DE3534393A1 - Sich automatisch einstellendes reduzierventil - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil zum Regeln des Druckes eines Fluidums. Mehr insbesondere betrifft die Erfindung ein Reduzierventil zum Reduzieren des Druckes eines Fluidums an der primären Seite desselben zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes an der sekundären Seite desselben.

Ein Druckregelventil ist im allgemeinen vom Typ, bei dem ein Hauptventil direkt durch die Verschiebungen eines Diaphragmas gesteuert wird, oder bei dem ein Hauptventil, wie ein Kolbenventil indirekt durch ein Steuerventil befehligt wird. . '

Der sekundäre Druck eines Fluidums wirkt an einer Seite des Diaphragmas und die Federkraft einer Druckeinstellfeder an der anderen Seite desselben. Wenn es irgendeine Unwucht zwischen den zwei Kräften gibt, wird das Diaphragma verschoben, wodurch ein Ventilorgan eine Menge gesteuert durch das Ventil strömen lässt zur Aufrechterhaltung des sekundären Fluidumdruckes, welcher der Federkraft der Feder entspricht.

Eine Einstellschraube, die mittels Schraubengewinde mit einem Ventilgehäuse verbunden ist, wird zum Einstellen eines gewünschten sekundären Fluidumdruckes angewendet. Die Schraube wird zum Einstellen der Federkraft der Druckeinstellfeder von Hand gedreht, bis ein Druckmesser den verlangten Druck angibt. Die Konstruktion ist sehr unerwünscht, wem der Einstelldruck oft geändert wird. Fernbedienung oder automatische Steuerung ist nicht möglich.

Ein automatisches Steuerventil ist daher bekannt.

Gemäss dem Arbeitsprinzip eines automatischen Steuerventils, wird der zu regelnde Wert bestimmt und mit einem Sollwert verglichen, und das Resultat oder eine Instruktion, basiert auf irgendeinem Unterschied dazwischen, zu einem Signal zum Regeln des Ventilbetätigungsorgans, wie eines Elektromotors oder eines Fluidumantriebs verarbeitet.

Wenn es sich um ein Reduzierventil handelt, wird der sekundäre Druck durch einen Druckmessfühler bestimmt und verglichen mit dem Sollwert,

der über einen Einstellmechanismus eingeführt wird und das Resultat des Vergleichs wird zu einem Signal verarbeitet, das ein Betätigungsorgan, wie einen Elektromotor, eine proportionale oder differentiale/ integrale Steuerhandlung durchführen lässt.

Dieses Ventil erleichtert daher die Änderung des Sollwertes und ermöglicht Fernbedienung oder automatische Steuerung.

Das automatische Steuerventil ist jedoch teuer, und zwar dadurch, dass ein Betätigungsorgan mit einer grossen Leistung und ein Steuerorgan für die komplizierte Signalverarbeitung erforderlich sind, um das Ventilorgan direkt, genau und Schnell in Betrieb zu setzen.

Die Reaktion ist träger als bei einem mit einem Diaphragma versehenen Reduzierventil. Dies weil das Betätigungsorgan nicht direkt mit dem Signalverarbeiter verbunden ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Verschaffung eines Reduzierventils das ein Betätigungsorgan mit geringer Leistung aufweist und mit dem doch die Druckeinstellung leicht geändert werden kann und auch Fernbedienung und automatische Steuerung möglich sind.

Gemäss der Erfindung wird dieser Zweck erreicht mit einem Reduzierventil, umfassend ein Diaphragma, eine Druckeinsteilfeder, Mittel zum Einstellen der Federkraft der Feder und ein Betätigungsorgan zum Regeln der Einstellmittel, wobei das Betätigungsorgan in Gang gesetzt wird, wenn ein bestimmter Unterschied zwischen dem Druck des Fluidums an der sekundären Seite des Ventils und dem Sollwert für einen eingestellten Druck grosser als eine Standard-Differenz ist, während dieses ausser Betrieb gesetzt wird, wenn die bestimmte Differenz nahezu null ist.

Das Ventil arbeitet wie folgt:

Ein gewünschtes Solldruck-Niveau wird durch ein Einstellorgan eingestellt.

Ein sekundärer Fluidumdruck wird durch einen Druckmessfühler kontinuierlich oder in regelmässigen Zwischenräumen bestimmt. Eine Differenz zwischen dem sekundären Fluidumdruck und dem Solldruck wird bestimmt und mittels einer vergleichenden Regeleinrichtung mit einer Standard-Differenz verglichen. Wenn die bestimmte Differenz grosser als die Standard-Differenz ist, wird ein Signal nach einer Schalteinheit oder Treiberstufe geführt zum In-Gang-Setzen des Betätigungsmittels, so dass die bestimmte Differenz auf Null zurückgeführt werden kann.

