DE2207274C3 - Mengenregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch oder hydraulisch betätigbares Mengenregelventil, das innerhalb eines Gehäuses drei Räume aufweist, von denen ein erster, mit einer Zuführungsöffnung versehener Raum zur Aufnahme des regelnden Mediums und ein zweiter Raum zur Aufnahme des zu regelnden Mediums bestimmt ist und der zwischen diesen beiden Räumen liegende dritte Raum von den beiden anderen Räumen jeweils durch eine bewegliche Membran hermetisch getrennt ist, wobei die wirksame Fläche der den Raum für das regelnde Medium abschließenden Membran größer ist als die wirksame Fläche der den Raum für das zu regelnde Medium abschließenden Membran und die beiden Membranen zur Kraftübertragung starr miteinander verbunden sind.

Mengenregelventile zur Regelung des Durchflusses eines Mediums sind bekannt. Derartige Ventile können pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden. Nachteilig macht sich bei diesen Ventilen bemerkbar, daß mechanisch gegeneinander verschiebliche Teile vorhanden sind, die durch Dichtungsringe gegeneinander

abgedichtet werden müssen (vgl. US-PS 32 52 471 und

GB-PS 5 25 226). Eine zuverlässige Abdichtung ist insbesondere bei korrosiven Medien und auch solchen Medien, die sich katalytisch leicht zersetzen, erforder- !sch, Danäber hinaus haben derartige Ventile, bedingt durch die Reibung zwischen Dichtung und den bewegten Teilen, eine relativ große Hysteresis, was zu

einem tragen Regelverhalten führt

Aufgabe der Erfindung ist es, ein pneumatisch oder

ίο hydraulisch betätigbares Mengenregelventil der vorstehend geschilderten Art, das drei voneinander durch bewegliche Membranen getrennte Räume aufweist, so auszugestalten, daß es diese Nachteile nicht aufweist und daß insbesondere die durch die Abdichtung gegebenen Schwierigkeiten vermieden werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Mengenregelventil wenigstens zwei öffnungen zur Durchführung des zu regelnden Mediums durch den zweiten Raum vorgesehen sind und daß der freie Strömungsquerschnitt des zu regelnden Mediums im zweiten Raum durch eine Lageänderung der diesen Raum gegen den dritten Raum abschließenden, beweglichen Membran veränderlich ist

Beim erfindungsgemäßen Mengenregelventil ist das zu regelnde Medh-m, d. h. das Medium, dessen Durchfluß bzw. dessen Menge geregelt wird, von dem regelnden Medium, el. h. dem Medium, das die Regelung bewirkt, hermetisch durch zwei Membranen getrennt. Dadurch müssen im Ventil keine sich gegeneinander bewegenden Teile abgedichtet werden. Daraus ergibt sich nicht nur der Vorteil, daß keine Dichtungen mehr erforderlich sind, sondern es entfallen vor allem die Nachteile und Schwierigkeiten, die sich bei der Verwendung von Dichtungen und der Notwendigkeit, sich gegeneinander bewegende Teile abzudichten, ergeben. So treten beim erfindungsgemäßen Mengenregelventil durch die Verwendung von Membranen, die eine Dichtung sich gegeneinander bewegender Teile überflüssig macht, keine Reibungskräfte auf. Dadurch ist die Hysteresis des Ventils klein, und das Ventil regelt bereits bei kleinen Druckänderungen nach, beispielsweise schon bei Druckänderungen von etwa ±10~³N/ mm². Infolge des Fehlens sich mechanisch gegeneinander bewegender, in Reibungskontakt miteinander stehender Teile ergeben sich beim erfindungsgemäßen Mengenregelventil weitere Vorteile insbesondere bei der Verwendung zur Regelung korrosiver oder leicht zersetzlicher Medien. So kann das Ventil beispielsweise vorteilhaft zur Regelung des Zuflusses von Wasserstoffperoxid (H2O2) zu einem H2Ö2-Zersetzer, der zur Erzeugung von Sauerstoff dient, verwendet werden. Es gewährleistet hierbei einen leckfreien Zufluß.

