DE19733773C2 - Druck-Durchfluss-Regelventil mit zwei integrierten 2-Wege-Ventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druck-Durchfluss-Regelventil mit zwei integrierten2-Wege- Ventilen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem derartigen Ventil nach der DE 37 22 315 A1 wird bereits vorgeschlagen, den Arbeitsraum des Proportionalmagneten gänzlich vom Druckmedium zu trennen und hierbei den Steuerkolben geschlossen auszubilden. Dennoch ist bei diesem Ven­ til, das zwar ein proportionales 3/2-Druckregelventil und somit kein Regelventil mit zwei integrierten 2-Wege-Ventilen ist, jedoch auch als reines Auf-Zu-Ventil betrieben werden kann, ein Abschluss des Gehäuses nach oben nicht vorgesehen, so dass auch das Stellglied nicht vollkommen isoliert ist.

Aus der DE 36 43 318 C2 ist ein Ventil bekannt, bei dem mit Faltenbälgen versucht wird, den Steuerkolben nach außen abzugrenzen. Ein Abschluss des Ventils nach oben mit einem Durchgriff für das Stellglied ist nicht vorgesehen, stattdessen soll in­ nenseitig möglichst ein Druck gehalten werden, um durch entsprechende Bemessung einen wirksamen Faltenbalgdurchmesser beizubehalten.

Herkömmliche Regelventile, die mit dynamischen Dichtungen versehen werden, be­ nötigen meist ohne entsprechende Isolation des Steuerkolbens entsprechende War­ tungseinheiten wie Filter, um Fremdpartikel aus dem Medium aufzufangen, die sich ansonsten auf die Lebensdauer und Regelcharakteristik des Ventils auswirken. Bei bekannten Umgebungseinflüssen, wie z. B. Verschmutzung, Temperaturschwankung usw. ändert sich entsprechend die Haft- und Gleitreibung eines derartigen Ventils, wodurch Stellglieder mit entsprechend hoher Leistung benötigt werden. Die Trennung des Stellglieds des Mediums mit dynamischer Dichtung macht das Ventil entweder zu träge oder die Konstruktion zu aufwendig und entsprechend kostenintensiv z. B. bei Verwendung einer Rollmembran. Viele industrielle Anwendungen benötigen jedoch preiswerte Regelventile mit sehr kurzer Reaktionszeit, stabilem Regelverhalten, hoher Lebensdauer und Unauffälligkeit gegenüber den aggressiven Medien bzw. Edelgas­ verträglichkeit (z. B. in der Medizin, in der Lebensmittelindustrie oder in Laboren).

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf einfache Art und Weise und mit wenigen Bauteilen ein Druck-Durchfluss- Regelventil zu schaffen, das mit einem beliebigen Stellglied betätigt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Druck-Durchluss-Regelventil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Das Gehäuse ist mittels eines Flansches verschlossen, durch den das Stellglied vom Druckmedium isoliert betätigt werden kann. Zudem wird ein Faltenbalg so angeordnet, dass das Stellglied vom Druckmedium isoliert ist. Damit ist das Ventil nach oben ver­ schlossen und auch über den Dichtungsbereich zwischen Steuerkolben und zugehöri­ ge Gehäusewandung kann Druckmedium in Richtung Stellglied strömen. Damit ergibt sich tatsächlich eine vollkommene Isolation, wobei dennoch der zwischen Flansch, Faltenbalg und Steuerkolben gebildete Innenraum druckentlastet sein kann.

