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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein pilotgesteuertes Stromregelventil entsprechend der
Präambel
des Anspruchs 1.
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Solche Ventile sind zweckmäßig zum
Regulieren des Stroms eines Fluids durch einstellen eines konstanten
Differenzialdrucks zwischen den Stromauf- und Stromabseiten des
Ventilsitzes. Typische Anwendungsfälle solcher Ventile sind: Regelung
eines unter Druck stehenden Heißwasserstroms,
der einen druckverlustgenerierenden Wärmetauscher durchströmt, Regelung
eines Kältemittelstroms
durch ein Expansionsventil in einem Kühlkreis, in welchem Kohlendioxyd
als das Kältemittel
benutzt wird, Regelung der Brennstoffrate durch ein steuerbares
Brennstoff-Einspritzventil zur direkten Einspritzung in einen Verbrennungskraftmotor,
und der gleichen, d. h., Anwendungsfälle, bei denen das Fluid zumindest
zeitweise einem großen
Druckdifferenzial ausgesetzt ist.
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Konventionell erstreckt sich in solchen
pilotgesteuerten Stromregelventilen eine Pilotroute zwischen der
Stromabseite des Ventilsitzes und der Drucküberwachungskammer. Das Hauptventilglied wird
von der Stromabseite geöffnet
und geschlossen und ist unterstützt
durch ein durch den Solenuid gesteuertes Steuerventil für ein konstantes
Druckdifferenzial. Der Durchgang an der Stromaufseite des Ventilsitzes
und die Drucküberwachungskammer kommunizieren
miteinander über
eine Leckageroute mit kleinem Querschnitt. Jedoch hält die Drucküberwachungskammer über die
Leckageroute dann hohen Druck in Relation zum Stromabdruck, wenn
während
des geschlossenen Status des Hauptventils die Pilotroute blockiert
ist. Als Folge des hohen Druckdifferenzials strömt dann Fluid aus der Drucküberwachungskammer
durch die Pilotroute und deren Nachbarschaft zu der Stromabseite,
so dass in unerwünschter
Weise ein Leckagestrom entsteht, der größer ist als ein bestimmter
Leckagestrom.
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Weiterhin bewirkt in einem pilotgesteuerten, bekannten
Stromregelventil in der Praxis der initiale Fluiddruck keine Schließkraft an
dem Hauptventilglied in einem Status, in welchem das Hauptventilglied
bereits seinen voll geschlossenen Status eingenommen hat, so dass
eine relativ starke Feder notwendig ist, um diesen voll geschlossenen
Status aufrecht zu erhalten. Wenn dann das Hauptventilglied erneut
geöffnet
werden muss, ist ein steuernder Differenzialdruck zu erzeugen, der
stärker
ist als die Kraft der Feder. Dieser betätigende Differenzialdruck reduziert
den Fluiddruck, der von dem Stromregelventil gesteuert wird, da
das Ventil zunächst
nicht anspricht, bis der initiale Fluiddruck ausreichend hoch ist,
um den Druckverlust zu kompensieren und die Federkraft zu überwinden.
Dies ist ein offensichtlicher Nachteil, insbesondere falls der initiale
Fluiddruck an der Stromaufseite nur niedrig ist. Ferner ist der
gesamte, abzudeckende Druckbereich limitiert.
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In dem aus 2 von US-A-4431020 bekannten, pilotgesteuerten
Stromregelventil ist das Hauptventilglied relativ zu dem hohen Fluiddruck
an der Stromaufseit des Hauptventilsitzes druckausgeglichen. Um
für das
Hauptventilglied eine ausreichend hohe Schließkraft zu erzielen, werden
zwei Schließfedern
mit starken Federraten benötigt,
von denen eine das Hauptventilglied in Schließrichtung direkt beaufschlagt,
wärend
die andere die Frontfläche
des druckaufnehmenden Gliedes in der Drucküberwachungskammer beaufschlagt.
Diese starke Schließfederanordnung,
die für
das Hauptventilglied vorgesehen ist, erfordert einen relativ hohen
Differenzialdruck, der durch das Differenzialdruck-Pilotsteuerventil
eingestellt werden muss, sobald das Hauptventil zum Regeln des Stroms
in einen offenen Status zu bringen ist. Dies bedeutet, dass in einer
ersten Operationsphase des Stromregelventils, nämlich bis das Hauptventilglied
aufgedrückt
werden kann, die Stromregelung nur durch das Pilotventil durchgeführt wird.
Daraus ergibt sich, dass im Falle hohen initialen Fluiddrucks an
der Stromaufseite des Ventilsitzes ein unerwünscht starker betätigender
Elektromagnet in dem Pilotventil gebraucht wird. Zusätzlich zeigt
die Stromregelcharakteristik des pilotgesteuerten Stromregelventils
einen bemerkenswerten Knick beim Übergang von der Stromregelung
durch das Pilotventil zu der Stromregelung durch das Hauptventilglied.