Das eiTindungsgemäße Mengenregelventil kann pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden, d. h., als regelndes Medium können sowohl Gase oder Dämpfe als auch Flüssigkeilten verwendet werden. Die beiden Membranen des Ventils sind zur Kraftübertragung vorteilhaft über einen Stempel miteinander verbunden. Der Stempel ist dabei mit einer Rückholfeder versehen.

Die Rückholfeder kann vorteilhaft als eine im dritten Raum angeordnete Schraubenfeder ausgebildet sein, die mit einem Ende auf einem Gehäusevorsprung aufsitzt und mit dem anderen Ende auf den Stempel wirkt Die Federkraft der Rückholfeder ist vorteilhaft verstellbar.

Beim erfindungsgemäßen Mengenregelventil kann darüber hinaus vorteilhaft wenigstens eine der in den zweiten Raum mündenden öffnungen an ihrer Mündung als Ventilsitz ausgebildet sein, und an der den

zweiten Raum gegen den dritten Raum abschließenden Membran kann ein zu diesem Ventilsitz passender Ventilkegel angebracht sein. Münden in den zweiten Raum zwei öffnungen, so ist vorzugsweise die öffnung, durch welche die Flüssigkeit diesem Raum zugeführt wird, an ihrer Mündung als Ventilsitz ausgebildet. Weist der zweite Raum mehr als zwei öffnungen auf, so dient vorteilhaft eine öffnung zur Zuführung der Flüssigkeit, während durch die restlichen öffnungen die Flüssigkeit wieder entfernt wird. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Mengenregelventils beispielsweise mehreren Verbrauchern gleichzeitig Flüssigkeit zugeführt werden.

Die wirksamen Flächen der beiden Membranen des Mengenregelventils sind, wie bereits erwähnt, unterschiedlich groß. Unter wirksamer Fläche wird dabei jeweils die Fläche der Membran verstanden, auf die der Druck des jeweiligen Mediums wirkt Das Verhältnis der wirksamen Fläche der beiden Membranen zueinander richtet sich nach dem gewünschten Regelbereich des Mengenregelventils. liegt der Regelbereich beispielsweise zwischen etwa 24 und 40 N/cm², so betragen die wirksamen Flächen etwa 40 cm² bzw. 30 cm². Ebenso richtet sich die Federkraft der verwendeten Feder nach dem gewünschten Regelbereich des Mengenregelventils. Beim obengenannten Regelbereich wird beispielsweise eine Schraubenfeder mit einer Federkoivstanten von etwa 30 N/mm verwendet Der Federweg beträgt dabei etwa 2 mm.

Die verwendeten Membranen müssen selbstverständlich, ebenso wie die anderen Teile des Mengenregelventils, gegenüber den Medien, mit denen sie jeweils in Berührung kommen, beständig sein, & h., sie dürfen von diesen Medien nicht angegriffen werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Membranen aus Polytetrafluoräthylen bestehen. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine Regelung von Flüssigkeiten wie H2O2 erfolgt. Es können natürlich aber auch andere Materialien Verwendung finden, die beispielsweise jeweils speziell auf das entsprechende Medium abgestimmt sind.

Das erfindungsgemäße Mengenregelventil eignet sich aufgrund seiner Bauweise besonders vorteilhaft für Verwendungszwecke, bei denen regelndes Medium und zu regelndes Medium den gleichen Druck aufweisen.

Anhand einer Figur eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Die Figur zeigt im Schnitt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mengenregelventils. Das Ventilgehäuse 10 besteht aus drei Bauteilen, dem Oberteil 11, dem Mittelteil 12 und dem Unterteil 13, die mit Schrauben 14 zusammengehalten werden. Beim Zusammenbau des Ventils wird zwischen die Bauteile 11 und 12 eine Membran 15 eingelegt und zwischen die Bauteile 12 und 13 eine Membran 16. Die Membranen bestehen aus Polytetrafluoräthylen, während für die übrigen Bestandteile des Regelventils korrosionsbeständiger Stahl verwendet wird.