Die Anordnung des von einer Seite her betätigbaren Steuerkolbens erlaubt die Fal­ tenbälge zweckentsprechend so einzusetzen, dass sie sowohl gestaucht als auch ge­ dehnt werden können. Damit sind die Faltenbälge weniger anfällig gegenüber Druc­ kunterschieden von innen nach außen, aber auch das Ventil selbst kann kürzer und unauffälliger gebaut werden als bei bekannten Ventilen. Durch die Entwicklung eines druckausgeglichenen Systems lassen sich hohe Drücke mit kleiner Leistung steuern. Das Ventil bietet außerdem die Möglichkeit, verschiedene Medien miteinander zu kombinieren, so kann z. B. mit einer pneumatischen Steuergröße ein hydraulisches Medium geregelt werden. Ebenso kann man gasförmige und flüssige Medien unab­ hängig vom Eingangsdruck auf der Ausgangsseite mit einer sehr hohen Genauigkeit ausregeln. Beim Anlegen eines konstanten Drucks am Steueranschluss besteht unter anderem die Möglichkeit der Durchflussregelung. Gleichzeitig ist das Ventil sehr ein­ fach und kostengünstig herzustellen, da es nur aus wenigen Einzelteilen besteht.

Bei einer Ausgestaltung nach den Ansprüchen 2 und 3 kann ohne Zwischenschaltung weiterer Elemente der Steuerkolben zugleich die Dichtfläche für eines der Ventile bil­ den. Die beiden Ringdichtflächen sind räumlich voneinander getrennt, so dass die An­ sammlung von Schmutzpartikeln unter den Ringschneiden vermieden wird, was beim wechselseitigen Betätigen der beiden Ventile in bekannten Ausführungsformen zu einem Abdichtungsverlust führt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Druck-Durchfluss-Regelventils näher erläutert, das dort geschnitten im Aufbau darge­ stellt ist.

Das Druck-Durchfluss-Regelventil weist zwei integrierte 2-Wege-Ventile für pneumati­ sche und hydraulische Medien auf. Ein am Ventil in der Figur von oben angreifendes Stellglied 16 betätigt das Ventil durch einen Steueranschluss 6. Das Ventil selbst ist in einem Gehäuse 2 mit Primäranschluss 7, Sekundäranschluss 5 und Entlüftungsan­ schluss 8 angeordnet. Ein Schaltventil 18 dient zur Schaltung der Verbindung zwi­ schen Primäranschluss 7 und Sekundäranschluss 5. Zwischen Primäranschluss 7 und Sekundäranschluss 5 ist ein Entlüftungsventil 17 zur Entlüftung über den Entlüftungs­ anschluss 8 angeordnet.

Ein erster Faltenbalg 3 ist einenends mit dem Gehäuse 2 und andernends mit einem oberen Steuerkolben 4 des Entlüftungsventils 17 verbunden. Der Faltenbalg 3 ist einenends zur Verbindung mit dem Gehäuse an einem mit dem Gehäuse fest verbun­ denen Flansch 1 angeschlossen. Durch diesen Flansch 1 kann das Stellglied 16 den oberen Steuerkolben 4 betätigen. Das Stellglied 16 ist damit vom Druckmedium voll­ kommen isoliert. Ein weiterer Faltenbalg 11 ist mit einem über den oberen Steuerkol­ ben 4 betätigbaren unteren Steuerkolben 10 für das Schaltventil verbunden, der an­ dernends mit einem dem Flansch 1 gegenüberliegenden weiteren Flansch 12 fest verbunden ist, der in der Figur das Gehäuse des Ventils nach unten verschließt. Obe­ rer und unterer Steuerkolben sind an einer Laufbuchse 15 geführt, die am weiteren Flansch 12 befestigt ist.

Der obere Steuerkolben 4 bildet zugleich die Dichtfläche des Entlüftungsventils 17 in Verbindung mit dem unteren Steuerkolben 10 aus, ohne dass weitere Zwischenele­ mente erforderlich sind. Zudem besitzt der untere Steuerkolben 10 an voneinander in Längsrichtung beabstandeten Stellen nicht nur die Dichtfläche für das Entlüftungsven­ til mit dem oberen Steuerkolben 4, sondern dichtet mit dem Gehäuse 2 über das Ele­ ment 9 das Schaltventil ebenfalls unmittelbar ab.

