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Regelgerät zur Reduzierung eines Gasvordruckes auf einen einstellbaren
Hint erdruck Die Erfindung betrifft ein Regelgerät zur Reduzierung eines Gasvordruckes
auf einen einstellbaren Hinterdruck mit einem Gehäuse, indem vom Kinterdruck beaufschlagt
eine gasdicht eingespannte Membran oder ein
gasdicht geführte Kolben
auf der dem Hinterdruck abgewandten Seite durch eine am Gehäuse abgestützte Feder
mit einstellbarer, entgegen der durch den Hinterdruck ausgeübten wirkenden Kraft
beaufschlagt ist, wobei die Membran oder der Kolben koaxial ein Stellglied trägt,
an dem ein mit dem Vordruck auf seinen gehäusefesten Sitz gehender und damit schließender
Ventilkegel angeordnet ist.
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Derartige Druckminderer finden, worauf die Erfindung jedoch nicht
beschränkt ist, in Druckluftatemgeräten, beispielsweise lungengesteuerten Atemschutzgeräten,
Verwendung, um den erhöhten Vordruck des Nährgases auf einen sog. Mitteldruck zu
reduzieren, mit dem es dann am lungengesteuerten Einatemventil des Atemgerätes ansteht.
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Die bekannten Druckminderer haben jedoch größtenteils den Nachteil,
daß ihr Hinterdruck bzw. der Mitteldruck sich bei unveränderter Vorspannung der
Feder mit der Höhe des Vordruckes ändert. Eine solche Änderung des Vordruckes findet
z. B. bei von Druckgasflaschen bezogenem Nährgas immer dann statt, wenn deren Izlährgasvorrat
zur Neige geht. Damit läßt die vom Vordruck auf den Ventilkegel ausgeübte Kraft
nach, so daß erst erst ein gegenüber dem Gewünschten erhöhter Hinter-bzw. Mitteldruck
das Ventil gegen die Kraft der Feder schließen kann.
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Es sind zwar auch Druckminderer bekannt, die die geschilderte Erhöhung
des Hinter- bzw. Mitteldruckes vermeiden, indem derart unter zu hohem Druck stehendes
Gas über ein weiteres Ventil abgelassen wird. Dies führt jedoch im geschilderten
Falle mit Abnahme des Gasvorrates zu einem ständ-igen und steigenden Nährgasverlust,
so daß der Vorrat beschleunigt zu Ende geht, was unerwünscht ist und sogar lebensgefährliche
Folgen haben kann.
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Außerdem sind diese Druckminderer verhältnismäßg aufwendig in ihrer
Bauweise. Es ist jedoch besonders auch im Falle ter Versorgung von Atemgeräten zur
Entlastung des Benutzers wichtig, alle Teile, also auch den Druckminderer, klein
und leicht, dabei aber trotzdem vollkommen funktionssicher auszubilden, Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Regelgerät der eingangs genannten Art so zu gestalten,
daß sich ein nachlassender Vordruck auf den Hinter- bzw. Mitteldruck nicht mehr
auswirken kann, ohne daß dabei Gasverluste in Kauf genommen werden müssen-. Trotzdem
soll das Gerät aus wenigen einfachen Teilen bei sehr gedrängter Bauweise bestehen
und vollkommen betriebssicher sein. Damit soll das Gerät hinsichtlich seiner Herstellung
einfach und billig sein und hinsichtlich seines Platzbedarfes nur geringe Ansprüche
stellen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß das Stellglied
als auf der vordruckzugewandten Seite gasdicht in einer Bohrung des Gehäuses geführte
Stange ausgebildet ist, daß der radiale Querschnitt der gasdichten Führung und des
Ventilsitzes gleich sind und daß eine vom Gehäuse gebildete, die Stange zwischen
Ventilkegel und ihrer gasdichten Führung im Gehäuse umgebende Ringkammer unter dem
Gasvordruck steht.
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Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wirkt .sich der in der Ringkammer
anstehende Gasvordruck in axial entgegengesetzter Richtung auf das Ventil einerseits
und die gasdichte Führung der Stange andererseits aus, so daß die vordruckbedingten
Stellkräfte an der Stange bzw. dem Ventil unabhängig von der Höhe des Vordruckes
stets gegeneinander aufgehoben sind. Damit wirken als Stellkräfte an der Membran
bzw. am Kolben nur noch die Federkraft einerseits und in entgegengesetzter Richtung
der Hinterdruck andererseits, so daß bei unveränderter Vorspannung der Feder immer
der gleiche Hinterdruck aufrecht erhalten bleibt.
