DE3827013A1 - Druckregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil für pneumatische An­ wendungen mit einem Gehäuse mit Zulaufanschluß, Verbraucheran­ schluß und Entlüftungsanschluß, einem im Gehäuse axial ver­ schiebbaren, die Verbindungen zwischen den Anschlüssen steuernden Ventilstößel und einer diesen betätigenden vorgesteuerten Ventil­ spindel.

Zur Einregelung eines bestimmten Druckes bei pneumatisch betätigten Verbrauchern werden Druckregelventile verwendet, die bezüglich Ge­ nauigkeit, Hysterese-, Durchfluß- und Leckageverhalten durchaus zufriedenstellend arbeiten.

In vielen Fällen reicht aber die Erfüllung dieser Kriterien allein nicht aus, da zusätzlich ein bestimmtes Einregelverhalten gefordert wird, z.B. eine zeitlich möglichst kurze Einregelung eines ge­ wünschten Druckes ohne wesentliches Überschwingen des Ventiles.

Ursache für ein solches Überschwingverhalten des Ventiles sind meist dynamische Einflüsse, beispielsweise durch Turbulenzen ver­ ursachte Druckimpulse, die das Einregelverhalten des Ventiles störend beeinflussen.

Dies führt dann dazu, daß das Ventil erst nach einer gewissen Anzahl von Einschwingungen seinen Sollwert erreicht oder - was noch nach­ teiliger ist - infolge Eigenerregung permanent mit einer bestimmten Amplitude um den Sollwert schwingt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Druckregelventil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sein Einschwingverhalten ver­ bessert und ein Überschwingen im wesentlichen vermieden, wenigstens aber reduziert wird.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß auf der Ventil­ spindel an ihrem zur Vorsteuerseite entgegengesetzten Ende eine Scheibe angeordnet ist, die im Gehäuse geführt ist und durch die der Innenraum des Gehäuses in zwei Kammern unterteilt ist, welche über eine Bohrung miteinander in Verbindung stehen.

Die Bohrung kann hierbei in der Scheibe oder im Gehäuse ausgebildet sein.

Die Ventilspindel erstreckt sich zweckmäßigerweise durch den hohl­ zylindrischen Ventilstößel hindurch unter Bildung eines Ringraumes zwischen Ventilstößel und Ventilspindel.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, die schematisch im Schnitt ein Druckregelventil nach der Erfindung zeigt.

Das Druckregelventil 10 ist aufgebaut aus einem Gehäuse 12, einem das Gehäuse an der Oberseite in der Zeichnung abschließenden Deckel 14, einem Flansch 16 an der Unterseite des Gehäuses, der seinerseits durch einen Boden 18 abgeschlossen ist.

Im Gehäuse ist ein Ventilstößel 20 axial verschiebbar angeordnet, durch welchen die Verbindungen zwischen einem Zulaufanschluß 22, einem Verbraucheranschluß 24 und einem Entlüftungsanschluß 26, die im Gehäuse 12 ausgebildet sind, steuerbar sind.

Der Ventilstößel 20 ist mit einer Dichtung 28, z.B. einem O-Ring, versehen, der den Zulaufanschluß 22 gegen den Entlüftungsanschluß 26 abdichtet.

Eine weitere Dichtung 30 am in der Zeichnung unteren Ende des Ventil­ stößels 20, die z.B. in Form einer Manschettendichtung ausgebildet ist, wirkt mit einem im Gehäuse ausgebildeten Ventilsitz 34 zusammen, um die Verbindung zwischen dem Zulaufanschluß 22 und dem Verbraucher­ anschluß 24 zu öffnen und zu schließen.

Der Ventilstößel 20 ist ständig durch eine Druckfeder 36 in Schließ­ richtung des Ventilsitzes 34 beaufschlagt.

Ein am in der Zeichnung oberen Ende des Ventilstößels 20 ausge­ bildeter Ventilsitz 32 wirkt mit einer Dichtung 40 zusammen, die auf dem oberen Ende 66 einer Ventilspindel 38 angeordnet ist. Die Ventilspindel 38 ist axial beweglich und verschiebbar im Ge­ häuse 12 eingebaut und durch ihre Dichtung 40 kann in Verbindung mit dem Ventilsitz 32 des Ventilstößels 20 die Verbindung zwischen dem Verbraucheranschluß 24 und dem Entlüftungsanschluß 26 ge­ öffnet und geschlossen werden.

Die Dichtung 40 trennt ferner einen Vorsteuerraum 42, der zwischen dem oberen Ende 66 der Ventilspindel 38 und dem Deckel 14 liegt, von dem Entlüftungsanschluß 26 und einem mit diesem verbundenen Ringraum 46. Der Vorsteuerraum 42 ist über eine Vorsteuerleitung 44 an eine nicht-dargestellte Vorsteuerung, z.B. ein elektromagnetisch betätigbares Vorsteuerventil, angeschlossen.

