DE3001691A1 - Hd-membran-druckminderer mit reibungsfreiem proportionalantrieb - Google Patents

Hd-membran-druckminderer mit reibungsfreiem proportionalantrieb

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DE3001691A1
DE3001691A1 DE19803001691 DE3001691A DE3001691A1 DE 3001691 A1 DE3001691 A1 DE 3001691A1 DE 19803001691 DE19803001691 DE 19803001691 DE 3001691 A DE3001691 A DE 3001691A DE 3001691 A1 DE3001691 A1 DE 3001691A1
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pressure
diaphragms
diaphragm
drive
high pressure
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DE19803001691
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English (en)
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Lothar 2000 Hamburg Behrens
Hans-Jürgen 2000 Tangstedt Lüders
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GHT GES fur HOCHDRUCKTECHNIK
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GHT GES fur HOCHDRUCKTECHNIK
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/04—Control of fluid pressure without auxiliary power
    • G05D16/06—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule
    • G05D16/063—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane
    • G05D16/0644—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane the membrane acting directly on the obturator
    • G05D16/0672—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane the membrane acting directly on the obturator using several spring-loaded membranes

Description

  • Technische Bezeichnung und Beschreibung
  • HD-Membran-Druckminderer mit reibungsfreiem Proportionalantrieb durch Differential-Membran-Meßsensor/Antrieb - Führungsgröße intern (Feder) oder extern (Stellantrieb),dadurch ist auch eine Anwendung als Proportional-Regelventil möglich.Durch Einbau eines weiteren Ventiles ist der Betrieb als Druckminderer mit integrierter Rückentlüftung oder bei externem Antrieb als 3/2-Wege-Proportional-Regelventil möglich.
  • Anwendungsgebiet Reduzierung und Regelung hoher Gas- bzw Fluiddrücke,wie z.B.in Hochdrucksystemen, Prúfanlagen,Druckregelungen etc verwendet werden.
  • Zweck Bei hohen Betriebsdrücken muss neben einer feinfuhligen Messwerterfassung auch eine gleichförmige Verstellung der Ventile erfolgen können,wodurch Drucksprünge verhindert werden.
  • Stand der Technik Gegenwärtig werden Druckminderer mit Kolben- bzw Membransteller bei niedrigen und hohen Drücken verwendet.
  • Kritik am Stand der Technik Druckminderer mit Kolbensteller weisen besonders bei hohen Betriebsdrücken aufgrund der dort eingesetzten Dichtungen,wobei auch künftig keine wesentliche Verbesserung durch andere Werkstoffe zu erwarten ist,erhebliche Reibung auf.Durch den sog Slip-stick-Effekt führt dies sowohl bei statischem als dynamischer Betriebsweise zu nicht reproduzierbaren Druckschwankungen auf der Sekundärseite des Druckminderers.
  • Druckminderer mit Membransteller herkömmlicher Bauart erfordern bei hohem Sekundärdruck große Stell-/Stützkräfte'deren Erzeugung einen hohen mechanischen Aufwand erfordert und dadurch die Anwendung in Verbindung mit einem Stellantrieb meist unmöglich machen.
  • 3/2-Wege-Proportinal-Regelventile für hohe Betriebsdrücke sind nicht verfügbar.
  • Derartige Anwendungen können nur durch Verwendung von zwei 2/2 -Wege-Proportional-Regelventilen erzielt werden,wobei sich am Umsteuerpunkt immer Probleme ergeben.
  • Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde 1einen Druckminderer mit reibungsfreier Abdichtung des Meßsensors und des Antriebes bei gleichzeitiger Reduzierung der erforderlichen Stütz-/Stellkraft zu konstruieren.Ferner soll der Antrieb tErzeugung der Stellkraft) extern durch den Anbau eines geeigneten Antriebes (z.B.pneumatischer Membransteller ,hydraulischer Antrieb,Linearmotor ,Hubmagnet,etc) möglich sein.Auch ein Entlastungsventil war vorzusehen,damit nicht nur eine Druckkonstanthaltung der Sekundärseite möglich wird sondern auch der Einsatz als 3/2 -Wege-Proportional-Regelventil.Als Primär- und Sekundärdruck sind zunächst 2000 bar vorgesehen,wobei die Druckdifferenz min 2% und max 90 des Betriebsdruckes,dle Hysterese (aufgrund von Reibung) < 0,5 des Sekundärdruckes'die Reproduzierbarkeit < 0,2% des Sekundärdruckes und die Sensivität < 0,18 des Sekundärdruckes sein soll.
  • Lösung Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelost,daß die Kräfte zweier verschieden großer Membranen über Druckstücke gegeneinander gerichtet sind und sich damit subtrahieren,wodurch durch die Wahl der Membrangröße die erforderliche Stütz-Stellkraft gering gehalten werden kann.
  • Weitere Ausgestaltung der Erfindung Durch die Verwendung von Membranen tritt neben der interkristallinen Reibung des Membran-Werkstoffes nur noch die Reibung der Druckstücke auf.Messungen haben gezeigt,daß beide Werte zusammen weit unterhalb jener liegen,die bei identischen Parametern bei Druckminderern mit Kolbenantrieb auftreten,wodurch die gemäß Aufgaben stellung geforderten Werte erreicht werden können.Bei Änderung des Gleichgewichtszustandes ( P2 x F1 =(P2 x F2) + S) zwischen Stütz-/Stellkraft und der aus dem Sekundärdruck resultierenden Kraft betätigen die Membranen (F1/F2) das Einlass- (A) bzw Auslassventil (B).Der Primärdruck (P1) wird an den Anschlt,s (1), der Sekundärdruck (P2) an den Anschluss (2) und der Tertiärdruck (P3) wird an Anschluss (3) angelegt;wobei als Voraussetzung für die Funktion gilt P1 > P2 und P2 > P3.
  • Bei Sekundärdnlck (P2) < eingestellter Wert: Die Stütz-/Stellkraft (S) bewegt über die Druckstücke (D1/D2) die Membranen (F1/F2),welche dann das Einlassventil (A) öffnen und das Auslassventil (B) weiter schließen - das Medium (Gas oder Fluid) strömt nun vom Anschluss (1) zum Anschluss (2) und in den Raum unter der Membrane (F2) und führt eine Bewegung in Richtung I aus,wobei das Druckstück (D2) mit einem Anschlag (a) versehen ist,der eine unzulässig hohe Verformung der Membrane (F2) verhindert.
  • Bei Sekundärdruck (P2) = eingestellter Wert : Da sich keine Gleichgewichtsdifferenz ergibt,erfolgt keine Verstellung,wodurch die Einzelteile in der Lage 0 unfixiert bleiben.
  • Bei Sekundärdruck (P2) > eingestellter Wert : Die Stütz-/Stellkraft (S) bewegt über die Druckstücke (D1/D2) die Membranen (Fl/F2),welche dann das Auslassventil (B) öffnen und das Einlassventil (A) weiter schließen - das Medium (Gas oder Fluid) strömt nun vom Anschluss (2) zum Anschluss (3) und führt eine Bewegung in Richtung II aus,wobei das Druckstück (D1) mit einem Anschlag (b) versehen ist,der eine lllzulässig hohe Verformung der Membrane (F1) verhindert.
  • Die Stütz-/Stellkraft (S) kann durch verschiedene Methoden (siehe Aufgabenstellung) erzeugt und ggf extern geregelt werden.
  • Erzielbare Vorteile Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,daß durch die gewählte Anordnung der Bauteile ein reinungsfreier Antrieb mit den sich daraus ergebenden Vorteilen,wie Hysterese,Reproduzierbarkeit,Sensivitat bei gleichzeitiger erheblicher Verminderung der Stütz-/Stellkraft erfolgt.Auch die Forderung eines Druckabbaues und die des Fremdantriebes wurde erfullt,wodurch auch ein 3/2-Wege-Proportonal-Regelventil realisierbar wird.Auch der hohe Betriebsdruck von zunächst 2000 bar konnte erreicht werden.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig 1 (Blatt 4 dieser Beschreibung) ist der systematische Aufbau dargeystellt.
  • Bei Ausführung als Druckminderer ohne Rückentlüftung bzw als 2/2-Wege-Proportional-Regelventil entfallen der Anschluss (3) und das Auslassventil (B) ;dargestellt ist ein Druckminderer mit Rückentlüftung bzw ein 3/2-Wege-Proportional-Regeiventil.
  • Die erforderliche Stütz-/Stellkraft (S) wird dort gelenkig aufgebracht durch Druckstangen,die belastet werden durch eine Feder;hierbei handelt sich dann um einen Druckminderer mit Handbetätigung,wie er z.B. bei der On-Line-Messung in HD-Fertigungsanlagen verwendet wird,um sekundärseitig Meßgeräte'die für einen geringeren Betriebsdruck ausgelegt sind,zu speisen.
  • Durch den Anbau anderer Antriebseinheiten,und deren z.B.Zeitintegration können Druckänderungsge schwindigke iten realis iert werden,wobei dann bei einer Steuerung ggf auftretende sekundärseitige Druckänderungen (z.B.durch geometrische Änderung eines Prüflings,Druckanstieg infolge Temperaturanstieg) automatisch kompensiert werden,wenn ein Druckminderer mit integrierter Rückentlüftung verwendet wird.
  • L e e r s e i t e