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Darüber hinaus baut das erfindungsgemäße Regelgerät außerordentlich
einfach und klein, denn es sind in dem Gehäuse im wesentlichen nur die Membran bzw.
der Kolben, die Stange mit Ventil und die Feder axial hintereinander bzw. ineinander
angeordnet.
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Bei einer zweckmäßigen Bauweise nach der Erfindung kann außerdem vorgesehen
sein, daß die Stange zwischen Ventilkegel und Membran oder Kolben gasdicht im Gehäuse
geführt ist, daß das unter Hinterdruck stehende Gas bei vom Sitz abgehobenem Ventilkegel
über eine von diesem und der Stange gebildete, zentrale Bohrung auf die der Verbindung
mit der Stange abgewandte-Seite der Membran oder des Kolbens geführt ist und daß
die Feder zwischen gasdichter Führung und Membran bzw.
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Kolben angeordnet ist. Hierbei kann die Stange eine über den Ventilkegel
hinausgehende, gasdicht in einer Bohrung des Gehäuses geführte Verlängerung aufweisen
und auf der vordruckabgewandten Seite des Ventilsitzes mit einer Einsöhnürung versehen
sein, die über radiale Bohrungen der Stange mit der zentralen Bohrung in Verbindung
steht.
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Nach einer anderen erfindungsgemäßen Bauform kann vorgesehen sein,
daß die Stange auf der dem Kolben oder der Membran abgewandten Seite des Ventilkegels
in einer ins Freie gehenden Bohrung des Gehäuses gasdicht geführt ist und daß der
zwischen Ventilkegel und Kolben bzw. Membran ge-legene Teil der Stange im Querschnitt
verjüngt ist und den Ventilsitz durchquert. Hier liegt also der unter Hinterdruck
stehende Raum zwischen Ventilkegel und Kolben bzw. Membran und es ist die Feder
auf der stangenabgewandten Seite des Kolbens oder der Membran angeordnet.
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In allen Pällen kann es zweckmäßig sein, daß der Ventilsitz von einem
koaxial zur Stange im Gehäuse mittels Schraubverbindung axial verstellbaren Teil
getragen ist, womit sich in einfacher Weise die Möglichkeit eröffnet, die Axialstellung
des Ventilsitzes und damit die Höhe des Hinterdruckes über die Vorspannung der Feder
zu regulieren.
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Bei mit Verlängerung ausgestatteter Stange kann es ferner zweckmäßig
sein, daß das deren gasdichter Führung dienende Teil die Bohrung für die Verlängerung
der Stange als Durchgangsbohrung aufweist, womit jenseits der gasdichten Führung
der Verlängerung'der Umgebungsdruck ansteht, sich also durch Undichtigkeiten der
Führung auf ihrer hinterdruckabgewandten Seite kein dem Hinterdruck angenäherter
oder entsprechender Gegendruck aufbauen kann, Endet die Stange mit dem Ventilkegel,
so ist es von Vorteil, daß das aus dem bereits vorgenannten Grunde mittels Schraubverbindung
axial einstellbare Teil den Ventilsitz im wesentlichen mit dem Innenrand eines formschlüssig
eingesetzten, topfförmigen Dichtungsmittels aus Gummi oder Kunststoff bildet und
auf der hinter- und vordruckabgewandten Seite des Dichtungsmittels eine ini wesentlichen
koaxial in die Umgebung gehende Entlüftungsbohrung aufweist. Dadurch ist sichergestellt,
daß das Dichtungsmittel unter dem Hinter-und
Vordruck stets in
Anlage an dem eingeschraubten Teil bleibt, weil seine Rückseite stets entlüftet
ist.
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Schließlich ist es nach der Erfindung zweckmäßig, daß der die Feder
aufnehmende Raum des Gehäuses mit einer in die Umgebung gehenden Entlüftungsbohrung
versehen ist, um auch hier zu vermeiden, daß sich auf der vordruckabgewandten Seite
der Führung der Stange im Gehäuse ein gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhter Druck
durch Undichtigkeiten der Führung aufbaut. Ferner kann dadurch die Beweglichkeit
des Kolbens oder der Membran erleichtert werden, indem sich bei Bewegung dieses
Teils in dem die Feder aufnehmenden Raum keine Druckänderung einstellen kann.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung in
den Fig. 1 bis 3 dargestellt sind. Dabei werden zur ereinfachung in den Fig. 1 und
2 gleichbleibende Teile auch mit der gleichen Bezifferung versehen.
