DE3534393C2 - Druckreduzierventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckreduzierventil, versehen mit einer auf der einen Seite von einem Sekun­ därdruck und auf der anderen Seite von einer Feder beaufschlagten Membrane.

Ein Druckreduzierventil ist im allgemeinen vom Typ, bei dem ein Hauptventil direkt durch die Verschiebung einer Membran gesteuert wird, oder von demjenigen Typ, bei dem ein Hauptventil, z. B. ein Kolbenventil, indirekt durch ein Steuerventil gesteuert wird.

Der sekundäre Druck eines Fluids wirkt hierbei auf eine Seite der Membran und die Federkraft einer Druckein­ stellfeder an der anderen Seite derselben. Wenn es irgendein Ungleichgewicht zwischen den zwei Kräften gibt, wird die Membran verschoben, wodurch ein Ventilor­ gan Fluid gesteuert durch das Ventil strömen läßt zur Aufrechterhaltung des sekundären Fluiddruckes, welche der Federkraft der Feder entspricht.

Eine Einstellschraube, die mittels Schraubengewinde mit einem Ventilgehäuse verbunden ist, wird zum Einstellen eines gewünschten sekundären Fluiddruckes angewendet. Die Schraube wird zum Einstellen der Federkraft der Druckeinstellfeder von Hand gedreht, bis ein Druckmesser den verlangten Druck angibt. Die Konstruktion ist sehr ungünstig, wenn der Einstelldruck oft geändert wird. Fernbedienung und automatische Einstellung des Sekundär­ druckes auf den gewünschten Druck ist nicht möglich.

Gemäß dem Arbeitsprinzip eines automatischen Regelven­ tils wird der zu regelnde Wert bestimmt und mit einem Sollwert verglichen. Das Resultat des Vergleiches wird zu einem Signal zum Steuern eines Ventilbetätigungsor­ gans, z. B. eines Elektromotors oder eines Fluidantriebs verarbeitet.

Wenn es sich speziell um ein Druckreduzierventil han­ delt, wird der sekundäre Druck durch einen Druckmeßfüh­ ler bestimmt und verglichen mit dem Sollwert, der über einen Einstellmechanismus eingeführt wird. Das Resultat des Vergleichs wird durch einen Proportional- oder Dif­ ferential Integral-Regler zu einem Signal verarbeitet, das ein Ventilbetätigungsorgan, z. B. einen Elektromotor betätigt.

Dieses Druckreduzierventil erleichtert daher die Ände­ rung des Sollwertes und ermöglicht Fernbedienung und automatische Einstellung des Sekundärdruckes auf den Sollwert. Es ist jedoch teuer, und zwar dadurch, daß ein Betätigungsorgan mit einer großen Leistung und ein Reg­ ler mit einer komplizierten Signalverarbeitung erforderlich sind, um das Ventilorgan direkt, genau und schnell in Betrieb zu setzen. Weiterhin ist die Reaktion träger als bei einem mit einer Membran versehenen Druck­ reduzierventil, weil das Betätigungsorgan nicht direkt mit dem Vergleichsglied verbunden ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Druckreduzierventils, das ein Betätigungsorgan mit geringer Leistung aufweist und mit dem doch die Druck­ einstellung leicht geändert werden kann. Auch soll Fernbe­ dienung und automatische Einstellung des Sekundärdruckes auf einen Sollwert möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das Druckreduzierventil arbeitet wie folgt:
Ein gewünschtes Solldruck-Niveau wird durch ein Einstell­ organ eingestellt. Der sekundäre Fluiddruck wird durch einen Druckmeßfühler kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen bestimmt. Die Differenz zwischen dem sekundären Fluiddruck und dem Solldruck wird bestimmt und mittels einer vergleichenden Betätigungsvorrichtung mit einer Standard-Differenz verglichen. Wenn die bestimmte Differenz größer als die Standard-Differenz ist, wird ein Signal nach einer Schalteinheit oder Trei­ berstufe geführt zum In-Gang-Setzen eines Antriebs, der­ art, daß die bestimmte Differenz auf nahezu Null zurück­ geführt wird.

Der Antrieb versetzt ein Federkrafteinstellmittel, z. B. eine Einstellschraube, in Drehung. Die auftretende Ver­ schiebung der Membran betätigt das Ventilorgan zum Ver­ größern oder Vermindern des Fluidstromes. Der sekundäre Fluiddruck wird durch einen Druckmeßfühler bestimmt und der vergleichenden Betätigungsvorrichtung zugeführt. Wenn die bestimmte Differenz nahezu auf Null zurückge­ führt worden ist, wird dem Antrieb ein Haltsignal zuge­ führt. Solange der sekundäre Fluiddruck innerhalb der Standard-Differenz liegt, arbeitet der Antrieb nicht, aber die mechanische Wirkung der Membran erreicht eine Herabsetzung des Fluiddruckes in bekannter Weise. Wenn dieser vom Solldruck um die Standard-Differenz abweicht, wird der Antrieb in Gang gesetzt, um die Federkraft der Druckeinstellfeder, wie oben beschrieben, einzustellen.

