DE583086C - Reduzierventil - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 28. AUGUST 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 47g\ GRUPPE

Paul Bungartz in Eiferen b. Köln Reduzierventil

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24, Juni 1931 ab

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Reduzierventile zum Reduzieren von hochgespannten Gasen auf Niederdruck, bei welchen die hochgespannten Gase über ein Ventil eintreten, das durch die Bewegung einer Membran gesteuert wird.

Bei solchen Reduzierventilen wird allgemein die auf die Membran dem Innendruck im Ventil entgegenwirkende Kraft durch eine Feder erzeugt.

Bei solchen Reduzierventilen treten Druckschwankungen auf, die besonders bedingt sind durch den Schließungsdruck, der zum Schließen der Düse erforderlich ist, und durch die Eigenschaft der Regulierfeder, bei verschiedenen Längen verschiedene Spannungen zu erzeugen. Soll sich das Ventil genügend öffnen, um eine ausreichende Gasmenge durchzulassen, so muß sich die Membran über einen entsprechenden Weg bewegen. Die eingestellte Regulierfeder verlängert sich und vermag nur einen der Verlängerung entsprechenden geringen D ruck auf die Membran auszuüben. Dementsprechend ist auch der Innendruck im Ventil geringer. Wird aus dem Ventil kein Gas entnommen, so steigert sich der Innendruck entsprechend der erhöhten Pressung der Regulierfeder, dazu kommt noch der Gasüberdruck (Schließungsdruck), der zum Schließen des Ventils erforderlich ist. Bei kleinen Ventilabmessungen, die im Interesse der Billigkeit ausgeführt werden, treten die Druckschwankungen besonders stark auf, da eine kleine Membran einen großen Schließungsdruck bedingt und eine kleine kurze Feder unelastischer ist als eine große lange Feder.

Diese Übelstände teilweise oder ganz zu beseitigen, bezweckt vorliegende Erfindung.

Sie besteht im wesentlichen darin, daß die dem Innendruck im Ventil entgegenwirkende Federkraft in zwei Komponente, eine tote in der Membran oder dem Gestänge aufgenommene, und eine auf die Membran wirkende Arbeitskomponente zerlegt wird, wobei sich die Winkel des so gebildeten Kräfteparallelogramms bei veränderter Membranstellung so ändern, daß die Arbeitskomponente unabhängig von der veränderten Federkraft gleich- bzw. annähernd gleichbleibt.

Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Regulierfeder in einem bestimmten, vom rechten abweichenden Winkel zur Membran angeordnet ist. Arbeitet die Regulierfeder in einem Winkel auf die Membran, der sich bei verschiedenen Stellungen der Membran ändert, so ergibt sich jeweils ein Kräfteparallelogramm, wobei die Federkraft die Resultante darstellt, und die eine Komponente in der Membran oder den Gestängen aufgenommen wird, und die andere Komponente dem im Ventil auftretenden Druck entgegenwirkt. Nimmt die Membran beim Öffnen des Ventils eine andere Stellung ein, so ändert sich dementsprechend auch das Kräfteparallelogramm. Bei richtiger Einstellung· des Winkels zur Federkraft wird die Veränderung so erfolgen, daß trotz der Verkleinerung

der Federspannung die Komponente, die auf die Membran wirkt, gleich- oder annähernd gleichbleibt. Es ist sogar möglich, daß diese größer wird. Dies würde dann zweckmäßig sein, wenn die Düse einen großen Schließungsdruck beansprucht.

Die beschriebenen und auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindung,
ίο Abb. ι zeigt ein an sich bekanntes Reduzierventil. Entsprechend der Erfindung ist die Regulierfeder α in einem vom rechten abweichenden Winkel zur Membran angeordnet. Die Federkraft zerlegt sich dementsprechend in zwei Komponenten, eine in Richtung zum Drehpunkt b des Hebels c und eine senkrecht zur Membran, die eine als tote und die andere als Arbeitskomponente. Die letztere bestimmt den im Ventil auftretenden Innendruck. Bewegt sich die Membran öffnend, so verlängert sich die Regulierfeder a, ihre Spannung sinkt, jedoch wird gleichzeitig durch die Anwendung der Erfindung der Winkel zwischen Federkraft und Arbeitskomponente kleiner, die Komponente im Verhältnis zur Federkraft größer. Bei richtiger Winkelstellung der Feder wird die Arbeitskomponente trotz veränderter Federkraft gleich- bzw. annähernd gleichbleiben.

Abb. 2 zeigt das Kräfteparallelogramm bei geschlossener Ventilstellung und bei geöffnetem Ventil.

Die Wirkung einer normal auf die Membran arbeitenden Regulierfeder ist auf der Abb. 5 graphisch dargestellt. Auf der Abszisse ist die Länge der Regulierfedier und auf der Ordinate die Kraftwirkung derselben auf der Membran aufgetragen. Entsprechend der Verlängerung der Feder wird die Federkraft kleiner und dementsprechend auch der Innendruck im Ventil kleiner.

Abb. 6 zeigt dagegen die Wirkung der Feder auf die Membran bei Anordnung entsprechend der Erfindung. Auf der Ordinate ist die wirksame Komponente dargestellt. Die sich ergebende Kurve verläuft parallel bzw. annähernd parallel zur Abszisse.