Das Betätigungsorgan wird durch die Antriebsmittel befehligt, das Federkrafteinstellmittel, wie eine bekannte Einstelschraube, in Drehen zu versetzen, und zwar in einer von beiden Richtungen zum Einstellen der Federkraft der Druckeinstellfeder. Die auftretende Verschiebung des Diaphragmas betätigt das Ventilorgan zum Vergrössern oder Vermindern des Fluidumstromes durch das Ventil und so zum Erhöhen oder Herabsetzen des sekundären Fluidumdruckes.

Der sekundäre Fluidumdruck wird durch den Druckmessfühler bestimmt und der vergleichenden Regelvorrichtung zugeführt.

Wennn die bestimmte Differenz nahezu auf null zurückgeführt worden ist, wird dem Antrieb ein Haltsignal zugeführt, um das Betätigungsorgan ausser Betrieb zu setzen.

Das Reduzierventil mit Diaphragma arbeitet in bekannter Weise.

Solange der sekundäre Fluidumdruck innerhalb der Standard-Differenz liegt, arbeitet das Betätigungsorgan nicht, aber die mechanische Wirkung des Diaphragmas erreicht eine Herabsetzung des Fluidumdruckes. Wenn dieser von der Standard-Differenz abweicht, wird die Betätigungsvorrichtung in Gang gesetzt, um die Federkraft der Druckeinstellfeder wie oben beschrieben einzustellen.

Gemäss der Erfindung kann der eingestellte Druck leicht geändert werden, und ist nicht nur Fernbedienung, sondern auch eine automatische Betätigung möglich, wenn die zu regelnde Menge bestimmt und als Sollwert eingeführt ist.

Die Anwendung eines Betätigungsmittels mit einer kleinen Leistung genügt, weil dieses zum Regeln der Mittel zum Einstellen der Federkraft der Feder dient und nicht das Ventil selbst schnell zu betätigen braucht. Das Ventilorgan reagiert schnell auf die mechanische Wirkung des Diaphragmas in bekannten Weisen.

Die Erfindung ergibt eine Anzahl spezieller Effekte, wie im Nachstehenden beschrieben werden wird.

Das Betätigungsorgan arbeitet nur, wenn die bestimmte Differenz von einer Standard-Differenz abweicht, und stellt die Arbeit ein, wenn die bestimmte Differenz nahezu null ist. Daraus folgt, dass das Betätigungsorgan nicht oft in Betrieb gesetzt wird oder lange Zeit kontinuierlich arbeitet, so dass das Ventil eine längere Lebensdauer als ein automatisches Steuerventil hat.

Wen,n das Reduzierventil vom ein Steuerventil aufweisenden Typ ist, wird dieses Steuerventil durch eine kleine Kraft zum In-Betrieb-setzen eines Hauptventils betätigt, das eine grössere Kraft braucht, in Betrieb gesetzt zu werden. Weil die Druckeinsteilfeder eine kleine Federkraft hat, genügt es, ein Betätigungsmittel mit einer geringen Leistung anzuwenden .

Das Betätigungsorgan kann leicht bei jedem bestehenden feduzierventil angewendet werden, insofern dieses mit einer axial bewegbaren Einstellschraube für die Feder versehen ist.

Wenn die Differenz zwischen dem sekundären Fluidumdruck und dem eingestellten Druck die Standard-Differenz übersteigt, wird die

Betätigungsvorrichtung zum Ändern der Druckeinstellung in Betrieb gesetzt, damit eine grössere Fluidummenge strömen kann. Das Ventil gemäss der Erfindung ermöglicht daher eine schnellere Steuerung des Ventils im Falle einer Schwankung in dem sekundären Fluidumdruck als jedes ausschliesslich mechanisch gesteuerte Reduzierventil.

Die Erfindung wird unter Hinweis auf die schematisch gehaltene Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel im Schnitt wiedergegeben ist mit einem Blockschaltbild des Steuerteiles.

Das sich automatisch einstellende Reduzierventil gemäss der Erfindung umfasst einen mechanischen Reduzierventil 1, einen elektromotorischen Teil und einen Steuer- oder Regelteil.

Der Ventilteil 1 ist, was die Konstruktion betrifft, einem bekannten Reduzierventil gleich. Das Ventil hat einen Fluidumeinlass 2 und einen Fluidumauslass 3, die mit einem primären Durchgang 4 bzw. einem sekundären Durchgang 5 verbunden sind. Das Ventil hat eine Hauptventilöffnung 7, die durch ein Hauptventilorgan 6 geöffnet und geschlossen wetden kann. Das Ventilorgan 6 wird durch eine Feder in die die Öffnung schliessende Stellung gedruckt und ist mittels einer Ventilstange mit dem Kolben 8 verbunden.