Da das Pilotventil durch seinen Magneten in Öffnungsrichtung beaufschlagt
wird, wird zum Sicherstellen eines stabilen Schließstatus
des Ventilglieds des Pilotventils eine Schließfeder mit relativ steifer
Federrate gebraucht. Diese Schließfeder mit der relativ steilen
Federrate erfordert in dem Pilotventil einen starken Elektromagneten.
Die starken Federn, die für
das Hauptventilglied und für
das Ventilglied des Pilotventils vorgesehen sind, erzeugen bei Operation
des pilotgesteuerten Stromregelventils unvermeidliche und signifikante
Druckverluste.
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Bei dem aus US-A 5687759 bekannten
pilotgesteuerten Stromregelventil ist das direkt mit dem Hauptventilglied
gekoppelte druckaufnehmende Glied durch den hohen Druck an der Stromauseite des
Ventilsitzes beaufschlagt. Das Ventilglied des Pilotventilglieds
wird durch den Elektromagneten in Öffnungsrichtung beaufschlagt.
Sowohl das Hauptventilglied als auch das Pilot-Ventilglied benötigen starke Schließfedern,
die unvermeidlich signifikante Druckverlust während der Operation des pilotgesteuerten Stromregelventils
verursachen. Die starke Schließfeder
des Ventilgliedes des Pilotventils muss Leckage vermeiden, die das
geschlossene Hauptventilglied umgehen könnte, diese Schließfeder erfordert
aber für
die Betätigung
des Pilotventils einen starken Elektromagneten. Im Falle relativ
niedrigen Drucks an der Stromauseite des Ventilsitzes kann das Hauptventilglied
nicht in einen offenen Status gebracht werden, sondern jegliche
Stromregelung wird nur durch das Pilotventil durchgeführt. Die
insgesamte Stromregel-Charakteristik
kann für
den selben Strom variieren, der dem Elektromagneten zugeführt wird,
zwischen einer Kondition mit niedrigem Stromaufdruck und einer Kondition
mit hohem Stromaufdruck.
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Es ist ein Gegenstand der Erfindung,
ein pilotgesteuertes Stromregelventil der eingangs genannten Art
anzugeben, bei welchem die Nachteile solcher konventionellen Ventile
eliminiert sind, derart, dass das pilotgesteuerte Stromregelventil
ein verbessertes Betriebsverhalten zeigt, keinen unerwünscht hohen
Differenzialdruck zum Ansprechen erfordert, und die Gefahr unerwünschter
Leckageströme
im geschlossenen Status eliminiert. Es ist ein Teil dieser Aufgabe,
ein pilotgesteuertes Stromregelventil anzugeben, das in der Lage
ist, einen Fluidstrom zur Stromabseite definitiv zu verhindern,
wenn die Pilotroute blockiert ist, sogar falls der Stromaufdruck hoch
sein sollte. Ferner ist ein pilotgesteuertes Stromregelventil anzugeben,
das eine gute Druckeffizienz zeigt und im Fluidstrom keine unerwünschten Druckverluste
hervorruft.
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Diese Ziele können mit den Merkmalen des Anspruchs
1 erreicht werden.
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Die jeweilige Betätigung des Konstantdifferenzialdruck-Steuerventils öffnet oder
schließt
das Hauptventilglied oder stellt dessen relative Position zum Ventilsitz
für den
gewünschten
konstanten Fluidstrom ein. Dieses Betriebsverhalten wird erreicht ohne
einen unerwünschten
Druckverlust, da die Leckageroute es ermöglicht, den Druck in der Drucküberwachungskammer
ausreichend zu entlasten, um das Hauptventilglied ohne signifikanten
Druckverlust zu öffnen.
Da weiterhin das Steuerventil für
den konstanten Differenzialdruck wahlweise auch in eine Blockierposition
bringbar ist, wird dann die Piklotroute zuverlässig abgesperrt, was einen
unerwünschten Leckagestrom
von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite selbst im Falle extrem
hohen Einlassdrucks vermeidet. Da das Innere der Drucküberwachungskammer
niedrigen Druck enthält
wie auch die Passage an der Stomabseite, tritt von der Drucküberwachungskammer
zu der Stromabseite kein Leckagestrom auf, selbst wenn der Druck
in der Passage an der Stromaufseite des geschlossenen Hauptventilgliedes
extrem hoch sein sollte.
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Gemäß Anspruch 10 kann der durch
den Wärmetauscher
unvermeidlich erzeugte Druckabfall benutzt werden, um das Stromregelventil
zu betätigen.
Dies wird durchgeführt,
in dem die Drucküberwachungskammer über die
Leckageroute mit der Stromabseite des Ventilsitzes verbunden wird.
