DE2344204A1

DE2344204A1 - Temperaturregelventil

Info

Publication number: DE2344204A1
Application number: DE19732344204
Authority: DE
Inventors: David Charles Genever-Watling; Howard Berdolt Kast
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-09-05
Filing date: 1973-09-01
Publication date: 1974-03-21
Also published as: GB1439034A; US3856201A; JPS4993919A; BE804374A; FR2198079A1; CA984804A; IT993051B; NL7311762A; ES418497A1

Description

Dr. rer. naf. Horst Schüler PATENTANWALT

Frankfurt/Main 1, 30. August 1973 Niddasfraße 52 Vo/ Rg

Telefon (0611) 237220 Postscheck-Konto: 282420 Frankfurt/M. Bank-Konto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

2453-13DV-5.85O

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Temperat urregelvent il

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Regelventile für eine hohe Temperatur aufweisende Gase und insbesondere auf .iin solches Ventil, das zur Regelung einer Luftströmung mit hoher Temperatur als Punktion der Temperatur geeignet ist, mit einem darin angeordneten Druckbegrenzer oder einer Übersteuerung.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Hauptaufgabe besteht deshalb darin, eine auf Temperatur ansprechende Regelvorrichtung zu schaffen, zu der ein Druckregler oder eine Übersteuerung (override) gehört, die leicht und kompakt ist, kleine· Zeitkonstanten aufweist und über einem weiten Temperatur- und Strömung3bereich anwendbar ist, da die Beanspruchungen in dem Temperaturregler wesentlich vermindert sind.

Die vorgenannten und damit im Zusammenhang stehenden Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Regelventil für Strömungsmittel gelöst, das zur Bildung einer variablen Strömungssteueröffnung einen Kolben verwendet, der durch Druckausgleich als eine Punktion der Temperatur durch einen temperaturempfindlichen Servomechanismus eingestellt wird. Der Servomechanismus tastet die Temperatur von einer Steuerschleife um das Hauptventil herum ab, die zu jeder Zeit offen ist, zu der ein Ein/Aus-Steuerventil signalisiert, daß das Ventil geöffnet werden soll. Auf diese Weise wird eine Flächeneinstellung als eine Funktion der Temperatur erreicht, die den Strömungsdruck des Strömungsmittels als bewegende Kraft ausnutzt. Die temperaturempfindliche Servosteuerung übt keine direkte mechanische Kraft auf den Flächeneinstellkolb'en aus und wird deshalb während des Betriebes des Ventiles nicht be- und entlastet. Weiterhin sind die Elemente der Temperaturabtastvorrichtung nicht miteinander zwangsverbunden, so daß die Beanspruchungen vermieden werden, die durch eine unterschiedliche Belastung erzeugt werden. Auf diese Weise werden alle Beanspruchungen und damit im Zusammenhang stehende Fehler bei der Temperaturabtastung mit bekannten Bimetallvorrichtungen wesentlich vermindert. Da ferner die Flächeneinstellung als eine Funktion der Temperatur vollständig unabhängig von jedem Vorgang erreicht wird, der von der Druckbegrenzungsschaltung ausgeführt wird, werden Instabilitätsprobleme vermieden, die durch die zwei aufeinander einwirkenden Regler verursacht werden.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit

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gleichen Bezugszahlen versehen sind.

Figur 1 ist eine teilweise schematische Längsschnittansicht von einem erfindungsgemäßen Regelventil.

Figur 2 ist eine vergrößerte Teilansicht von einem Ausschnitt aus Figur 2.

Figur 3 ist eine Längsschnittansicht von einem alternativen Ausführungsbeispiel .

Figur 4 ist eine Längsschnittansicht von einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel, wobei einige Teile weggelassen sind.

In Figur 1 ist in einfacher schematiseher Form ein erfindungsgemäßes Hochtemperatur-Ströraüngsff'eg'elventil gezeigt,, das insge-, samt mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Das Regelventil 10 weist ein .im allgemeinen zylinderförmiges Gehäuse 12 auf, das einen kreisförmigen Einlaß 14 an dem einen Ende und einen kreisförmigen Auslaß 16 am entgegengesetzten Gehäuseende bildet. Ein hohler Zylinder 18 wird innerhalb des Gehäuses 12 durch eine oder mehrere radiale Streben 20 gehaltert. Der Zylinder 18 arbeitet mit dem Gehäuse 12 zusammen, um ein ringförmiges Gehäuse oder einen Strömungskanal 22 zu bilden, der für die Strömungsmittels trömüng- von dem Einlaß 14 zum Auslaß. 16 durch eine variable Strömungsöffnung 24 hindurch sorgt, die an dem einen Ende des Strömungskanales 22 angeordnet ist.