Gemäß der Erfindung kann der eingestellte Druck leicht geändert werden und es ist nicht nur Fernbedienung, son­ dern auch eine automatische Einstellung des Sekundär­ druckes auf den Sollwert möglich, nachdem der Sollwert eingeführt wurde.

Die Anwendung eines Antriebs mit einer kleinen Leistung genügt, weil dieser lediglich das Federkrafteinstellmit­ tel und nicht das Ventil selbst schnell zu betätigen braucht. Das Ventilorgan reagiert schnell auf die mecha­ nische Wirkung des Diaphragmas in bekannter Weise.

Die Erfindung erzielt eine Anzahl Vorteile, die im Nach­ stehenden beschrieben werden.

Der Antrieb arbeitet nur, wenn die bestimmte Differenz von einer Standard-Differenz abweicht, und stellt die Arbeit ein, wenn die bestimmte Differenz nahezu Null ist. Daraus folgt, daß der Antreibe nicht oft in Betrieb gesetzt wird oder lange Zeit kontinuierlich arbeitet, so daß eine längere Lebensdauer für das Druckreduzierventil resultiert.

Wenn das Druckreduzierventil vom ein Steuerventil auf­ weisenden Typ ist, wird dieses Steuerventil durch eine kleine Kraft zum In-Betriebsetzen des Hauptventils betä­ tigt, das eine größere Kraft braucht, um in Betrieb gesetzt zu werden. Weil die Druckeinstellfeder eine kleine Federkraft hat, genügt es, den Antrieb mit einer geringen Leistung auszustatten.

Der Antrieb kann leicht bei jedem bestehenden Druckredu­ zierventil eingesetzt werden, insofern dieses mit einer axial bewegbaren Einstellschraube für die Feder versehen ist.

Wenn die Differenz zwischen dem sekundären Fluiddruck und dem eingestellten Druck die Standard-Differenz über­ steigt, wird der Antrieb automatisch in Betrieb gesetzt, damit eine größere Fluidmenge strömen kann. Das Druckre­ duzierventil gemäß der Erfindung ermöglicht daher eine schnellere Steuerung des Ventilorgans im Falle einer Schwankung in dem sekundären Fluiddruck als jedes aus­ schließlich mechanisch gesteuerte Druckreduzierventil.

Die Erfindung wird nun unter Hinweis auf die schematisch gehaltene Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausfüh­ rungsbeispiel im Schnitt wiedergegeben ist mit einem Blockschaltbild des Steuerteiles.

Das Druckreduzierventil gemäß der Erfindung umfaßt einen mechanischen Ventilteil 1, einen elektromotorischen Teil und einen Steuerteil.

Der mechanische Ventilteil 1 ist, was die Konstruktion betrifft, einem bekannten mechanischen Druckreduzierven­ til gleich. Der Ventilteil hat einen Fluideinlaß 2 und einen Fluidauslaß 3, die mit einem primären Durchgang 4 bzw. einem sekundären Durchgang 5 verbunden sind. Der Ventilteil hat eine Hauptventilöffnung 7, die durch ein Hauptventilorgan 6 geöffnet und geschlossen werden kann. Das Hauptventilorgan 6 wird durch eine Feder in die die Öffnung schließende Stellung gedrückt und ist mittels einer Ventilstange mit dem Kolben 8 verbunden.

Der Druck des Fluids, das durch die Hauptventilöffnung 7 nach dem Fluidauslaß 3 strömt, wirkt auf die untere Flä­ che des Kolbens 8, während der über die Durchgänge 9 und 11 auf die obere Fläche des Kolbens 8 wirkende Fluid­ druck durch ein Steuerventilorgan 12 geregelt wird. Das Steuerventilorgan 12 wird durch eine Feder in die Schließstellung gedrückt und ist mit einer Ventilstange verbunden, die mit der unteren Fläche der Membran 13 in Verbindung steht, so daß seine Abwärtsbewegung das Hauptventilorgan 6 in dessen Öffnungsstellung drückt.

