DE4131708C1 - Valve controlled by differential pressure - has loading controlled by helical compression spring fitted in easily removable unit. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mit Sollwert-Einstellung versehenes, differenzdruckgesteuertes Ventil, mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz und ein mit einer Ventilstange versehenes Verschlußstück aufweist, mit einem Membrangehäuse, das am Ventilgehäuse angebracht ist, das durch eine auf die Ventilstange wirkende Mem­ bran in zwei Druckräume unterteilt ist und aus dem ein mit der Membran verbundener Stift abgedichtet heraus­ ragt, und mit einer Einstellvorrichtung, die am Mem­ brangehäuse angebracht ist sowie eine auf die Membran wirkende, sich zwischen einer Stützplatte und einem Federteller erstreckende Sollwertfeder und eine Verstellvorrichtung für die Sollwertfeder auf­ weist.

Bei einem bekannten Ventil dieser Art (DE-OS 32 35 274) ist das Membrangehäuse zwischen Ventilgehäuse und Ein­ stellvorrichtung angeordnet. Die das Verschlußstück tragende Ventilstange wird kraftschlüssig von einem als Zugstange bezeichneten Stift betätigt, der an einem Ende mit der Membran verbunden, abgedichtet aus dem Membrangehäuse herausgeführt und am anderen Ende durch die Sollwertfeder belastet ist. Diese stützt sich ei­ nerseits am Membrangehäuse und andererseits an einem Federteller ab, der auf dem Stift verschraubbar ist.

Ein Austausch der Sollwertfeder ist mit Schwierigkeiten verbunden, weil hierzu die Verstelleinrichtung völlig zerlegt werden muß. Weil der Stift lang und nahe seinem membranseitigen Ende im Membrangehäuse geführt ist, besteht die Gefahr, daß sich der Stift unter dem Ein­ fluß der Axialkräfte und/oder der Querkräfte, die bei­ spielsweise von unsymmetrischen Federkräften (Schief­ heit) herrühren, durchbiegt oder kippt. Dies würde zu einer erhöhten Reibung an den abgedichteten Stellen, zu einer entsprechenden Hysterese der Ventilbewegung und zu Verschleiß an den Dichtstellen führen.

Bei einem anderen bekannten Ventil (EP-OS 3 54 427) wird eine durchgehende Ventilstange verwendet, die an einem Ende das Verschlußstück trägt, in der Mitte mit der Membran verbunden ist und am anderen Ende durch die Sollwertfeder belastet ist. Die Feder wird durch eine Haube abgedeckt und befindet sich in einem Raum, der über den ventilfernen Druckraum des Membrangehäuses mit der Anlage verbunden und daher nur nach Vornahme zu­ sätzlicher Vorkehrungen an der Anlage zugänglich ist. Die durchgehende Ventilstange ist ebenfalls durch Durchbiegung gefährdet. Sie ist daher sehr dick ausge­ führt und damit schwer und teuer, insbesondere wenn sie, um mit dem zu regelnden Material verträglich zu sein, aus rostfreiem Stahl oder einem anderen wertvol­ len Material besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dif­ ferenzdruckgesteuertes Ventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem sich die Sollwertfeder auf einfache­ re Weise auswechseln läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einstellvorrichtung als Baueinheit vom Membrange­ häuse abnehmbar ist und daß eine lösbare Kupplung die Federkräfte auf den Stift überträgt.

Weil die Einstellvorrichtung als Baueinheit abnehmbar ist, kann ein Federaustausch auf einfache Weise erfol­ gen. Die Kupplung bewirkt eine Trennung zwischen dem von der Federkraft belasteten Federteller und dem die Kräfte zur Membran hin übertragenden Stift. Diese Kupp­ lung muß lösbar sein, damit die Einstellvorrichtung als Baueinheit abnehmbar ist. Eine lösbare Kupplung hat so viel Spiel, daß Schiefstellungen oder seitliche Verla­ gerungen aufgrund von Federschiefheiten derart kompen­ siert werden, daß der seine Dichtung durchsetzende Stift keinen störenden Querkräften ausgesetzt ist. Ge­ gebenenfalls kann dies durch eine entsprechende Ausle­ gung der Kupplung, beispielsweise als Gelenkkupplung, noch unterstützt werden. Weil der Stift von Querkräften praktisch frei ist, kann man ihn mit geringerem Quer­ schnitt und daher preisgünstig herstellen. Je geringer der Querschnitt, um so größer ist auch die Unabhängig­ keit vom statischen Druck im System.