Der Zylinder 18 bildet auch eine Kolbenkammer 26 innen von dem Ringkanal 22. In dieser Kolbenkammer 26 ist ein Wärmeregelkolben 28 angeordnet, der sich in der Kammer 26 in Stellungen verschiebt, in denen die variable Strömungsöffnung 24 entweder frei, um .Strömungsmittel von dem Kanal 22 zum Auslaß 16 zu lenken, . oder gesperrt ist, um eine Strömungsmittelströmung zwischen dem Kanal 22 und dem Auslaß 16 zu verhindern. Der Kolben 28 bildet einen Hohlzylinder 30, der an dem einen Ende durch eine ein-

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stückig ausgebildete Platte 32 verschlossen ist, von der eine den Hohlzylinder tragende Stange 34 ausgeht. An dem der Stange gegenüberliegenden Ende ist eine feste zylindrische Platte 36 in dem Hohlzylinder 30 angeordnet. Der Kolben 28 und die Zylinderplatte 36 arbeiten zusammen, um in der Kolbenkammer 26 zwei unabhängige Druckkammern 38 und 40 zu bilden. Eine öffnung 42, die in der Platte 32 angeordnet ist, gestattet eine Strömungsmittelströmung zwischen den Kammern 38 und 40, während ein Strömungskanal 43 den Druck innerhalb der Kammer 38 auf den Umgebungsdruck reduziert.

In dem Hohlzylinder 18 bzw. dem Hohlzylinder 30 sind geeignete Dichtungsteile 44 und 46 angeordnet, um eine Strömungsmittelströmung zwischen den entsprechenden Kammern zu verhindern. Die Konfiguration und das Material dieser Dichtungsteile hängt von dem auftretenden Strömungsmittel und ferner von dem Zustand dieses Strömungsmittels ab und unter gewissen Umständen sind sie auch gar nicht erforderlich.

Innerhalb des Gehäuses 12 ist ein insgesamt mit 48 bezeichneter, auf Temperatur ansprechender Servomechanismus angeordnet und von dem Gehäuse 12 in geeigneter Weise gehaltert. Dieser Servomechanismus dient in noch zu beschreibender Weise zur Regelung des Druckes in der Druckkammer 40. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der auf Temperatur ansprechende Servomechanismus 48 die Form einer Vorrichtung, die ein Element 50 mit großer thermischer Ausdehnung und ein Element 52 mit kleiner thermischer Ausdehnung umfaßt. Das eine hohe thermische Ausdehnung aufweisende Element 50 weist einen hohlen Stab 51 auf, der einen Strömungsmittelkanal 54 bildet, an dessen einem Ende eine Düse oder eine öffnung 56 angeordnet ist. Der Stab 51 weist zahlreiche vorstehende Ansätze 58 auf seiner Außenseite auf, die diesen in dem Element 52 mit geringer thermischer Ausdehnung genau anordnen, welches ebenfalls im allgemeinen einen hohlen Stab bildet.

Das Element 52 mit geringer thermischer Ausdehnung paßt in eine öffnung 60, die in einer radial verlaufenden Strebe 62 ausgebil-

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det ist, die in dem Auslaß 1β des Gehäuses 12 angeordnet ist. Die Strebe 62 kann einstückig mit dem Gehäuse 12 ausgebildet sein. In der Nähe seines entgegengesetzten Endes paßt das Element 52 in eine öffnung 64, die in der radialen Strebe 20 ausgebildet ist. Das Element 52 wird dann durch eine Mutter 66 in seiner Lage gehalten, die mit einem Gewindeabschnitt 68 in Eingriff steht, der auf dem einen Ende des Elementes 52 ausgebildet ist.

Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, paßt das eine hohe thermische Ausdehnung aufweisende Element 50 in das Element 52 mit kleiner thermischer Ausdehnung. Um das Element 50 genau anzuordnen, ist es mit einem vergrößerten Kopfabschnitt 70 versehen, der an dem Gewindeende 68 des Elementes 52 anstößt. Der Kopfabschnitt 70 kann nötigenfalls durch eine Feder 72 fest gegen das Element52 gehalten sein, wobei die Feder J2 zwischen dem Kopfabschnitt 70 und einer Kappe 74 eingespannt ist, die an dem Gewindeende 68 des Elementes 52 angreift.

Das entgegengesetzte Ende des Elementes 52 mit geringer thermischer Ausdehnung weist einen vergrößerten Abschnitt 76 auf, der an der radialen Strebe 62 anstößt.'In dem vergrößerten Abschnitt % ist ein Steuerventil 77 angeordnet, das einen Druckregelkolben aufweist, der innerhalb einer Kolbenkammer 80 hin und her gleitet, die innerhalb des vergrößerten Abschnittes * 5 ausgebildet ist. Die Kammer 80 ist durch einen Kanal 82, der durch einen Stabteil 84 des Kolbens 78 hindurch ausgebildet ist, und einen Kanal 86, der durch die radiale Strebe 62 hindurch führt, zum Umgebungsdruck hin entlüftet.

