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Druckgesteuertes Schnellöffenventil Die Erfindung geht von der bekannten
Bauart eines druckgesteuerten Schnellöffenventils aus, das mit einem vom Arbeitsmittel
im Schließsinne belasteten Schaltkolben ausgerüstet ist. Ein diesem Kolben zugeordneter
Zylinderraum kann durch ein Hilfsventil kleinerer Abmessungen als das eigentliche
Arbeitsventil unter Erzeugung eines im Öffnungssinne ödes Hauptventils auf,den Schaltkolben
wirkenden Differenzdruckes plötzlich vom Arbeitsmitteldruck entlastet werden.
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Unter Zugrundelegung dieser Bauform besteht die Erfindung darin, daß
das Hauptventil mit zwei Ventilflächen versehen ist, die nacheinander zur Wirkung
kommen, und von denen die eine Abschlußfläche, die andere Regelfläche ist.
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Die Erfindung sei zunächst an den Fig. i und 2 erläutert, die das
Ventil in zwei verschiedenen Betriebszuständen darstellen. Bei der in Fig. i dargestellten
Bauform ist die Kappe 16, die aber ebensogut ein Ventil sein könnte, geschlossen.
Der in der Zuleitung 5 herrschende Druck hat wegen nicht völliger Dichtheit Gelegenheit,
sich längs des Kolbens 3 in den Raum 7 fortzupflanzen, der durch den Zylinder 4
begrenzt ist, so daß auf der Oberseite 14 des Kolbens im wesentlichen der Druck
in der Zuleitung 5 herrscht. Ebenso herrscht dieser Druck in dem Raum 13 und wirkt
daher auf die Unterfläche 14" des Kolbens 3. Außerdem wirkt dieser Druck auf die
Oberfläche 25 des Ventiltellers i. Da die Flächen 14a und 25 für' die Beschreibung
gleich angenommen sind, wirkt der Druck auf die Fläche 14 im Schließsinne. In der
Leitung 6 herrscht ein entsprechend geringerer Druck, dessen Größe sich gegebenenfalls
ändern kann, und zwar deshalb, weil das Ventil ein Zuströmventil ist, also ein Ventil,
das den Druck in der Leitung 6 im wesentlichen
konstant halten soll.
Ein Überströmventil wird später an Hand der Fig. 3 erläutert werden.
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Gemäß der Erfindung ist neben dem Ventilteller i ein weiterer Ventilteller
24 vorgesehen, die durch die Ventilstange 2 fest miteinander verbunden sind. Die
Drücke auf der Oberfläche 27 und der Unterfläche 28 heben sich auf, so daß
nach oben gerichtet nur der Druck auf die Unterfläche 26 des Ventiltellers i ist.
Dieser ist aber geringer als der Druck auf die Fläche 1q., so daß das Ventil durch
diesen Druck nicht geöffnet werden kann.
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Die Spindel 2 ist durch eine leichte Feder 22 belastet, die bei Schließstellung
der-.Klappe 16 oder des entsprechenden Ventils dazu dient, das Ventil unbedingt
geschlossen zu halten, ohne daß sie sonst eine unmittelbare Steuerfunktion hätte.
Weiter ist eine Feder 21 vorgesehen, die zwischen den beiden Federtellern i9 und
20 liegt. Der verlängerte Spindelteil 17 trägt einen Anschlag 18, der jedoch bei
dem dargestellten Betriebszustand noch ohne Einfluß ist.
