DE3544177A1 - Druckminderventil - Google Patents

Description

ZUGELASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENS

Dft. DIETER V. BEZOXD

-NG. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

PATENTANWÄLTE

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11901 Dr.v.B/Schä/74
JA-PA 59-190706
und 60-139846
AT: 14. 12. 1984;
11. 9. 1985

TLV Company, Limited

8th Floor, Hibiya Kokusai Building,

2-3, Uchisaiwai-cho 2-chome, Chiyoda-ku,

Tokyo, Japan

DRUCKHINDERVENTIL

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein DruckminderungsventiL, das ein Pilot- oder Hilfsventil enthält und in einem zum Beispiel Dampf, Druckluft und dergleichen führenden Rohrleitungssystem verwendet werden kann, um einen Sekundärfluiddruck auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Die Erfindung betrifft insbesondere eine verbesserte Dichtungsanordnung für einen Teil einer Kolbenoder Plungeranordnung, die mit einem Hauptventil oder einem Hilfsventil zu dessen Steuerung verbunden ist.

Aus der japanischen Gebrauchsmusterschrift 45-27184 ist ein Druckminderventil bekannt, das zusätzlich zu einem Hauptventil noch ein Hilfsventil enthält, welches in einem Fluidweg liegt, der die Primärseite des Hauptventils mit einem Hohlraum oberhalb eines Kolbens verbindet, der mit dem Hauptventil gekoppelt ist, um dieses zu steuern. Das Hilfsventil wird, wie noch erläutert werden soll, durch eine Membran gesteuert, die durch den Fluiddruck von der Sekundärseite des Hauptventils aus gelenkt wird, um die Menge des in den erwähnten Hohlraum strömenden Fluids zu steuern, wodurch der Kolben und das mit diesem gekoppelte Hauptventil entsprechend der Druckdifferenz zwischen der Oberseite des Kolbens und seiner Unterseite, die sich in Verbindung mit dem sekundärseitigen Fluid befindet, betätigt wi rd.

Bei Druckminderventilen der obengenannten Art hängt das Betriebsverhalten entscheidend von einer exakten Verstellung des Kolbens und des Hilfsventils entsprechend den Drücken auf der Primär- und der Sekundärseite ab. Der Fluiddruck, der auf die obere

Seite des Kolbens einwirkt, wird durch das Primärfluid bestimmt, das durch das Hilfsventil in den Hohlraum oberhalb des Kolbens geströmt ist und durch einen Spalt zwischen dem Kolben und dem zugehörigen Zylinder leckt. Wenn dieser Spalt klein ist, ist auch die Leckage des Fluids klein und dies kann dazu führen, daß das Hauptventil offen bleibt und/oder der Kolben im Zylinder fest frißt. Wenn der Spalt weit genug gemacht wird, um ein solches Festsetzen zu verhindern, wird die Leckage entsprechend groß, so daß die Kraft zur Betätigung des Hauptventils in unerwünschter Weise verringert wird. Wenn beim Hilfsventil das Primärfluid durch einen Spalt zwischen einem Hitfsventilschaft oder -kolben und einer Schaftführung in einen Hohlraum unterhalb der Membrane strömt, der im folgenden als "Membrankammer" bezeichnet werden soll, ändert sich der Druck in der Membrankammer, der anfänglich gleich dem Sekundärdruck war, was das einwandfreie Arbeiten der Membrane beeinträchtigen kann. Macht man den Spalt enger, um die Leckage zu verringern, so wird eine stetige Bewegung durch die erhöhte Gleitreibung verhindert. Es ist daher wünschenswert, den gleitenden Teil mit einer Vorrichtung zu versehen, welche ein hohes Dichtungsvermögen und eine niedrige Gleitreibung hat.

Um dies zu erreichen, ist bei dem oben erwähnten bekannten Druckminderventil ein fester Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder vorgesehen und in einer in der Seitenwand des Kotbens gebildeten Ringnut ist ein Metallring angeordnet, der mit dem Zylinder einen engen Spalt bildet, durch den das Fluid von der Oberseite des Kolbens hindurchlecken kann. Eine solche Anordnung kann jedoch eine instabile Bewegung des gleitenden Teiles und damit ein fehlerhaftes Arbeiten der Einrichtung als Ganzes zur Folge haben. Die Leckage zwischen dem Metallring und der Innenfläche des Zylinders ist nämlich im allgemeinen wegen der Unregelmäßigkeit des Außendurchmessers des Metallringes ungleichmäßig und der Metallring verursacht manchmal auch Störungen durch Festsetzen des gleitenden Teiles

infolge thermischer Expansion. Es ist daher erforderlich, den Phosphorbronzering durch einen anderen Ring zu ersetzen, der eine kleine elastische Kraft und einen kleinen Kontaktwiderstand ausübt.