Der durch d~ie ttagebungsluft und durch eine Feder 88 ausgeübte Druck hält das Steuerventil 77 in der in Figur 1 gezeigten Stellung, so daß sein Stabteil 84 eine öffnung 90 abdichtet. Die öffnung 90 liegt an dem einen Ende des Kanales 92, der von der Druckkammer 40 durch das Element 52 hindurchführt. Das Stangenende der Kolbenkammer 80 ist mit Hilfe eines kleinen Strömungskanales 94 unter Druck gesetzt, der unmittelbar stromabwärts von dem Auslaß 16 angeordnet ist. Wenn somit der Druck des durch

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den Auslaß 1β austretenden Strömungsmittels einen genügend hohen Wert erreicht, um den durch die Umgebungsluft und die Feder 18 ausgeübten Druck zu überwinden, bewegt sich das Steuerventil aus seinem Ventilsitz heraus nach rechts, öffnet die öffnung und entlüftet die Druckkammer ^+0 über den Strömungskanal 86 zur Atmosphäre. Der Druck, bei dem sich das Steuerventil 77 öffnet, kann durch Veränderung der Größe des Kolbens 78 und der Feder eingestellt werden.

Wie ferner in Figur 1 gezeigt ist, ist das Strömungsregelventil mit einer Gegenkopplungsvorrichtung 96 versehen, die für eine präzise Rückkopplung der Stellung des Kolbens 28 auf den thermischen Servomechanismus k8 sorgt. Die gezeigte Gegenkopplungsvorrichtung weist einen Hebel 98 auf, der um einen Schwenkpunkt 100 schwenkbar ist, der auf dem Element 52 mit kleiner thermischer Ausdehnung ausgebildet ist. Ein vergrößerter Abschnitt 102 des Hebels paßt zwischen die Platte 32 und eine radiale Lippe 104, die ein·" stückig mit dem Kolben 28 ausgebildet ist. Auf diese Weise bewirkt eine Bewegung des Kolbens 28, daß der Hebel 98 um den Schwenkpunkt 100 geschwenkt wird.

Wie am besten aus Figur 2 zu ersehen ist, ist der Hebel 98 mit einer Nockenfläche 106 versehen, die unmittelbar neben der Düse oder der öffnung 56 der Stange 51 liegt. Die Nockenfläche IO6 ist so geformt, daß sich ein SpaltYzwischen der öffnung 56 und der NockenfÜtche IO6 ändert, wenn der Hebel 98 um den Schwenkpunkt 100 geschwenkt wird, beispielsweise von der in ausgezogenen Linien gezeigten Stellung zu der in gestrichelten Linien gezeigten Stellung gemäß Figur 2. Um dies zu erreichen, ist der Hebel 98 mit einem von dem Schwenkpunkt 100 zur Nockenfläche zunehmenden Radius r versehen. Da der Hebel 98 sich um den Schwenkpunkt 100 dreht, wenn sich der Kolben 28 in der Kolbenkammer 26 bewegt, sorgt jede Stellung des Kolbens 28 für einen unterschiedlichen Spalt h zwischen der Düse 56 und der Nockenfläche 106. Da der Spalt h in allen Stellungen kleiner ist als die Fläche der Düse 56, ist der Spalt h eine direkte Steuerfunktion der Stellung des Kolbens 28. Das bedeutet, daß der

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Druck in der Kammer 40 durch den Spalt zwischen der Düse 56 und der Nockenfläche IO6 gesteuert wird. Zusätzlich bilden die Stellung des Kolbens und demzufolge der Nocke IO6 eine Vorrichtung zum Ausgleichen einer Spielraumänderung zwischen der Düse 56 und der Nocke 106, die als eine Punktion der Temperatur durch unterschiedliche Ausdehnung der zwei thermischen Elemente 52 und 50 auftritt.

