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Die Erfindung betrifft ein pneumatisch gesteuertes Regelventil, das
sich insbesondere für Flüssigkeiten eignet, das mit einer im Ventilgehäuse eingespannten
Membran versehen ist, wobei auf der einen Seite der Membran ein an eine Steuerleitung
angeschlossener Druckraum und auf der anderen Seite ein Abflußraum angeordnet ist.
Diese Ventilbauart soll nach der Erfindung so ausgebildet werden, daß der auf die
Membran wirkende Betätigungsdruck und damit die jeweilige Durchflußmenge bzw. der
gewünschte Durchflußmengenbereich von außen in einfacher Weise stufenlos regelbar
ist. Ferner soll auch eine plötzliche unvorhergesehene Steigerung des Reibungswiderstandes
beweglicher Ventilteile, wie Ventilstift oder Dichtungskörper, durch eine sofort
automatisch wirksam werdende entsprechende Steigerung des Betätigungsdrucks an der
Membran ohne zusätzliche Hilfsluftzufuhr ausgeglichen werden.
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Neben den zahlreichen Membranventilen, bei denen die Änderungen des
Betätigungsdrucks für die Membran über Hilfsventile und gegebenenfalls auswechselbare
Düsen bewirkt werden, ist auch ein Ventil mit einem auf dem Ventilstift sitzenden
Kolben bekanntgeworden, bei dem die durch den Kolben voneinander getrennten Teilzylinderräume
durch eine Bohrung im Kolben verbunden sind, die als eine bei bestimmten Druckverhältnissen
verschließbare Abflußöffnung dienen soll. Des weiteren sind Kolbenventile bekannt,
bei denen der Druckmittelzufluß oder -abfluß durch Drosselschrauben veränderbar
ist.
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Die Erfindung erreicht die anfangs erwähnte Änderung des auf die Membran
wirkenden Betätigungsdrucks und die sich automatisch einstellende Erhöhung dieses
Drucks bei Steigerung des Reibungswiderstandes der beweglichen Ventilteile unter
Vermeidung der Anwendung von für sich gesondert verstellbaren Ventil- und Düsenanordnungen
bzw. Drosselschrauben durch eine Anordnung, bei der eine Verstelldüse und eine hier
in der Membran vorgesehene Druckraum und Abflußraum verbindende Bohrung und die
Membran selbst im Zusammenspiel die Regelung des Betätigungsdrucks bewirken. Die
Bohrung ist dabei in der Membran selbst und die Düse axial verstellbar im Abstand
über der Membran angeordnet. Demzufolge baut sich in Abhängigkeit vom Steuerdruck
im Druckraum über die Bohrung ein entsprechender geringerer Druck im Abflußraum
auf, und die Druckdifferenz stellt den die Regeldurchflußmenge bestimmenden Betätigungsdruck
für die Membran dar. Durch die Anordnung der Verstelldüse im Abflußraum im Abstand
zur Membranoberfläche wird der Auslaßquerschnitt für den Abflußraum durch den Abstand
zwischen Düsenstirnfläche und Membranoberfläche bestimmt, womit sich durch Veränderung
dieses Abstandes durch die Axialverstellbarkeit der Düse eine in bestimmten Grenzen
stufenlose Regelungsmöglichkeit des Drucks im Abflußraum und damit auch der Druckdifferenz
zum Druckraum und infolgedessen des Betätigungsdrucks ergibt. Neben dieser Regelung
des Ventilhubs durch i Verstellung der Düse ergibt sich eine Steigerung des auf
die Membran wirkenden Betätigungsdrucks automatisch immer dann, wenn am Ventilstift
plötzlich eine Steigerung der Reibungsverluste wirksam wird. In einem solchen Fall
verharren nämlich der Ventilstift bzw. die Membran zunächst in ihrer jeweiligen
Stellung, in der sich der, wie oben erläutert, aus dem Steuerdruck, dem Gegendruck
und dem infolge der Membrandurchbiegung sich verringernde Abstand zwischen Düsenstirn
und Membranoberfläche sich ergebende Gleichgewichtszustand nicht einstellt. Die
Folge davon ist eine verhältnismäßig starke Verringerung des Drucks im Abflußraum
und eine entsprechende Vergrößerung des Differenzdrucks. Dieser Zuwachs an Differenzdruck
führt zu einer Überwindung des aufgetretenen zusätzlichen Reibungswiderstandes,
ohne daß es dazu irgendwelcher besonderer Steuermaßnahmen, beispielsweise der Zufuhr
zusätzlicher Steuerluft von außen her, bedürfte.
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Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder. Sie
zeigt in F i g. 1 das Ventil im Axialschnitt, F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i
g. 1 in vergrößertem Maßstab, F i g. 3 die Draufsicht auf F i g. 1.
