die Änderungsgeschwindigkeit dieses Druckes anspricht.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierventilvorrichtung (10) eine erste Kanuner (12) und eine zweite Kammer (14) aufweist, die durch eine gemeinsame bewegliche Wandung (15) voneinander getrennt sind, welche auf die Differenz zwischen den Strömungsmitteldrücken in den entsprechenden Kammern (12, 14) anspricht, daß ein Druckreduzierventil (17) durch die Stellung der beweglichen Wandung steuerbar ist und die Abgabe mit der ersten Kammer

(12) verbunden ist, daß ein Rückschlagventil (18) durch die Stellung der beweglichen Wandung (15) steuerbar ist, und daß eine Bezugsdruckausgangsleitung (41, 22) mit der ersten Kammer (12) und mit dem Rückschlagventil (18) sowie über eine Begrenzung (24) mit der zweiten Kammer (14) verbunden ist.

9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Druckunterschiede ansprechende Vorrichtung (15) eine Wandung aufweist, deren Seite dem Bezugsdruck und deren andere Seite dem stromabwärts gesteuerten Strömungsmitteldruck ausgesetzt wird, derart, daß sie in Abhängigkeit von Änderungen des Unterschiedes zwischen den Drücken verschoben wird, wobei die Wand ihre Verschiebungen auf den Ventilkopf (34) überträgt.

10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dafi die verschiebbare Wandung einen Kolben (36) in einem Zylinder (32) aufweist und beide zusammen eine Bezugsdruckkammer (40) bilden.

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