Das öffnen und Schließen des Ventiles 10 wird durch ein Magnetspulenventil 108 gesteuert, das eine Steuerablaßschleife öffnet und schließt und im folgenden in Verbindung mit dem Gesamtbetrieb des Ventiles 10 beschrieben wird. Das Magnetspulenventil 108 befindet sich normalerweise in einer geschlossenen Stellung, so daß die in den Einlaß 14 eintretende Luft nicht durch einen Strömungskanal 110 in der radialen Streb.e 20 strömen kann. Bei Betätigung öffnet die Magnetspule 108 und Luft strömt durch den Einlaßkanal 112 und den Ströiaungskanal 110 hindurch zur Mitte des eine hohe thermische Expansion aufweisenden Elementes 50. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Kolben 28 aufgrund der Federkraft in seiner geschlossenen Stellung, die durch eine Feder 114 ausgeübt wird, die in der Druckkammer 38 angeordnet ist. Wenn die Luft durch den Strömungskanal 110 und durch die Mitte der Stange 51 hindurchströmt, tritt die Luft durch die Düse 56 hindurch in die Druckkammer 40 ein. Die Druckkammer 40 wird somit unter einen Druck mit einem Wert P gesetzt, der zwischen dem Einlaßdruck P₁ und dem Umgebungsdruck liegt und der eine Funktion des Spaltes h und der Fläche der Öffnung 42 ist. Wenn der Druck innerhalb der Druckkammer 40 einen genügend hohen Wert erreicht, um die Kraft der Feder 114 und des Umgebungsdruckes innerhalb der Kammer 38 zu überwinden, bewegt sich der Kolben 28 nach links, wodurch die variable Strömungsöffnung 24 geöffnet wird. Das in den Einlaß 14 eintretende Strömungsmittel strömt dann durch den Ringkanal 22 und die variable Strömungsöffnung 24 zum Auslaß 16. Somit ist der Druck des in den Einlaß 14 eintretenden Strömungsmittels ausgenutzt worden, um die Bewegungskraft zur Verschiebung des Kolbens 28 und zur öffnung des Ventiles 10 zu schaffen.

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Wenn das Strömungsmittel durch die Steuerablaßschleife und insbesondere durch das eine hohe thermische Expansion aufweisende Element 50 strömt, dehnt sich die Stange 51 in bezug auf das Element 52 aus und bewirkt dadurch, daß sich der Spalt h (wie er in Figur 2 gezeigt ist) schließt. Die Schließung dieses Spaltes hat zur Folge, daß die Strömung durch die öffnung 56 abfällt und führt somit zu einer Verkleinerung des Druckes innerhalb der Druckkammer 40, wodurch sich der Kolben 28 nach rechts verschieben kann und dadurch die variable Strömungsöffnung 24 verkleinert wird. Bei dieser Bewegung bewirkt der Kolben 28, daß der Hebel 98 um den Schwenkpunkt 100 schwenkt, wodurch der Spalt h zwischen der Nockenfläche 106 und der öffnung 56 zunimmt. Der resultierende Effekt dieses Vorganges besteht darin, daß der Spalt h auf eine derartige Stellung eingestellt wird, daß ein Gleichgewicht erreicht wird, wenn der Kolben 28 die erforderliche Fläche an der öffnung 24 für die tatsächliche Temperatur des durch den Einlaß 14 strömenden Strömungsmittels eingestellt hat. Diese Flächeneinstellung ist durch Ausnutzung des Druckes des Strömungsmittels als Bewegungskraft in der Weise erreicht worden, daß der thermische Servomechanismus 48, der diesen Druck steuerti nicht direkt eine Belastung auf den die Strömung regelnden Mechanismus überträgt, sondern stattdessen einen Teil einer Steuerablaßschleife um das Ventil herum bildet. Auf diese Weise sind die Beanspruchungen innerhalb des thermischen Servomechanismus 48 auf sehr kleinen Werten gehalten.

Sollte der Kolben 28 während des Betriebes des Ventiles 10 in der Nähe der offenen Stellung hängen bleiben, wird der Spalt h kontinuierlich kleiner werden, bis die gesamte Federkraft zur Verfü- ' gung steht, um den Kolben 28 zu bewegen. Sobald sich der Kolben verschiebt, vergrößert die Gegenkopplungsvorrichtung 96 den Spalt h, wodurch die hohe Kraft weggenommen und ein Gleichgewicht bei der erforderlichen Fläche erzielt wird. Das gleiche gilt, wenn der Kolben in einer zu stark geschlossenen Stellung hängen bleibt, aber in diesem Fall sorgt der zunehmende Druck in der Kammer 40 für eine erneute Belastungsausübung, bis die Belastung durch Verschiebung des Kolbens in die richtige Stellung ausgeglichen ist.

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Wie vorstehend beschrieben wurde, schafft das Ventil 10 eine völlig betriebsfähige, auf Temperatur ansprechende Vorrichtung, die die Strömungsmittelströmung als eine Punktion der Temperatur des Strömungsmittels zu steuern vermag. Bei vielen Applikationen sind die Drucke des Strömungsmittels jedoch derart, daß stromabwärts von dem Ventil angeordnete Maschinenteile nicht in der Lage sind, den vollen Druckbereich des Strömungsmittels aufzunehmen". Aufgrund der Tatsache, daß jede thermische Regelvorrichtung eine Z_gitkonstante haben muß, wenn sie auch noch so klein ist, können während eines raschen transienten Betriebes erwünschte Drucke die stromabwärts gelegenen Maschinenteile erreichen. Aus diesem Grunde kann das Regelventil 10 mit einer Druckregeleinrichtung in der Form eines Steuerventils 77 ausgerüstet sein, wie es vorstehend beschrieben wurde. Die Druckregeleinrichtung sorgt für eine augenblickliche Steuerung des stromabwärts herrschenden Druckes während der schnellen transienten Vorgänge und steuert den stromabwärts herrschenden Druck auf einen Wert, der nominell'höher ist als derjenige, der eingestellt ist, wenn sich der Wärmeregler auf dem Sollpunkt befindet.