Die Ventilspindel 38 durchsetzt in axialer Richtung den hohl­ zylindrischen Ventilstößel 20 unter Bildung eines Ringraumes 48 zwischen beiden Teilen und sie erstreckt sich axial nach unten in der Zeichnung bis in den Flansch 16 hinein.

Auf dem unteren Ende 58 der Ventilspindel 38 ist eine Scheibe 50 fest angeordnet, z.B. mittels einer auf das Ende 58 geschraubten Gewindemutter gegen eine entsprechende Schulter der Gewindespindel 38 angedrückt und gehalten.

Die Scheibe 50, und damit die Gewindespindel 38, ist im Flansch 16 in axialer Richtung geführt und sie kann zweckmäßigerweise an ihrem Umfang mit einer Dichtung 54, z.B. einem O-Ring, versehen sein.

Die Scheibe 50 unterteilt den Innenraum des Druckregelventiles 10 in eine Kammer 60 oberhalb der Scheibe 50 und eine Kammer 62 unter­ halb der Scheibe 50.

Diese beiden Kammern 60 und 62 sind jedoch mittels einer Düse oder Bohrung 56 miteinander verbunden, die in der dargestellten Aus­ führungsform in der Scheibe 50 ausgebildet ist, jedoch auch z.B. im Flansch 16 ausgebildet sein kann.

Der Ventilstößel 20 ist im Gehäuse 12 axial geführt, zwischen einem Teil seiner Außenwand und der Innenwand des Gehäuses 12 ist jedoch ein Ringraum 64 ausgebildet, in welchen der Zulaufanschluß 22 ein­ mündet.

Das erfindungsgemäße Druckregelventil arbeitet folgendermaßen.

In der in der Zeichnung dargestellten Position ist der Ventilsitz 34 geschlossen und der Ventilsitz 32 geöffnet, d.h. der Verbraucheran­ schluß 24 ist zum Entlüftungsanschluß 26 hin entlüftet.

Wird nun durch Einführen von z.B. Druckluft in den Vorsteuerraum 42 eine bestimmte vorgegebene Kraft F _vo in Richtung des Pfeiles P 1 auf die Ventilspindel 38 aufgebracht, so bewegt sich die letztere abwärts in Richtung zum Ventilsitz 32 bis dieser geschlossen ist. In dieser Position befindet sich das Druckregelventil in Sperr­ stellung, d.h. beide Ventilsitze 32 und 34 sind geschlossen. Auf die Ventilspindel 38 wirkt von oben die Kraft F _vo , während von unten auf die Ventilspindel 38 eine Kraft wirkt, die sich aus dem Produkt aus dem Durchmesser des Ventilsitzes 32 mal dem Mediumdruck im Verbraucheranschluß 24 und damit im Innenraum 48, 60 ergibt. Diese Kraft ist in der Zeichnung mit F _ve bezeichnet und sie wirkt in Richtung des Pfeiles P 2. Außerdem wirkt auf den Ventilstößel 20 die ebenfalls nach oben in Richtung des Pfeiles P 2 gerichtete Kraft der Druckfeder 36.

Wird nun die Kraft F _vo größer als F _ve + Kraft der Feder 36, so wird der Ventilstößel 20 vom Ventilsitz 34 abgehoben und die Verbindung vom Zulaufanschluß 22 über den Ringraum 64 und den geöffneten Ventil­ sitz 34 zum Verbraucheranschluß 24 freigegeben.

Das Medium strömt dann vom Zulaufanschluß 22 (z.B. einem Kompressor oder einem Druckkessel) über den Innenraum des Ventils, d.h. den Sekundärraum oder die Kammer 60 so lange zum Verbraucheranschluß 24 wie F _vo größer als F _ve plus F _feder ist.

Steigt nun der Druck im Verbraucheranschluß 24 und damit im Innenraum des Ventiles, d.h. in der Kammer 60, so wird die Kraft F _ve größer und das Ventil beginnt zu schließen. Beim Erreichen eines Kräftegleich­ gewichtes, d.h. wenn F _vo gleich F _ve + F _feder ist, erreicht das Ventil wieder seine Sperrstellung, in welcher beide Ventilsitze 32 und 34 geschlossen sind. Wenn der Druck im Verbraucheranschluß 24 und damit in der Kammer 60 des Ventils weiter steigt, d.h. wenn F_ve größer als F _vo wird (die Kraft der Feder 36 ist nun nicht mehr zu berücksichtigen, da der Ventilstößel 20 auf dem Ventilsitz 34 aufsitzt), wird die Ventilspindel 38 weiter nach oben bewegt und ihre Dichtung 40 vom Ventilsitz 32 abgehoben, wodurch der Verbraucheranschluß 24 über die Kammer 60, den Ringraum 48 und den geöffneten Ventilsitz 32 zum Entlüftungsanschluß 26 hin entlüftet ist.