Durch die vorliegende Erfindung soll also eine verbesserte Konstruktion für ein Druckminderventil angegeben werden, dessen gleitender Teil oder gleitende Teile so ausgebildet sind, daß sie ein hohes Dichtungsvermögen und einen niedrigen Gleitwiderstand haben und kein Festfressen durch thermische Expansion eintreten kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft also ein Druckminderventil, das ein Hauptventil sowie ein Pilot- oder Hilfsventil enthält, die jeweils eine Kolben- oder PLunger-Struktur zur Steuerung des betreffenden Ventils enthalten. Die Plunger-Struktur enthält ein bewegliches inneres Bauteil mit einer zylindrischen Außenfläche und ein stationäres äußeres Bauteil mit einer zylindrischen Innenfläche, die der Außenfläche des inneren Bauteils gegenüberliegt. Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung enthält das erste Bauteil mindestens zwei ringförmige Vertiefungen, wie Ringnuten, die mit axialem Abstand voneinander in seiner Außenfläche gebildet sind und jeweils mindestens ein eingepaßtes ringförmiges Dichtungselement enthalten. Das Dichtungselement besteht aus einem Fluorkunststoff und ist mindestens an einem seiner Teile getrennt.

In der Praxis können das erste und das zweite Bauteil ein Kolben bzw. ein Zylinder zum Steuern des Hauptventils oder ein HiIfsventiIschaft bzw. eine Schaftführung zum Steuern des HiIfsventi Is sein.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Druckminderventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kolben-Zylinder-Anordnung des Druckminderventils gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht einer Hi IfsventiUnordnung des Druckminderventils gemäß Fig.

In allen Zeichnungen sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Druckminderventil enthält ein Kondensatabieitergehäuse (29), das unten mit einem Deckel (31) verschlossen ist und einen Schwimmer (34) enthält, ferner ein Hauptgehäuse (1), in dem es ein Kolben (6), ein Zylinder (9), ein Hauptventil (5) und eine Kondensat-Abscheidevorrichtung (28) mit Wirbelschaufeln (27) und einer Abscheidekammer befinden, ein HiIfsventiIgehäuse (32), in dem sich ein Hilfsventil (11) befindet, und schließlich ein Federgehäuse (33), in der eine einstellbare Druckfeder (14) angeordnet ist. Die verschiedenen Gehäuseteile sind in der angegebenen Reihenfolge durch mit Dichtungen versehene Flansche verbunden. Zwischen dem HiIfsventiIgehäuse (32) und dem Federgehäuse (33) ist eine Membran (15) angeordnet.

Das Hauptgehäuse (1) hat eine Einlaßöffnung (2) und eine zu dieser koaxiale Auslaßöffnung (3), die miteinander durch eine Ventilöffnung (4) verbunden sind. Das Hauptventil (5) wird durch eine Feder gegen einen die Ventilöffnung (4) umgebenden Ventilsitz gedrückt und hat einen Hittelstift, der sich nach oben erstreckt und in der Ventilöffnung (4) stumpf am unteren Ende einer Kolbenstange anliegt, die sich vom Kolben (6) nach unten erstreckt.

Das Hilfsventil (11) ist zwischen einem Verbindungskanal (12) für eine Kammer unter dem Hauptventil (5) und einem Verbindungskanal (13) für eine Kammer oberhalb des Kolbens (6) angeordnet und wird durch eine Feder nach oben gegen die Membran (15) gedruckt. Die Membran (15) steht andererseits über ein Federkissen (23) unter dem Druck einer Stellfeder (14), deren Druckkraft durch eine Stellschraube (22) einstellbar ist. Unter der Membran (15) befindet sich eine Membrankammer, die durch einen Verbindungskanal (26) mit der Auslaßöffnung (3) verbunden ist, während eine Kammer oberhalb der Membran (15) durch einen Verbindungskanal (25) mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung steht.

Die Abscheidevorrichtung (28) ist mit einem Schirm oder Netz (32) im Raum unterhalb der Ventilöffnung (4) angeordnet und enthält zwei koaxiale zylindrische Bauteile, deren Inneres am unteren Ende erweitert ist. Die Wirbelschaufeln (27) sind zwischen dem inneren und dem äußeren Bauteil angeordnet.