Das Mittelteil 12 weist eine durchgehende große öffnung auf, die beidseitig von den Membranen 15 bzw. 16 abgeschlossen wird, wodurch ein Raum 17 entsteht. Der Raum 17 ist über einen engen Kanal 33 in der Wand des Mittelteiles Ϊ2 mit der Atmosphäre verbunden und übt so eine Art Pufferwirkung aus. Das Oberteil 11 und das Unterteil 13 weisen jeweils eine Aussparung auf, die durch die Membranen 15 bzw. 16 abgeschlossen werden, wobei Räume 18 bzw. 19 entstehen. Der Raum 18 dient zur Aufnahme des regelnden Mediums, der Raum 19 zur Aufnahme des zu regelnden Mediums. Das regelnde Medium wird dem Raum 18 durch eine öffnung 20 im Oberteil 11 zugeführt, während Zu- bzw. Abführung des zu regelnden Mediums zu und vom Raum 19 durch zwei öffnungen 2! bzw. 22 im Unterteil 13 erfolgen. Die Mündung der öffnung 21 in den Raum 19 ist als Ventilsitz 32 ausgebildet

Im Raum 17 befindet sich ein Stempel 23, der mit den beiden Membranen 15 und 16 verbunden ist Dazu werden die Membranen jeweils an einem Ende auf den Stempel aufgelegt und mit Abdeckringen 24 bzw. 25 bedeckt, die dann mit Schrauben 26 bzw. 27 am Stempel 23 befestigt werden. Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform des Mengenregelventils ist der Abdeckring 24 nicht direkt am Stempel 23 angebracht, sondern durch die Schrauben 26 mit einem Verstellring 28 verbunden, der am Stempel 23 mittels eines Gewindes angebracht ist. Die Membranen 15 und 16 sind, wie in der Figur dargestellt ist, zusammen mit dem Stempel beweglich.

Der Stempel 23 ist mit einer Feder 29 versehen, die am einen Ende am Verstellring 28 anliegt und am anderen Ende auf einem Gehäusevorsprung 34 aufliegt, d.h. auf einem in den Raum 17 ragenden Teil des Mittelteiles 12. Zusammen mit dem Abdeckring 25 ist an einem Ende des Stempeis 23 eine Abdeckplatte 30 angebracht Die Abdeckplatte 30 ist mit einer Erhebung versehen, die als zum Ventilsitz 32 passender Ventilkegel 3t ausgebildet ist.

Das erfindungsgemäße Mengenregelventil kann, wie bereits erwähnt, besonders vorteilhaft dann verwendet werden, wenn regelndes und zu regelndes Medium den gleichen Druck aufweisen. So kann das Mengenregelventil beispielsweise zur Regelung der Zufuhr von Wasserstoffperoxid zu einem Zersetzer verwendet werden, in dem das Wasserstoffperoxid katalytisch zu Sauerstoff und Wasser zersetzt wird. Als regelndes Medium wird hierbei vorteilhaft der bei der Zersetzung gebildete Sauerstoff verwendet, der dem Raum 18 zugeführt wird. Das zu regelnde Medium, d. h. das Wasserstoffperoxid, durchströmt den Raum 19. Ein H2O2-Zersetzer zur Gewinnung von Sauerstoff ist beispielsweise in der DT-OS 22 07 273 vorgeschlagen. Bei diesem Sauerstoffgenerator weisen infolge Druckrückkopplung Sauerstoff und Wasserstoffperoxid den gleichen Druck auf. Die Druckrückkopplung wird deshalb vorgenommen, um einen selbsttätigen Betrieb des Sauerstoffgenerators zu ermöglichen und um die Verwendung von Hilfsenergie zu vermeiden.

