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Membran-Gasdruckregler mit entlastetem Doppelsitzve.ntil Die Erfindung
hat sich die Aufgabe gestellt, einen D,oppelsitz-Membrau-Gasdruckregl-er zu schaffen,
der einen praktischgleichbleibenden Ausgangsdruck bei wechselnder Gasmenge und wechselndem
Vordruck sowie vollkommenen Ventiliabschluß bei Nullverbrauch gewährleistet.
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Es sind zwarD,oppelsitz-Membran-G,asdruckregler bekannt, die den Ausgangsdruck
konstant halt-en, einen Abschluß bei Nullverbrauch jiedoch nicht erzielen. Die beim
DoppelsitzregIer vom Vordruck entlasteten Ventilflächen geben ihm den Vorzug des
einfachen Aufbaues und der guten Regeleigenschaft. Ein Abschluß bei Nullverbrauch
kann bei den bekannten D,oppelsitzgasdruc'kregl-ern deshalb nicht erreicht werden,
weil es praktisch -unmöglich ist, die beiden Ventildichtflächen nach der bisherigen
Bauweise und des geringen Anpressungsdruckes wegen gleichzeitig zum Tragen zu bringen.
Bei Verwendung von elastischen Ventildichtungen ist ichenfälls ein vollkommener
Ventilabschluß nicht zu erzielen. Durch Einbau einer konstanten großen Hebelübersetzung
zwischen Ventil und MembTan suchte man diesem übelstand zu begegnen, jedoch ohne
Erfolg.
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Um einen vollkommenen Nullverbrauchsabschluß zu erzielen, ging man
daher zur Konstruktion des Einsitzreglers über, der jedoch bei wechselndem VQr.druck
einen solchen Ausgangsdruck ergabt. Zur Erreichung eines konstanten Ausgangsdruckes
baute man deshalb den Einsitzregler mit Steuerregler, der jedoch gegen Verschmutzung
sehr empfindlich ist und gefährvolle Betriebsstörungen hervorruft.
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Die Erfindung beabsichtigt, unter Anwendung der im nachstehenden aufgeführten
Erfindungsmerkmale, die vorzüglichen Regeleigenschaften des Düppelsitzreglers noch,
zu verbessern, insbesondere abe-reinen Nullverbrauchsabschluß zu :erzielen.
Zur
Erhöhlung des Ventilanpressungsdruckes, wobei sich der Ausgaggsdruck in normalen
Grenzen hält, wird vorgeschlagen, die Membrankraft bzw. d#m Membxanhub derartig
ai#szunutzen, daß bei gianz geöffnetem Ventil die geringste Steuerkraft und allmählich
ansteigend bis zum Augenblick des Ventilahschlusses die größte zur Verfügung steht,
die theoretisch unendlich groß werden kann, duich .die elastische Ventilabdichtung,
jedoch begrenzt ist.
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Dies geschieht nun in der Weise, daß der Membranhub über eine vertikale
Stange den größeren Arm eines Winkelhebels betätigt, der einen bestimmten Ausschlag
nach beiden Seiten zur Horizontalen macht. Ein um den gleichen Drehpurikt sich bewegender
kleinerer einarmig-,er Hebel ist mit demgrößerien um einen solch großen Winkel zueinander
starr verbunden, daß, wenn der größere seine tiefste Stellung, also, unteres Menihranhubende,
erreicht hat, der kleinere Hebelarm etwa vertikal steht. Befindet sich der größere
Hebelam, in höchster Stellung (oberes Membranhubende), so, nimmt der kleinere Hehelgrin
etwa die horizontale Lage ein. Dias kleinere Hebelende ist durch' eine ungefähr
hv;rizonta# verlaufende Stange mit einem doppelarn-iigen Hebel beweglich- verbunden,
an dessen anderem Ende drehbar gelagert die horizontal versch#,ebbare Doppelsitzventilspindel
befestigt ist. Befindet sich die Membran in tiefster Stellar, so ist an der 'horizontal
liegenden Verbindungsstange eine dem Winkelhlebielüblersetzungsverhältnis entsprechende
Kiaft wirksam. Steigt die Membran in ihre höchste Stellung3 so steht der kleine
Winkelhebielarin etwa horizontal und erzeugt in der Verbindungsstange, falls diese
unendlich lang wäre, eine -unendlich große Y-igft, die sich als Schließkraft auf
das Ventil auswixk#t.