Solche differenzdruckgesteuerten Ventile werden bei­ spielsweise in Warmwasserheizungsanlagen verwendet, um eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen dem Vorlauf­ druck und dem Rücklaufdruck im Heizungskreislauf sicher­ zustellen. In diesem und in anderen Fällen führt der ventilferne Druckraum den höheren und der ventilnahe Druckraum den niedrigeren Druck. Für diesen Anwendungs­ zweck ist dafür zu sorgen, daß die Kupplung zur Über­ tragung von Zugkräften ausgelegt ist. Die Sollwertfeder muß entgegen der Membranbelastung wirksam sein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Soll­ wertfeder eine Schraubendruckfeder, an deren membrannahen Ende die verstellbar ausgeführte Stützplatte und an deren membranfernen Ende der Federteller angreift. Da nicht der Federteller gegen­ über der Ventilstange, sondern die Stützplatte gegenüber einem stationären Teil der Einstellvorrichtung verstell­ bar ist, ergibt sich eine stabile Konstruktion.

Mit Vorzug ist die Kupplung am membrannahen Ende der Einstellvorrichtung angeordnet. Der am Stift wirkende Hebelarm zwischen Kupplung und Dichtung ist gering, so daß auch aus diesem Grund eine Beanspruchung der Dichtung vernachlässigbar ist.

Mit besonderem Vorteil ist die lösbare Kupplung eine Schnappkupplung. Die Kupplung wird beim Aufsetzen der Einstellvorrichtung auf das Membrangehäuse oder bei kurzzeitigem Niederdrücken des Federtellers automatisch in ihre Wirkstellung gebracht.

Hierbei empfiehlt es sich, daß die Schnappkupplung durch einen Kopf am Stift und durch eine den Kopf hintergrei­ fende Fassung aus mindestens zwei federnden Armen gebil­ det ist. Durch Auseinanderspreizen der Arme kann die Schnappkupplung auch wieder gelöst werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, daß der Federteller eine in Richtung auf die Membran verlaufende rohrförmige Verlängerung aufweist, die am freien Ende die Fassung trägt und zur Bildung der federnden Arme mit Schlitzen versehen ist. Infolge der Verlängerung ergeben sich verhältnismäßig lange Schlitze. Zum Spreizen der Arme genügen daher kleine Kräfte.

Besonders günstig ist es, wenn der Kopf an seiner mem­ branfernen Seite und/oder die Fassung an ihrer membran­ nahen Seite das Aufschnappen erleichternde Schrägflächen aufweisen. Die Schrägflächen erleichtern das automatische Aufschnappen.

Vorzugsweise ist der Federteller über eine sich zur Membran hin verjüngende Konuswand mit der rohrförmigen Verlängerung verbunden, und die Schlitze reichen bis in die Konuswand. Drückt man mit einem Werkzeug auf die Konuswand, spreizen sich die Arme.

Des weiteren ist es günstig, daß der Stift ein am Mem­ brangehäuse befestigtes, am Umfang mit Profilierungen versehenes Dichtungsgehäuse durchsetzt und daß ein ring­ förmiger Sockel der Einstellvorrichtung auf das Dich­ tungsgehäuse aufschiebbar und mittels mindestens einer hinter die Profilierungen greifende Schraube an ihm befestigbar ist. Auf diese Weise kann die Einstell- Vorrichtung lösbar, aber sicher am Membrangehäuse be­ festigt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dafür ge­ sorgt, daß die Stützplatte drehfest gehalten ist und ein Außengewinde trägt, das mit einem Innengewinde eines die Sollwertfeder konzentrisch umgebenden Drehgriffs in Eingriff steht, und daß der Drehgriff drehbar und axial fest an einem Sockel der Einstellvorrichtung ge­ halten ist. Dies ist eine besonders einfache Konstruk­ tion, um die Sollwertfeder zu verstellen.

Vorzugsweise liegt auf der Stützplatte drehbar ein Zei­ gerring auf, der mit mindestens einer radialen Zeigezunge durch einen Axialschlitz des Drehgriffs greift. An diesen Axialschlitz kann eine Skala angebracht sein. Man erhält auf einfache Weise eine Anzeige des eingestellten Soll­ werts.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längs­ schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil.