Der Durchfluß des Wasserstoffperoxids durch das Ventil bzw. durch den Raum 19 ist bei Inbetriebnahme zunächst ungehindert. Ab einem Druck von beispielsweise etwa 24 N/cm² wird infolge des ansteigenden Druckes der freie Strömungsquerschnitt des zu regelnden Mediums in diesem Raum verringert, d. h„ der Stempel 23 bewegt sich in Richtung auf den Ventilsitz 32. Der Grund hierfür ist, daß die Regelkraft des Ventils abhängig ist vom herrschenden Druck, von der Differenz der wirksamen Flächen der beiden Membranen und von der Federkraft der Feder. Die wirksamen Flächen der Membranen sind dabei jeweils die Flächen der Membranen, die nicht zwischen den Bauteilen 11 und 12 bzw. 12 und 13 eingespannt sind. Die Regelkraft entsteht aus der Differenz der Kraft der Feder und der Kraft, die sich durch die mit gleichem Druck beaufschlagten, unterschiedlich großen wirksamen Flächen der beiden Membranen ergibt Bei steigendem Druck wirkt die Regelkraft in Richtung auf den Ventilsitz; dabei drückt die Regelkraft über den Verstellring 28 auf den Stempel 23 mit dem Ventilkegel

31, wobei der Spalt zwischen dem Ventilsitz 32 und dem Ventilkegel 31 verringert und die Durchflußrate von H₂O₂ durch den Raum 19 vermindert wird. Bei abnehmendem Druck kehrt sich die Richtung der Regelkraft um, da die Federkraft die Kraft, die sich durch die mit gleichem Druck beaufschlagten Membranen ergibt, überwiegt; das Ventil öffnet sich dadurch wieder.

Durch Drehen des Verstellringes 28 kann die Vorspannung der Feder 29 abgeändert und damit der Regelbereich des Ventils verändert werden. Dazu wird das Oberteil 11 des Ventils vom Mittelteil 12 abgenommen und der Verstellring 28 zusammen mit der Membran 15 gedreht Die Membranen 15 und 16 weisen an den Stellen, die an die Schrauben 14 zu liegen

S kommen, Löcher auf; die Membranen können aber in diesen Bereichen auch geschlitzt sein.

Das erfindungsgemäßen Mengcnregelventil hat beispielsweise einen Durchmesser von etwa 1OO mm und eine Höhe von etwa 50 mm. Es kann immer dann

,o verwendet werden, wenn der Fluß eines Mediums pneumatisch oder hydraulisch geregelt werden soll.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Pneumatisch oder hydraulisch betätigbares Menpenrecrelventil. das innerhalb eines Gehäuses drei Räume aufweist, von denen ein erster, mit einer Zuführungsöffnung versehener Raum zur Aufnahme des regelnden Mediums und ein zweiter Raum zur Aufnahme des zu regelnden Mediums bestimmt ist und der zwischen diesen beiden Räumen liegende dritte Raum von den beiden anderen Räumen jeweils durch eine bewegliche Membran hermetisch getrennt ist, wobei die wirksame Fläche der den Raum für das regelnde Medium abschließenden Membran größer ist als die wirksame Fläche der den Raum für das zu regelnde Medium abschließenden Membran und die beiden Membranen zur Kraftübertragung starr miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei öffnungen (21, 22) zur Durchführung des zu regelnden Mediums durch den zweiten Raum (19) vorgesehen sind und daß der freie Strömungsquerschnitt des zu regelnden Mediums im zweiten Raum (19) durch eine Lageänderung der diesen Raum gegen den dritten Raum (17) abschließenden, beweglichen Membran (16) veränderlich ist

2. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Membranen (15,16) über einen mit einer Rückholfeder (29) versehenen Stempel (23) miteinander verbunden sind.

3. Mengenregelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfeder (29) als eine im dritten Raum (17) angeordnete Schraubenfeder ausgebildet ist, die mit einem Ende auf einem Gehäusevorsprung (34) aufsitzt und mit dem anderen Ende auf den Stempel (23) wirkt

4. Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden in den zweiten Raum (19) mündenden Öffnungen (21, 22) an, ihrer Mündung als Ventilsitz (32) ausgebildet ist und daß an der den zweiten Raum (19) gegen den dritten Raum (17) abschließenden Membran (16) ein zu diesem Ventilsitz (32) passender Ventilkegel (31) angebracht ist