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Bei metallischer Ventildichtung bleiben auch diese großen Ventilschliießkräfte
g-u-f die Dichtheit des Ventils wirkungslos, weshalb vielfach elastische Dichtungen
Verwendung finden. Dieses Ventil-dichtungsmaterial ist seiner hohen Verschleißfestigkeit
wegenverhältnismäßig unelastisch, so daß hIerholie Schließkräfte erforderlich si#id.
Beim Doppelsitzventil sind zwei Ventilsitze gleichzeitig zu dichten, wozu. besonders
hcrhe Schließkräfte benötigt werden.
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Die Erfindung schlägt daher vor, in die Ventilplatte dem Ventilsitz
gegenüber eine kingnut vorzusehen, die zur Aufnahme eines * elastischen Ringes,
beispielsweise- ialis Gummi, dient. über die Ventilplatte und der Ringnut wird 4e
verhältnismäfä,<", dünne Ventildichtungsplatte gespannt. Durch Nachgeben der
elastischen Ringnutfüllung werden die Ungenauigkeiten, die in der Ventilbiearbeitung
liegen, und solche, die - durch Schmutzablagerung in den Ventilsitzen entstelien,
ausgeglichen, so daß die Dichtungseigensichaft eines Einsitzventils erreicht wird.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Befestigung der Ventildichtungsplatte
am Außenrand des Ventiltellers. Durch die bekanntlich auftretende starke Sogwirkung
beim öffnen des Ventils wird die Ventildichtungsplatte vom, Ventilteller abgezogen
und kommt ins Flattern, falls sie nur #n der Mitte befestigt ist, Wed -der Überstand
der Ventildich_ tung über dem Ventilsitzdurchmesser gering gehalten, 4rückt sich
die Dichtung weg. Wird dagegen die Venfildichtung ein Außenrand des Ventiltellers
befestigt, so muß die Befestigung einmal gegen den Gasüberdruck abdichten, zum anderen
dIedurch den Siog entstehenden Zugkräfte in der Ventildichtung aufnehmen. Die Aufgabe-
wird nun erfind-Ungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventildichtungetwas größer als
der Ventiltellerdurchmesser ausgeführt wird, so daß sie in die Ringnut des den Ventilteller
umgebenden losen Spannringes hineinragt. Letzteerer läuft in einer gewölbten Ringniase
aus, dessen Ix=ndurchmesser kleiner ist als der Ventiltellerdurchniesser. Der Durchmesser
des Ventiltellers ist nach der Dichtseite zu, etwa auf der halben Dicke des Veritiltellers,
um so, viel kleiner gedreht, :als die etwa halbe Dichtungsscheibendicke beträgt.
Außer-,dem ist in die Stirnfläche des Ventiltellers am Außgraand eine wellenförmige
Vertiefung eingedrehi, die dem Profil der Spannringnase -entspricht.
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Wird nun der Spannring mit der eingelegten Ventildichtung auf den
Ventilteller gedrückt, so quetscht sich die VentIldichtungsscheihe zwischen Spannringinnendurchmesser
und Ventiltelleraußendurchmesser rund dichtet dadurch vollkommen ab. Die Nase des
Spannringes drücktdie Ventildichtung außerdem in die im VentlIeller voigesehene
Wellennut, so daß die durch den Sog in der Ventildich, tungsscheibe - entstehenden
Zügspannungen durch die Reibungswiderstände vom Ventilteller und Spannring aufgenommen
werden. Da der Durchmesser des Ventilraunies sowie des Gehäuseunterteils vom Durchmesser
des Ventiltellers abhängig ist, halten sich die Herstellungskosten für die vorbeschriebene
kleine, dabei dennoch betriebssichere Ventildichtungsfässung sehr niedrig.
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Diese Anspruchsmerkrnale der Ventiltellerausfnrung finden nicht nur
für den Doppelsitzventilteller, sondern auch beim Einsitzventilteller Anwendung.
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Zur genauen Einstellung des Ventüanpressungsdruckes, besonders bei
später einmal eintretendem Dichtungsverschleiß, wird erfindungsgemäß vor-.geschlagen,
eine ia2dale Lageverschlebung der Ventilspindel in bezug auf den kleiPeren 'Arm
des Winkelhebels vorzunehmen. Dieses kann beispielsweise durch Drehung,der Wntilspindel
geschehen, die an einem Ende als Vierkant ausgebildet und am anderen Ende mit Gewinde
versehen im Ventilbetätigungshebel befestigt ist. Die horizontale Ventilanordnung
erleichtert die Zugänglichkeit und die Einstellm,bglichkeit.