tfenn sich der thermische Regelservomechanismus in der Nähe seines Sollpunktes befindet und eine Fläche der öffnung 24 fordert, die kleiner ist als diejenige, die durch die Druckregeleinrichtung eingestellt ist, übersteuert der die Temperatur regelnde Ssrvoiaechanismus die Druckregeleinrichtung, wie es nachfolgend beschrieben wird.

Während des raschen transienten Vorganges tastet der Kolben 78 den durch den Ventilauslaß 16 austretenden Druck über seiner Stabendfläche aufgrund des Strömungskanales 94 ab. Der Kolben öffnet dann die öffnung 90 und das Strömungsmittel wird aus der Druckkammer 40 durch die Strömungskanäle 92 und 86 hindurch abgelassen. Wenn der Druck innerhalb der Druckkammer 40 abfällt, wirken die Federkraft der Feder 114 und der Umgebungsdruck innerhalb der Druckkammer· 38 auf den Kolben 28 ein, um die variable Strömungsöffnung 24 zu schließen."Dies hat zur Folge, daß der stromabwärts herrschende Druck abnimmt. Durch richtige Auslegung

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der Flächendes Kolbens 78 und der Größe der Feder 88 kann der stromabwärts herrschende Druck auf jeden gewünschten Druck begrenzt werden.

üomit hat in dem einfachen, in den Figuren Ί und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel das Regelventil 10 die Funktion, die Menge des zum stromabwärts gelegenen Maschinenteil gelieferten Strömungsmittels als eine Funktion der Temperatur des in das Ventil eintretenden Strömungsmittels zu steuern. Zusätzlich ist das Ventil 10 in der Lage, den stromabwärts herrschenden Druck auf irgendeinen gewünschten Wert zu begrenzen. Wenn ein Operateur wünscht, die Strömungsmittelströmung vollständig zu unterbrechen, ist das einzige, was er zu tun hat, daß er das Magnetspulenventil 108 schließt. Zu dieser Zeit hört die Strömungsmittelströmung durch die Ablaßschleife auf, d. h. durch den Strömungskanal 110, das eine hohe thermische Expansion aufweisende Element 50, etc. Der Druck innerhalb der Druckkammer 40 fällt dann auf einen ausreichend niedrigen Wert ab, so daß die Federkraft der Feder 114 auf den Kolben 28 einwirkt, um die variable Strömungsöffnung 24 zu schließen.

In Figur 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Qasventiles gezeigt, das insgesamt mit der Bezugszahl 10· bezeichnet ist. Soweit die thermischen Regelmechanismen betroffen sind, ist das Strömungsregelventil 10' identisch mit dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ventil 10. Das bedeutet, daß das Ventil 10' wiederum den thermischen Regelkolben 28 aufweist, der in der durch das Gehäuse 12 gebildeten Kolbenkammer angeordnet ist. Das Strömungsmittel fließt wiederum durch den Einlaß 14, den Ringkanal 22 und die variable Strömungsöffnung zum kreisförmigen Auslaß 16. Die Stellung des thermischen Regelkolbens 28 wird wieder als eine Funktion der Temperatur des durch den Einlaß 14 strömenden Strömungsmittels durch Betätigung des Magnetspulenventiles 108 gesteuert, das den Kanal 110 zur Mitte des eine hohe thermische Expansion aufweisenden Elementes 50 öffnet. Die Strömungsmittelströmung durch die öffnung 56 setzt wiederum die Druckkammer 40 unter Druck und stellt den Kolben

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Das Regelventil. 10' unterscheidet sich von dem Ventil 10 dadurch, daß in dem Kolben 28 ein zusätzlicher Druckregel- oder Steuerkolben 120 angeordnet ist. Der Druckregelkolben 120 arbeitet mit einer feststehenden zylindrischen Platte J>6' zusammen, um eine zusätzliche Druckkammer 122 zwischen der Druckkammer 40 und dem Auslaß 16 zu bilden. Eine Feder 124 übt eine Kraft auf den KoI- . ben 120 aus, um den Kolben 120 in einer normalerweise offenen Stellung zu halten, die in Figur 3 gezeigt ist, in der der Kolben an einem Anschlag 126 anliegt, der durch die zylinderförmige Platte 36' gebildet ist.