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Die beiden in bekannter Weise tellerförmig ausgebildeten Teile 11
a und 11 b des Ventilgehäuses sind durch Schrauben zusammengehalten
und durch einen Gummiring 16 gegeneinander abgedichtet. Der untere Teil 11 b ist
auf einen Gewindestutzen 12 des Ventilblocks 2 aufgeschraubt, der das Kugelventil
3 für die durch Rohrleitung 1 in den Block eingeführte und durch Rohrleitung 4 abgeführte
zu regelnde Flüssigkeit aufnimmt. In den Ventilblock 2 ist der Ventilstift 6 eingeführt,
der einerseits das Kugelventil 3 beaufschlagt und andererseits von der Unterseite
der Membran 7 beaufschlagt wird, die auf den elastischen Ringen 8 und 8 a in dem
durch die Gehäuseteile 11a und 11b gebildeten Raum ruht. Dieser Raum
wird durch die Membran in die oberhalb und unterhalb der beiden Membranflächen gelegenen
Räume 15 und 21 aufgeteilt. Der Raum 15 ist im Bereich des Ventilstößels 6 gegen
das Regelflüssigkeitsventil 3 durch eine Stopfbüchse 17 für den Ventilstift 6 abgedichtet,
die Stopfbüchsenreibung wird durch eine auf den Stift wirkende Schraubenfeder 18
ausgeglichen. Die Schließlage des Ventilstiftes 6 in Verbindung mit dem Kugelventil
3 und der Ventilfläche 5 läßt sich durch Drehen des unteren Ventilgehäuseteiles
11 b auf dem Gewindestutzen 12 einstellen und mittels der Kontermutter
13 festlegen. In den Druckraum 15 wird über Leitungen 14 die Steuerdruckluft
eingeführt, die über die drosselnde Bohrung 20 in den oberhalb der Membran gelegenen
Abflußraum 21 und von dort durch die Düse 22 wieder aus dem Ventilgehäuse heraustritt.
Das eigentliche Düsenrohr 22 ist, wie F i g. 2 zeigt, in eine im oberen Gehäuseteil
11a eingeschraubte Stellbuchse 23 schraubverstellbar eingesetzt und gegen die Buchse
durch einen elastischen Ring 24 abgedichtet.
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Wie ersichtlich, bewirkt die durch die Bohrung 20 mit dem Durchströmquerschnitt
F1 vom Druckraum 15 in den Abflußraum 21 strömende Luft das Entstehen eines geringeren
Gegendrucks P2 im Abflußraum 21 und die Differenz zwischen beiden Drücken ein Ausbiegen
der Membran 7 in Richtung auf den Eingang der Düse 22 auf deren Ausgang der atmosphärische
Druck P3 wirkt. Der Durchmesser des Einganges der Düse 22 und der Abstand H des
Düseneinganges von der Membranoberfläche bestimmen dabei den Durchgangsquerschnitt
F2 der aus dem Auslaßraum 21 in das Freie tretenden Druckluft.
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Angenommen, der Abstand H ist relativ groß, dann ist F2 ebenfalls
groß gegenüber F1. Daraus folgt, daß P2 im wesentlichen gleich P3, d. h. dem atmosphärischen
Druck ist. In diesem Fall wirkt praktisch der
gesamte Druck P1 als
die Membran bewegender Differentialdruck d P.
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Ist andererseits H sehr klein, wodurch F2 gegen Null tendiert, dann
wird P., gleich Pp wodurch d P sich Null nähert und damit das Ventil mit Null belastet.
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Aus dieser Betrachtung ergibt sich, daß durch Veränderung des Abstandes
H, d. h. durch Auf- oder Abwärtsschrauben der Düse 22 der effektive Betätigungsdruck
für die Membran d P und damit der Ventilhub in dem jeweiligen Bereich stufenlos
regelbar ist.
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Das Verhältnis zwischen H und P1 läßt sich durch die Gleichung
erläutern, wenn d den Durchmesser des Querschnitts F, bezeichnet.
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Obwohl der Abstand H beim maximalen Ventilhub die Größe d P oder P1
- P2 bestimmt, zeigt sich hierbei, daß diese Anordnung die Genauigkeit der Lageeinstellung
des Ventilstiftes 6 steuert. Zwischen dem Bereich der Ventilschließlage Hl und der
vollen Hublage H2 existiert stets ein definiertes Verhältnis zwischen P1 und P2.
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Sobald dieses Verhältnis durch äußere Faktoren verzerrt wird, wie
beispielsweise durch Reibung des Ventilstiftes, unterscheidet sich der entstehende
Auslaßdruck P2 von dem Druck, der bei einem frei und normal beweglichen Ventil gemessen
wird. Es sei angenommen, daß unter normalen Bedingungen Nullventilhub bei einem
Eingangsdruck P1 von 18 psia ein Auslaßdruck P., von 14,9 psia auftritt, der Abstand
H1 = 0,014"- ausmacht. Bei einem Ventilhub von 0,010" reduziert sich der Abstand
auf H2 gleich 0,004", wodurch ein Druck P, von 23 psia für einen Ausgangsdruck P1
von nunmehr 30 psia erzeugt wird. Daher liegt der normale Betätigungsdruck d p für
die Membran zwischen 3,1 und 7 psi entsprechend einem Ventilhub von 0 bis 0,010".
Für den Fall, daß sich nun aus irgendeinem Grund der Stift nicht aufwärts bewegen
kann, d. h., die Membran im Nullhub oder in der Lage Hl = 0,014" verharrt, dann
reduziert sich 12 von 23 psia auf 15,5 psia bei einem Ausgangsdruck P1 von 30 psia.
Dies bedeutet, daß auf die Membran 7 ein d p von 14,5 psi wirkt. An Stelle von 7
psi bei dem maximalen Ausgangsdruck P1 oder der doppelte normale Betriebsdruck,
für die überwindung des Widerstandes gegen die Ventilbewegung.