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Bei den bekannten Reglern gestaltet. sich der Ausbau des Ventils oft
sehr schwierig. Es muß entweder die Membran ausgebaut wer-den, was sehr zeitraubend
ist, oder der unter dein Reglergehäuse befindliche Montagedeckel muß, zum Ausbau
:des Ventils entfernt werden, was durch die ungünstige Lgge meist sehr schwierig
ist.
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Diesem Mangel will die Erfindung dadurch begegnen, daß -sie die Ventilspindel
horizontal anordnet, wobei sie um go' gegenüber der hoTizontal liegenden Hauptrohrachse
versetzt ist,
Besonders nachteilig für die genaue Ausgangsdruckregliung
wirkt sich das Spiel in den Drehzapfen der Kraftübertragungshebel zwischen Meinbrain
und Ventil aus. Beim Über- oder Unterschreiten des Solldruckes tritt eine Bewegungsrichtungsänderung
des Ventils ein, was demzufolge nachteilige Druckstöße im Ausgangsdruck hervorruft.
Ebenfalls sollen die Reibungen in dien Drehzapfen auf ein Minimum gebracht werden,
um ein möglichst geradliniges Ausgangsdruckdiagramm zu erzielen. Die zumeist verwendeten
zylindrischen Lagerungsholzen haben einen großen Reibungswiderstand, vor -allem
durch die schlechte Schmiermöglichkeit. je geringer :also die Reibung, um
so günstiger die Ausgangsdrucklinie.
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Um den vorstehenden Forderungen, wie spielfreier Gang, geringe Reibung
und geringer Verschleiß, nach Möglichkeit zu genügen, wird eine für den Reglerbau
neue Drehpunktlagerung verfindungsgemäß in Vorschlag gebracht. Es handelt
sich hierbei um eine Einkugellagerung, wobei die-Kugeln in kegeligen, Vertiefungen
des Lagers und Gegenlagers Aufnahme finden. Vorzugsweise werden die Lagerstellen
sowie die Kugeln gehärtet. Zur spielfreien Einstellung wird das Außenlager als Gewindebolzen
ausgebildet. Durch Drehen um seine Achse wird dies ermöglicht.
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Die Linienb#erührung der Kugeln in ihren Lagern sogwie ihr kleiner
Auflagedurchmesser und die Ausfüllung derdie Kugeln umgebenden Hohlräunie mit einem
zähen Schmiermittel erzielen den ge-
ringsten Reibungswiderstand. Außerdem
schützt das reichlich zuzuführende-, Schmiermittel vor Verschmutzung und Gaseinivirkting
und bedarf daher kaum einer Wartung. Dieses Erfindungsmerkmal läßt sich -auch auf
den allgemeinen R#eglerbau anwenden.
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Wie in vorstehendem schon begründet, ist bei einem Gasdruckregler
das spielfreie Arbeiten aller bewegten Teile von größter Bedeutung. Die Erfindung
will diese Forderung mit dem geringsten Kostenaufwand dadurch erreichen, daß die
beiden feststehenden Hiebeldrehpunkte auf einer gemeinsamen mit dem Gehäuseuntexteil
lösbar verbundenen Unterlage angeordnet sind. Hierdurch ist es mö 'g-
lich,
alle Hebel und Lager außerhalb des Gehäuses genauestens zu bearbeiten und zu montieren,
so daß nach dem Einsetzen dieses kompletten Teiles in den Regler nur noch eine Verschraubung
mit der Spind,el und der Membran vorzunehmen ist.
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Die Trennung des Meinbranraumes vom Ventilraum durch eine Treimmeinbran.
zur Vermeidung vo,n schädlichen Druckstößen auf die Regelmembran ist bekannt. Erfindungsgemäß
ist die Lage der Treimmeinbran so angeordnet und der Aufbau des Reglers sa gestaltet,
daß alle Drehpunkte des Reglergestänges bis auf die Verbindung zwischen Ventilspinidel
und dem Betätigungshebel im Membranraum untergebracht sind.