Wie ferner in Figur 3 gezeigt ist, ist das eine kleine thermische Expansion aufweisende Element 52 gemäß Figur 1 durch ein Element 52* mit kleiner thermischer Expansion ersetzt, das ein Paar darin ausgebildete Strömungskanäle 128 und 130 aufweist. Der Strömungskanal 128 öffnet sich an dem einen Ende zum Auslaß 16 und am anderen Ende zur Kammer 122. Auf diese Weise setzt das durch den Auslaß 16 strömende Strömungsmittel die Kammer 122 unter Druck. In ähnlicher Weise steht der Strömungskanal 130 in Strömungsverbindung mj.t der Druckkammer 40 und einem Strömungskanal 132,. der durch eine radiale Strebe 62' hindurchführt.

Der Strömungskanal 132 führt zu einem sekundären Druekübersteuerungssystera 134, das ein Steuerventil I36 aufweist, welches in einer Kammer I38 angeordnet ist. Diese Kammer I38 ist durch eine öffnung 140 hindurch zur Atmosphäre hin entlüftet. Eine Feder 142 hat die Wirkung, das Steuerventil 136 in einer Stellung zu halten, in der ein Stangenabschnitt 144 davon eine öffnung 146 am Ende des Strömungskanales 132 schließt. Eine Kammer 148, die am Stangenende des Steuerventiles 136 ausgebildet ist, ist in strömungsmäßiger Verbindung mit dem Auslaß 16 angeordnet. Diese Verbindung ist mittels eines Strömungskanals 150 hergestellt, der durch die Strebe 62' hindurchführt, während ein Strömungskanal 152 in gezeigter Weise durch den Stangenabschnitt 144 des Ventils hindurchführt.

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Die Arbeitswei.se des Regelventiles 10' ist ähnlich wie diejenige des Ventiles 10, d. h. das Magnetspulenventil 108 öffnet eine Steuerablaßschleife, damit das in den Einlaß 14 eintretende Strömungsmittel die Druckkammer 40 über den Strömungskanal 110 und die Mitte der Stange 51 unter Druck setzen kann. Wenn der Druck in der Kammer 40 eine gewisse Höhe erreicht hat, überwindet der auf den Kolben 28 einwirkende Druck die Federkraft der Feder und öffnet die variable Strömungsöffnung 24 auf ihre vollständig geöffnete Stellung. Wenn dies auftritt, beginnt der stromabwärts vom Ventil herrschende Druck anzusteigen. An dem Punkt, wo der stromabwärts herrschende Druck einen genügend hohen Druck er-

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reicht, beispielsweise 0,56 kg/cm (8 psi) über dem primären Temperaturregeldruck, schließt der Kolben 120 teilweise, um den stromabwärts herrschenden Druck auf diesen gewünschten Wert zu begrenzen. In einem typischen Fall kann dieser stromabwärts herrschende Druck 3,16 kg/cm² (45 psi) betragen. Der Kolben 120 wirkt direkt, indem er den Umgebungsdruck plus die Federkraft der Feder 124 auf der einen Seite benutzt, wobei der stromabwärts herrschende Druck auf der anderen Seite entgegenwirkt, da der stromabwärts herrschende Druck der Kammer 122 durch den Kanal zugeführt wird. Das Ventil 10' öffnet somit nahezu augenblicklich bei Betätigung der Magnetspule 108 und gestattet eine Strömung durch den Auslaß 16 unterhalb eines gewünschten stromabwärts herrschenden Druckes.

Während dieses Zeitraumes ist die Länge des Stabes 51 aufgrund des Temperaturanstieges, der mit der Luftströmung durch seine Mitte verbunden ist, vergrößert und sie versperrt nun den Spalt h. Der Druck in der Druckkammer 40 wird dann (wenn Strömungsmittel durch eine öffnung 154 zur Kammer 38 abströmt) bis zu dem Punkt vermindert,, daß die vollständig zusammengepreßte Feder 114 die Druckkraft überwindet und der Kolben 28 sich in seine geschlossene Stellung verschiebt. Dabei stellt die Nockenfläche 106 auf dem Hebel 98 die öffnung auf eine derartige Stellung ein, daß wieder ein Gleichgewicht erreicht ist, wenn der Kolben 28 die erforderliche Flächeneinstellung für die Einlaßtemperatur des Strömungsmittels erreicht hat.

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Indem somit der Kolben 28 in die erforderliche Position gemäß dem primären Temperaturwert eingestellt worden ist, der beispielsweise zu einem stromabwärts herrschenden Druck von 2,60 kg/cm (37 psi) führen kann, überwindet die Feder 124 vor dem Kolben den Druck innerhalb der Kammer 122 und führt den Kolben 120 in seine vollständig geöffnete Stellung zurück, in der dieser an dem Anschlag 126 anliegt.

