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Druckregulierventil
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckregulierventil mit einem Einlaßkanal
für ein unter Druck stehendes Medium, mit einem von einem Absperrorgan verschließbaren
Durchlaß und mit einem Auslaßkanal für das unter Druck stehende Medium.
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Regulierventile werden zur Einstellung des Drucks von in Rohrleitungen
strömenden Medien verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regulierventil der eingangs
beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß bei möglichst einfachem Aufbau
und leichter Einstellbarkeit eine gute Druckregelung durch das Regulierventil erreichbar
ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Absperrorgan
einen im Raum hinter dem Druchlaß verschiebbaren Ventilteller aufweist, der über
einen Schaft mit einem im Raum vor dem Durchlaß vom Druck des Mediums beaufschlagbaren
Kolben verbunden ist, der in einem Rohr oder Rohrstutzen unter dem Druck des Mediums
gegen die Kraft einer einstellbaren Feder zwischen Endlagen verschiebbar ist, die
von der Schließstellung des Ventiltellers und von der
Öffnungsstellung
des Ventiltellers bestimmt sind. Bei dieser Vorrichtung wirkt die Kraft der Feder
dem auf den Kolben vom Medium ausgeübten Druck entgegen. Die Federvorspannung kann
so hoch eingestellt werden, daß bei zulässigem Druck des Mediums der Ventilteller
den Durchlaß freigibt. Bei ansteigendem Druck verschiebt sich der Ventilteller in
Richtung der Schließstellung. Dabei wird die für das Medium verfügbare Durchlaßöffnung
vermindert. Durch die Verkleinerung des Durchlaßquerschnitts tritt an der Durchlaßöffnung
ein Druckabfall auf. Um diesen Druckabfall ist der Druck des Mediums im Auslaßkanal
geringer als der Druck des Mediums im Einlaßkanal des Regulierventils. Ab einer
bestimmten Druckhöhe schließt das Ventil.
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Am Ausgang des Ventils kann daher kein Überdruck entstehen. Mit relativ
einfachen Mitteln läßt sich eine gute Regulierung des Drucks im Auslaßkanal erzielen.
Aufgrund des einfachen Aufbaus des Regulierventils ist eine kostengünstige Herstellung
möglich. Das Regulierventil spricht auf Druckerhöhungen des Mediums schnell an.
Mit dem Regulierventil können deshalb Anlagenteile, in denen das Medium fließt,
auf einfache Weise vor unerwünscht hohen Druckbelastungen geschützt werden. Die
Bezeichnung "hinter dem Durchlaß" bzw. "vor dem Durchlaß" bezieht sich auf die Richtung
der Strömung des Mediums.
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Vorzugsweise hat der Kolben eine in Richtung der Kolbenaußenseite
konkav gewölbte Angriffsfläche für das unter Druck stehende Medium.
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Die gewölbte Angriffsfläche setzt dem strömenden Medium bei dessen
Umleitung in Richtung des Durchlasses nur einen geringen Widerstand entgegen. Die
Druckverluste in der Öffnungsstellung des Ventiltellers sind deshalb gering.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform setzt sich die konkav gewölbte
Angriffsfläche des Kolbens in einer in Richtung des Randes des Ventiltellers verlaufenden
konkav gewölbten Fläche fort. Mit dieser Anordnung wird eine strömungsgünstige Umlenkung
des Mediums zum Auslaßkanal hin erreicht.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß auf der
dem Medium abgewandten Seite des Kolbens eine Feder angeordnet ist, die an eine
Scheibe angedrückt ist, über die die Zusammendrückung der Feder über eine Gewindespindel
einstellbar ist. Der gewünschte Druck auf der Auslaßseite des Regulierventils läßt
sich bei dieser Anordnung auf einfache Weise in kurzer Zeit einstellen.
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Vorzugsweise ist in einer ringförmigen Ausnehmung des Kolbens eine
Dichtung angeordnet, die den vom Medium beaufschlagten Raum gegen denjenigen Raum
ab dichtet, in dem die Feder angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann das Rohr,
in dem der Kolben verschiebbar angeordnet ist, mit dem Ventilgehäuse aus einem Stück
hergestellt sein.
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Bei einer günstigen Ausführungsform weist das Ventilgehäuse im Auslaßkanal
auf seiner dem Rohr bzw. Rohrstutzen diametral gegenüberliegenden Seite eine durch
einen Deckel verschließbare Öffnung auf, deren Weite an den Durchmesser des Ventiltellers
angepaßt ist, dessen Durchmesser etwas größer als der Durchlaß ist, während der
Durchmesser des Kolbens kleiner als der Durchlaß ist. Die den Kolben und den Ventilteller
aufweisende Einheit kann bei dieser Anordnung ebenso wie die Feder über die Öffnung
in das Innere des Regulierventils eingeschoben werden. Danach wird der Deckel auf
die Öffnung aufgesetzt.