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Wird jetzt die Klappe 16 oder das entsprechende Ventil geöffnet, so
fällt der Druck auf der Oberseite 14 des Ventils fort. Jetzt wird zunächst der Druck
auf der Unterseite 26 des Ventiltellers i wirksam und hebt diesen an. Abgesehen
von der Zusammendrückung der Feder 22 ist die Ventilbewegung etwa bis zum -halben
Ventilweg völlig frei, da ja derAnschlag 18 zunächst einen gewissen Weg zurücklegen
muß, ehe er sich gegen den Federteller 2o legt. Von da an geht die weitere Ventilbewegung
durch Drückwirkung auf die Unterseite 28 vom Ventilteller 2d. unter Zusammendrückung
der Feder 21 vor sich.- Eine Zwischenstellung ist in der Fig. 2 dargestellt. Jetzt
ist also für die weitere Wirksamkeit des Ventils nicht mehr der Ventilteller i,
sondern der Ventilteller 2q.. wirksam, und zwar stellt er sich jeweils so ein, daß
der Druck in der Leitung 6 im wesentlichen konstant bleibt. Der Hub richtet sich
,also nach dem Abströmdruck.
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Wird das Ventil 16 wieder geschlossen, so baut sich wieder im Raum
7 der hohe Druck auf, und jetzt wird der Ventilteller i wieder auf seinen Sitz geführt
und schließt die Verbindung zwischen der Zuströmleitung ,5 und der Abströmleitung
6 ab.
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Während in den Fig. i und 2 ider Fall eines Ventils dargestellt ist,
das dazu dient, den Druck auf der Abströmseite gleichzuhalten (Druckminderventil),
ist in der Fig. 3 ein Ventil dargestellt, das den Druck auf der Zuströmseite konstant
halten soll (Überströmventil). Die Steuerung geschieht in dieser Figur durch ein
Hilfsventil, dessen Wirkung noch zu erläutern ist. Die Spindel des Ventils besitzt
zwei Ventilteller 9 und io, von denen der Teller 9 (Gewicht i i in Ruhestellung
unten) den A.bschluß gegen die Abströmleitung 12 und der Teller io (Gewicht i i
durch Überdruck angehoben) den Abschluß gegen Raum 5 zu bewirken hat; wobei nur
entweder der eine oder der andere Zustand bestehen kann. Das Hilfsventil ist in
dem Zustand dargestellt, der sich einstellt, wenn das Gewicht angehoben, der Zylinderraum
7 also mit der AbströmleitUng-12 verbunden ist. Diese kann, wie die gestrichelte
Leitung andeutet, mit der Leitung 32 verbunden sein. Ein besonderer Ventilteller
r fehlt in dieser Darstellung, es bildet die Unterseite 14a des Kolbens 3 gleichzeitig
den Ventilteller. Im geschlossenen Zustand 14a/3o herrscht auf der Oberseite 14
wieder der Arbeitsmitteldruck, während auf der Unterseite 14" der Abströmdruck herrscht,
so daß sich also eine Kraft im Schließsinne ergibt. Wird. jetzt die Spindel 8 gehoben,
so verschwindet der Druck auf der Oberseite 1.4 des Kolbens 3. Auf der Unterseite
14" dagegen herrscht der Druck in der Leitung 6, während die Drücke oberhalb und
unterhalb des- Ventiltellers 2.4 sich aufheben. Es entsteht eine aufwärts gerichtete
Kraft, die die Fläche 1q.Q schnell vom Sitz 3o abhebt. Eingeleitet und unterstützt
wird - diese Bewegung durch die Feder 21, die bei geschlossenem Ventil 1d.",
30 zusammengedrückt war. Der Ventilteller 2.4 stellt sich gegenüber dem Sitz
23 auf eine bestimmte Öffnung ein. Die Fläche 14" ist kleiner als diejenige, 27,
des Ventiltellers 2d.. Es wirkt also an der Spindel e eine abwärts gerichtete Differenzkraft.
Steigt der Druck in der Züströmleitung 5, so steigt damit auch der Differenzdruck
auf der Oberseite 27 des Ventiltellers 24., und dieser wird unter Zusammendrückung
der Feder 21 soweit nach unten gedrückt, bis Gleichgewicht zwischen dem Druck des
Arbeitsmittels und der Federspannung herbeigeführt ist. Bei absinkendem Druck in
der Leitung 5 dagegen wird das Ventil 2d., 23 durch die Feder 21 wieder geschlossen.