Wenn die Membran 13 nach unten verschoben wird, wird das Steuerventilorgan 12 nach unten gedrückt, so daß Fluid aus dem Fluideinlaß 2 über die Durchgänge 9 und 11 in den Raum über dem Kolben 8 strömen kann und den Kolben 8 nach unten bewegt und mit diesem das Hauptventilorgan 6, wobei die Hauptventilöffnung 7 geöffnet wird, wodurch Fluid von dem Fluideinlaß 2 nach dem Fluidauslaß 3 strö­ men kann. Wenn die Membran 13 sich aufwärts bewegt, wird das Steuerventilorgan 12 durch die Feder aufwärts gedrückt zum Unterbrechen der Fluidverbindung zwischen den Durchgängen 9 und 11, so daß sich in dem Raum über dem Kolben 8 befindendes Fluid durch den Durchgang 11, den die Ventilstange des Steuerorgans 12 umgebenden Raum und einen Durchgang 10, nach dem Fluidauslaß 3 strömt, wobei das Hauptventilorgan 6 und der Kolben 8 zum Schließen der Hauptventilöffnung 7 aufwärts gedrückt werden.

Der Raum über der Membran 13 ist durch einen Durchgang 14 mit kleinem Durchmesser mit der freien Atmosphäre verbunden und wird auf einem nahezu konstanten atmosphä­ rischen Druck gehalten. Eine Feder 16 zur Sekundärdruck­ einstellung ist mit ihrem unteren Ende mit der oberen Fläche der Membran 13 verbunden und übt eine Federkraft darauf aus. Das obere Ende der Feder 16 trägt einen Federteller und eine Einstellschraube 17 steht mit ihrem unteren Ende mit dem Federteller in Verbindung, derart, daß Verdrehung der Einstellschraube 17 in beiden Rich­ tungen den Druck auf die Feder 16 nachstellen kann, und daher auch die Federkraft, die auf das Diaphragma 13 ausgeübt wird. Die Einstellschraube 17 arbeitet mittels Schraubengewinde mit einem Innengewinde aufweisenden Organ 41 zusammen, das in dem Federgehäuse 15 befestigt ist und ein Teil des Ventilgehäuses ist.

Der motorische Teil ist mit dem Ventilteil 1 verbunden mittels eines Joches 18, das an dem Federgehäuse 15 befestigt ist. Eine sich koaxial mit der Einstell­ schraube 17 erstreckende Abtriebswelle 20 ist mit ihrem unteren Ende mit dem Sechskantkopf 42 der Schraube 17 durch ein Verbindungsorgan 19 verbunden.

Die Abtriebswelle 20 bildet die Welle eines Kegelkeiles 21 eines Zahnrades 22, das am Außenumfang des Keiles 21 befestigt ist und wird zwischen oberen und unteren Lagermitteln 23 und 24 gegen vertikale und radiale Ver­ schiebung gesichert. Die Lagerelemente 23 und 24 werden zwischen einer Montageplatte 25 und einer Bodenplatte 26 festgehalten. Ein Elektromotor 29 und ein Getriebe 28 sind auf der Montageplatte 25 befestigt und die Abtriebswelle 27 davon greift mittels eines Zahnrades in das Zahnrad 22 ein.

Wenn der Motor 29 angetrieben wird, wird die Abtriebs­ welle 27 des Getriebes 28 gedreht zum Drehen des Außen­ umfangs des Keiles 21 über das Zahnrad 22. Abhängig von der Drehrichtung wird die Abtriebswelle 20 gedreht für eine nach oben oder nach unten gerichtete Bewegung, was eine Drehung der Einstellschraube 17 über das Verbin­ dungsorgan 19 in der einen oder der anderen Richtung zur Folge hat.

Die Abtriebswelle 20 ist mit einer Scheibe 35 versehen, die es ermöglicht, zu bestimmen, ob die Einstellschraube 17 in ihre obere oder ihre untere Endstellung gekommen ist. Ein Paar Positionsfühler 33 und 34 befinden sich an einer Seite der Scheibe 35 zum Bestimmen der oberen und der unteren Endstellung der Schraube 17. Die Fühler 33 und 34 sind an der Seitenwand des Elektromotors 29 bzw. des Getriebes 28 befestigt.

Die Fühler 33 und 34 sind vorzugsweise Lichtmeßfühler vom reflektierenden Typ, obwohl es selbstverständlich auch möglich ist, einen anderen Fühlertyp anzuwenden, wie Potentiometer, Begrenzungsschalter oder magnetische Fühler.

Eine Schalteinheit 30 befindet sich neben dem Motor 29. Der Motorteil ist von einer Haube 36 umschlossen, die diesen gegen Staub und Feuchtigkeit schützt. Der Motor­ teil umfaßt weiter die notwendige Verdrahtung und Anschlüsse, die nicht wiedergegeben sind.

