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Membrangesteuertes Druckminderventil mit einer Vorrichtung zum selbsttätigen
Ausgleich von Druckschwankungen Die Erfindung betrifft ein membrangesteuertes Druckminderventil,
dessen Membran auf der einen Seite mit dem einstellbaren Druck einer Feder, auf
der anderen Seite mit einem von der Durchflußgeschwindigkeit abhängigen, durch eine
Strahlpumpe mit einem inneren Rohr gesteuerten Druck beaufschlagt wird.
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Ein membrangesteuertes Druckminderventil liefert bei geringer Durchflußgeschwindigkeit
im allgemeinen einen konstanten Druck auf der Abflußseite. Wenn jedoch die Durchflußgeschwindigkeit
über einen begrenzten Wert ansteigt, so nimmt die Regelgenauigkeit des Ventils ab.
Es ergibt sich eine Druckströmungskurve, bei der der Druck an der Abflußseite mit
zunehmender Strömungsgeschwindigkeit erst langsam abfällt, die jedoch scharf abfällt,
wenn die Strömungsgeschwindigkeit einen Grenzwert übersteigt.
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Um diesen Nachteil teilweise zu beseitigen, ist es bekannt, eine Strahlpumpe
zur Regelung zu benutzen. Sie wird derart eingesetzt, daß die Membran von einem
abflußseitigen Druck beaufschlagt wird, der in Abhängigkeit von der Durchflußgeschwindigkeit
durch die Strahlpumpe gesteuert wird. Dabei ist die Druckabnahme etwa proportional
dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit im Auslaß, und die Druckströmungskurve
wird dadurch über einen größeren Strömungsbereich verbessert. Wenn jedoch die Strömungsgeschwindigkeit
hohe Werte erreicht, so wird der Geschwindigkeitseinfluß so groß, daß eine Erhöhung
im Druck auf der Abflußseite eintritt, die bei einer weiteren Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit
allmählich aufhört und dann scharf abfällt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Druckminderventil
so zu verbessern, daß sich eine gleichmäßige Steuerwirkung über einen wesentlich
größeren Strömungsbereich erzielen läßt. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß das Mundstück eines Rohres von einem federnden Element umgeben ist, das mit
steigender Durchflußmenge einen größeren Querschnitt für die Strömung freigibt,
so daß die hierbei auftretende Druckabnahme im Rohr vermindert wird.
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Eine Vergrößerung der Querschnittsfiäche mit zunehmender Durchflußmenge
hat zur Folge, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit in der Strahlpumpe viel langsamer
erhöht, als dies bei konstantem Querschnitt der Fall ist. Infolgedessen nimmt der
Druck in der Strahlpumpe mit zunehmender Durchflußmenge weit weniger ab als bei
den bekannten Druckminderventilen, so daß eine gleichmäßige Steuerung des Ausflußdruckes
auch bei relativ hohen Strömungsgeschwindigkeiten aufrechterhalten werden kann.
Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt,
F i g. 2 bis 10 Teilschnitte des Auslaßteiles zur Darstellung verschiedener Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Druckminderventils.
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Wie in F i g. 1 dargestellt, ist ein Gehäuse 11 mit einer Einlaßöffnung
12 und einer Auslaßöffnung 13 versehen. Diese beiden Öffnungen sind durch eine Trennwand
14 getrennt, die einen Einsatz 15 mit einem Sitz 15' aufweist, gegen den ein Verschlußstück
16 durch eine Feder 17 gedrückt wird. Das Verschlußstück 16 ist auf einem Schaft
18 angeordnet, der sich durch den Einsatz 15 hindurch erstreckt, der seinerseits
mit Durchbrüchen 19 versehen ist. Das obere Ende des Schaftes 18 ist mit einem als
Verschlußstück wirkenden Ende 20 versehen, das, mit
einem Sitz
21 eines an der Membran 24 befestigten Teiles 22 zusammenwirkend,
ein Sicherheitsventil mit der Bohrung 23 bildet.
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Die Membran 24 wird mit Hilfe einer Haube 25 befestigt. Sie
wird von einer Regulierfeder 26 belastet, die innerhalb der Haube 25 angeordnet
ist. Der Druck der Regulierfeder 26 wird durch eine Stellschraube 27 gesteuert.
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Die Unterseite der Membran 24 wird von einer Blechplatte 28
abgedeckt, die schalenförmig ist und an ihrem Umfang zusammen mit der Membran 24
durch die Haube 25 festgeklemmt wird. Der Mittelteil der Blechplatte 28 besitzt
eine Öffnung 28', durch die sich der Schaft 18 hindurch erstreckt. Mit Hilfe
eines Dichtringes 30 ist eine Verbindung zwischen der Mittelfläche der Blechplatte
28 und dem Einsatz 15 geschaffen worden, so daß eine Kammer 29 vom strömenden Medium
abgegrenzt ist.
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An der Blechplatte ist das hintere Ende eines Rohres 31 befestigt,
dessen Mundstück 32 innerhalb der Auslaßöffnung 13 angeordnet ist und dort eine
Strahlpumpe bildet. Es ergibt sich damit, daß das strömende Medium, abgesehen von
Leckflüssen, durch das Rohr 31 in die Kammer 29 gelangt.
