CH341132A - Druckregler - Google Patents

Description

  Druckregler    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen  Druckregler für gasförmige Medien, dessen Körper  einen sich zwischen einem Einlass und einem     Auslass     erstreckenden Kanal enthält, in dem ein Steuer  organ angeordnet ist, das sich aus einer den Kanal  abschliessenden in eine den Kanal freigebende Stellung  verschieben lässt.  



  Der erfindungsgemässe Druckregler ist gekenn  zeichnet durch eine erste Vorrichtung zum Ausgleich  des Druckes beidseits des Steuerorgans, durch eine  zweite Vorrichtung, die eine Kammer umfasst, deren  biegsame Wand das Steuerorgan zwecks Veränderung  des     Durchflusses    des gasförmigen Mediums vom Ein  lass zum     Auslass    beeinflusst, und eine dritte Vorrich  tung mit einem federbelasteten Steuerventil, welche  die genannte Kammer über im Körper angeordnete  Kanäle mit dem Einlass verbindet, wenn der Druck  in der Kammer unter einen vorgegebenen konstanten  Wert absinkt.  



  Die beiliegende Zeichnung zeigt ein Ausführungs  beispiel des Erfindungsgegenstandes.  



  Der in der Zeichnung dargestellte Regler weist den       Reglerkörper    10 mit einem Kanal 12 auf. Der Kanal  12 erstreckt sich zwischen einem Einlass 14 und einem       Auslass    16, welcher mit einer Leitung für ein kom  primiertes, gasförmiges Medium verbunden wird. Ein  Steuerorgan in Form eines Ventilkörpers 18 im Kanal  12 kann den Kanal öffnen und schliessen und den       Durchfluss    des durch den Kanal fliessenden gasförmi  gen Mediums, dessen Druck zu     regeln    ist, steuern. Der  Ventilkörper 18     ruht    in der dargestellten Stellung auf  einem Ventilsitz 20, welcher im Kanal abnehmbar  angeordnet ist.

   Eine     Prallplatte    22 im Körper 10  schliesst den Kanal 12, der durch den Körper 10 hin  durchgeht nach oben ab. Ein Filter 24 ist in dem  Kanal 12 derart angeordnet, dass das durch den       Eimass    14 eintretende Medium filtriert wird. Der    dargestellte Druckregler ist besonders für selbsttätige       Steuerungen    geeignet, in denen ein konstanter Druck  aufrechterhalten werden muss, und wird beispielsweise  in automatischen Schweissmaschinen verwendet, in  denen die durch Druckluft bewegten Greifer für die  zu verschweissenden Werkstücke sich über eine be  trächtliche Strecke bewegen, und in denen die Werk  stücke mit einem bestimmten, für ein gleichmässiges  Schweissen erforderlichen Druck     aneinandergepresst     werden müssen.  



  Der Ventilkörper 18 hat eine Stirnfläche 26 aus  weichem Material zum Abschliessen des Kanals 12, die  gegen den Ventilsitz 20     angepresst    werden     kann.    Diese  Stirnfläche 26 kann aus einem     gummiähnlichen    Ma  terial, z. B.     Neopren,    bestehen. Die Stirnfläche 26  ist aber für andere Arbeitsbedingungen leicht aus  wechselbar. Die Verlängerung 28 unterhalb des       Ventilkörpers    18 erstreckt sich in eine     Ausneh-          mung    30 eines abnehmbaren Stöpsels 32. Eine Feder  34 in der     Ausnehmung    30 belastet den Ventilkörper  18 in Richtung seiner Schliesslage.

   Ein Kanal 36, der  sich durch das Ventil hindurch erstreckt, verbindet  die     Ausnehmung    30 und die     Auslassseite    des Ventils  über einen Querkanal 38 auf der     Auslassseite    des  Ventils. Die Verlängerung 28 ist in der     Ausneh-          mung    30 durch eine Ringdichtung 40 abgedichtet.  Die abgedichtete     Ausnehmung    und der Verbindungs  kanal dienen dazu, die Druckkräfte längs zum Ventil,  das heisst beidseits desselben selbst auszugleichen.

