DE4414189A1 - Druckregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckregler gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Druckregler wird unter den Typenbezeich­ nungen 2353 und 2354 im Katalogblatt 11.1.001 Ausgabe 8/92 der Magdeburger Armaturenwerke MAW AG gezeigt.

Dieser bekannte Druckregler wird als Vordruck-, Nachdruck- und Differenzdruckregler eingesetzt.

Für die unterschiedlichen Regelaufgaben sind folgende Modifikationen vorzunehmen: Die Arbeitsräume des Regel­ motors werden mit einem oder zwei geeignet gewählten Drücken beaufschlagt; die Anströmrichtung des Ventiltellers wird verändert und die Vorspannfeder wird in Schließ- oder Öffnungsfunktion eingebaut.

In dem genannten Katalog sind auch weitere Druckregler beschrieben, die als Vordruckregler und Nachdruckreg­ ler Verwendung finden, welche jedoch baulich anders ausgestaltet sind, insbesondere nur einen mit Druck beaufschlagbaren Arbeitsraum des Druckreglers aufweisen.

Unter den Druckreglern unterscheidet man ferner solche, bei denen die auf die Ventilspindel arbeitende Vorspann­ feder in Schließrichtung des Ventiltellers arbeitet, und solche, bei denen die Vorspannfeder gerade in ent­ gegengesetzter Richtung, nämlich in Öffnungsrichtung des Ventiles wirkt.

Beim Stand der Technik ist es notwendig, für die ver­ schiedenen Einsatzgebiete von Druckreglern baulich un­ terschiedliche Ventile bereitzuhalten, was die Herstel­ lung und die Lagerhaltung verteuert.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Druck­ regler gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiter­ gebildet werden, daß er unter nur geringfügiger Abwand­ lung wahlweise als Vordruckregler, Nachdruckregler und Differenzdruckregler eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Druckregler mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckregler ist im Inneren des Ventilgehäuses selbst ein Strömungsmittelweg vorge­ sehen, über den der eine Arbeitsraum des Regelmotors mit dem vor dem Ventilteller herrschenden Druck beauf­ schlagbar ist. Dieser Strömungsmittelweg ist durch eine lösbare Dichtstelle wahlweise freigebbar oder unterbrechbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Un­ teransprüchen angegeben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ermög­ licht, eine saubere radiale Führung des als Spindel ausgebildeten Tellerbetätigungsteiles und gleichzeitig die Herstellung der Strömungsmittelverbindung vom einen Arbeitsraum des Regelmotors zur Stirnseite des Ventil­ tellers hin.

Im Prinzip könnte man das Verschließen des genannten Strö­ mungsmittelweges auch dadurch erhalten, daß man eine genutete oder mit mindestens einer Abplattung versehene und so eine Strömungsverbindung öffnende Ventilspindel durch eine glatte Ventilspindel ersetzt. Dies würde aber bei einer Umrüstung vor Ort auch einen Eingriff in den Regelmotor notwendig machen, während man beim Vorgehen gemäß Anspruch 3 nur ein zusätzliches Bauteil einzufügen braucht, wenn man den genannten Arbeitsraum des Regelmotors von einem anderen Punkt des Strömungsmittelsystems her mit Druck beaufschlagen will.

Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 4 bis 6 sind im Hinblick auf das Schaffen eines Druck­ reglers von Vorteil, den man einfach dadurch, daß man für ein gehäuseseitiges Ende der Vorspannfeder einen zweiten Federsitz vorsieht, von einem im druckfreien Zustand schließenden Ventil auf ein im druckfreien Zustand offenes Ventil umrüsten kann.

Beim dem Druckregler nach Anspruch 7 ist der Ventilteller sowohl im Schließzustand als auch bei verschieden großen Regelspalten im wesentlichen druckausgeglichen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 ist im Hinblick auf eine baulich einfache Beaufschlagung des Kompensationsbalges mit dem vor dem Ventilteller herr­ schenden Druck von Vorteil.