Das veranschaulichte Ventil besteht aus drei aneinander befestigten Teilen, nämlich einer Ventileinheit 1, einem Membranaufsatz 2 und einer Einstellvorrichtung 3.

Die Ventileinheit 1 umfaßt ein Ventilgehäuse 4 mit einem Ventilsitz 5. Dieser wirkt mit einem Verschlußstück 6 zusammen, das mit einer Ventilstange 7 verbunden ist. Das Verschlußstück ist auf einen Gewindestutzen 8 der Ventilstange 7 aufschraubbar und klemmt dabei den Boden eines aus Blech gezogenen Topfes 9 an einer Stufe der Ventilstange 7 fest. Ein eine Durchführung bildender Einsatz 10 im Gehäuse 4 weist einen Führungsabschnitt 11 für die Ventilstange 7 und eine Dichtung 12 für den Topf 9 auf. Hierbei ergibt sich ein Kompensationsraum 13, der über ein Kanalsystem 14 im Verschlußstück 6 und in der Ventilstange 7 mit dem Eingangsraum 15 des Ventil­ gehäuses 4 verbunden ist. Auf diese Weise ergibt sich ein statischer Druckausgleich am Verschlußstück.

Der Membranaufsatz 2 besitzt ein Membrangehäuse 16 mit einer unteren Schale 17 und einer durch Bördelung hier­ mit verbundenen oberen Schale 18. An der unteren Schale 17 ist ein Befestigungsring 19 angebördelt, der mittels einer Überwurfmutter 20 am Ventilgehäuse 4 befestigt werden kann. An der oberen Schale 18 ist ein als Stopf­ buchse dienendes Dichtungsgehäuse 21 angebördelt, das eine Profilierung 22 in Form einer umlaufenden Ringnut mit konusförmigen Seitenwänden besitzt. Eine Membran 23 ist am Rand zwischen den Schalen 17 und 18 eingespannt und beidseitig durch Stützplatten 24 und 25 abgedeckt. Ein Einsatz 26 besitzt eine Umfangswand 27, welche eine zentrische Öffnung der Stützplatten 24, 25 durchsetzt und dort durch Bördeln befestigt ist. Die Ventilstange 7 trägt am oberen Ende eine durch eine Platte gebildete Anlagefläche 28, die mit Hilfe einer Ventilfeder 29 gegen den Einsatz 26 gedrückt wird.

Die Membran 23 unterteilt das Membrangehäuse 16 in einen ventilnahen Druckraum 30 und einen ventilfernen Druckraum 31. Der Druckraum 30 steht über eine Bohrung 32 mit dem Kompensationsraum 13 und damit mit dem Eingangsraum 15 des Ventilgehäuses 4 in Verbindung. Der Druckraum 31 besitzt einen Anschluß 33 für eine Impulsleitung, über die ein zu überwachender Anlagedruck, der in aller Regel höher ist als der Druck im Druckraum 30, zugeführt werden kann. Im Druckraum 30 gibt es eine Membranfeder 34, welche die Membran 23 nach oben belastet, und im Druckraum 31 gibt es eine Membranfeder 35, welche die Membran 23 nach unten belastet. Ein geführter Stift 36 ist am unteren Ende über ein Gelenk 37 mit dem Einsatz 26 verbunden. Er regelt durch das Dichtungsgehäuse 21 nach außen. Das Gelenk 37 weist einen halbkugelförmigen Kopf 38 auf, der über einen Hals 39 mit dem Stift 26 verbunden ist, und eine Gelenkpfanne 40, welche den Gelenkkopf 38 hintergreift. Die Gelenkpfanne ist durch eine Querbohrung 41 gebildet, deren Achse senkrecht zur Zeichenebene steht und an deren Oberseite sich ein in gleicher Richtung verlaufender Schlitz 42 für den Durchtritt des Halses 39 anschließt. Bei der Montage wird der Gelenkkopf 38 von der Seite her in die Quer­ bohrung 41 geschoben und inmitten der Bohrung so durch eine aufgeschobene Kappe 43 gehalten, daß er eine be­ grenzte allseitige Schwenkbewegung durchführen kann.

Im Einsatz 26 ist ein Entlastungsventil 44 vorgesehen, das eine Ventilkugel 45 aufweist, welche durch eine Feder 46 gegen das freie Ende einer mit der Querbohrung 41 in Verbindung stehenden Axialbohrung 47 gedrückt wird.

Die Einstellvorrichtung 3 weist einen ringförmigen Sockel 48 auf, der auf das Dichtungsgehäuse 21 aufschiebbar und mit Hilfe von Schrauben 49, die mit Kegelspitzen in die Ringnut 22 greifen, am Membrangehäuse 16 zu be­ festigen ist. Eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Sollwertfeder 50 erstreckt sich koaxial zu dem Stift 36 zwischen einer membrannahen Stützplatte 51 und einem membranfernen Federteller 52. Die Stützplatte 51 wird durch eine Führung 53 gegen Drehung gesichert und besitzt ein Außengewinde 54, das mit einem entsprechenden Innen­ gewinde an der Umfangswand 55 eines Drehgriffs 56 in Eingriff steht. Der Drehgriff 56 besitzt am unteren Ende federnde Zungen 57, die mit Vorsprüngen 58 unter eine Stufe des Sockels 48 greifen. Der Drehgriff 56 ist daher drehbar, aber axial festgehalten. Auf der Stützplatte 51 liegt ein Zeigerring 59 auf, der mit radialen Zeigerzungen 60 durch zwei Axialschlitze 61 des Drehgriffs 56 ragt und mit einer Markierung an der Außenseite des Drehgriffs zusammenwirkt.

Der Federteller 52 ist über eine Konuswand 62 mit einer rohrförmigen Verlängerung 63 verbunden, die sich bis in die Nähe des Membranaufsatzes 2 erstreckt und dort mit dem Stift 36 eine Kupplung 64, insbesondere eine Schnappkupplung, bildet. Zu diesem Zweck weist der Stift 36 einen Kopf 65 auf, der stirnseitig mit einer Schräg­ fläche 66 versehen ist. Dieser wirkt mit einer ihn hin­ tergreifenden Fassung 67 zusammen, die an ihrer Stirn­ seite ebenfalls Schrägflächen 68 besitzt. Die Fassung ist an Federarmen 69 ausgebildet, die durch achsparallele Schlitze 70 in der rohrförmigen Verlängerung 63 ent­ stehen. Die Schlitze 70 verlaufen bis in die Konuswand 62, so daß man durch Einführung eines Werkzeuges durch eine stirnseitige Öffnung 71 des Drehgriffs 56 am Über­ gang von der Verlängerung 63 zur Konuswand 62 ein Sprei­ zen der Federarme 69 bewirken und dadurch die Kupplung 64 lösen kann.

Es sei angenommen, daß das veranschaulichte Ventil den Druckabfall in einer Anlage, beispielsweise in einer Warmwasserheizungsanlage konstant halten soll. Dann wird das Ventil am Austritt der Anlage, also in der Rücklaufleitung angeordnet und der Anschluß 33 mit der Vorlaufleitung verbunden. Der untere Druckraum 30 führt dann den Rücklaufdruck und der obere Druckraum 31 den Vorlaufdruck. Dies ergibt eine in Schließrichtung wirken­ de Kraft. Ihr wirkt die Kraft der Sollwertfeder 50 ent­ gegen, die im Bereich des Gelenks 38 und der Kupplung 64 als Zugkraft wirksam ist. In üblicher Weise stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem der Druck­ abfall in der Anlage den gewünschten Wert hat.

Die Sollwertfeder kann jederzeit durch Verdrehen des Drehgriffs 56 verstellt werden. Wenn man einen anderen Federsatz verwenden möchte, kann einfach die Einstellvor­ richtung 3 als Baueinheit ausgetauscht werden. Hierbei können mit Hilfe eines Werkzeuges, das einen kleineren Konuswinkel als die Konuswand 62 besitzt, die Federarme 69 gespreizt werden, so daß die Kupplung 64 gelöst wird. Bei der erneuten Montage erfolgt das Aufschnappen der Kupplung 64 wegen der Schrägflächen 66 und 68 automa­ tisch. Wenn die Kraft der Sollwertfeder 50 zu groß sein sollte, genügt es, den Federteller 52 etwas nach unten zu drücken, was durch die Öffnung 71 ohne weiteres mög­ lich ist.