Es ergibt sich damit ein sehr einfach und kostengünstig aufgebautes Ventil, das nur aus wenigen Einzelteilen besteht und dennoch zuverlässig und mit hoher Lebensdau­ er dicht hält. Die Hubausnutzung der Faltenbälge 3, 11 kann durch feste Verbindung mit dem Gehäuse in positive als auch in negative Richtung erfolgen. Durch die Fal­ tenbälge ist das Stellglied 16 vom Druckmedium vollkommen isoliert. Dadurch ist das Ventil sehr verschleißarm, da keine Gleit- bzw. Führungsteile mit dem Medium selbst in Berührung kommen. Bei pneumatischer Ansteuerung kann das Ventil als Durch­ flussverstärker verwendet werden, da das Steuervolumen am Steueranschluss 6 ge­ ring ist und das Durchflussvolumen um ein vielfaches größer sein kann.

Dadurch dass der obere Steuerkolben 4 des Entlüftungsventils 17 über einen Falten­ balg 3 mit dem oberen Flansch 1 und der untere Steuerkolben 10 des Schaltventils 18 über den Faltenbalg 11 mit dem unteren Flansch 12 fest verbunden ist, und die wirk­ samen Durchmesser der Faltenbälge 3 und 11 gleich Null sind, entsteht keine Kraf­ tentwicklung, die von der Regelkraft überwunden werden muss. Dadurch genügt eine kleine Regelleistung, was zur Reduzierung des Energieaufwands beiträgt. Durch die Reduzierung des wirksamen Durchmessers der Faltenbälge 3 und 11 entwickeln sich keine gegeneinander wirkenden Kräfte, so dass sehr kurze Schaltzeiten erreichbar sind. Beim Anlegen eines gewünschten Drucks am Steueranschluss 6 entwickelt sich eine Druckkraft Fd auf den oberen Steuerkolben 4 gegenüber der Feder 14. Dadurch schließt sich das Entlüftungsventil und bewegt bei weiterem Einwirken der Druckkraft den unteren Steuerkolben nach unten, wodurch sich der Durchflussquerschnitt am Schaltventil 16 ändert und das Durchflussvolumen regelbar wird.

Claims (3)

1. Druck-Durchfluss-Regelventil mit zwei integrierten 2-Wege-Ventilen für pneumati­ sche und hydraulische Medien mit

• - einem Stellglied (16), das durch einen Steueranschluss (6) das Ventil betätigt,
• - einem Gehäuse (2) mit Primäranschluss (7), Sekundäranschluss (5) und Ent­ lüftungsanschluss (8),
• - einem Schaltventil (18) zur Schaltung der Verbindung zwischen Primäran­ schluss (7) und Sekundäranschluss (5),
• - einem zwischen Primäranschluss (7) und Sekundäranschluss (5) angeordneten Entlüftungsventil (17) zur Entlüftung über den Entlüftungsanschluss (8),
• - einem ersten Faltenbalg (3), der einenends mit dem Gehäuse (2) und andere­ nends mit einem oberen Steuerkolben (4) des Entlüftungsventils (17) verbun­ den ist,

dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mittels eines mit dem Gehäuse fest verbundenen Flansches (1) verschlossen ist, durch den das Stellglied (16) den oberen Steuerkolben (4) betä­ tigt, und dass das Stellglied (16) vom Druckmedium vollkommen isoliert ist, und dass ein weiterer Faltenbalg (11) mit einem über den oberen Steuerkolben (4) betätigbaren unteren Steuerkolben (10) und mit einem dem Flansch (1) gegen­ überliegenden weiteren Flansch (12) fest verbunden ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Steuerkol­ ben (4) zugleich die Dichtfläche des Entlüftungsventils (17) in Verbindung mit dem unteren Steuerkolben (10) ausbildet.

3. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Steuerkolben (10) an voneinander in Längsrichtung beabstandeten Stellen mit dem oberen Steuerkolben (4) und dem Gehäuse (2) die Dichtflächen des Ent­ lüftungsventils (17) und des Schaltventils (18) ausbildet.