Bei einem Druckregler gemäß Anspruch 9 hat man über die Geometrie der in der Stirnfläche des Ventiltellers vorgesehenen Vertiefung weitere Parameter, die ein Anpassen der Regelkennlinie des Druckreglers an eine ideale Kenn­ linie ermöglichen.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 wird erreicht, daß die auf den Ventilteller wirkende Kraft über dessen gesamten Hub annähernd konstant bleibt, daß der Regel- und Proportionalitätsbereich stabilisiert wird und daß Druckschwingungen vermieden werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen für unter­ schiedliche Anwendungen geeigneten Druckregler, gezeigt in der Anwendung als Nachdruckregler;

Fig. 2 den Druckregler nach Fig. 1 in der Anwendung als Differenzdruckregler, wobei der Druckregler im druckfreien Zustand öffnet;

Fig. 3 einen Differenzdruckregler, welcher im druck­ freien Zustand schließt, der durch kleine bauliche Änderungen aus dem Druckregler nach Fig. 1 hergestellt werden kann;

Fig. 4 einen Vordruckregler, der im druckfreien Zu­ stand schließt und durch einfache bauliche Änderung aus dem Druckregler nach Fig. 1 gewonnen werden kann; und

Fig. 5 einen vergrößerten axialen Schnitt durch den Ventilteller des Druckreglers nach Fig. 1 und die benachbarten Ventilbereiche.

Das in der Zeichnung wiedergegebene Regelventil hat ein Ventilgehäuse 10, an welches ein Kompensationsmo­ torgehäuse 12 und über dieses ein aus zwei Blechscha­ len zusammengesetztes Regelmotorgehäuse 14 angebaut sind. Im Ventilgehäuse 10 ist ein Einlaßkanal 16 vorgesehen, der mit dem zu regelnden gasförmigen oder flüssigen Fluid beaufschlagt wird. Der Einlaßkanal 16 steht mit einem die Ventilachse definierenden Ventilsitz 18 in Verbindung, der mit einem Ventilteller 20 zusammenarbeitet. In Strö­ mungsrichtung gesehen hinter dem Ventilteller 20 verläuft ein Auslaßkanal 22, dessen Achse ebenso wie die Achse des Einlaßkanales 16 im wesentlichen senkrecht auf der Ventil­ sitzachse steht.

Der Ventilteller 20, dessen Aufbau nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 näher beschrieben werden wird, hat einen nach unten hängenden Führungsansatz 24, der in einem Führungsansatz 26 eines Zwischendeckels 28 geführt ist, der das Ventilgehäuse 10 nach unten be­ grenzt. Der Ventilteller 20 ist von einer Ventilspin­ del 30 getragen, die mit einem axialen Durchgangskanal 32 versehen ist. Die Ventilspindel 30 ist über eine Schraubverbindung 34 mit einer Motorspindel 36 und einer Abtriebsplatte 40 verbunden ist.

Die Abtriebsplatte 40 ist ihrerseits fest mit einer Membran 42 verbunden, deren Rand zwischen den beiden Blechschalen des Regelmotorgehäuses 14 eingespannt ist. Durch die Membran 42 sind im Inneren des Regelmotorge­ häuses 14 zwei Arbeitsräume 44, 46 vorgegeben, von denen beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel der untere über eine Leitung 48 mit dem Auslaßkanal 22 in Verbindung steht. Beide Arbeitsräume können je nach Anwendung wahl­ weise mit der Atmosphäre verbunden sein oder mit einem Führungsdruck (Vordruck, Nachdruck, externer für die Regelung verwendeter Druck) beaufschlagt sein.

Zum Vorspannen der Motorspindel 36 und zur Vorgabe des Soll-Regeldruckes dient eine Schraubenfeder 50, deren außenliegendes Ende über einen Federsitz 52, eine ein­ stellbare Schraube 54 und eine Antriebshülse 56 so­ wie einen Querstift 58 am freien Ende der Motorspindel 36 angreift. Das zweite in Fig. 1 obenliegende Ende der Schraubenfeder 50 ist an der Unterseite des Regelmotorgehäuses 14 abgestützt. Die untere Blechschale des Regelmotorgehäuses 14 trägt ferner ein weiteres Führungsteil 60 für das untere Ende der Motorspindel 36.

Das Führungsteil 60 hat einen hülsenförmigen Ansatz 60a, der die Antriebshülse 56 im Gleitspiel aufnimmt und mit zwei einander gegenüberliegenden axialen Schlitzen 60b versehen ist, in welchen die Enden des Querstiftes 58 im Gleitspiel laufen.