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Im Auslaß ist ein federndes Element angeordnet, welches das Mundstück
32 des Rohres 31 umgibt, um so eine Durchflußöffnung 35 zu schaffen, die sich in
ihrem Querschnitt der Durchflußmenge anpaßt. Dieses federnde Element weist einen
elastischen Kegelstumpf 33 auf, dessen größeres Ende in seiner Lage am Eingang der
Auslaßöffnung 13 durch einen Haltering 34 befestigt ist. Das kleinere Ende
des Kegelstumpfes umgibt das Mundstück 32 des Rohres 31.
Da der Kegelstumpf
33 aus flexiblem oder federndem Material ist, so kann das kleinere Ende desselben
so ausgedehnt werden, daß es eine größere Querschnittsfläche einnimmt, wenn sich
die Strömung des Mediums durch den Kegelstumpf erhöht. Wenn daher das Medium im
Ventil langsam strömt, so bleibt die Durchflußöffnung 35 klein, und hierdurch ergibt
sich eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit am Mundstück 32 des Rohres 31. Wird jedoch
die Abnahme auf der Abflußseite größer, so verursacht die hierdurch entstehende
Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit eine Ausdehnung des elastischen Kegelstumpfes
33 und damit eine Vergrößerung der Querschnittsfläche der Durchflußöffnung 35. Auf
diese Weise wird die Wirkung der Strahlpumpe bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit
herabgesetzt. Damit kann die Strahlpumpe so gebaut werden, daß sie bei niedrigen
Geschwindigkeiten empfindlicher als die bekannten Vorrichtungen ist, ohne daß damit
die Steuerung bei hohen Geschwindigkeiten gestört wird, und zwar deswegen, weil
bei Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit die Erhöhung der Querschnittsfläche am
kleinen Ende des Kegelstumpfes 33 die Strahlpumpe daran hindert, eine solche Geschwindigkeit
voll wahrzunehmen. Das Ergebnis dieser Wirkung ist ein im wesentlichen lineares
Ansprechen des Druckminderventils auf einen Abflußbedarf auf einem größeren Geschwindigkeitsbereich,
als dies bisher möglich war.
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In den F i g. 2 bis 9 sind Abwandlungen des federnden Elementes dargestellt,
das mit dem Mundstück 32 des Rohres 31 zusammenwirkt. In F i g. 2 wird das
federnde Element durch eine elastische Ringscheibe 36 gebildet, deren normale Lage
in ausgezogenen Linien und deren ausgedehnte Stellung in gestrichelten Linien dargestellt
ist. In F i g. 3 hat das federnde Element die Form eines elastischen Zylinders 37,
der in einem Auslaßeinsatz 38 angeordnet ist, der eine kegelförmige innere Gestalt
aufweist, die eine Ausdehnung des Abflußendes des flexiblen Zylinders 37 gestattet,
wodurch die Durchflußöffnung 35 in der Strahlpumpe vergrößert wird. Die Flexibilität
des Zylinder 37 kann durch Längsschlitze oder Einpressungen vergrößert werden, die
sich vom Auslaßende des Zylinders nach innen zu erstrecken. In F i g. 4 ist das
federnde Element 39 nicht nur kegelstumpfförmig im Längsquerschnitt, sondern es
hat gemäß F i g. 5 auch eine ovale Form 39'.
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In den F i g. 6 und 7 ist das federnde Element aus einer federnd befestigten,
jedoch in sich steifen kegelstumpfförmigen Büchse 40 gebildet, die einen Flansch
41 besitzt, der gegen eine Druckfeder 42 anliegt. Wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit
erhöht, so wird das federnde Element in die gestrichelte Lage bewegt und ergibt
so die gewünschte vergrößerte Durchflußöffnung. In der Variante nach F i g. 8 wird
die Federung durch eine Metallmembran 43 gebildet. In F i g. 9 erfüllt ein Wellrohr
44 die gleiche Aufgabe. In der Variante gemäß F i g. 10 liegt eine Bohrung
31'
im Gehäuse, die die Auslaßöffnung 13 und die Kammer 29 miteinander
verbindet. Statt der schalenförmigen Blechplatte 28 findet hier eine ebene
Blechplatte Verwendung, die an einer Schulter 45 befestigt ist. In dieser
Variante wird das federnde Element durch einen Kegelstumpf 33 gebildet, der bei
Ausdehnung seines kleineren Endes die Geschwindigkeitswirkung auf die Mündung der
Bohrung 32' herabsetzt.
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Da die Geschwindigkeitswirkung der Strahlpumpe bei niedrigen Geschwindigkeiten
gemäß der Erfindung übertrieben erhöht wird, hat der vom Inneren des Einsatzes 15
entlang dem Schaft 18 in die Diaphragmakammer 29 strömende Leckfluß einen günstigen
Einfluß auf die Charakteristik des Druckminderventils. Es ist daher nicht notwendig,
eine sichere Abdichtung am Schaft 18 anzubringen, so daß der Widerstand einer solchen
Abdichtung gegen die Bewegung des Verschlußstückes 16 entfällt. Ein übermäßiger
Druck auf der Abflußseite wird die Membran so lange anheben, bis an dem oberen Ende
des Schaftes 20 vorbei durch die Bohrungen 23 und 46 eine Entlastung erfolgt.