Während Abb. 1 die Anwendung der Erfindung für ein Ventil mit einmal bestimmtem konstantem Innendruck zeigt, zeigt Abb. 3 die Anwendung für ein Regulierventil, also ein Ventil, bei welchem der reduzierte Druck einstellbar ist,

Einem bestimmten Innendruck im Ventil entspricht eine bestimmte Federkraft bzw. Arbeitskomponente auf die Membran. Dementsprechend und unter Berücksichtigung der Ventilkonstruktion bestimmt sich auch der Winkel der Federkraft, bei welchem die Arbeitskomponente gleichbleibt. Einem veränderlichen reduzierten Druck entspricht eine veränderliche Federkraft und dieser ein veränderlicher Winkel. Wird der Punkt e, der die Länge, also Spannung der Feder und den Winkel der Federkraft bestimmt, über eine Kurve bewegt, die den geometrischen Ort für alle Punkte von e darstellt, für die die Federspannung mit dem Winkel im Sinne der Erfindung übereinstimmt, so ist die Anwendung der Erfindung für regelbare Reduzierventile gegeben. Es ist praktisch nur noch erforderlich, den Punkt e dieser Kurve entlang bewegen zu können.

Abb. 2 zeigt beispielsweise eine solche Vorrichtung in Verbindung mit einem Reduzierventil.

Der untere Federhalter f ist mit einem selbsthemmenden Schneckentrieb g verbunden, der ein Zahnrad h bewegt. Das Zahnrad h greift in den Zahnkranz i ein, der so geformt ist, daß für jede Stellung der Feder der Winkel der Federkraft mit der Federkraft so übereinstimmt, daß die Arbeitskomponente bei verschiedenen Stellungen der Membran gleichbleibt.

Abb. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung in Verbindung mit einem besonderen Hebel k zur Aufnahme der toten Komponente. Diese Ausführung kommt zweckmäßig für Ventile zur Anwendung, bei welchen die Membran go oder der Übertragungshebel nicht zur Aufnahme der toten Komponente geeignet ist.

Wenn auch durch Anwendung der Erfindung die ungleiche Federkraft der Regulierfeder in ihrer schädlichen Wirkung aufgehoben ist, so bleibt die durch den Schließungsdruck im Ventil bedingte Druckschwankung noch bestehen. Diese unter Anwendung der Erfindung ganz oder teilweise auszuschalten, ist im folgenden beschrieben.

Der Schließungsdruck, d. h. der Überdruck im Ventil, der notwendig ist, um das Ventil zu schließen, ist besonders abhängig von der Übersetzung zwischen Ventil und Membran. Diese Übersetzung wurde bisher unter Berücksichtigung der ungleichen Federkräfte der Regulierfeder bei verschiedenen Stellungen der Membran möglichst klein gehalten. Bei Anwendung der Erfindung könnte natürlich die Übersetzung erheblich vergrößert werden, da durch die Erfindung die ungleiche Federwirkung auf die Membran bei verschiedenen Stellungen derselben aufgehoben ist.

Dagegen soll noch gezeigt werden, wie in Anwendung der Erfindung auch der Schließungsdruck behoben wird, ohne eine größere Übersetzung zwischen Membran und Ventil zu benötigen.

Im wesentlichen beruht der Gedanke darauf, daß die Übertragung unter Anwendung'eines elastischen Zwischengliedes zwischen Ventil und Membran erfolgt. Dadurch wird er-

reicht, daß bei geschlossener Düse die Membran sich weiterbewegt, wodurch das Ventil infolge erhöhter Spannung des elastischen Zwischengliedes kräftiger geschlossen wird-Der Schließungsdruck wird also statt mit ruhender Membran und erhöhtem Innendruck durch die Bewegung der Membran bei gleichbleibendem Innendruck im Ventil erzeugt.

ίο Dies wird beispielsweise erreicht durch Verwendung eines federnden Übertragungshebels c zwischen Membran und Düse. Dieser federnde Hebel gestattet der Membran eine weitere Bewegung, nachdem der Verschlußstift schon gegen die Düse zum Anliegen gekommen ist. Der zum festen Verschließen erforderliche Schließungsdruck wird also durch eine weitere Bewegung der Membran erzeugt. Wird der Winkel der Regulierfeder so ber stimmt, daß die Arbeitskomponente bei einer weiteren Bewegung der Membran kleiner wird, so ist kein erhöhter Innendruck im Ventil zum Schließen der Düse erforderlich.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Reduzierventil zum Reduzieren von hochgespannten Gasen auf Niederdruck, welches durch eine unter Federspannung stehende Membran gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Innendruck im Ventil entgegenwirkende Federkraft die Resultante eines Kräfteparallelogramms mit einer auf die Membran wirkenden Arbeits- und einer im Gestänge oder in der Membran aufgenommenen toten Komponente ist, dessen Winkel sich bei verschiedenen Stellungen der Mem·^ bran so ändert, daß bei veränderlicher Resultante die wirksame Komponente gleich- oder annähernd gleichbleibt, indem z. B. die Federkraft in einem bestimmten, vom rechten abweichenden Winkel auf die Membran wirkt.
2. 2. Anwendung für regelbare Reduzierventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Federkraft einstellbar ist, indem z. B. der untere Federhalter (/) der Regulierfeder (α) vermittels Schneckentrieb (g) und in einen kurvenförmigen Zahnkranz (i) eingreifendes Zahnrad Qi) verstellbar ist.
3. 3. Reduzierventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Membran und Ventil ein elastisches Glied eingeschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen