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Regelbares Druckhalteventil
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Die Erfindung betrifft ein egelbares Druckhalteventil für den Abfluß
von Strömungsmittelsystemen, beispielsweise Wasserentsalzungsanlagen, in denen der
Systemdruck in einem vorgegebenen Bereich konstant zu haltern ist, bestehend aus
einem in einer Axialbohrung des Ventilgehäuses verschieblich gelagerten Steuerkolben,
der vom Systemabflußdruck entgegen einer einstellbaren Federvorspannung in ventilöffnender
Richtung beaufschlagbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung eines solchen
Druckhalteventiles, welches sich tritz einfachsten Aufbaues durch eine sehr hohe
Steuergenauigkeit auszeichnet und sich in einem relativ großen Arbeitsbereich verstellen
lßt.
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Zur Lösung der vorgsenannten Aufgabe ist das erfindungsgemäße Druckhaltventil
dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben als Stufenkolben ausgebildet ist und
eine axiale Sackbohtung enthält, welche im Bereich einer ständig mit dem Auslauf
des Ventils in Verbindung stehenden Umfangsrinne des Kolbens radials Öffnungen aufweist
und mit einer den Durchflußquerschnitt definierenden, stationär gehaltenen konischen
Ventilnadel zusammenwirkt, daß die Federkraft in einer das Nadelventil schließenden
Richtung angreift und daß der am Ventileinlaß eintretende konstant m haltende Systemdruck
den Steuerkolben an der am Nadelventil zugewandten Stirnseite in Öffnungsrichtung
und an der mit kleinerem Querschnitt ausgebildeten gegenüberliegenden Stirnseite
in Schließrichtung beaufschlagt.
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Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Ventil der konstant zu haltende
Systemdruck, d. h., der Einlaufdruck des Ventils einerseits in Öffnungsrichtung
des Ventiles und andererseits mit einer kleineren Kraft in Schließrichtung wirkt,
kann die das Ventil in Schließrichtung beaufschlagende Feder wesentlich schwächer
dimensioniert werden, sodaß das Ventil ganz wesentlich feinfühliger wird.
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Das erfindungsgemäße Druckhalteventil kann beispielsweise bei einem
eingestellten Druckbereich zwischen 2 und 100 bar eine Regelgenauigkeit von 1 bar
erhalten.
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Das erfindungsgemäße Druckhalteventil ist insbesondere für Entsalzungsanlagen
durch Umgekehrte Osmose eingesetzt werden, bei der es darauf ankommt, daß das Druckgefälle
an den einzelnen Membranen innerhalb vorbestimmter Toleranz-werte bleibt, damit
einerseits eine maximale Brauchwassermenge gewonnen wird und andererseits mit Sicherheit
eine Zerstörung der Membranen verhindert wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
ausführlichen Deschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der eine bevorzugte
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckhalteventils dargestellt ist.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein regelbares
Druckhaltventil gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie
II-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie
III-III der Fig. 1, fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Fig.
1 und Fig. 5 eine der Figur 1 ähnlich schematische Darstellung des Steuerkolbens
mit Feder und Einstellnadel zur Erläuterung der auf den Steuerkolben einwirkenden
Kräfte.
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Das Ventilgehäuse 1 enthält in einer sich in Längsrichtung erstreckenden
Axialbohrung 2 einen Steuerkolben 3, welcher entsprechend seiner hin- und Herbewegung
den Durchfluß vom Ventilainlauf 4 zum Ventilauslauf regelt.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Ventilgehäuse 1 dreiteilig;
es besteht aus zwei rohrförmigen Endteilen 11 und 12 und einem Mittelteil 13, welches
mit den beiden Endteilen 11 und 12 strömungsmitteldicht verschraubt ist. im Mittelteil
13 des Ventilgehäuses befinden sich der Einlauf 4 und der Auslauf 5. Außerdem ist
in dem Mittelteil 13 in einer besonderen Führungsbuchse 14 die vorerwähnte Axialbohrung
2 ausgebildet, in der sich der Steuerkolben 3 axialer Richtung verschieden kann.