Claims (1)

  1. Patentanspruch Oberbegriff 1. HD-Membran-Druckminderer mit relbungsfreiem Proportionalantrieb durch Differential-Membran-Meßsensor/Antrieb - Führungsgröße intern (Feder) oder extern (Stellantrieb),dadurch ist eine Anwendung als Proportional-Regelventil möqlicn.
    Durch den Einbau eines weiteren Ventiles ist der Betrieb als Druckminderer rnit integrierter Rückentlüftung oder bei externem Antrieb als 3/2-Wege-Proportional-Regelventil möglich.
    Kennzeichender Teil dadurch gekennzeichnet,daß die Kräfte zweier verschieden großer Membranen aber Druckstücke gegeneinander gerichtet sind und sich damit subtrahieren,wodurch durch die Wahl der Membrangröße die erforderliche Stütz-/Stellkraft gering gehalten werden kann.
    Oberbegriff des Unteranspruchs 2.HD-Membran-Druckminderer nach Anspruch Kennzeichnender Teil des Unteranspruchs dadurch gekennzeichnet,daß die Stütz-/Stellkraft durch verschiedene Methoden erzeugt und ggf extern geregelt werden kann.
DE19803001691 1980-01-18 1980-01-18 Hd-membran-druckminderer mit reibungsfreiem proportionalantrieb Withdrawn DE3001691A1 (de)

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