Das Steuerventil für
den konstanten Differenzialdruck ist zwischen jener Rohrleitung
an der Stromaufseite des Wärmetauschers
und der Drucküberwachungskammer
angeordnet. Es lässt
sich ein sehr zuverlässiges Betriebsverhalten
erreichen, selbst wenn der initiale Druck an der Stromaufseite niedrig
sein sollte. Das Stromregelventil arbeitet mit einer guten Druckeffizienz,
ohne signifikante Fluiddruckverluste zu erzeugen.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in anderen
abhängigen
Ansprüchen
enthalten.
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Ausführungsformen der Erfindung
werden mit Hilfe der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen ist:
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1 ein
Längsschnitt
eines pilotgesteuerten Stromregelventils (erste Ausführungsform
der Erfindung)
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2 und 3 Längsschnitte einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung in einem offe nen Status und in einem geschlossenen
Status, und
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4 ein
Blockdiagrammm und ein Längsschnitt
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Die pilotgesteuerten Stromregelventile
gemäß vorliegender
Erfindung werden hauptsächlich verwendet,
wenn das Ventil unter einem hohen Differenzialdruck mit einem hohen
Fluiddruck betrieben wird. Dies kann der Fall sein bei einem Expansionsventil
in einem Kühlkreislauf,
der, beispielsweise, Kohlendioxyd als das Kältemittel enthält, oder
bei einem Direkt-Brennstoff-Einspritzventil für einen Verbrennungskraftmotor,
oder für
ein Stromsteuerventil für
Hochdruck-Wasser-Systeme, oder dergleichen.
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Das in 1 gezeigte
Ausführungsbeispiel des
pilotgesteuerten Stromregelventil enthält einen ringförmigen Ventilsitz 1,
der in einem Mittelteil einer Rohrleitung geformt ist, die ein Hochdruckfluid
enthält,
z. B. mit einem Druck, der 50–100
mal dem atmosphärischen
Druck entspricht, oder sogar mehr.
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An der Stromaufseite des Venitlsitzes 1 ist eine
Rohrleitung 2 vorgesehen, während an der Stromabseite des
Ventilsitzes 1 eine Rohrleitung 3 vorgesehen ist.
Der Ventilsitz 1 ist in der Rohrleitung 2 an der
Stromaufseite geformt. Ferner ist ein Hauptventilglied 4 vorgesehen,
dass eine zylindrische Gestalt mit einer Endfläche aufweist, die an der Stromaufseite
geschlossen ist, wobei das Hauptventilglied in einer in der Richtung
seiner Längsachse
frei beweglichen Weise durch Einsetzen und Einpassen in den Ventilsitz 1 eingesetzt
wird. An einer Seitenwandoberfläche
des Hauptventilgliedes 5 kann zur Strömungssteuerung ein Schlitz 5 vorgesehen
sein. An der Stromaufseite des Hauptventilgliedes 4 ist
ein Abschlussventilabschnitt 6 als ein flanschförmiger Vorsprung
geformt. Sobald der Abschlussventilabschnitt 6 gegen den
Ventilsitz 1 angepresst wird, nimmt das Ventil seinen voll
geschlossenen Status ein, wie gezeigt.
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Von der Rohrleitung 3 an
der Stromabseite zweigt eine zylindrische Drucküberwachungskammer 8 ab.
Die Drucküberwachungskammer 8 hat
einen Durchmesser, der größer ist
als der des Ventilsitzes 1. Ein Druckaufnahmeglied 9 mit
der Form eines Kolbens oder einer Scheibe ist in die Drucküberwachungskammer 8 in
axial frei beweglicher weise eingesetzt. Bei dieser Ausführungsform
ist die Drucküberwachungskammer 8 durch
einen außen
liegenden Schließkopf 7 verschlossen.
Das Druckaufnahmeglied 9 ist mit dem Hauptventilglied 4 gekoppelt
zu einem vereinten Körper,
und zwar durch ein Kupplungsglied mit der Form einer Verbindungsstange 8, die
sich in der axialen Richtung der Drucküberwachungskammer 8 erstreckt.
Das Hauptventilglied 4 und das Druckaufnahmeglied 9 müssen sich
in Relation zum Ventilsitz 1 gleichzeitig bewegen. Kompressionsschraubfedern 12, 13 sind
vorgesehen, um das Rattern des Hauptventilgliedes 4 und
des Druckaufnahmegliedes 9 zu vermeiden.
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Das Hauptventilglied 4 erhält den Druck
aus der Rohrleitung 2 (Stromaufseite) auf einer Fläche und
den Druck aus der Rohrleitung 3 (Stromabseite) auf der
gegenüberliegenden
Fläche).
Das Druckaufnahmeglied 9 erhält den Druck oder Pilotdruck
in der Drucküberwachungskammer 8 an
seiner oberen Fläche
und auch den Druck aus der Rohrleitung 3 (Stromabseite)
auf der gegenüberliegenden
Fläche. Die
Drucküberwachungskammer 8 kommuniziert
mit der Stromabseite entweder (wie gezeigt) über eine Leckageroute 16 mit
kleinem Querschnitt, die in einer Zweigpilotleitung vorgesehen ist,
oder direkt (in gestrichelten Linien angezeigt) über eine Blende 16 im Druckaufnahmeglied 9.