Zur Abdichtung der Durchtrittsstelle der Motorspindel 36 in das Regelmotorgehäuse 14 ist ein Metallbalg 62 vorge­ sehen, der am unteren Ende ein mit dem Regelmotorgehäuse dicht verbundenes Endteil 38 trägt und mit seinem oberen Ende dicht mit der Motorspindel 36 verbunden ist.

Das in Fig. 1 untenliegende Ende der Ventilspindel 30 trägt eine Endplatte 64, an welcher das untere Ende eines weiteren Metallbalges 66 strömungsmitteldicht befestigt ist. Der effektive Durchmesser des Metall­ balges 66 entspricht im wesentlichen dem mittleren Dicht­ flächen-Durchmesser des Ventiltellers 20.

Am oberen Ende des Metallbalges 66 ist eine ringförmige Endplatte 68 befestigt, die zwischen den Zwischendeckel 28 und das Kompensationsmotorgehäuse 12 dicht eingespannt ist. Über im Zwischendeckel 28 vorgesehene Bohrungen 70 steht der Innenraum des Metallbalges 66 mit dem Aus­ laßkanal 22 in Strömungsverbindung. Auf diese Weise ist ein erster Arbeitsraum 72 des durch den Metallbalg 66 und das Kompensationsmotorgehäuse 12 vorgebenen ins­ gesamt mit 74 bezeichneten Kompensationsmotors mit dem Auslaßdruck beaufschlagt.

Ein zweiter Arbeitsraum 76 des Kompensationsmotors 74 ist durch die Außenfläche des Metallbalges 66 und das Kompensationsmotorgehäuse 12 begrenzt und steht über eine Mehrzahl in Umfangsrichtung verteilter radialer Bohrungen 78 mit dem Durchgangskanal 32 der Ventilspin­ del und über diesen mit der Stirnfläche des Ventiltellers 20 in Verbindung.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist in der Stirnfläche des Ventiltellers 20 eine Vertiefung 80 vorgesehen. Die Mantelfläche des Ventiltellers 20 ist im oberen Abschnitt konisch ausgebildet, wie bei 82 angedeutet.

In den Boden der Vertiefung 80 ist eine Schulter 84 eingestochen, welche den Rand einer Leitscheibe 86 so hält, daß diese parallel unter kleinem Abstand d über den Haupt­ abschnitt des Bodens der Vertiefung 80 läuft. In diesen mündet zentral das Ende des Durchgangskanales 32 ein.

In der Nachbarschaft ihres Randes ist die Leitschei­ be 86 mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung verteilter kleiner Öffnungen 88 versehen.

Das oben beschriebene Regelventil arbeitet folgender­ maßen:

Der im Auslaßkanal 22 einzustellende Druck ergibt sich aus der Einstellung der Schraube 54, welche die Vorspan­ nung der Schraubenfeder 50 vorgibt. Ist der Ventilteller 20 geschlossen, so ist der Arbeitsraum 72 des Kompensa­ tionsmotors 74 mit dem Auslaßdruck, der Arbeitsraum 76 des Kompensationsmotors 74 mit dem Einlaßdruck beauf­ schlagt. Dabei sind die effektiv druckbeaufschlagten Flächen des Kompensationsmotors 74 so gewählt, daß sie im Gesamtergebnis der differenzdruckbeaufschlagten Ring­ fläche des Ventiltellers 20 entsprechen. Dadurch, daß die Außenfläche des Ventiltellers 20 am oberen Ende mit der konischen Abschrägung 82 versehen ist, ist diese Ringfläche verhältnismäßig klein.

Sinkt der Druck im Auslaßkanal 22 unter den Soll-Regel­ druck ab, so wird die Motorspindel 36 unter der vermin­ derten Membrankraft und jetzt überwiegenden Kraft der Schraubenfeder 50 in der Zeichnung nach unten bewegt, wodurch der Ventilteller 20 vom Ventilsitz 18 abgehoben wird bis wieder Kräftegleichgewicht besteht.

Ein Regelventil, welches nach dem oben geschilderten Prin­ zip arbeitet, kann gleichermaßen in Verbindung mit einem eigenmediumgesteuerten Antrieb wie auch mit einem fremd­ mediumgesteuerten Antrieb Verwendung finden.