Während des Betriebs eines solchen Druckregelventiles können bei­ spielsweise durch Strömungs-Turbulenzen Druckimpulse im Medium inner­ halb des Ventiles entstehen, welche die Ventilspindel 38 einseitig beaufschlagen und den Einregelvorgang störend beeinflussen.

Die auf das untere Ende 58 der Ventilspindel 38 aufgesetzte Scheibe 50 dient nun dazu, derartige Störungen möglichst weitgehend auszuschalten. Wenn nun im Innenraum des Ventils, d.h. zwischen dem oberen Ende 66 der Ventilspindel 38 und der Scheibe 50 solche insbesondere kurzzeitigen Druckstöße auftreten, so wirken diese nicht mehr einseitig auf die Ventilspindel 38, sondern in beiden Richtungen, d.h. sie wirken so­ wohl auf die Ventilspindel 38 nach oben als auch auf die Scheibe 50 nach unten und heben sich dadurch hinsichtlich ihrer Reaktion auf die Ventilspindel 38 gegenseitig auf.

Da aber die Kammer 60 oberhalb der Scheibe 50 über die Bohrung 56 mit der Kammer 62 unterhalb der Scheibe 50 verbunden ist, herrscht in der Kammer 62 derselbe Druck, wie in der Kammer 60, so daß die Ventilspindel 38 durch diesen in der Kammer 62 herrschenden und auf die untere Fläche der Scheibe 50 wirkenden Druck nach oben in Richtung des Pfeiles P 2 beaufschlagt wird.

Die infolge von Turbulenzen in der Kammer 60 entstehenden Druckstöße pflanzen sich aber praktisch nicht durch die Bohrung 56 nach unten in die Kammer 62 fort, so daß in der letzteren eine beruhigte Zone entsteht, in der sich die Turbulenzen oberhalb der Scheibe 50 praktisch nicht auswirken.

Die Ventilspindel 38 wird somit nur durch den Druck in der beruhigten Kammer 62 beaufschlagt, da in der Kammer 60 die die Ventilspindel 38 nach oben und nach unten beaufschlagenden Druckstöße oder Druckimpulse sich jedenfalls im wesentlichen gegenseitig kompensieren.

Der Außendurchmesser der Scheibe 50 ist zweckmäßigerweise gleich dem Durchmesser des Ventilsitzes 32, dies muß aber nicht sein, sie kann auch kleiner oder größer als der Ventilsitzdurchmesser ausgebildet sein.

Ferner kann der Durchmesser der Düse oder Bohrung 56 verstellbar ausge­ bildet sein, ebenso der Rauminhalt der Kammer 62 (etwa dadurch, daß der Boden 18 mehr oder weniger weit in den Flansch 16 hineinschraubbar ist), wodurch das Einschwingverhalten beeinflußt werden kann. Ein größeres Volumen der Kammer 62 führt hierbei zu einer Verbesserung der Beruhigugng des Druckes in der Kammer 62, während eine Vergrößerung des Durchmessers der Bohrung 56 entgegengesetzt hierzu wirkt.

Anstelle einer Scheibe 50 können auch mehrere Scheiben in einer Reihen­ schaltung hintereinander angeordnet werden, oder es kann anstelle der Scheibe 50 eine zwischen Flansch 16 und Ventilspindel 38 flexibel ange­ brachte Membran verwendet werden.

Claims (6)

1. Druckregelventil für pneumatische Anwendungen mit einem Gehäuse mit Zulaufanschluß, Verbraucheranschluß und Entlüftungsanschluß, einem im Gehäuse axial bewegbaren, die Verbindung zwischen den Anschlüssen steuernden Ventilstößel und einer diesen betätigen­ den vorgesteuerten Ventilspindel, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ventilspindel (38) an ihrem zur Vorsteuerseite entgegengesetzten Ende (58) eine Scheibe (50) fest ange­ ordnet ist, die im Gehäuse geführt ist und durch welche der Innenraum des Gehäuses in zwei Kammern (60, 62) unterteilt wird, welche über eine Bohrung (56) miteinander in Verbindung stehen.

2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (56) in der Scheibe (50) ausgebildet ist.

3. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (56) in einem Teil (16) des Gehäuses (12) ausgebildet ist.

4. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Scheibe (50) im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Ventilsitzes (32) des Ventilstößels (20) ist.

5. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bohrung (56) und/oder das Volumen der Kammer (62) verstellbar ausgebildet sind.

6. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspindel (38) sich durch den hohlzylindrischen Ventilstößel (20) hindurch er­ streckt unter Bildung eines Ringraumes (48) zwischen Ventil­ stößel und Ventilspindel.