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Der Druckaufnahme- oder Querschnittsbereich
der Drucküberwachungskammer 8 und
des Druckaufnahmegliedes 9 ist jeweils größer (z.
B. 2–10
mal größer) als
der Druckaufnahmebereich oder Querschnittsbereich des Ventilsitzes 1.
Deshalb lässt
sich durch steuern des Pilotdrucks in der Drucküberwachungskammer 8 mittels
des Druckaufnahmegliedes 9 und des Kopplungsgliedes oder
der Verbindungsstange 10 der Status des Hauptventilgliedes 4 zwischen
des im geöffneten
und geschlossenen Positionen steuern.
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Von der Stromaufseite der Rohrleitung 2 erstreckt
sich eine Pilotroute 15 zur Drucküberwachungskammer 8,
wobei sie den Ventilsitz 1 umgeht. Entlang der Pilotroute 15 sind
hintereinander ein Konstantdifferenzialdruck-Steuerventil 20 für die Pilotroute 15,
und optional ein Absperrventil 30 vorgesehen. Die Pilotroute 15 setzt
sich aus drei Abschnitten 15A, 15B, 15C zusammen,
unter denen der Abschnitt 15A die Stromaufseite mit dem
Einlass des Konstantdifferenzialdruck-Steuerventils 20,
der Abschnitt 15B einen Ventilsitz 21 des Konstantdifferenzialdruck-Steuerventil 20 und
einen Ventilsitz 31 des Absperrventils 30; und
schließlich
der Abschnitt 15C den Ventilsitz 31 mit der Stromab seite
verbindet. Der Querschnitt der Pilotroute 15 ist, vorzugsweise,
größer als
der Querschnitt der Leckageroute 16.
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Das Absperrventil 30 wird
elektromagnetisch Betätigt,
um die Pilotleitung mittels eines Absperrventilkörpers 32, der mit
dem Ventilsitz 31 zusammen wirkt, einfach zu öffnen oder
abzusperren. Im Inneren des Pilotdruck-Absperrventils 30 verstellt
ein beweglicher Eisenkern 33 den Ventilkörper 32.
Der bewegliche Eisenkern 33 ist vorgesehen, um mit einem
fixierten Eisenkern 35 zusammenzuwirken. Eine Ventilschließfeder 36 (Kompressionsschraubenfeder)
ist zwischen den beiden Eisenkernen 33, 35 eingesetzt. Eine
elektromagnetische Spule 34 dient dazu, den beweglichen
Eisenkern 33 über
den fixierten Eisenkern 35 und gegen die Schließkraft der
Schließfeder 36 anzuziehen
und das Absperrventil 30 zu öffnen. Ohne Erregungsstrom
für die
elektromagnetische Spule 34 hält die Schließfeder 36 das
Absperrventil 30 in dessen geschlossenem Status. Nachfolgend wird
diese Ausführungsform
beschrieben unter der Annahme, dass das Absperrventil 30 in
seinem offenen Status ist (elektromagnetische Spule 34 bestromt).
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Das erwähnte Konstantdifferenzialdruck-Steuerventil 20 ist
ein elektromagnetisch betätigtes
Differenzialdruckventil mit einem konischen Pilotventilkörper 22,
der an der Stromabseite eines Pilotventilsitzes 21 angeordnet
ist. Der Pilotventilkörper 22 ist
mit einem beweglichen Eisenkern 23 gekoppelt, der durch
eine elektromagnetische Spule zu einem fixierten Eisenkern 25 bewegbar
ist, und zwar mittels des magnetischen Feldes, sobald die elektromagnetische
Spule 24 bestromt ist. Der Strom in der elektromagnetischen
Spule 24 schafft eine Schließkraft für den Pilotventilkörper 22 relativ
zum Ventilsitz 21. Das Ausmaß der Schließkraft wird
eingestellt durch den Strom, der der elektromagnetischen Spule 24 zugeführt wird.
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Wenn der Wert des der elektromagnetischen Spule 24 zugeführten Stroms
konstant gehalten wird, öffnet
der Pilotventilkörper 22,
sobald der Differenzialdruck zwischen der Stromaufseite und der
Stromabseite des Pilotventilsitzes 21 (d. h., der Differenzialdruck
zwischen den Einlass und dem Auslass der Pilotroute 15)
die Kraft übersteigt,
die durch den Wert des konstanten Stroms hervorgerufen wird. Der
Pilotventilkörper 22 schließt, wenn
der Differenzialdruck kleiner wird als die Kraft, die durch den
Wert des konstanten Stroms erzeugt wird. Auf diese Weise wird der
Differenzialdruck zwischen dem Einlass und dem Auslass der Pilotroute 5 konstant
gehalten. Durch variieren oder auswählen des Wertes des der elektromagnetischen
Spule 24 des Steuerventils 20 zugeführten Stroms
kann der Differenzialdruckwert zwischen dem Einlass und dem Auslass
der Pilotroute nach Wunsch gesteuert werden. Der Differenzialdruckwert
wird zu einem Minimum in einem Status, in welchem der elektromagnetischen
Spule 24 kein Strom zugeführt ist. Hingegen ist die Verbindung
zwischen dem Einlass und dem Auslass der Pilotroute 5 blockiert,
wenn der elektromagnetischen Spule 24 maximaler Strom zugeführt wird.