Im Kondensatabscheider-Gehäuse (29) befindet sich eine etwa halbkugelförmige Schwimmerhaube (35), die mehrere durchgehende Löcher (36) hat und am Deckel (31) auf nicht dargestellte Weise befestigt ist. Der hohle, kugelförmige Schwimmer (34) kann sich im Raum zwischen der Haube (35) und dem Deckel (31) frei bewegen. Der Deckel (31) hat eine Auslaßöffnung (37) mit einem Auslaßventilsitz (38), der normalerweise durch den als Ventilkörper wirkenden Schwimmer (34) verschlossen wird.

Im Ruhezustand wird das Hauptventil (5) durch die nach oben wirkende Federkraft in der Schließstellung gehalten, während das Hilfsventil (11) durch die nach unten wirkende Kraft der Stellfeder (14), die vor Inbetriebnahme mittels der Stellschraube (22) eingestellt worden war, in die geöffnete Stellung gedruckt wird. Wenn nun in Betrieb Naßdampf, der einen Wassernebel

mit sich führt, in die Einlaßöffnung (2) eintritt, wird der Druck des dem Einlaß zugeführten Dampfes durch den Verbindungskanal (12) in den Hohlraum unterhalb des Hilfsventil (11) und dann durch das geöffnete Hilfsventil (11) und den Verbindungskanal (13) in den Hohlraum oberhalb des Kolbens (6) geleitet, wodurch der Kolben nach unten gedruckt und das Hauptventil (5) geöffnet wird. Der Dampf tritt dann in das Kondensatabscheidergehäuse (29) ein und strömt durch das geöffnete Hauptventil (5) zum Auslaß (3). Hierbei versetzen die Wirbelschaufeln (27) den Dampf in Rotation, so daß die mitgeführten Wassertröpfchen durch die Zentrifugalkraft abgeschieden werden und das Wasser sich am Boden des Gehäuses (29) ansammelt. Wenn sich genug Kondensat angesammelt hat, um das Gewicht des Schwimmers (34) durch den entstehenden Auftrieb zu überwinden, hebt sich der Schwimmer (34) vom Ventilsitz (38) ab, so daß das Kondensat durch den Kondensataus laß (37) abfließt.

Wenn der Druck des Dampfes über einen vorgegebenen Wert ansteigt, wird die Membran (15), auf die der Dampfdruck über den Verbindungskanal (26) zur Einwirkung gebracht wird, gegen die Feder (14) gedrückt. Hierdurch wird das Hilfsventil (11), das durch eine Feder nach oben gedrückt wird, geschlossen, und es stellt sich infolge einer Leckage durch eine öffnung (10; Figur 2) des Kolbens (6) ein Druckgleichgewicht zwischen der Oberseite und der Unterseite des Kolbens (6) ein. Das Hauptventil (5) wird dann durch die Federkraft und den Dampfdruck, der von der Primär- oder Einlaßseite her auf es einwirkt, geschlossen und die Dampfströmung wird unterbrochen.

Die oben beschriebenen Vorgänge wiederholen sich entsprechend den Änderungen des Primärdampf- oder Einlaßdruckes, wobei der Sekundär- oder Auslaßdruck auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäß ausgestaltete Kolbenanordnung. Die Kolbenanordnung enthält den Zylinder 9 und den in ihm angeordneten Kolben (6). Zwischen Kolben und Zylinder besteht ein kleiner Spalt oder Zwischenraum. Die Oberseite und die Unterseite des Kolbens (6) sind zu dem obenerwähnten Zweck durch die enge öffnung (10) verbunden. In der zylindrischen Außenwand des Kolbens sind in axialem Abstand voneinander zwei Ringnuten (61) vorgesehen und in jede Ringnut (61) ist ein ringförmiges Dichtungselement (8) eingepaßt. Das Dichtungsele ment (8) besteht aus einem Fluorkunststoff und ist an mindestens einer Stelle (32) aufgetrennt. Zwischen dem Dichtungselement (8) und dem Boden der Nut (61) ist eine Blattfeder (7) angeordnet, die das Dichtungselement (8) gegen die Innenfläche des Zylinders (9) drückt, um eine innige Berührung mit dieser sicherzustellen.