Das Regelventil nach Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß die mit dem Arbeits­ raum 46 verbundene Leitung 48 nicht an den Auslaßkanal 22, sondern an eine externe Steuerdruckquelle angeschlos­ sen ist. An den oberen Arbeitsraum 44 ist eine weitere Leitung 90 angeschlossen, die zu einer zweiten Steuer­ druckquelle führt, welche einen kleineren Steuerdruck bereitstellt als die mit der Leitung 48 verbundene Steuer­ druckquelle. Auf diese Weise ist somit der Ventilteller 20 durch die Differenzdruckbeaufschlagung der Membran 42 in Schließrichtung und durch die Schraubenfeder 50 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Die Umrüstung des Regelventiles von der in Fig. 1 gegebenen Funktion "Nachdruckregelung" auf die in Fig. 2 gezeigte Funk­ tion "Differenzdruckregelung mit öffnender Vorspann­ feder" läßt sich offensichtlich sehr einfach bewerkstel­ ligen.

Beim Regelventil nach Fig. 3 hat man bezüglich der Anschlüsse am Regelmotor ähnliche Verhältnisse wie bei der Anwendung nach Fig. 2 mit dem Unterschied, daß die Leitung 90 mit dem höheren der Steuerdrucke beauf­ schlagt ist, so daß die Differenzdruckbeaufschlagung der Membran 42 zu einer in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft auf den Ventilteller 20 führt. Entsprechend ist die Schraubenfeder 50 nun so vorgesehen, daß sie in Schließrichtung wirkt. Hierzu ist ihr gehäuseseitiges Ende nicht direkt an einer Eindrückung 96 in der unteren Blechschale des Regelmotorgehäuses 14 abgestützt, viel­ mehr liegt sie an einem weiteren Federsitz 92 an, der verschiebbar auf der Außenseite des hülsenförmigen Ansatzes 60a des Führungsteiles 60 läuft. Es ist nun der Federsitz 92, der über einen weiteren Querstift 94, der gleichen Durchmesser hat wie der Querstift 58, mit dem Ende der Motorspindel 36 verbunden ist, während der durch das Ende der Hülse 56 geführte Querstift 58 nun am Ende der ihn aufnehmenden Längsschlitze 96 des außenliegenden hül­ senförmigen Ansatzes 60a der Führungsteiles 60 anliegt, so daß der Federsitz 52 nun der feststehende Federsitz ist.

Gemäß Fig. 3 erhält man somit aus dem in Fig. 1 ge­ zeigten Regelventil ein Regelventil mit der Funktion "Differenzdruckregelung mit Vorspannfeder in schließen­ der Funktion".

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Regelventil hat man bezüg­ lich der Anordnung der Schraubenfeder 50 die gleichen Verhältnisse wie in Fig. 3, das heißt, das Regelventil schließt im drucklosen Zustand des Regelmotors. Bei dem Regelventil nach Fig. 4 ist der Arbeitsraum 44 nach außen durch Stopfen 98 verschlossen. Der Metallbalg 62 ist entfernt und da in der Motorspindel 36 im Bereich der oberen Stirnwand des Regelmotorgehäuses 14 zwei gegen­ überliegende Abplattungen 102 vorgesehen sind, ist nun der Arbeitsraum 44 mit dem im zweiten Arbeitsraum 76 des Kompensationsmotors 74 herrschenden Druck beaufschlagt, also mit dem über dem Ventilteller 20 herrschenden Druck. Das Regelventil arbeitet somit als Druckregler in der Funktion "Vordruckregelung".

Die Abplattungen 102 dienen zusammen mit der entsprechend unter Spiel sie umgebenden Öffnung in der oberen Stirnwand des Regelmotorgehäuses 14 zugleich zur Verdrehsicherung und als axiale Anschläge für die Motorspindel 36.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, kann man die Einstellung unterschiedlicher Arbeitsfunktionen mit einem weitgehend gleiche Bauteile aufweisenden Stan­ dardregelventil realisieren. Man braucht zur Umstellung am Regelventil selbst nur wahlweise den Metallbalg 62 vorzusehen oder wegzulassen und/oder den zusätzlichen Federsitz 92 und den zugeordneten Querstift 94 vorzusehen oder wegzulassen. Alle Teile, die Einfluß auf das optimale strömungstechnische und regeltechnische Verhalten des Ventiles haben, sind identisch und bleiben in ihrer Funk­ tion erhalten. Im übrigen braucht man zur Umstellung der Regelfunktion nur die entsprechende externe Beschaltung vorzunehmen, wie auch bei Regelventilen, die von Haus aus auf nur eine einzige Regelfunktion zugeschnitten sind.