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Gemäß den Fig. 1 und 2 weist das Regelgerät ein Gehäuse 1 auf, das'oben
durch einen Deckel 2 mittels nur angedeuteter Schrauben 3 verschlossen ist. Im Gehäuse
ist ein über eine Dichtung 4 gasdicht geführte Kolben 5 verschiebbar, der aus Montagegründen
mit einer Stange 6 sehraubverbunden ist, die ihrerse its
über eine
Dichtung 7 gasdicht in einer Bohrung 8 des Gehäuses 1 versehiebbar ist.
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Die Stange 6 bildet an ihrem Ende einen Ventilkegel 9, der mit einem
Ventilsitz 10-bzw. 11 aus Gummi oder Kunststoff zusammenarbeitet. Dieser Ventilsitz
wird von einem koaxial eingeschraubten Teil 12 bzw. 13 getragen.
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Innerhalb des Ventilsitzes 10 bzw. 11 weist die Stange 6 eine zentrale
Bohrung 14 auf, die auch den Kolben 5 durchdringt. Auf der der Bohrungsmündung abgewandten
Seite steht der Kolben 5 unter der Druckwirkung einer Feder 15, die vor der Dichtung
7 gegen das Gehäuse 1 abgestützt ist.
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Zwischen Dichtung 7 und Ventilkegel 9 umgibt das Gehäuse 1 die Stange
6 mit einer Ringkammer 16, die über eine Bohrung 17 mit dem unter Vordruck stehenden
Gas verbunden ist. Demgegenüber gibt der Deckel 2 über eine Bohrung 18 das unter
Hinter- bzw. Mitteldruck stehende Gas ab.
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Die Arbeitsweise des soweit beschriebenen Regelgerätes ist wie folgt:
Der über die Bohrung 17 in dem Ringraum 16 anstehende Gasvordruck wirkt sich in
axial entgegengesetzten
Richtungen gleichermaßen auf die an der
Dichtung 7 und dem Ventilsitz 10 bzw. 11 gebildete Fläche aus, so daß er keine resultierende
Axialkraft auf die Stange 6 ausüben kann. Andererseits steht der Kolben von oben
unter der durch den Hinterdruck ausgeübten Kraft, der die Kraft der vorgespannten
Feder 15 entgegenwirkt.
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Läßt nun der durch die Vorspannung der Feder 15 eingestellte Hitterdruck
am Kolben 5 nach, so reicht die Kraft der Feder 15 aus, um den Kolben 5 sowie die
Stange 6 nach oben zu bewegen, wodurch der Ventilkegel 9 vom Ventilsitz 10 bzw.
11 abgehoben wird. Dadurch kann das unter Vordruck im Ringraum 16 anstehende Gas
den Ventilsitz passieren und über die Bohrung 14 solange in den Raum oberhalb des
Kolbens 5 gelangen, bis dort eine Druckerhöhung stattgefunden hat, die ausreicht,
um das Ventil 9; 10, 11 gegen die Kraft der Feder 15 wieder zu schließen. Nach dieser
DrUckerhöhung herrscht im Raum oberhalb des Kolbens 5 gerade wieder der eingestellte
Hinterdruck.
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Diese Arbeitsweise ist unabhängig von der Höhe des im Ringraum 16
herrschenden Vordruckes, da dieser sich auf das durch Peder 15 einerseits und hinterdruckbeaufsohlagtem
Kolben 5 andererseits gegebene Eräftespiel nicht auswirken kann. Selbstverständlich
ist es natürlich, daß bei Abfall des Vordruckes unter die für den Hinterdruck geforderte
Größenordnung das
Ventil 9; 10, 11 offen bleibt.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Stange 6 jenseits des Ventilkegels
9 eine Verlängerung 19 auf, die im Einschraubteil 12 über einen Dichtring 20 gasdicht
geführt ist. Hierbei ist es erforderlich, daß die Stange 6 hinterdruckseitig eine
Einschnürung 21 hat, von der aus der Hinterdruck über radiale Bohrungen 22 zur zentralen
Bohrung t4 gelangen kann. Damit sich bei Undichtigkeiten unterhalb der Dichtung
20 nicht undefinierbare Druckverhältnisse einstellen können, ist die die Verlängerung
19 führende Bohrung 22 nach außen geführt, so daß dort immer fTmgebungsdruck herrscht.
Soweit an der durch die Dichtung 20 definierten Angriffsfläche der Hinterdruck ansteht,
kann dessen Wirkung durch entsprechende Vorspannung der Feder 15 ausgeschaltet werden,
da ja der Hinterdruck, wie bereits erläutert, stets gleich bleibt.