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Der Pilotdruck in der Drucküberwachungskammer 8 korrespondiert
mit dem Druck am Auslass der Pilotroute 5. Da, durch das
Konstantdifferenzialdruck-Steuerventil 20, der Differenzialdruck
zwischen der Stromaufseite und der Drucküberwachungskammer 8 konstant
gehalten werden kann, lässt
sich dadurch der Öffnungsstatus
des Hauptventilgliedes 4 steuern wie auch der Strom des
Druckfluides, das aus der Rohrleitung 2 an der Stromaufseite zur
Rohrleitung 3 an der Stromabseite strömt. Daraus ergibt sich, dass
auch dieser Strom konstant gehalten werden kann. Durch Verändern des
Wertes des Stroms, der der elektromagnetischen Spule 24 zugeführt wird,
lässt sich
der Fluidstrom aus der Rohrleitung 2 in die Rohrleitung 3 frei
wählbar
einstellen.
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In dem Fall, in welchem in dem beschriebenen
pilotgesteuerten Stromregelventil der Stromwert für die elektromagnetische
Spule 34 des Absperrventils 30 auf AUS eingestellt
ist (kein Strom), wird mittels der Schließfeder 36 das Absperrventil 30 die
Pilotroute 15 blockieren. Dann kommuniziert die Drucküberwachungskammer 8 über die
Leckageroute 16 mit der Stromabseite oder der Rohrleitung 3,
so dass der Pilotdruck in der Drucküberwachungskammer 8 schließlich derselbe
niedrige Druck P1 sein wird, wie er in der Rohrleitung 3 an
der Stromabseite herrscht.
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Als Folge des Differenzialdrucks
zwischen dem Druck P1 an der Stromabseite und dem hohen Druck in
der Rohrleitung 2 an der Stromaufseite wird der Schließventilabschnitt 6 des
Hauptventilkörpers 4 gegen
den Ventilsitz 1 gedrückt.
Das Hauptventilglied 4 ist damit in einen voll geschlossenen
Status gesetzt. Da die Drucküberwachungskammer 8 denselben
niedrigen Druck P1 führt
wie die Rohrleitung 3 an der Stromabseite, kann zwischen
der Drucküberwachungskammer 8 und
der Rohrleitung 3 kein Leckagestrom auftreten, selbst wenn
der Druck in der Rohrleitung 3 an der Stromabseite sehr
hoch wäre. Ein
stabiler Nullstatus des Fluid-Stromes lässt sich so einstellen.
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In der weiteren Ausführungsform
in 2 ist die Pilotroute 15 im
Inneren des Stromregelventils geformt, nämlich durch eine axiale Durchgangsbohrung,
die im Kopplungsglied oder der Verbindungsstange 8 geformt
ist, und die sich von der unteren Seite des Hauptventilgliedes 4 zum
Ventilsitz 21 erstreckt, der sich an dem oberen Ende der
Durchgangsbohrung (Abschnitt 15A) befindet, und weiterhin,
durch eine Innenbohrung des fixierten Eisenkerns 25, einer
Strompassage zwischen der Peripherie des beweglichen Eisenkerns 23 und
dem hülsenförmigen Druckaufnahmeglied 9,
das mit dem fixierten Eisenkern 15 fest verbunden ist (Abschnitt 15B), und
durch eine Bohrung im Oberteil des Druckaufnahmegliedes 9,
die in die Drucküberwachungskammer 8 führt Abschnitt 15C).