Der Druck des Fluidums, das durch die Hauptventilöffnung 7 nach dem Fluidumauslass 3 strömt/ wirkt auf die untere Fläche des Kolbens 8, während der über die Durchgange 9 und 11 auf die obere Fläche des Kolbens 8 wirkende Fluidumdruck durch ein Steuerventilorgan 12 geregelt wird. Das Steuerventilorgan 12 wird durch eine Feder in die Schliesstellung gedrückt und ist mit einer Ventilstange verbunden, die mit der unteren Fläche des Diaphragmas 13 in Verbindung steht, so dass seine Abwärtsbewegung das Hauptventilorgan 6 in dessen Offnungstellung drückt.

Wenn das Diaphragma 13 nach unten verschoben wird, wird das Steuerventilorgan 12 nach unten gedrückt, so dass Fluidum aus dem Fluidumeinlass 2

über die Durchgänge 9 und 11 in den Raum über dem Kolben 8 strömen kann und den Kolben 8 nach unten bewegt und mit diesem das Hauptventilorgan 6, wobei die Hauptventilöffnung 7 geöffnet wird, wodurch Fluidum von dem Fluidumeinlass 2 nach dem Fluidumauslass 3 strömen kann. Wenn das Diaphragma 13 sich aufwärts bewegt, wird das Steuerventilorgan 12 durch die Feder aufwärts gedrückt zum Unterbrechen der Fluidumverbindung zwischen den Durchgängen 9 und 11, so dass sich in dem Raum über dem Kolben 8 befindendes Fluidum durch den Durchgang 11, den die Ventilstange umgebenden Raum für das Hauptventilorgan 12 und einen Durchgang 10, nach dem Fluidumauslass 3 strömt, wobei das Hauptventilorgan 6 und der Kolben 8 zum Schliessen der Hauptventilöffnung 7 aufwärts gedruckt werden.

Der Raum über dem Diaphragma 13 ist durch einen Durchgang 14 mit kleinem Durchmesser mit der freien Atmosphäre verbunden und wird auf einem nahezu konstanten atmosphärischen Druck gehalten. Eine Druckeinstellfeder 16 ist mit ihrem unteren Ende mit der oberen Fläche des Diaphragmas 13 verbunden und übt eine Federkraft darauf aus. Das obere Ende der Feder 16 trägt einen Federteller und eine Einstellschraube 17 steht mit ihrem unteren Ende mit dem Federteller in Verbindung, derart, dass Verdrehung der Einstellschraube 17 in beiden Richtungen den Druck auf die Feder 16 nachstellen kann, und daher auch die Federkraft, die auf das Diaphragma 13 ausgeübt wird. Die Einstellschraube 17 arbeitet mittels Schraubengewinde mit einem Innengewinde·aufweisenden Organ 41 zusammen, das in dem Federgehäuse 15 befestigt ist und ein Teil des Ventilgehäuses ist.

Der motorische Teil ist mit dem Ventilteil 1 verbunden mittels eines Joches 18, das an dem Federgehäuse 15 befestigt ist. Eine sich koaxial mit der Einstellschraube 17 erstreckende Abtriebswelle 20 ist mit ihrem unteren Ende mit dem Sechskantkopf 42 der Schraube 17 durch ein Verbindungsorgan 19 verbunden.

Die Abtriebswelle 20 bildet die Welle eines Kugelkeiles 21 eines Zahnrades 22, das am Aussenumfang des Keiles 21 befestigt ist und

wird zwischen oberen und unteren Lagermitteln 23 und 24 gegen vertikale und radiale Verschiebung gesichert. Die Lagerelemente 23 und 24 werden zwischen einer Montageplatte 25 und einer Bodenplatte 26 festgehalten. Ein Elektromotor 29 und ein Verzögerer 28 sind auf der Montageplatte 25 befestigt und die Abtriebswelle 27 davon greift auf das Zahrad 22 ein.

Wenn der Motor 29 angetrieben wird, wird die Abtriebswelle 27 des Geschwindigkeitsverzogerers 28 gedreht zum Rotieren des Aussenumfangs des Keiles 21 über das Zahnrad 22. Abhängig von der Drehrichtung wird die Welle 20 rotiert für eine nach oben oder nach unten gerichtete Bewegung, was eine Drehung der Einstellschraube 17 über das Verbindungsorgan 19 in der einen oder der anderen Richtung zur Folge hat.

Die Abtriebswelle 20 ist mit einer Scheibe 35 versehen, die es ermöglicht, zu bestimmen, ob die Einstellschraube 17 in ihre obere oder ihre untere Endstellung gekommen ist. Ein Paar Positionsfühler 33 und 34 befinden sich an einer Seite der Scheibe 35 zum Bestimmen der oberen und der unteren Endstellung der Schraube 17. Die Fühler 33 und 34 sind an der Seitenwand des Motors 29 bzw. des Verzögerers 28 befestigt.