Der Druckbegrenzungskolben 120 ist vorgesehen, um zu verhindern, daß der stromabwärts herrschende Druck trotz schneller Änderungen im Einlaßdruck über eine gewünschte Grenze hinaus ansteigt. Bei gewissen Applikationen kann der redundante Druckbegrenzer 134 vorgesehen sein, um den stromabwärts herrschenden Druck zu begrenzen, falls der Kolben 120 während schneller Druckänderungen in dieser Punktion versagen sollte. In einem derartigen Fall sind das Steuerventil 136 und die Feder 142 so ausgelegt, daß, wenn der stromabwärts herrschende Druck eine gewisse Grenze erreicht, beispielsweise 3,5 kg/cm (50 psi), die auf das Ventil 136 in der Kammer 148 ausgeübte Kraft ausreicht, um das Ventil an der öffnung 146 zu öffnen. Wenn dies passiert, wird der Druck innerhalb der Druckkammer 40 durch die Kanäle 130, 132, 152 und die öffnung 140 hindurch zur Atmosphäre geöffnet. Wenn dies geschieht, reicht die durch die Feder 114 ausgeübte Federkraft aus, um den Druck innerhalb der Kammer 40 zu überwinden, und der Kolben 28 verschiebt sich dann, um die variable Strömungsöffnung 24 zu schließen, wodurch der stromabwärts herrschende Druck auf ein Maximum von 3»5 kg/cm (50 psi) begrenzt wird.

Wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt ist, sind die Ventile 10 und 10» empfindlich sowohl gegenüber der Temperatur als auch dem Druck des hindurchströmenden Strömungsmittels. Das bedeutet, daß die Temperatur des Strömungsmittels den Spalt h und demzufolge P- steuert, d. h. den Druck innerhalb der Druckkammer 40, wie es vorstehend beschrieben wurde. Wenn in ähnlicher Weise die Temperatur des Strömungsmittels konstant bleibt, aber der Einlaßdruck P₁ sich ändert, ändert sich auch der Druck P , da P in Beziehung steht zu P₁- Beispielsweise kann P die folgende Beziehung zu P₁

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haben: P = 0,40 P₁. Da P_v direkt auf die eine Fläche des KoI-

X J. Jv

bens 28 einwirkt und somit dessen Stellung steuert, ändert sich,■ wenn die Einlaßtemperatur konstant bleibt und der Einlaßdruck sich ändert, die Strömung durch die öffnung 56 demgemäß und stellt den Kolben 28 neu ein.

Auf Wunsch können die Ventile 10 und 10' leicht modifiziert werden, um sie gegenüber Änderungen im Einlaßdruck unempfindlich zu machen. Das bedeutet, wie in Figur 4 gezeigt ist, daß der Durchmesser eines Dichtelementes 44' so vermindert werden kann, daß eine stromaufwärts bestehende Druckkraft auf den Kolben 28 ausgeübt wird, um die Änderungen in P als eine Funktion der Ände-

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rungen im Einlaßdruck auszugleichen. Das bedeutet, daß durch Verminderung des Durchmessers des Dichtteiles 44* ein modifizierter Kolben 28' geschaffen wird. Eine ringförmige Fläche 156 des Kolbens 28^f wird durch stromaufwärts herrschenden Druck P₁ mittels des Ringkanales 22 und des Ringrauraes 158 (s. Figuren 3 und 4) unter Druck gesetzt. Diese Druckkraft ist derjenigen entgegengesetzt, die durch Ρ_χ auf die Fläche l60 des Kolbens 28' ausgeübt wird. Bei Kenntnis der Beziehung von P₁ zu P können die Kräfte auf den Kolben 28' aufgrund von Änderungen in P₁ durch richtige Bemessung der Ringfläche 156 vollständig ausgeglichen werden.

.Das Ventil kann so ausgelegt sein, daß es auf jede gewünschte Weise auf Veränderungen im Einlaßdruck anspricht, indem einfach die Lage des Dichtelementes 44 verändert wird. Wenn ein Ventil gewünscht wird, das sich mit steigendem Einlaßdruck (bei konstanter Temperatur) weiter öffnet, wird das Dichtelement 44 so angeordnet, wie es in den Figuren 1 und 3 gezeigt ist. Wenn ein Ventil erwünscht ist, das gegenüber Änderungen im Einlaßdruck (bei konstanter Temperatur) relativ unempfindlich ist, wird das Dichtteil 44 in der in Figur 4 gezeigten Weise angeordnet, wobei auf die Fläche 156 ausgeübte verändernde Druckkräfte diejenigen ausgleichen, die auf die Fläche l60 ausgeübt werden. Durch Verändern der Flächendifferenzen der Fläche I56 relativ zur Fläcne I6O und der Größe der öffnungen 56 und 154 kann ein Ventil aufgebaut werden, das negativ anspricht auf Veränderungen im Einlaßdruck,

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d. h. das weiter schließt, wenn der Einlaßdruck zunimmt.