Das Spiel und die Gelenkbeweglichkeit der Kupplung 64 verhindert, daß Querkräfte, die bei einer Unsymmetrie der Sollwertfeder 50 am Federteller 52 auftreten können, in störendem Maß auf den Stift 36 übertragen werden. Das gleiche gilt wegen des Gelenks 37 auch, wenn die Membran 23 irgendwelche Schieflagen erleidet. Der Stift 36 kann daher reibungsarm und leicht beweglich durch das Dichtungsgehäuse 21 hindurchgeführt werden. Auch auf die Ventilstange 7 können keine Querkräfte von der Membran übertragen werden, weil die Ventilstange 7 vom Einsatz 26 getrennt ist und lediglich Druckkräfte über­ tragen werden können. Infolgedessen ist auch an der Dichtung 12 keine störende Reibung, welche die Beweg­ lichkeit des Ventils behindert und störenden Verschleiß hervorruft, zu befürchten.

Bei Heizungsanlagen kann es geschehen, daß durch Ab­ sperren aller Verbraucher der Rücklaufdruck aufgrund der Abkühlung des Wassers und die damit verbundene Kontraktion im Druckraum 30 abfällt, während der Vorlauf­ druck im Druckraum 31 dem normalen Anlagedruck ent­ spricht, beispielsweise 5 bar. Damit man keine dicken und trägen Membranen verwenden muß, ist das Entlastungs­ ventil 44 vorgesehen, das unter den genannten Umständen öffnet und einen teilweise Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen 30 und 31 bewirkt.

Claims (12)

1. Mit Sollwert-Einstellung versehenes, differenz­ druckgesteuertes Ventil, mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz und ein mit einer Ventilstange versehenes Verschlußstück aufweist, mit einem Mem­ brangehäuse, das am Ventilgehäuse angebracht ist, das durch eine auf die Ventilstange wirkende Mem­ bran in zwei Druckräume unterteilt ist und aus dem ein mit der Membran verbundener Stift abgedichtet herausragt, und mit einer Einstellvorrichtung, die am Membrangehäuse angebracht ist sowie eine auf die Membran wirkende, sich zwischen einer Stützplatte und einem Federteller erstreckende Sollwertfeder und eine Verstellvorrichtung für die Sollwertfeder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstell­ vorrichtung (3) als Baueinheit vom Membrangehäuse (16) abnehmbar ist und daß eine lösbare Kupplung (64) die Federkräfte auf den Stift (36) überträgt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Kupplung (64) zur Übertragung von Zug­ kräften ausgelegt ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sollwertfeder (50) eine Schrauben­ druckfeder ist, an deren membrannahen Ende die ver­ stellbar ausgeführte Stützplatte (51) und an deren membranfernem Ende der Federteller (52) angreift.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Kupplung (64) am membrannahen Ende der Einstellvorrichtung (3) ange­ ordnet ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Kupplung (54) eine Schnappkupplung ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappkupplung (54) durch einen Kopf (65) am Stift (36) und durch eine den Kopf hintergreifende Fassung (67) aus mindestens zwei federnden Armen (69) gebildet ist.

7. Ventil nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller (52) eine in Richtung auf die Membran (23) verlaufende rohrförmige Verlängerung (63) aufweist, die am freien Ende die Fassung (67) trägt und zur Bildung der federnden Arme (69) mit Schlitzen (70) versehen ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (65) an seiner membran­ fernen Seite und/oder die Fassung (67) an ihrer membrannahen Seite das Aufschnappen erleichternde Schrägflächen (66, 68) aufweisen.

9. Ventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Federteller (52) über eine sich zur Membran (23) hin verjüngende Konuswand (62) mit der rohrförmigen Verlängerung (63) verbunden ist und daß die Schlitze (70) bis in die Konuswand (62) reichen.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (36) ein am Membran­ gehäuse (16) befestigtes, am Umfang mit Profilierun­ gen (22) versehenes Dichtungsgehäuse (21) durchsetzt und daß ein ringförmiger Sockel (48) der Einstell­ vorrichtung (3) auf das Dichtungsgehäuse aufschieb­ bar und mittels mindestens einer hinter die Pro­ filierungen greifende Schraube (49) an ihm befe­ stigbar ist.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte (51) drehfest gehalten ist und ein Außengewinde (54) trägt, das mit einem Innengewinde eines die Sollwertfeder (50) konzentrisch umgebenden Drehgriffs (56) in Eingriff steht, und daß der Drehgriff drehbar und axial fest an einem Sockel (48) der Einstellvorrichtung (3) gehalten ist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stützplatte (51) drehbar ein Zeigerring (59) aufliegt, der mit mindestens einer radialen Zeigezunge (60) durch einen Axial­ schlitz (61) des Drehgriffs (56) greift.