Die Fühler 33 und 34 sind vorzugsweise Lichtmessfühler vom reflektierenden Typ, obwohl es selbtsverständlich auch möglich ist, einen anderen Fühlertyp anzuwenden, wie Potentiometer, Begrenzungsschalter oder magnetische Fühler.

Eine Schalteinheit 30 befindet sich neben dem Motor 29. Der Motorteil ist von einer Haube 36 umschlossen, die diesen gegen Staub und Feuchtigkeit schützt. Der Motorteil umfasst weiter die notwendige Verdrahtung und Anschlüsse, die nicht wiedergegeben sind.

Der Steuerteil umfasst die Fühler 33 und 34, eine vergleichende Betätigungseinrichtung 31, ein Einstellorgan 32 für den Solldruck und einen Druckmessfühler 40, der sich in dem sekundären Fluidumdurchgang befindet. Die Signalleitungen 37 und 38 laufen von den Fühlern

und 34 nach der vergleichenden Betätigungsvorrichtung 31. Eine Signalleitung 39 läuft von dem Druckmessfühler 40 nach der vergleichenden Betätigungsvorrichtung 31. Eine Signalleitung läuft weiter von den Einstellmitteln 32 nach der vergleichenden Betätigungsvorrichtung 31. Eine Signalleitung läuft von der vergleichenden Betätigungsvorrichtung 31 nach der Schalteinheit 30. Die vergleichende Betätigungsvorrichtung 31 kann auch aer Stelle der Schalteinheit 30 angeordnet sein.

Der Solldruck wird durch das Einstellmittel 32 eingestellt und in die vergleichende Betätigungsvorrichtung 31 eingeführt. Der Druck des Fluidums in dem sekundären Durchgang 5 wird von dem Druckmessfühler 40 bestimmt, und gleichfalls entweder kontinuierlich oder in verhältnismässig kurzen Zwischenräumen in die vergleichende Betätigungseinrichtung 31 eingeführt. Die vergleichende Betätigungseinrichtung 31 berechnet die Differenz zwischen dem Druck des Fluidums in dem sekundären Durchgang, wie dieser von dem Fühler 40 wahrgenommen worden ist, und dem Solldruck und vergleicht diese Differenz mit der Standarddifferenz

Wenn das Vergleichen eine Abweichung von der bestimmten Differenz in bezug auf eine Standard-Differenz angibt, führt die vergleichende Betätigungseinrichtung 31 der Schalteinheit 30 ein Steuersignal zu, um die wahrgenommene Differenz auf null zu bringen, d.h. den Druck des Fluidums in dem sekundären Durchgang 5 im wesentlichen auf den Sollwertdruck zu bringen.

Der Motor 39 wird von der Schalteinheit 30 in Betrieb gesetzt zum Einstellen des Fluidumstromes durch das Ventil. Die vergleichende Betätigungseinrichtung 31 führt das Steuersignal der Schalteinheit 30 zu, zum Einstellen der Wirkung des Motors 29, wenn die bestimmte Differenz nahezu null wird, d.h. wenn diese innerhalb eines Bereiches kleiner Standard-Differenzen fällt, die genügend kleiner als die obengemeinte Standard-Differenz sind.

Die Positionsfühler 33 und 34 arbeiten mit der Scheibe 35 zusammen zum Wahrnehmen der oberen bzw. unteren Stellung der Einstellschraube

und führen der vergleichenden Betätigungsvorrichtung 31 ein entsprechendes Signal zu. Diese Betätigungseinrichtung 31 reagiert schneller auf diese beiden Signale als auf jedes andere Steuersignal und führt der Schalteinheit 30 ein Signal zum Einstellen der Wirkung des Motors 29 zu. Dadurch wird es möglich, zu vermeiden, dass unerwünschte Kräfte in dem System zum Regeln der Einstellschraube 17 auftreten.

Claims (1)

1. TLV Co., Ltd.,
   Tokyo, Japan

   Sich automatisch einstellendes Reduzierventil

   ANSPRUCH

   Sich automatisch einstellendes Reduzierventil, versehen mit einem Diaphragma, einer Druckeinstellfeder, Mitteln zum Einstellen der Federkraft dieser Feder und einer Betätigungsvorrichtung für die Regelnd.ttel, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass diese erst in Betrieb gesetzt wird, wenn eine zwischen dem Druck eines Fluidums an der sekundären Seite des Ventils und einem eingestellten Sollwert des Druckes bestimmte
   Druckdifferenz grosser als die Standarddifferenz ist, während diese ausser Betrieb gesetzt wird, wenn diese bestimmte Differenz nahezu null ist.