    Durch     Änderung    der wirksamen Flächen, welche  unter dem Einfluss der Primär- und Sekundärdrücke  längs zum Ventil stehen, kann die     Arbeitscharak-          teristik    des Ventils wesentlich geändert werden. Zum  Beispiel durch Vergrösserung der Fläche 42 unterhalb  des Ventilsitzes (in     Wirklichkeit    wird der Durch  messer der     Verlängerung    28 zur     Vergrösserung    dieser  wirksamen Fläche vermindert) sind grosse von oben      wirkende Kräfte zur einleitenden Betätigung des  Ventils notwendig, die eine bestimmte     Arbeitscharak-          teristik    ergeben.

   Ebenso sind durch Verminderung  der Fläche 42, was durch Auswechseln der Teile  28, 32 erfolgen kann (Vergrösserung des Durchmes  sers der Verlängerung 28) sehr geringe Kräfte not  wendig, um einleitend das Ventil zu betätigen, und  somit wird die Arbeitscharakteristik im wesentlichen  anders sein, als wenn die Fläche 42 grösser ist. Das  Ventil ist im wesentlichen dann ausgeglichen, wenn  die wirksame, unter Druck stehende Fläche auf der       Auslassseite    des Ventils der wirksamen unter Druck  stehenden Fläche unter der Verlängerung 28 gleicht.  In diesem     ausgeglichenen    Zustand haben     Änderungen     des Eingangsdruckes keinen Einfluss auf das     Öffnen     oder Schliessen des Ventils.

   In Wirklichkeit ist das  Ventil etwas unausgeglichen, so dass sehr geringe  Kräfte auf der     Einlassdruckseite    das Ventil bei keinem       Fliesszustand    schliessen, und nur sehr geringe Kräfte  sind erforderlich, um einleitend das Ventil zu be  tätigen.  



  Eine obere     _    Verlängerung 44 erstreckt sich über  den Ventilkörper 18 hinaus durch die     Prallplatte    22  hindurch. Die Verlängerung 44 ist durch eine kleine  Membran 46 gegenüber der     Prallplatte    22 abgedich  tet. Eine Kugel 48 ist im obern Ende der Verlänge  rung 44 befestigt. Eine biegsame Membran 50 dichtet  den Ventilmechanismus im Bereich des Kanals 12 ab.  Die Membran 50 ist durch einen ringförmigen Ab  standhalter 52 von der     Prallplatte    22 getrennt.

   Da  durch entsteht die Kammer     II.    Die Kammer     II    ist die  Steuerkammer, da der Unterschied der auf die Mem  bran 50 wirkenden Kräfte das Arbeiten des Ventil  körpers 18     bestimmt.    Eine zweite biegsame Mem  bran 54 ist durch den Abstandhalter 56 in Abstand  von der Membran 50 befestigt. Dadurch entsteht  die Kammer     11I.    Die biegsamen Membranen wer  den in der Mitte durch einen Einsatz 58 in Abstand  voneinander gehalten. Durch den Kanal 60     in    der  Wand des Abstandhalters 56 steht die Kammer     III     zwischen den beiden biegsamen Membranen mit der  Aussenluft in Verbindung.

   Da die biegsamen Mem  brane Wände zwischen zwei Kammern mit einem  im wesentlichen verschiedenen Druck bilden, haben  sie eine Rückplatte zur Verhinderung einer über  mässigen Ausdehnung in die benachbarte Kammer von  niedrigerem Druck. Die Membran 50 ist mit einer       Unterlagplatte    51 und die Membran 54 mit einer       Unterlagplatte    55 versehen. Ein Kanal 62 befindet  sich zwischen der Kammer     II    und der Kammer     III.     Er geht durch die Membran 50 hindurch. Er ist nor  malerweise durch die Kugel 48 am Ende der Verlän  gerung 44 geschlossen.