Der innerhalb der Pilotroute 15 vorgesehene Pilotventilkörper 22 des
Konstantdifferenzialdruck-Steuerventils 20 wird durch eine
Stange mit einem unteren konischen Ende konstituiert, die mit Spiel
in der Bohrung des fixierten Eisenkerns 25 angeordnet und
durch den beweglichen Eisenkern 23 betätigbar ist. Die elektromagnetische Spule
zum Anziehen des beweglichen Eisenkerns 23 über den
fixierten Eisenkern 25 ist extern angeordnet, so dass sie
die vorerwähnten
Komponenten von außen
umgibt. Das Absperrventil 30 wird konstituiert durch einen
Ventilsitz 31 in der Bohrung des Oberteils des Druckaufnahmegliedes 9 und
einem Absperrventilkörper 32,
der vom oberen Ende des beweglichen Eisenkerns 23 in Richtung
zum Ventilsitz 31 vorsteht. In der Drucküberwachungskammer 8 und
unterhalb des Hauptventilgliedes 4 sind jeweils das Rattern
verhindernde Federn 12, 13 untergebracht. In dieser
Ausführungsform
dienen der bewegliche Eisenkern 23 und auch die elektromagnetische Spule 24 zum
Betätigen
des Absperrventils 30, um entweder den geschlossenen oder
den geöffneten Status
des Absperrventils 30 einzustellen. Die Drucküberwachungskammer 8 wird
durch eine topfförmige Abdeckung 17 verschlossen,
die eine Trennwand definiert, die fest an der Tragstruktur der elektromagnetischen
Spule 24 angebracht ist, so dass alle beweglichen Komponenten
darin aufgenommen werden. Die Leckageroute 16 mit ihrem
kleinen Querschnitt wird zwischen der äußeren Peripherie des Druckaufnahmegliedes 9 und
der inneren Seite der Trennwand 17 konstituiert und erstreckt
sich über
mehrere Umfangsnuten 19 des fixierten Eisenkerns 25 (drei Umfangsnuten
sind in der äußeren Umfangsfläche des
fixierten Eisenkerns 25 geformt, um einen möglichen
Druckverlust in der Le ckageroute 16 zu reduzieren, die
definiert wird durch das Spiel zwischen dem fixierten Eisenkern 25 und
der äußeren Trennwand 17,
die zylindrische Form hat, und zwar in einem geschlossenen Spitzenabschnitt).
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Das Hauptventilglied 4 ist
an der Stromauseite der Ventilsitzes 1 gegenüberliegend
zur Rohrleitung 2 angeordnet. Der Schließventilabschnitt 6 ist
in diesem Fall ein scheibenförmiger
Gummiteil. Das Druckaufnahmeglied 9 und der fixierte Eisenkern 25 sind
in einem vereinten Körper
miteinander gekoppelt, wobei der vereinte Körper axial frei beweglich ist.
Da der Pilotdruck in der Drucküberwachungskammer 8 auf
die obere Endfläche
des Druckaufnahmegliedes 9 einwirkt, während der Druck aus der Rohrleitung 3 an
der Stromabseite auf der unteren Endfläche des fixierten Eisenkerns 25 wirkt,
wird auch der fixierte Eisenkern 25 ein Teil des Druckaufnahmegliedes 9 (der
fixierte Eisenkern 25 formt eine Hälfte des Druckaufnahmegliedes 9).
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Der druckaufnehmende Querschnittsbereich des
Druckaufnahmegliedes 9 (und dessen Eisenkerns 25)
ist größer, als
der Querschnittsbereich des Ventilsitzes 1 (z. B. um ca.
2–10 mal
größer). Wenn der
elektromagnetischen Spule 24 Strom zugeführt wird,
wird der bewegliche Eisenkern 22 vom fixierten Eisenkern 25 angezogen,
so dass der Pilotventilkörper 22 mit
einer damit korrespondierenden Kraft gegen den Pilotventilsitz 21 gepresst
wird. Wenn der der elektromagnetischen Spule 24 zugeführte Strom konstant
ist, wird der Pilotventilkörper 22 geöffnet, sobald
der Differenzialdruck zwischen der Stromaufseite und der Stromabseite
des Pilotventilsitzes 21 einen bestimmten Wert überschreitet.
Sobald der Differenzialdruck unterhalb dieses Wertes abfällt, erreicht
der Pilotventilkörper 22 einen
geschlossenen Status. Auf diese Weise kann der Differenzialdruck zwischen
dem Einlass und dem Auslass der Pilotroute 15 konstant
gehalten werden. Da der Druck in der Drucküberwachungskammer 8 auch
der Auslassdruck der Pilotroute 15 ist, kann der Differenzialdruck zwischen
der Rohrleitung 2 an der Stromauseite und dem Druck in
der Drucküberwachungskammer 8 konstant
gehalten werden, so dass der Öffnungsstatus des
Hauptventilkörpers 4 gesteuert
wird und der Strom des Druckfluides aus der Rohrleitung 2 in
die Rohrleitung 3 so gesteuert werden kann, dass er konstant
ist.
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Durch variieren des der elektromagnetischen Spule 24 zugeführten Stromwerts
lässt sich
der Strom des Druckfluides aus der Rohrleitung 2 in die Rohrleitung 3 wie
gewünscht
einstellen.