Claims (10)

1. Druckregler, mit einem Gehäuse (10), welches mit einem Einlaß (16) und einem Auslaß (22) sowie einem zwischen Einlaß (16) und Auslaß (22) gelegenen Ventilsitz (18) ausgebildet ist, mit einem Ventilteller (20), der von einem Tellerbetätigungsteil (30, 36) getragen ist, mit einem doppelt wirkenden Regelmotor (40 bis 46), der auf das Tellerbetätigungsteil (30, 36) arbeitet und dessen Arbeitsräume (44, 46) wahlweise mit dem vor dem Ventil­ sitz herrschenden Druck, dem hinter dem Ventilsitz herrschenden Druck oder externen Drucken beaufschlagbar sind, und mit einer ebenfalls auf das Tellerbetätigungs­ teil (30, 36) arbeitenden Vorspannfeder (50) zum Einstellen des Regeldruckes, dadurch gekennzeichnet, daß einer (44) der Arbeitsräume (44, 46) des Regelmotors (40 bis 46) über eine lösbare Dichtstelle (62) mit dem vor dem Ventilteller (20) herrschenden Druck beaufschlagbar ist.

2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tellerbetätigungsteil (30, 36) als Spindel ausgebildet ist und letztere die den genannten einen Arbeitsraum (44) begrenzende Stirnwand des Regelmotorge­ häuses (14) unter Spiel durchsetzt.

3. Druckregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stirnwand des Regelmotorgehäuses (14) durchsetzende Abschnitt des Tellerbetätigungsteiles (30, 36) mit mindestens einer Nut oder Abplattung (102) versehen ist und daß die lösbare Dichtung durch einen Balg (62) gebildet ist, dessen eines Ende dicht mit einem der Stirnwand des Regelmotorgehäuses (14) benachbarten Führungsteil (38) für das Tellerbetätigungsteil (30, 36) und dessen anderes Ende dicht mit dem Tellerbetätigungsteil (30, 36) verbunden ist.

4. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das federseitige Ende des Tellerbetätigungsteiles (30, 36) in einem Führungs­ teil (60) läuft, welches einen hülsenförmigen Ansatz (60a) aufweist, an welchem ein beweglicher Federsitz (52; 92) geführt ist, an dem das treibende Ende der Vorspannfeder (50) angreift.

5. Druckregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der bewegliche Federsitz (52) mit einer An­ triebshülse (56) verbunden ist, die im Inneren des hül­ senförmigen Abschnittes (60a) des Führungsteiles (60) geführt ist und über einen Querstift (58) mit dem Ende des Tellerbetätigungsteiles (30, 36) verbunden ist, dessen Enden in Längsschlitzen (96) des hülsenförmigen Ansatzes (60a) laufen.

6. Druckregler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dem Regelmotorgehäuse (14) be­ nachbarte Ende der Vorspannfeder (50) an einem Federsitz (92) angreift, der verschiebbar auf der Außenseite des hülsenförmigen Abschnittes (60a) des Führungsteiles (60) angeordnet ist und über einen Querstift (94) mit dem Ende des Tellerbetätigungsteiles (30, 36) verbunden ist.

7. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die lösbare Dichtstelle (62) bei einer Ventilkammer (76) vorgesehen ist, in welche ein Kompensationsbalg (66) eingesetzt ist, dessen Querschnitt auf den Querschnitt des Ventiltellers (20) abgestimmt ist und dessen Innenraum mit dem im Auslaß (22) herrschenden Druck und dessen Außenfläche mit dem vor dem Ventilteller (20) herrschenden Druck beaufschlagt ist.

8. Druckregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkammer (76) über einen Verbindungs­ kanal (32) mit dem vor dem Ventilteller (20) herrschenden Druck beaufschlagt ist, der im Tellerbetätigungsteil (30, 36) ausgebildet ist.

9. Druckregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Ventiltellers (20) eine Vertiefung (80) aufweist, in deren Boden der Verbindungs­ kanal (32) mittig ausmündet.

10. Druckregler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Boden der Vertiefung (80) eine Leit­ scheibe (86) unter kleinem Abstand angeordnet ist, welche in der Nachbarschaft ihres Randes eine Mehrzahl in Umfangs­ richtung versetzter Öffnungen (88) aufweist.