Wie Fig. 3 zeigt, enthält die Hi lfsventilanordnung (11; Fig. 1) gemäß der Erfindung eine Schaftführung (16) mit einem Führungsloch (171) und einen in letzteres eingesetzten HilfsventiIkolben oder -schaft (17). Um das untere Ende des Führungsloches (161) ist ein Ventilsitz (162) zur Anlage eines Schließkörpers (21) des HilfsventiIschaftes (17) gebildet. Das Führungsloch (161) wird von einem horizontalen, durchgehenden Loch (18) geschnitten, das in der Schaftführung (16) gebildet und aus den oben erläuterten Gründen mit dem Verbindungskanal (13; Fig. 1) verbunden ist.

Der HilfsventiIschaft (17) enthält eine Spindel (171), deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als der Innendurchmesser des Führungsloches (161) der Schaftführung (16). Die Spindel (171) hat einen einstückig gebildeten, flanschartigen verdickten Teil (172), der sich knapp oberhalb des durchgehenden Querloches (18) befindet, sie ist am unteren Ende mit dem Schließkörper (21) verbunden, an ihrem oberen Ende ist ein Kappen- oder Kopfteil (173) durch einen Preßsitz befestigt

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und sie wird zwischen den Teilen (172) und (173) von einer gleitend aufgesetzten Hülse (20) umgeben. Die Teile (20), 172 und 173) haben einen Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Führungsloches (161). Zwischen den Teilen (20) und (172) sowie den Teilen (20) und (173) befindet sich jeweils eine ringnutartige Vertiefung. In diesen Vertiefungen sind jeweils zwei ringförmige Dichtungselemente

(19) angeordnet. Die Elemente (19) bestehen jeweils aus einem Fluorkunststoff und sind an mindestens einer Stelle (191) aufgetrennt. Die axialen Abmessungen der Elemente (19) und

(20) sind so bemessen, daß ihre Summe kleiner ist als der Abstand zwischen den Teilen (172) und (173), so daß eine nennenswerte axiale Bewegung der Elemente (19) und (20) möglich ist. Dies gestattet eine etwaige thermische Expansion der Dichtungselemente (19) sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufzunehmen, so daß das eingangs geschilderte Problem des Festsetzens vermieden wird. Auf dem Kopfteil (173) ist eine Kappe (74) mit gewölbter Oberseite für die Anlage an der Membran (15; Fig. 1) angeordnet.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Dichtungselemente (8) und (19), die aus einem Fluorkunststoff, wie PTFE bestehen, und an mindestens einer Stelle (62) bzw. (191) zum Beispiel schräg oder stufenförmig aufgetrennt sind, weisen einen sehr geringen Gleitwiderstand auf und nehmen eine etwaige thermische Expansion auf. Ihr axialer Abstand längs des Kolbens (6) oder (17) verhindert eine Schiefstellung oder ein Verkippen, das zu einer ungleichmäßigen Berührung führen könnte, so daß ein dauernder gleichmäßiger Betrieb des Ventils gesichert ist.

Die oben beispielsweise beschriebene Ausführungsform läßt

sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE

1. Druckminderventil mit einem Hauptventil und einem Hilfsventil, die jeweils zur Steuerung eine Plungeranordnung mit einem beweglichen inneren Teil, das eine zylindrische Außenfläche hat, und ein stationäres äußeres Teil, das eine der Außenfläche des inneren Teiles gegenüberliegende zylindrische Innenfläche hat, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche des inneren Teils (6, 17) mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete ringnutförmige Vertiefungen (61) aufweist, die jeweils mindestens ein ringförmiges, eingepaßtes Dichtungselement (8, 19) enthalten, welches aus einem Fluorkunststoff besteht und an mindestens einer Stelle (62, 191) aufgetrennt ist.

2. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden der Vertiefung (61) und dem Dichtungselement (8) ein elastisches Teil (7) angeordnet ist, welches das Dichtungselement gegen die Innenfläche des äußeren Teiles (9) drückt.

3. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Teil eine ringförmige Blattfeder ist.

4. Druckminderventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teil (6) ein Kolben und das äußere Teil (9) ein Zylinder ist und daß der Kolben ein seine beiden Seiten verbindendes Loch (10) aufweist.

5. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teil (17) ein Hilfsventilschaft und das äußere Teil (16) eine Schaftführung ist; daß der Hilfsventilschaft

in einem mittleren Teil einen verringerten Durchmesser und beidseits des mittleren Teiles Teile (172, 173) mit unverändertem Durchmesser hat; daß auf dem mittleren Teil eine zylindrische Hülse (20) gleitfähig angeordnet ist; und daß die Abdichtelemente (19) den mittleren Teil umgebend zwischen der Hülse (20) und den beiden Seitenteilen (172, 173) unveränderten Durchmessers mit einem gewissen axialen und radialen Spiel angeordnet sind.