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Falls der Stromwert der elektromagnetischen Spule 24 auf
AUS (kein Strom) eingestellt ist, schiebt die zwischen dem fixierten
Eisenkern 25 und dem beweglichen Eisenkern 23 vorgesehene
Feder 36 den beweglichen Eisenkern 23 in 3 nach oben, so dass der
Absperrventilkörper 32 gegen
den Ventilsitz 31 gepresst und die Pilotroute 15 blockiert
wird. Zu dieser Zeit erreicht über
die Leckageroute 16 der Druck im Inneren der Drucküberwachungskammer 8 den
Druck in der Rohrleitung 3a in der Stromabseite. Da dann
der Druck in die Drucküberwachungskammer 8 gleich
dem Druck in der Rohrleitung 3 ist, kann zwischen der Drucküberwachungskammer 8 und
der Rohrleitung 3 kein Leckagestrom auftreten, und ein vollständiger Nullstromstatus
kann stabil erzielt werden, sogar dann, wenn der Druck im Inneren
der Rohrleitung 2 an der Stromaufseite sehr hoch ist.
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In der Ausführungsform von 4 ist das pilotgesteuerte Stromregelventil 100 in
einer Fluidrohrleitung 101 einer Heißwasserzuführausstattung angeordnet, die
einen Wärmetauscher 102 aufweist, der
durch eine nichtgezeigte Heizquelle aufgeheizt wird. Da der Wärmetauscher 102 einen
langen Durchgang mit relativ kleinem Querschnitt enthält, tritt
in der Fluiddurchgangsrohrleitung 101 unvermeidlich ein
Druckverlust auf, das heißt,
zwischen dem Abschnitt 101a und dem Abschnitt 101b,
die durch den Wärmetauscher 102 verbunden
sind, tritt eine Druckdifferenz auf. Das Stromregelventil 100 ist zwischen
dem Abschnitt 101b und einem Stromab-Abschnitt 101c der
Rohrleitung 101 vorgesehen. Die durch den Wärmetauscher 102 erzeugte
Druckdifferenz kann beispielsweise bis zu ca. 0,2–0,5 kg/cm2 betragen. Der Abschnitt 101b der
Fluidrohrleitung 101 erstreckt sich zur unteren Fläche des Hauptventilgliedes 111,
das gegenüberliegend
zum Ventilsitz 112 an der Stromaufseite angeordnet ist, um
die Fluidrohrleitung 101 zu öffnen und zu schließen. Eine
Passage des Abschnittes 101b im Ventilgehäuse wird
als Stromauf-Abschnitt 1p des
Stromregelventils 10 benannt, während die Passage, die in den
Abschnitt 101c führt,
als Stromab-Abschnitt 1q bezeichnet wird.
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Die Drucküberwachungskammer 113 zweigt ab
von dem Stromab-Abschnitt 1q. Das bewegliche Druckaufnahmeglied 114 (eine
harte Scheibe) ist kombiniert mit einer flexib len Membrane 115,
so dass beide die Drucküberwachungskammer 113 von
dem Stromab-Abschnitt 1q separieren. Der Stromab-Abschnitt 1q und
die Drucküberwachungskammer 113 sind
durch eine Leckageroute 117 miteinander verbunden, die
in dem Druckaufnahmeglied 114, 115 vorgesehen
ist und einen kleinen Querschnitt besitzt. Das Hauptventilglied 111 ist
mit dem Druckaufnahmeglied 114, 115 durch das
Kopplungsglied 118 vereint, das sich relativ zum Ventilsitz 112 axial
erstreckt. Beim Schließen
des Hauptventilkörpers 111 assistiert eine
Kompressionsschraubenfeder 116. Die Kompressionsschraubenfeder 116 ist
um den Ventilsitz 112 in dem Gehäuse abgestützt und beaufschlagt das Druckaufnahmeglied 114, 115 konstant
in Schließrichtung
des Hauptventilgliedes 111. Daraus ergibt sich, dass der
Fluiddruck im Abschnitt 101b (im Stromauf-Abschnitt 1p)
und die Kraft der Kompressionsschraubenfeder 116 miteinander
in Schließrichtung
des Hauptventilgliedes 111 wirken. Da der Querschnittsbereich
des Druckaufnahmegliedes 114, 115 größer ausgebildet
ist als der Querschnittsbereich des Ventilsitzes 112, erzeugt
auch der Druck im Stromab-Abschnitt 1q eine Kraftkomponente
in Schließrichtung
des Hauptventilgliedes 111. Der Fluiddruck im Inneren der
Drucküberwachungskammer 113 ist
jedoch in der Öffnungsrichtung
des Hauptventilgliedes 111 wirksam. Als Folge dieser Anordnung kann
das Hauptventilglied 111 jegliche Position einhalten, in
der diese Kräfte
ausgeglichen sind.
