-
Die Erfindung bezieht sich auf ein pneumatisches Regelventil zur Regelung
kleiner Durchflußmengen von gasförmigen und flüssigen Medien, dessen Antrieb mittels
Wellrohr erfolgt.
-
Es sind pneumatische Regelventile bekannt, bei denen der Antrieb über
eine Membran, ein Wellrohr oder einen Kolben erfolgt. Die Abdichtung zwischen Ventilspindeln
und Ventilgehäuse ist bei dieser Ausführung durch Stopfbüchsen oder Labyrinthdichtungen
vorgenommen.
-
Diese Regelventile haben den Nachteil, daß durch die Stopfbüchse,
insbesondere bei chemischen Anlagen, eine äußerst störanfällige Stelle vorhanden
ist. Während bei dem Handantrieb oder dem Antrieb mittels Elektromotor die Reibungskräfte
noch in erträglichen Grenzen bleiben, da die Spindel neben einer Translationsbewegung
zusätzlich noch eine Rotationsbewegung ausführt, wachsen die Reibungskräfte bei
reiner Translationsbewegung mit steigendem Betriebsdruck sehr stark an. Dazu kommt
an der Stopfbüchse noch der Einfluß des durchströmenden Mediums, so daß infolge
hoher Temperaturen ein Festbrennen der Packung eintritt.
-
Ähnliche Nachteile treten bei Verwendung einer Labyrinthdichtung auf.
Hinzu kommt noch der Nachteil, daß eine größere Undichtigkeit vorhanden ist und
außerdem die Abnutzung der Dichtung in verstärktem Maße auftritt.
-
Auf Grund der angeführten Nachteile ist es bei diesen Ventilen mit
derartigen Dichtungen nicht möglich, ohne Zusatzeinrichtung (Stellungsregler) proportional
zu dem vom Regler kommenden Stelldruck einen zugeordneten Hub einzustellen, da bei
einem bestimmten Antriebsdruck plötzlich die vorhandene Haftreibung zwischen Stopfbüchse
und Ventilspindel überwunden wird. Die Haftreibung liegt meist über dem zur Einstellung
erforderlichen Druck und bewirkt so gemeinsam mit der Massenträgheit der Ventilspindel
einen Hub, der über das erforderliche Maß hinausgeht. Der verwendete Stellungsregler
reduziert den ausgeführten Hub um einen bestimmten Betrag. Dies hat wiederum den
Nachteil zur Folge, daß derartige Ventile nur eine geringe Ansprechempfindlichkeit
aufweisen.
-
Es sind ferner pneumatische Regelventile bekannt, bei denen die Abdichtung
durch ein Metallfederrohr ersetzt wird. Das Federrohr ist mit seinem oberen Ende
an der Ventilnadel und seinem unteren Ende an dem Ventilgehäuse befestigt. Bei diesen
Ventilen kann die Rückwirkung auf die obere Stirnfläche des Federrohres bei erhöhtem
Druck im Ventilgehäuse auf Grund größerer Öffnung vernachlässigt werden, da die
auftretende Kraft infolge der sehr kleinen Stirnfläche gering ist.
-
Derartige Ventile haben aber den Nachteil, daß sie wegen ihrer sich
ergebenden großen Abmessungen für viele Regelungen, bei denen es auf kleine und
handliche Bauteile und die Regelung kleinerer Durchsätze bei größter Empfindlichkeit
des Stellgliedes für Schwankungen des Stelldruekes ankommt, ungeeignet sind.
-
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile der bekannten
Ausführungen zu vermeiden und ein Regelventil zu schaffen, welches bei kleinsten
Abmessungen möglichst störunanfällig ist und zu jedem erforderlichen Stehdruck innerhalb
der vorgesehenen Grenzen einen genau proportionalen Hub ausführt, wobei, da es sich
um ein Ventil zur Regelung kleiner Durchflußmengen handelt, eine besonders große
Ansprechempfindlichkeit des Gerätes auf kleinste Änderungen des Stelldruckes erreicht
werden -soll. Dabei soll vermieden werden, daß die Stellung der Ventilspindel nach
ausgeführtem Hub durch die Erhöhung bzw. Erniedrigung des Druckes im Ventilgehäuse
beeinflußt wird.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Abdichtung
der Medien gegen die Außenatmosphäre ein zentrisch zur Ventilspindel angeordnetes
Wellrohr dient und daß zur Druckkompensation ein weiteres Wellrohr koaxial in dem
für den Antrieb erforderlichen Wellrohr angeordnet ist.
-
Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet eine absolute Dichtigkeit
und schließt eine Abnutzung durch gegeneinanderbewegte Teile aus. Auch bei höheren
Temperaturen des strömenden Mediums wird das Festklemmen der Ventilspindel infolge
Temperaturerhöhung gegenüber den bewegten Teilen vermieden. In dem der Abdichtung
dienenden Wehrohr baut sich infolge des Strömungswiderstandes im Ventilgehäuse und
dem nachfolgenden System ein Druck auf, der eine störende Kraft auf die Stirnseite
des Wehrohres und damit auf die Ventilspindel erzeugt. Das gemäß der Erfindung zur
Druckkompensation angeordnete Wehrohr hebt diesen Druck auf.