   Ein kleiner Kanal 64 bildet  eine     By-passleitung,    so dass eine geringe Menge gas  förmigen Mediums kontinuierlich aus der Kammer Il  in die Kammer     III    und von dort über den Kanal 60  zur Aussenluft fliessen kann.  



  Ein Rohr 21, welches durch die     Prallplatte    22       hindurchgeht,    verbindet die Kammer     1I    mit dem Aus  lass 16. Das Rohr erstreckt sich ein kurzes Stück in den         Auslass    16 hinein, so dass das durch den     Auslass    hin  durchfliessende gasförmige Medium einen niedrigeren  Druck in der Kammer     II    infolge der     Venturi-Wirkung          herstellt.    Wird der     Durchfluss    des gasförmigen Me  diums durch den     Auslass    16 höher, so nimmt der  Druckabfall zwischen der Kammer I und der Kam  mer     II    ab.

   Dadurch erhält man eine grössere Ab  lenkung der Membran 50 nach unten. Das Ventil  wird dadurch mehr geöffnet. Infolgedessen erhöht  sich die Kapazität des Reglers, das heisst die Durch  flussmenge des gasförmigen Mediums.  



  Ein Kanal 70 erstreckt sich vom Einlass 14 nach  oben zu einem Einsatzstück 71 mit einem Kanal 72.  Das Einsatzstück 71 bildet einen gasdichten Kanal  durch die Abstandsringe und Membranen hindurch.  



  Das Einsatzstück 71 ist gegen die Abstandsringe  oben durch eine Ringdichtung 74 und unten durch  ,eine Ringdichtung 73 abgedichtet. Der Kanal 72  führt über einen schrägen Kanal 76 und eine Reihe  von Kanälen 78 mit abnehmendem Durchmesser zu  einem federbelasteten Steuerventil. Ein Stöpsel 79 ist  am Aussenende der Kanäle 78 für Reinigungszwecke,       Messzwecke    usw. vorgesehen. Das federbelastete  Steuerventil besteht aus einer Kugel 85, die auf einem  Sitz 84 eines Einsatzes 82 ruht. Eine Feder 80 presst  die Kugel gegen ihren Sitz 84 und gegen einen  Stössel 86. Das obere Ende des Stössels 86 ruht an  einem Einsatzstück 88 einer Membran 87.

   Das     Mem-          braneinsatzstück    88 hat einen Kanal 90, der nor  malerweise durch das obere Ende des Stössels 86 ge  schlossen ist. Eine Feder 92 ruht auf ihrem Teller  91, der mit der Membran 87 verbunden ist. Die auf  die Membran einwirkende Federkraft wird durch eine  Einstellschraube 94, gegen welche das obere Ende der  Feder 92 sich stützt, eingestellt. Ein Kanal 81 ver  bindet das Kugelventil mit der Kammer IV. Ein  kleiner Kanal 83 verbindet die Steuerkammer des  Steuerventils unter der Membran 87 gleichfalls mit  der Kammer IV.

   Durch eine kleine Öffnung 93 im       Membraneinsatzstück    88 und eine Bohrung 95 kann  eine kleine Menge gasförmigen Mediums dauernd aus  der Steuerkammer (unter der Membran 87)     aus-          puffen.    Das Steuerventil arbeitet also infolge dieser  konstanten Auspuffmenge bei einem sehr geringen,  konstanten Fluss.  



  Das Kugelventil 85 steht mit dem federbelasteten  Steuerventil (86 bis 90) zur Steuerung des über  mässigen Druckes des durch das federbelastete Steuer  ventil hindurchtretenden Mediums in Verbindung;  die Membrane 87 und das Kugelventil 85 sind so ver  bunden, dass der übermässige Druck des durch das  federbelastete Steuerventil hindurchtretenden Me  diums gesteuert wird.  