Das Ventil arbeitet also in diesem Falle als überströmventil. Eine Art der Steuerung
besteht darin, daß man den Druck im Raum 7 mit Hilfe eines Ventils 31 verändert.
Eine Verringerung des Dampfdruckes im Raum 7 um einen gewissen Betrag führt, da
die Feder 21 sich jetzt entspannen kann, zu einer Verringerung des Ventilquerschnittes
bei 23, 24, während eine größere Drosselung des Ventils 31 und der dadurch hervorgerufene
Druckstau im Raume 7 zu einer weiteren Öffnung dieses Ventilquerschnittes führt.
Das Ventil 31 kann z. B. elektrisch ferngesteuert werden, wodurch man den Vorteil
erzielt, @daß hierbei nur ein sehr kleines Ventil verwendet zu werden braucht, das
entsprechend geringe Antriebskräfte erfordert und sich sehr schnell einstellen läßt.
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Ein großer Vorteil der eben beschriebenen Ventilausführungen mit zwei
Sitzen ist die Möglichkeit, das Hauptventil jederzeit auf Gängigkeit zu erproben,
denn man kann jederzeit das Hauptventil mit Hilfe des Hilfsventils von einem auf
den anderen Sitz umschalten. Nur während des schnellen Überganges von der einen
zur anderen Endlage bläst etwas Dampf ab, was aber unter den üblichen Betriebsbedingungen
durchaus bedeutungslos sein wird.
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Die beschriebene Anordnung hat noch eine besondere Bedeutung, und
zwar deshalb, weil man dem Ventil 8 eine labile oder, wie ,dargestellt, eine astatische
Charakteristik geben kann. Das Ventil 8 ist im Ausführungsbeispiel astatisch. Wenn
man dem Hauptventil dagegen eine statische Charakteristik
gibt,
etwa dadurch, daß man es durch eine Feder belastet, die um so stärker wirksam wird,
je größer der vom Ventil zurückgelegte Hub ist, so ergeben sich folgende Verhältnisse:
Das Ventil 8 öffnet bei einem Druck p sofort vollständig und schlagartig und schließt
wegen der astatisch,en Charakteristik erst wieder, ebenfalls schlagartig, wenn der
Druck auf einen niedrigeren Druck p-dp abgesunken ist, wobei dp ein kleiner Druckunterschied
sein soll. Das Hauptventil würde erst schließen, wenn der noch niedrigere Druck
p-d'p erreicht ist, wobei d'p größer als dp ist. Das Hilfsventil öffnet sich, wie
gesagt, vollständig, während das Hauptventil Dampf abströmen läßt, mit dem Bestreben,
den niedrigsten Druck p-d'p zu erreichen. Bevor aber der Druck so weit abgesunken
ist, schließt das Ventil 8 bereits wieder, wenn der etwas höhere Wert p-dp erreicht
ist, und bewirkt hierdurch den sofortigen Schluß des Hauptventils, ehe dessen Schließdruck
erreicht ist. Hierdurch wird erzielt, daß die Steuerung nicht nur sehr stabil ist,
sondern vor allem, daß schleichende Zwischenbewegungen vermieden werden. Deshalb
kann man das Hilfsventil in den vorstehenden Ausführungen als Schaltventil bezeichnen.
Es führt keine Steuerbewegung aus, sondern hat, wie schon einmal erwähnt, nur zwei
Endlagen. Für das Hauptventil hat das die Bedeutung, daß dieses zum Schließen nur
die Ventilzone 14Q/30 benutzt und zum Regeln bzw. Abblasen nur die Ventilzone 27/23.
Aber auch letztere wird nicht bis zum Durchsatz Null benutzt. Kurz bevor sich eine
Schleichdurchsatzmenge einstellen möchte, wird auf Schließen 14Q/30 geschaltet.
Jedenfalls kann dadurch der »Schließsitz« 14Q/30 immer dicht gehalten werden, weil
er niemals zum Drosseln benutzt wird.