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Hierdurch wird die Verschmutzung der beweglichen Teile durch die vom
Gas mitgeführten Unreinigkeiten auf icin Minimum beschränkt und die Betriebssicherh,eit
dadurch :erhöht, Erst durch die Anwendung aller hier aufgezeigten Erfindungsmerkmale
werden die in der Praxis an einen Doppelsitzregler gestellten Forderungen erfüllt.
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In der Zeichnung ist der Erfiiidungsgegenstand als Ausführungsbeispiel
dargestellt.
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Abb. i zeigt den Erfindungsgegenstand im Querschnitt, während Abb.2
diesen im Längsschnitt zeigt; Abb.3 stellt einen Querschnitt durch den halben Ventilteller
dar; in Abb. 4 ist ein Längsschnitt durch die Hebeldrehpunkte wiedergegeben.
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Das Gas tritt bei i in den Regler ein, fließt in das Ventilrohr2 über
die Ventile3 dein Au&-gangsrähr4 zu. Die Absperrung bzw. Drosselung des Gases
erfalgt durch die beiden auf ieiner Ventilspindel 5 befestigten Ventilteller
6. Die Ventilspindel 5 ist lösbar mit der Gabel 7 verbunden,
die ihrerseits mit dem doppelarmigen Hebel 8 schwenkbar in Verbindun
1- steht. Am anderen Ende des Hebels 8 greift eine Verbindungsstange
9 an, die mit dem Hübelarm io verbunden ist. Fest mit diesem Hebel verbunden,
um -eine gemeinsame Achse 17 schwenkbar, ist der Hebel i i, an dessen
Ende die etwa vertikal stehende Meinbranstange 12 an,-reift. Die Abwälzmembran 13
durch Gewichte 14 belastet, wird vom Ausgangsdruck über die Beeinflusslungsleitung
15 im Gleichgewicht gehalten. Durch fallenden oder steigenden Ausgangsdruck
werden die entstehenden Membrankräfte über die Membranstangie 12 und die nachfolgend
angeordneten Hebel auf das Doppelsitzventil übertragen und bringen es dadurch in
Reggelstellung.
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Befindet sich die Membran 13 und damit Hebel i i in tiefster
Stellung, so steht der mit ihm fest verbundene Hebel io in senkrechter Lage. Hierdurch
wird eine Membrankraftsteigerung auf das Regelventil 6 im Verhältnis der
Hebelübersetzun '-
erzeugt. Steigt die Membran 13 durch den Hinterdruck bis
in ihre höchste Lage, so, schließt sie das Ventil 6. Der Hebel i i steht
dann in seiner höchsten Lage, während Hebel io ungefähr die Horizontallage erreicht
und über die ' Verbindungs -stange 9 und den gleicharmigen Düppelhebel
8 eine große Kraft auf die Ventilstange 5 ausüben kann.
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Zur Einstellung des Ventilhubes und damit der i Ventilschließkraft
ist die Ventilspindel 5 mit Gewinde in dem Füh-rungsstück 7 eingeschraubt.
Soll der Ventilhub nun zum Membranhub üingestellt werden, so ist dies durch Drehen
der Ventilspindel 5
an ihrem Vierkant zuerreichen.
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Das Reglergehäuse wird durch die Trennmeinbran 3 1 in zwei
Räume unterteilt, und zwar Oberteil 16, Unterteil 17. Die Anordnung
der Membran 3 1 befindet sich unter dem Hebieldreh-Punkt 30, so daß
nur der untere Hebelarm 8 in den Verbrauchsgasstrom zu liegen kommt.
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In Abb. 3 ist der Ventilteller 6 dargestellt, in dem
die Ringnut 24 mit elastischer Einlage eingezeichnet ist. über dem Ventilteller
6 ist die Ventildichtung.splatte 25 durch den Spannring
26 hefestigt. Nach Aufpressen des Spannringes wird
kheser
durcU den Spreizring 27 gegen Lösen gesichert. In Üer Abbildung ist der Venülsitz
mit 3
und die Ventilspindel mit 5 bezeichnet.
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In Abb. 4 ist die bewegliche Verbindung zweier Hebel 8 und
#9 durch Kugeln 20 dargestellt. Die Kugeln 20 sind in kegelförmigen Bohrungen 21
ge-lagert. Die Außenlager 22 sind als nachstellbaze Gewindebiolzen ausgebildet
und können durch die Muttern 23 gegen Lösen gesichert werden.