  Das Steuerventil steuert genau den Druck in der  Kammer IV und infolgedessen auch die auf die Mem  bran 54 einwirkende Kraft. Die konstante Auspuff  menge lässt die Kugel 85 nur augenblicklich auf ihren  Sitz 84 aufruhen. In andern Worten, die Kugel ist  während des Betriebes in konstanter Bewegung. Die  ses konstante Hin- und     Herhetzen    der Kugel 85 lässt      eine grössere Genauigkeit für die Herstellung des ge  wünschten Druckes in der Kammer IV zu. Der Kanal  90 dient zur Aufhebung plötzlicher, grosser, nach  rückwärts wirkender Druckstösse. Kleinere, nach  rückwärts wirkende Druckstösse werden durch die  konstante Auspuffmenge aufgehoben.  



  Das federbelastete Steuerventil 80, 84, 85 arbeitet  mit sehr geringen Fliessgeschwindigkeiten und steuert  die Drücke in der Kammer IV, um indirekt den Fluss  des gasförmigen Mediums bei einem grossen Bereich  von Geschwindigkeiten durch den Regler hindurch  zusteuern. Sowohl das Steuerventil, als auch der  übrige Teil des Reglers haben eine konstante Auspuff  steuerung, so dass dieser übrige Teil auf sehr geringe  Änderungen anspricht und das gasförmige Medium  mit dem gewünschten Druck zuführt. Würde ein  Regler nicht die konstante Auspuffsteuerung besitzen,  so würde das Ventil eine beträchtliche Zeit auf seinem  Sitz ruhen. Wegen der Verzerrung des Sitzes und  der Kohäsion zwischen Sitz und Ventil ist dann zur  Öffnung des Ventils ein grösserer Anfangsdruck als  der Arbeitsdruck notwendig. Man erhält dann einen  plötzlichen Druckabfall beim Öffnen des Ventils.

   Der  konstante Auspuff verhindert dies. Er ist die Ur  sache für eine sanfte und genaue Steuerung von der  Öffnung des Ventils bis zu grossen Fliessgeschwindig  keiten.  



  Das Steuerventil sorgt für einen konstanten Druck  in der Kammer IV bei ,irgendeiner Ausdehnung der  Membran 54. Man hat eine gleichförmige Kraft,  welche auf den Ventilkörper 18 über die ganzen  Fliess- und Druckbereiche des Reglers einwirkt. Der  Regler lässt also bei einem bestimmten Druck einen  grossen Bereich von Fliessgeschwindigkeit hindurch.  Der Regler arbeitet über einen grossen Bereich von  Drücken.  



  Der dargestellte Druckregler funktioniert wie  folgt:  Der Eingangsdruck des zu regelnden Gases wird  vom Einlass 14 über die Kanäle 70, 72, 76 und 78  auf die Kugel 85 übertragen. Die Feder 92 wirkt über  den Stössel 86 auf diese Kugel 85. Da das durch  die Kugel 85 und den Sitz 84 gebildete Steuerventil  gegenüber einem geschlossenen Raum (Kammer IV)  wirksam ist, das heisst entgegen dem Druck in diesem  Raum arbeitet, ist seine Arbeitsweise besonders genau.  Die Kugel 85 geht hin und her, dank der Auspuff  öffnung 93 konstantem Querschnittes. Sinkt der  Druck in dem unter der Membrane 87 liegenden  Raum infolge des stetigen     Austretens    von Luft durch  die Öffnung 93, so drückt die Feder 92 die Mem  brane 87 mit dem Stössel 86 nach unten und hebt  dabei die Kugel 85 von ihrem Sitz ab.

   Nun kann  Medium aus dem Kanal 78 in den genannten Raum  einströmen, der Druck in diesem Raum erhöht sich,  Stössel 86 bewegt sich nach oben, und die Kugel 85  legt sich wieder gegen ihren Sitz. Bei erneutem Druck  abfall wiederholt sich diese Hin- und     Herbewegung     der Kugel 85. Wenn infolge einer Druckerhöhung  in der mit dem     Auslass    in Verbindung stehenden Kam-         mer        II    der Druck in der Kammer     III    in bezug auf  den Druck in der Kammer IV     zunimmt,    wird sich  die Membrane 54 nach oben ausdehnen, wodurch das  Volumen der Kammer IV     abnimmt    und der Druck  in dieser Kammer IV zunimmt.