Neben der Möglichkeit, die Druckempfindlichkeit des Ventiles zu verändern, kann auch die thermische Sollfläche verändert werden, indem einfach die Form der Nockenfläche 106 verändert wird. Die Fläche 106 arbeitet, wie vorstehend beschrieben wurde, mit der Öffnung 56 zusammen, um einen Spalt h zu bilden, der ein steuernder Parameter für P ist. Da P die Stellung des Kolbens 28 bestimmt, indem die Gestalt der Nockenfläche 106 verändert wird, kann die Relation von P zur Einlaßtemperatur verändert werden. Auf diese Weise kann die Temperatur-Sollfläche des Ventiles verändert werden..

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Claims

Ansprüche

\ 1. J Hochtemperatur-Regelventil für ein Strömungsmittel, \_J gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) mit einem Einlaß (14), einem Auslaß (16) und einer ersten Kolbenkammer (22), einen Temperaturregelkolben (28), der in der Kammer (22) angeordnet ist und mit dem Gehäuse (12) zur Bildung einer variablen Strömungsöffnung (24) zwischen dem Einlaß (14) und dem Auslaß (16) zusammenarbeitet, einen auf Temperatur ansprechenden Servomechanismus (48) zur Steuerung des Druckes auf einer ersten Fläche des Kolbens (28), wobei der Servomechanismus (48) einen Teil einer Ablaßsteuerschleife bildet, und eine Rückkopplungseinrichtung (96), die zwischen dem Kolben (28) und dem Servomechanismus (48) verbunden ist.
2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Strömungsmitteldruck als die primäre Bewegungskraft zur Verschiebung des Temperaturregelkolbens (28.) wirksam ist, so daß der auf Temperatur ansprechende Servomechanismus (48) während seines Betriebes mechanisch unbelastet ist.
3. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturregelkolben (28) empfindlich ist auf den Druck des Strömungsmittels am Einlaß (14) des Regelventils.
4. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturregelkolben (28) unempfindlich ist auf den Druck des Strömungsmittels am Einlaß (14) des Ventils.
5· Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ablaßschleife ein Ein/Aus-Steuerventil (108) aufweist und die Ablaßschleife bei geöffnetem Ein/Aus-Ventil (108) kontinuierlich Strömungsmittel hindurchläßt.

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6. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine primäre Druckregeleinrichtung (77) zur Regelung des Druckes des Strömungsmittels am Auslaß (16) des Ventiles (17) vorgesehen ist.
7. Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die primäre Druckregeleinrichtung (77) den Temperaturregelkolben (28) neu einstellen und die variable Strömungsöffnung (2*0 zurückstellen kann.
8. Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckregeleinrichtung (77) einen zweiten Kolben (120) aufweist, der in dem Temperaturregelkolben (28') angeordnet ist, wobei der zweite Kolben (120) mit der Kolbenkammer (22) zur Bildung zahlreicher Druckkammern (40, 122) zusammenarbeitet.
9. Regelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Kolben (120) ebenfalls die variable Strömungsöffnung (24) zwischen dem Einlaß (14) und dem Auslaß (16) formt, der zweite Kolben (120) den Temperaturregelkolben (28*) überholen und die variable Strömungsöffnung (24) schließen kann und die Druckregeleinrichtung (77) Mittel zur Komprimierung einer ersten der Druckkammern (40, 122) mit dem Ausgangsdruck des Strömungsmittels aufweist.
10. Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9» g ekennzeichnet durch einen Strömungs- · pfad zwischen dem Einlaß und dem Auslaß und einen Druckregelkolben, der in dem Temperaturregelkolben angeordnet ist und mit dem Gehäuse zur Bildung einer zweiten variablen Strömungsöffnung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zusammenarbeitet, einen auf Temperatur ansprechenden Servomechanismus zur Steuerung des Druckes auf einer ersten Fläche des Temperaturregelkolbens*, wobei der Servomechanismus einen Teil einer Ablaßsteuerschleife um den Strömungspfad herum

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bildet, Mittel zur Gegenkopplung der Stellung des Temperaturregelkolbens zum Servomechanismus und Mittel zur Leitung des Strömungsmitteldruckes am Auslaß zur ersten Fläche des Druckregelkolbens, derart, daß der Servomechanismus die Fläche der ersten variablen Strömungsöffnung als eine Funktion der Temperatur des in den Einlaß eintretenden Strömungsmittels steuert und während des gesamten Betriebes des Ventiles mechanisch unbelastet ist und der Druckregelkolben die Fläche der zweiten variablen Strömungsöffnung als eine Funktion des Ausläßdruckes steuert, wobei die kleinere der ersten und zweiten variablen Strömungsöffnungen die Ausgangsströmung des Ventiles steuert.

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