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Gegenüber dieser Bauform ist gemäß Fig. 2 der Ventilsitz 11 von einem
schraubenartigen Teil 13 getragen, wobei der Ventilsitz 11 als darin formschlüssig
eingesetztes, topfförmiges Teil aus Gummi oder Kunststoff ausgebildet ist. Hier
endet also die Stange 6 im Ventilkegel 9, so daß das vom Ventil 9, 11 durchgelassene
Gas unmittelbar in die zentrale Bohrung 14 gelangen kann.
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Um sicherzustellen, daß das den Ventilsitz 1-1 bildende
topfförmige
Teil stets in guter Anlage am Einschraubteil 13 bleibt, ist letzteres mit einer
im wesentlichen zentralen, nach außen gehenden Entlüftungsbohrung 23 versehen.
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Schließlich weist auch der die Feder 15 aufnehmende Raum des Gehäuses
1 eine Entlüftungsbohrung g auf, um dort durch Undichtigkeiten der Dichtung 4 bzw.
7 nicht vorhersehbare Druckverhältnisse und zur Erleichterung der Bewegung des Kolbens
5 einen durch diese entstehenden Über- oder Unterdruck in dem die Feder enthaltenden-Raum
zu vermeiden.
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Beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 ist gemeinsam, daß die
Vorspannung der Feder 15 indirekt leicht durch Verstellung des Ventilsitzes 10 bzw.
11 mittels des Einschraubteiles 12 bzw. 13 und damit die Größe des Hinter- bzw.
Mitteldruckes einstellbar ist.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist ein Gehäuse 25 auf, das oben
durch einen Schraubverschluß 26 verschlossen ist, das gleichzeitig das Widerlager
einer Druckfeder 27 bildet. Diese stützt sich andererseits gegen einen Kolben 28
ab, der über eine Dichtung 29 in der Gehäusebohrung geführt ist.
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Auf der der Feder 27 abgewandten Seite trägt der Kolben 28 eine Stange
30, die zwischen ihren Enden einen Ventilkegel 31 aufweist, dessen Ventilsitz 32
insbesondere
aus Montagegründen von einem Einschraubteil 33 getragen
wird. Das freie Ende der Stange 30 ist mittels eines Dichtungsringes 34 gasdicht
in einer nach außenhin offenen Gehäusebohrung 35 geführt und es entspricht der dortige
Stangenquerschnitt dem des geschlossenen Ventilkegels 31 an seiner Sitzstelle. Eine
Ringkammer 36, der das unter Vordruck stehende Gas über eine Leistung 37 zuströmt,
umgibt den Ventilkegel 31 und die Stange 30 auf der Vordruckseite.
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Die Hinterdruckseite ist hier durch einen zwischen Kolben 28 und Ventilkegel
31 gelegenen Raum des Gehäuses 25 gebildet, von dem aus das unter Mitteldruck stehende
Gas über eine Bohrung 38 zum Gebrauchs ort gelangen kann. In den genannten Raum
gelangt es bei geöffnetem Ventilkegel 31 dadurch, daß die Stange 30 zwischen Ventilkegel
31 und Kolben 28 einen verjüngten Teil 39 aufweist.
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Eine Entlüftungsbohrung 40 im Schraubdeckel 26 verhindert wieder das
Entstehen eines Über- oder Unterdruckes in dem die Feder 27 enthaltenden Gehäuseraum.
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Wie ersichtlich, ist die Ausführungsform gemäß Fig; 3 im wesentlichen
durch konstruktive Umkehrungen der Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 entstanden,
wodurch sich jedoch an der Arbeitsweise im Prinzip nichts ändert, weshalb hierzu
mutatis mutandis auf die Ausführungen zu den Fig. 1 und 2 verwiesen wird.
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In Abweichung von den dargestellten Ausführungsbeispielen ist es selbstverständlich
möglich, den Kolben 5 bzw. 28 durch eine im Gehäuse 1 bzw. 25 eingespannte Membran
zu ersetzen, an der die Stange 6 bzw.
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30 zentral und gasdicht angelenkt ist und die im mittleren Bereich
eine Versteifung bzw. einen Teller zur Einleitung der durch die Feder 15 bzw. 27
ausgeübten Kraft aufweist. Ebensogut können aber auch bei vereinfachter Bauweise,
insbesondere für größere Serien gleicher Regelgeräte, die Einschraubteile 12 bzw.
13 fortfallen, indem der Ventilsitz 10 bzw. 11 Bestandteil eines ähnlich dem Deckel
2 aufgeschraubten Gehäuseteiles ist.