   Der Druck auf die  Membran 87 nimmt aber auch zu, da sich der erhöhte  Druck in der Kammer IV durch den Kanal 83 fort  pflanzt, so dass der Kanal 90 geöffnet und der Druck  in der Kammer IV gesenkt wird. Damit wird er  reicht, dass der Druck in der Kammer IV praktisch  unabhängig von ihrem Volumen oder von den Druck  schwankungen im     Einlass    14, konstant bleibt. Somit  wird auch der auf den     Ventilkörper    18 wirkende  Druck konstant, unabhängig davon, ob dieser Ventil  körper 18 mit seinem Ventilsitz 20 im Kontakt steht  oder nicht. Ein Überdruck in der Kammer     II    wird  dadurch ausgeglichen, dass das Gas über die Kanäle  64, 62 in die Kammer     III    und von dort durch den  Kanal 60 in die freie Luft gelangen kann.

   Dadurch  wird ein genau konstanter     Druck    des durch den       Auslass    16 fliessenden Gases erhalten. Fällt der  Druck im     Auslass    16 und damit in der Kammer     1I     unter den Sollwert, so bewegen sich die Membranen  50, 54 nach unten und drücken über die Teile 58, 48,  44 den Ventilkörper 18 nach unten, wodurch der       Durchflussquerschnitt    von Einlass 14 zum     Auslass    16  vergrössert und dadurch eine Druckerhöhung im       Auslass    16 erzielt wird.

   Wenn der Druck im     Auslass     16 über den Sollwert steigt, werden infolge einer  Drucksteigerung in der über das Rohr mit dem Aus  lass in Verbindung stehenden Kammer     1I    alle Mem  branen nach oben bewegt und dadurch die Kanäle  62 und 90 geöffnet. Die auf den Ventilkörper 18  nach abwärts wirkende Kraft wird dadurch geringer,  und dieser bewegt sich nach oben und verkleinert den       Durchflussquerschnitt    zwischen Einlass 14 und     Auslass     16, wodurch der     Druck    im     Auslass    16 wieder ab  sinkt.

   Wenn der Druck im     Auslass    16 unter den  Sollwert sinkt, dann bewegen sich die Membranen  nach unten, wodurch sich 18 nach abwärts bewegt,  wodurch der     Durchflussquerschnitt    vergrössert wird  und der Druck im     Auslass    16 ansteigt. Der Druck im       Auslass    16 bleibt somit praktisch konstant, während  der Druck im Einlass 14 so lange beliebig veränder  lich sein     kann,    als er nicht unter den gewünschten  Druck im     Auslass    16     fällt.     



  Das Steuerventil 80, 84, 85 verbindet die Kam  mer IV über die Kanäle 70, 72, 76, 78 mit dem  Einlass 14, wenn der Druck in der Kammer IV unter  einem vorgegebenen konstanten Wert absinkt. Hier  bei bewegt sich der Stössel 86 unter Einfluss der Feder  92 nach unten und entfernt dadurch die Kugel 85 von  ihrem Sitz 84.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Druckregler für gasförmige Medien, dessen Kör per einen sich zwischen einem Einlass und einem Aus lass erstreckenden Kanal enthält, in dem ein Steuer organ angeordnet ist, das sich aus einer den Kanal abschliessenden, in eine den Kanal freigebende Stel- lung verschieben lässt, gekennzeichnet durch eine erste Vorrichtung (28 bis 42) zum Ausgleich des Druckes beidseits des Steuerorgans (18), durch eine zweite Vorrichtung (44 bis 64), die eine Kammer (IV) umfasst, deren biegsame Wand (54) das Steuer organ (18) zwecks Veränderung des Durchflusses des gasförmigen Mediums vom Einlass (14) zum Auslass (16) beeinflusst, und eine dritte Vorrichtung (80 bis 90)