Der Steuerteil umfaßt die Fühler 33 und 34, eine ver­ gleichende Betätigungsvorrichtung 31, ein Einstellmittel 32 für den Solldruck und einen Druckmeßfühler 40, der sich in dem sekundären Durchgang 5 befindet. Die Signal­ leitungen 37 und 38 laufen von den Fühlern 33 und 34 nach der vergleichenden Betätigungsvorrichtung 31. Eine Signalleitung 39 läuft von dem Druckmeßfühler 40 nach der vergleichenden Betätigungsvorrichtung 31. Eine Signalleitung läuft weiter von dem Einstellmittel 32 nach der vergleichenden Betätigungsvorrichtung 31. Eine Signalleitung läuft von der vergleichenden Betätigungs­ vorrichtung 31 nach der Schalteinheit 30. Die verglei­ chende Betätigungsvorrichtung 31 kann auch an der Stelle der Schalteinheit 30 angeordnet sein.

Der Solldruck wird durch das Einstellmittel 32 einge­ stellt und in die vergleichende Betätigungsvorrichtung 31 eingeführt. Der Druck des Fluids in dem sekundären Durchgang 5 wird von dem Druckmeßfühler 40 bestimmt, und entweder kontinuierlich oder in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen in die vergleichende Betätigungsvorrich­ tung 31 eingeführt. Die vergleichende Betätigungsvor­ richtung 31 berechnet die Differenz zwischen dem Druck des Fluids in dem sekundären Durchgang, wie dieser von dem Fühler 40 wahrgenommen worden ist, und dem Solldruck und vergleicht diese Differenz mit einer Standard-Diffe­ renz.

Wenn die bestimmte Differenz größer als die Standard-Dif­ ferenz ist, führt die Betätigungsvorrichtung 31 der Schalteinheit 30 ein Steuersignal zu, um die wahrgenom­ men Differenz auf nahezu Null zu bringen, d. h. den Druck des Fluids in dem sekundären Durchgang 5 im wesentlichen auf den Sollwertdruck zu bringen.

Der Motor 39 wird hierzu von der Schalteinheit 30 in Betrieb gesetzt zum Einstellen des Fluidstromes durch das Ventil. Wenn die bestimmte Differenz nahezu Null wird, d. h. wenn diese innerhalb des Bereiches einer kleinen Standard-Differenz fällt, die genügend kleiner als die obengenannte Standard-Differenz ist, führt die vergleichende Betätigungsvorrichtung 31 ein weiteres Steuersignal der Schalteinheit 30 zu, zum Ausschalten des Motors 29.

Die Positionsfühler 33 und 34 arbeiten mit der Scheibe 35 zusammen zum Wahrnehmen der oberen bzw. unteren Stel­ lung der Einstellschraube 17 und führen der vergleichen­ den Betätigungsvorrichtung 31 ein entsprechendes Signal zu. Diese Betätigungsvorrichtung 31 reagiert schneller auf diese beiden Signale als auf jedes andere Steuersi­ gnal und führt der Schalteinheit 30 ein Signal zum Aus­ schalten des Motors 29 zu. Dadurch wird es möglich, zu vermeiden, daß unerwünschte Kräfte in dem System zum Drehen der Einstellschraube 17 auftreten.

Claims (4)

1. Druckreduzierventil mit

• - einer auf der einen Seite von einem Sekundärdruck und auf der anderen Seite von einer Feder (16) beaufschlagten Membrane (13),
• - einem Einstellmittel (17) zum Einstellen der Federkraft der Feder (16),
• - einem ansteuerbaren Antrieb (21, 22, 27, 28, 29) für das Einstellmittel,
• - einem Steuerteil mit einem den Sekundärdruck erfassenden elektrischen Druckmeßfühler (40) und einer vergleichenden Betätigungsvorrichtung (31), sowie mit einem Einstellmittel (32) zum Einstellen eines Solldruckes für den Sekundärdruck, wobei die vergleichende Betätigungsvorrichtung (31) einen Solldruck/Sekundärdruck-Vergleich durchführt und beim Überschreiten eines Standarddifferenzdrucks den Antrieb in Betrieb setzt und diesen außer Betrieb setzt, wenn der Vergleich eine Differenz nahezu Null ergibt.

2. Druckreduzierventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einstellmittel (17) eine mit dem Antrieb (21, 22, 27, 28, 29) verbundene, auf die Feder (16) wirkende Einstellschraube (17) ist.

3. Druckreduzierventil nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine mit der Einstellschraube (17) verbundene Antriebswelle (20) mit einer Positions­ fühlern (33, 34) gegenüberliegenden Scheibe (35) ver­ sehen ist.

5. Druckreduzierventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Positionsfühler (33, 34) und das Einstellmittel (32) für den Sollwert über Signallei­ tungen mit der Betätigungseinrichtung (31) verbunden sind.