-
Die Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
-
Eine Ventilspindel 1 ist in einem Ventilgehäuse 2
und
einer Führungskappe 10 geführt. Die Befestigung der Ventilspindel
1 erfolgt in einem Führungsring 3
mittels Gewinde. Von diesem Führungsring
3 erfolgt die Kraftübertragung. Zentrisch um die Ventilspindel 1 sind ein Wehrohr
4 zum Antrieb und koaxial in diesem ein Wellrohr 5 zur Druckkompensation
sowie unterhalb ein Wellrohr 6 zur Abdichtung der Medien gegenüber der Außenatmosphäre
angeordnet. Die erforderliche Gegenkraft, die bei erhöhtem Druck proportional anwächst,
wird von einer Feder 7 erzeugt. Diese ist zentrisch um das Wellrohr 6 angebracht.
Die Federspannung kann in den entsprechenden Grenzen durch zwei als Kontermuttern
angeordnete Rundmuttern 8 variiert werden. Die Rundmuttern 8 dienen gleichzeitig
zur Einstellung des Proportionalbereiches.
-
Eine Verdrehung der Ventilspindel 1 in dem Führungsring 3 wird durch
eine geschlitzte Befestigungsmutter 9 vermieden. Die Führungskappe 10 kann durch
Lösen von drei Befestigungsschrauben abgehoben werden. Die Wellrohre 4 und
5 sind an einem in einer Deckplatte 11 befindlichen Haltering
12 durch Lötverbindung befestigt. Ebenfalls an dem Haltering 12 ist ein Druckstutzen
13 angebracht. Die Deckplatte 11 und die Grundplatte 14 werden von
drei Abstandbolzen 15 zusammengehalten. In der Grundplatte 14 ist das Ventilgehäuse
2 befestigt. Die Abstandbolzen 15 dienen gleichzeitig zur Befestigung von
Füßen 16. Die Verbindungen zwischen Weltrohr 6 und Ventilgehäuse 2 sowie dem Führungsring
3 mit den Weltrohren 4, 5 und 6 erfolgen durch Löten.
-
Eine Verschiebung des Sollwertes kann auf zwei Arten erfolgen, und
zwar einmal durch Lösen der mit einem Schlitz versehenen Mutter 9 und Abwärts-bzw.
Aufwärtsschrauben der Ventilnadel 1, wonach
die Mutter
9 wieder festgeschraubt werden muß, und zum anderen mit Hilfe der Rundmuttern
8, deren Verdrehen eine Veränderung der Vorspannung der Feder 7 zur Folge hat.
-
Die Arbeitsweise des Regelventils geht wie folgt vor sich: Wird von
dem Regler ein bestimmter Stelldruck auf das Regelventil gegeben, so gelangt dieser
durch den Druckstutzen 13 in das Weltrohr 4. Dieser Druck erzeugt an den Stirnseiten
des Weltrohres 4 eine Kraft, die gegen die Kraft der Feder 7 wirkt. Ist zwischen
diesen beiden Kräften Gleichgewicht erreicht, so ist der zugeordnete Hub der Ventilnadel
proportional der Stelldruckänderung, d. h., ein ganz bestimmtes zeitliches Gas-
oder Flüssigkeitsvolumen strömt durch das Ventilgehäuse 2. Dieser Mengenstrom, der
beispielsweise die Aufgabe hat, in einem dem Ventil nachgeschalteten Gerät eine
Bewegung auszulösen, ein bestimmtes Volumen zu füllen usw., erzeugt in dem nachgeschalteten
Gerät einen Strömungswiderstand, der sich je nach der Durchflußmenge ändert.
-
Nimmt man an, daß das Ventil geöffnet wird, so steigt demzufolge der
Druck in dem Ventilgehäuse 2 an. Dieser pflanzt sich zunächst in das Weltrohr 6
fort und würde bei geschlossener Stirnseite des Weltrohres eine Kraft auf diese
erzeugen, welche die Öffnung des Ventils noch verstärkt und so einen proportional
zum Stelldruck einstellbaren Hub unmöglich macht. Zur Fortpflanzung des Druckes
aus dem Weltrohr 6 in das Weltrohr 5 sind in dem Führungsring 3 Bohrungen vorhanden,
so daß durch die Fortpflanzung des Druckes eine Druckkompensation bewirkt wird,
wodurch die Druckerhöhung im System durch vergrößerte Ventilöffnung ohne Einfluß
auf die Hubänderung ist. Das gleiche gilt analog für eine Schließung des Regelventils.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Regelventil wird durch die Wellrohrabdichtung
eine absolute Dichtigkeit erreicht, während bei der Verstellung nur äußerst geringe
Reibungswiderstände auftreten und eine große Ansprechernpfindlichkeit bei geringsten
Stelldruckveränderungen vorhanden ist. Es liegt außerdem eine Unabhängigkeit des
Ventilhubes vom Arbeitsdruck im Ventilgehäuse infolge der Druckkompensation vor.
Durch die Anordnung der Weltrohre wird eine kleine, gedrungene Bauweise und eine
weitgehende Betriebssicherheit durch einfache, dem Verschleiß nicht unterworfene
Bauelemente erreicht.