   mit einem federbelasteten Steuerventil (80, 84, 85), welche die genannte Kammer (IV) über im Körper (10) angeordnete Kanäle (70, 72, 76, 78) mit dem Einlass (14) verbindet, wenn der Druck in der Kammer (IV) unter einen vorgegebenen kon stanten Wert absinkt. UNTERANSPRÜCHE 1. Druckregler nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (44 bis 64) mehrere Kammern (II bis IV) mit zwischengelegten biegsamen Wänden (50, 54) zur Betätigung des als Ventilkörper ausgebildeten Steuerorgans (18) auf weist.

   2. Druckregler nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (1I) mit dem Auslass (16) verbunden ist, so, dass das aus dem Auslass (16) strömende gas förmige Medium den Druck in der zweiten Kammer (1I) senkt, die dritte Kammer (III) zur Aussenluft offen und von der zweiten Kammer (II) durch die zweite biegsame Wand (50) getrennt ist, während die erste biegsame Wand (54) die erste Kammer (IV) von der dritten Kammer (11I)

   trennt und die bieg samen Wände (54, 50) durch einen Einsatz (58) mit einander verbunden sind, so dass sie sich zusammen bewegen, die zweite biegsame Wand (50) mit dem Ventilkörper (18) über eine Verlängerung (44) ver bunden ist, welche mit einem Sicherheitsventil (48, 62) zur Verminderung des übermässigen Druckes vom Auslass (16) zur dritten Kammer (11I) in Verbindung steht, und die genannte dritte Vorrichtung (80-90) ein Kugelventil (85) aufweist, welches mit dem feder belasteten Steuerventil (86 bis 90) zur Steuerung des übermässigen Druckes des durch das federbelastete Steuerventil (86-90) hindurchgehenden Mediums in Verbindung steht. 3.

   Druckregler nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (18) auf der gegenüberliegenden Seite der Verlängerung (44) eine weitere Verlängerung (28) aufweist, die durch eine Dichtung (40) gegen den Reglerkörper (10) zur Bil dung einer Kammer (30) unterhalb der Verlängerung (28) abgedichtet ist, in welcher eine Feder (34) den Ventilkörper (18) in Richtung zu seiner Schliesslage presst, während ein Kanal (36, 38) in der Verlänge rung (28) und dem Ventilkörper (18) die Kammer (30) mit der Auslassseite des Reglers verbindet. 4.

   Druckregler nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hilfskanal (64) um das Sicherheitsventil (48,62) herum gasförmiges Medium vom Auslass (16) auspuffen lässt, und das Kugel ventil (85) mit einer Membran (87) unterhalb des federbelasteten Steuerventils (86 bis 90) verbunden ist, welches mit der Membran (87) und dem Kugel ventil (85) so verbunden ist, dass der übermässige Druck des durch das federbelastete Steuerventil flie ssenden Mediums gesteuert wird. 5. Druckregler nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal (83) die erste Kammer (IV) und die Membran (87) zur Zuführung von Steuerdruck zur Membran miteinander verbindet. 6.

   Druckregler nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlängerungsstück (44) am Ventilkörper (18) gegenüber einer Prallwand (22) abgedichtet ist und durch sie hindurchgeht, welche die zweite Kammer (1I) vom Kanal (12) trennt, das Verlängerungsstück (44) normalerweise über die Ku gel (48) einen Kanal (62) des Sicherheitsventils (48, 62) abdichtet, während ein Rohr (21) sich durch die Prallwand (22) hindurch in den Auslass (16) er streckt, wodurch das am freien Ende des Rohres (21) vorbeiströmende, abgehende gasförmige Medium eine Venturi-Wirkung zum Senken des Druckes in der zweiten Kammer (1I) erzeugt.