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Die Drucküberwachungskammer 113 ist
mit dem Rohrleitungsabschnitt 101a (Stromaufseite) durch
eine Pilotroute 103 verbunden. Das Konstantdifferenzialdruck-Steuerventil 20 ist
in der Pilotroute 103 installiert. Dieses Konstantdifferenzialdruck-Steuerventil 20 wird
elektromagnetisch angetrieben, um einen konstanten Differenzialdruck
einzustellen. Die Pilotroute 103 ist mit einem Querschnitt ausgebildet,
der größer ist
als der Querschnitt der Leckageroute 117. Zwischen dem
fixierten Eisenkern 122 und dem beweglichen Eisenkern 23 ist
eine Kompressionsschraubenfeder 124 angeordnet, die zum
Generieren eines Differenzialdrucks dient und den sphärischen
Pilotventilkörper 125 gegen
den Ventilsitz 126 schiebt, und zwar in einer Richtung
von der Niederdruckseite zu der Hochdruckseite (das heißt, von
der Seite der Drucküberwachungskammer 113 zu
der Seite des Abschnittes 101a der Rohrleitung 101 (Stromaufseite)).
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Wenn der elektromagnetischen Spule 121 kein
elektrischer Strom zugeführt
wird, wird der Pilotventilkörper 125 fest
gegen den Ventilsitz 26 gepresst, und zwar durch die Kraft der
Kompressionsschraubenfeder 124 für den Differenzialdruck. Die
Pilotroute 103 ist dann blockiert. In diesem Status enthält die Drucküberwachungskammer 113 einen Druck
gleich dem Druck in dem Stromab-Abschnitt 1q, und zwar über die
Leckageroute 117. Das Hauptventilglied 111 wird
gegen den Ventilsitz 112 nur durch die Kompressionsschraubenfeder 116 gedrückt, so
dass der geschlossene Status des Hauptventilgliedes 111 eingestellt
ist.
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Sobald der elektromagnetischen Spule 121 ein
elektrischer Strom zugeführt
wird, nimmt mit dem Aufbau einer magnetischen Kraft die Kraft der
Feder 124 ab, die auf den Pilotventilkörper 125 einwirkt.
Der Pilotventilkörper 125 wird
durch den Differenzialdruck zwischen dem Abschnitt 101a der
Rohrleitung 101 an der Stromaufseite und dem Fluiddruck
in der Drucküberwachungskammer 113 vom
Ventilsitz 26 abgehoben. Der Differenzialdruck zwischen
dem Abschnitt 101a an der Stromaufseite und dem Druck in
der Drucküberwachungskammer 113 wird
mit der Restkraft ausgeglichen, die auf den Pilotventilkörper 125 aufgebracht
wird, und der Differenzialdruck wird auf einem konstanten Niveau
gehalten korrespondierend mit dem Wert des Stroms, der der elektromagnetischen
Spule 121 zugeführt
ist. Tatsächlich
wird sich mit zunehmendem elektrischem Strom der Druck in der Drucküberwachungskammer 113 dem
Druck im Abschnitt 101a der Rohrleitung 101 an
der Stromaufseite annähern.
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Der Fluiddruck im Abschnitt 101b der
Rohrleitung ist niedriger um einen konstanten Druckabfall als im
Abschnitt 101a an der Stromaufseite, und zwar als Folge
des Druckverlustes im Wärmetauscher 102.
Das Druckaufnahmeglied 114, 115 bewegt sich unter
ansprechen auf die Steuerung des Konstantdifferenzialdruck-Steuerventils 20,
sodass das Hauptventilglied 111 vom Ventilsitz 112 gelöst wird
und das Stromregelventil 100 einen offenen Ventilstatus
einnimmt, in welchem der Strom des in den Abschnitt 101c eintretenden
Fluid auf ein konstantes Niveau gesteuert wird. Als eine Konsequenz
kann der unvermeidlich durch den Wärmetauscher 102 hervorgerufene
Druckverlust benutzt werden für
die Operation des Stromregelventils 100. Daraus ergibt
sich, dass kein zusätzlicher
Druckverlust zum Betätigen
des Stromregelventils 100 auftreten kann, so dass dessen
Stromsteuerung definitiv ausgeführt
werden kann sogar in einer Umgebung, in welcher der initiale Druck
an der Stromaufseite der Fluidrohrleitung 101 niedrig ist.
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Der Einsatz des pilotgesteuerten
Stromregelventils von 4 ist
nicht beschränkt
auf eine Heißwasserzuführeinrichtung.
Viel mehr kann diese Ausführungsform
genau so eingesetzt werden für
die Stromregulierung eines Kältemittels
in einem Kühlkreislauf
und in anderen unterschiedlichen Arten von Einrichtungen.
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Grundsätzlich wird bei der Ausführungsform von
der 4 ein unvermeidlich
durch einen Wärmetauscher
oder eine andere ähnliche,
eine Druckabfall generierende Vorrichtung bewirkter Druckverlust
für den
Betrieb des Stromregelventils benutzt, das in der gezeigten Weise
ausgebildet ist. Der Hauptvorteil dieser Anordnung besteht darin,
dass zum Betätigen des
Stromregelventils kein zusätzlicher
Druckverlust in kauf zu nehmen ist. Es lässt sich sogar ein sehr zuverlässiges Betriebsverhalten
auch dann erzielen, wenn der initiale Druck des Hochdruckfluides
an der Stromaufseite niedrig ist.