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In dem in der Zeichnung links dargestellten Endteil 12 des Gehäuses
befindet sich eine Ventilnadel 6 am innere Ende einer Führungsstange 7, deren Ende
ein nicht näher dargestelltes Gewinde trägt, sodaß man die Ventilnadel 6 mit Hilfe
der von außen zugänglichen Rändmutter 8 vor oder zurück bewegen kann. Zur Gehäuseabdichtung
dient einen in dem Gehäuseteil 12 eingesetzte Stangedichtung 9.Im gegenüberliegenden
Endteil 11 befindet sich eine weitere Führungsstange 15, die ebenfalle mit einer
Stangendichtung 16 gegenüber dem Gehäuseteil 11 abgedichtet ist. Diese Führungsstange
15 ist ebenfalls an ihrem Hinternde mit einem Gewinde 17 versehen, welches in eine
Gewindebuchse 18 des Gehäuseteils 11 eingreifen kann zum Verdrehen und damit zum
axialen Verschieben der Führungsstange 15 dient,die ebenfalls mit einer Sicherheitsrändelkappe
19 versehen ist0 Die Führungsstange 15 beaufschlagt ein Federwiderlager 20, welches
ia dem Gehäuseteil 11 axialverschieblich ist. Zwischen diesem Federwiderlager 20
und dem rechten Ende des Steuerkolbens 3 befindet sich eine schwache Schraubendruckfeder
21, die dem Steuerkolben in Abhängigkeit von der Verschiebung der Führungsstange
veränderliche Vorspannung in Ventilschließend er Richtung gibt,
Der
S@@@kolben 3 ist als Stupfenkolben ausgebildet, d. h. das linke Kolbenende 31 und
somit selbstverständlich auch die Axialbohrung 2 haben einen größeren Durchmesser
als das rechte Kolbenende 32 und das dort benachbarte Ende der Axialbohrung.
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Der Steuerkolben 3 enthält am linken Ende eine Sackbohrung 33, in
die die Ventilnadel 6 eingreifen kann.
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Der radiale abstand zwischen der Ventilnadel 6 und der Sackbohrung
33 bestimmen den Durchlaßquerschnitt des Ventils. Im Mittelteil befindet sich außen
am Steuerkolben 3 eine Umfangsrinne 34, welche über radiale Bohrungen 35 mit der
Sackbohrung 33 am Verbindung steht. Ein am Gehäuseteil 12 vorgesehener Anschlag
22 begrenzt sie nach linke gerichtet Bewegung des Steuerkolbens 3.
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Der Steuerkolben kann, wie in Fig. 1 dargestellt zur Verbesserung
der Gleit- und Dichteigenschaften mit Kunststoffringen aus Teflon oder dergleichen
bes@tzt sein.
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Das erfindungsgemäße Ventil arbeitet wie folgt: Es sei zunächst angenommen,
daß sich das Ventil in der in fig. 1 dargestellten Lage befindet.
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Da die Ventilnadel 6 den gesamten Öffnungsquerschnitt der Sackbohrung
33 verschließt, ist das Ventil gesperrt. Wenn jetzt am Einlauf 4 ein Systemdruck
angelegt wird, beaufschlagt dieses Strömungsmittel den Steuerkolben an beiden Enden.
Da der stirnseitige Querschnitt des Steuerkolbenabschnittes 31 großer ist als der
des Steuerkolbenabschnittes 32, wird aufgrund des Einlaufdrukes der Steuerkolben
3 nach rechts verschoben, sobald der mit Hilfe der Kappe 19 über die Feder eingestellte
Gegendruck überwunden wird. Bewegt sich der Steuerkolben nach rechts, entsteht zwischen
der Ventilnadel 6 und der Sackbohrung 33 ein Ringspalt, so daß das Druckmittel über
diesen Ringspalt, die radialen Öffnungen 35 und die Umfangsrinne 34 zum Auslauf
5 abströmen kann. Vermindert sich durch das Abströmen der Einlaufseitig vorhandene
Druck, bewegt sich der Steuerkolben 3 wieder zurück, um den Ringspalt gqenitber
der Ventilnadel 6 zu verkleinern.
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Über Ventilnadel 6 und Kontermuttern 8 wird die Grundeinstellung justiert.
Ein Herausdrehen der Nadel über die Rändelmutter 8 verschiebt den Regelkolben bis
zum Anschlag 22. Die Nadel wirkt nun als Anfahr- oder Abschaltventil, ohne den Systemdruck
neu einstellen zu müssen. Die eigentliche Einstellung des am Einlauf 4 konstant
zu haltenden Druckes geschieht mit hilfe der Schraubkappe 19 über den Druck der
Feder 21.
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Das Kräfteverhältnis am Steuerkolben ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.
In dieser Zeichnung bedeuten P1 = Einlaufdruck P2 = Auslaufdruck F = Kraft der Federn
21 A1 = Ringfläche des Kolbenabschnittes 31 A2 = Querschnitt der Sackbohrung 33
A3 = Querschnittsfläche des Kolbenabschnittes 32 A4 = Ringfläche der Umfangsrinne
34 Somit wirken in Öffnungsrichtung die Kräfte P1 x A1 + P2 x A2 und in Schließrichtung
die Kräfte F + P1 x A3 + P2 x A4 die Kraft der Feder F, die bei älteren Konstruktionen
allein dem Einlaßdruck entgegenwirken mußte, arbeitet nunmehr gegen eine wesentlich
kleinere Kraft entsprechend der Gleichung: F = P1 (A1 - A3) - P2 (A4 - A2) Somit
kann die Feder 21 ganz wesentlich sehwächer ausgebildet werden, sodaß sich die Regelgenauigkeit
erheblich erhöht.