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Eine andere zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß der Kolben
auf seiner der Feder zu gewandten Seite ein verjüngtes Ende hat, dem ein halbkugelförmiger
Körper gegenübersteht, daß zwischen dem verjüngten Ende und dem halbkugelförmigen
Körper eine Membrandichtung in ihrem mittleren Teil eingespannt ist und daß der
äußere Rand der Membrandichtung zwischen dem Rohrstutzen und einem an diesem befestigten
Rohrstück eingespannt ist. Mit dieser Anordnung läßt sich eine besonders gute Abdichtung
des vom Druck des Mediums beaufschlagten Innenraums des Ventilgehäuses erreichen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
eines Regulierventils, dessen Ventilteller sich in der Schließstellung befindet
und Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Regulierventils,
dessen Ventilteller sich in der Öffnungsstellung befindet.
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Ein Regulierventil 10 weist ein Ventilgehäuse 12 mit einem Einlaßkanal
14 und einem Auslaßkanal 16 auf. Der Einlaßkanal 14 und der Auslaßkanal 16 sind
durch eine Wand 18 voneinander getrennt, in der sich ein Durchlaß 20 befindet. Von
dem eine zylindrische Außenseite aufweisenden Ventilgehäuse 12 springt ein zylindrisches
Rohr 22 vor, das gegen den Einlaßkanal 14 offen und an seinem oberen Ende 24 verschlossen
ist. Der Rand 26 des Durchlasses 20 bildet den Sitz für einen Ventilteller 28, der
an einem Schaft 30 angeschraubt ist.
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Der Schaft 30 steht mit einem Kolben 32 in Verbindung, der in dem
zylindrischen Innenraum des Rohres 22 verschiebbar angeordnet ist.
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Der Kolben 32 hat an seinem, dem Ventilteller 28 abgewandten Ende
eine nicht näher bezeichnete, kreisringförmige Aussparung, in die eine Dichtung
34 eingesetzt ist. Der Schaft 30 erstreckt sich durch eine zentrische Bohrung im
Kolben 32 bis über das Ende des Kolbens 32 hinaus und weist an seinem einen Ende
einen Kopf 36 auf. Das andere Ende 38 des Schaftes 30 ist mit Gewinde versehen,
auf das der Ventilteller 28 mit einem Vorsprung 39 aufgeschraubt ist, in dem sich
eine
Gewindebohrung befindet. Zwischen dem Kopf 36 und dem Ende des Kolbens 32 ist eine
Scheibe 40 angeordnet, deren äußerer Durchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser
des zylindrischen Innenraums des Rohres 22 ist.
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Der Kolben 32 weist einen zylindrischen Abschnitt 42 auf, dessen Außendurchmesser
ebenfalls etwas kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Innenraums des
Rohrs 22 ist. Die dem Einlaßkanal 14 zugewandte Seite des Kolbens 32 ist als gewölbte
Angriffsfläche 44 ausgebildet, die vom Abschnitt 42 gegen den Schaft 30 zu konkav
verläuft. Die konkav gewölbte Angriffsfläche 44 setzt sich in Richtung des Ventiltellers
28 in einer konkav gewölbten Fläche 46 fort, die in geringem Abstand vor dem Ventilteller
28 endet. Zwischen dem Ventilteller 28 und demjenigen Ende des Kolbens 32, das dem
Ventilteller 28 zugewandt ist, ist eine Dichtung 48 eingespannt.
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Vom Ventilgehäuse 12 springt auf der dem Rohr 22 diametral gegenüberliegenden
Seite ein Rohrstutzen 50 vor, der eine zylindrische Öffnung 52 hat, die durch einen
Deckel 54 und einen Dichtring 56 verschlossen wird. Ein weiterer Auslaß 57 befindet
sich im Auslaßkanal 16 oberhalb der Öffnung 52. Der Auslaß 57 kann ebenfalls durch
einen Einsatz dicht verschlossen sein. Das Ende 24 enthält eine zentrische Gewindebohrung,
in die eine Gewindespindel 58 eingeschraubt ist. Das in das Innere des Rohres 22
ragende Ende 60 der Gewindespindel 58 liegt an einer Scheibe 62 an, die gegen eine
Feder 64 gedrückt ist. Die Feder 64 ist zwischen der Scheibe 62 und der Scheibe
40 eingespannt. Nahe am Ende 24 ist ein Kanal 66 vorgesehen, der das Innere des
Rohres 22 mit der äußeren Atmosphäre verbindet.
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Die Öffnung 52 hat einen größeren Durchmesser als der Ventilteller
28. Der Durchmesser des Ventiltellers 28 ist größer als der Durch messer des Durchlasses
20. Der äußere Durchmesser des Kolbens 32 ist etwas kleiner als der Durchmesser
des Durchlasses 26.
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Die aus dem Schaft 30, dem Kolben 32, den Dichtungen 34 und 48 sowie
der Scheibe 40 bestehende Einheit wird außerhalb des Ventilgehäuses 12 montiert
und danach im Anschluß an die Scheibe 62 und die Feder 64 durch die Öffnung 52 in
das Innere des Ventilgehäuses 12 und des Rohres 22 eingeschoben. Die Gewindespindel
58, deren äußeres Ende in Form eines Schlitzschraubenkopfes ausgebildet ist, kann
vor oder nach dem Einbau der vorstehend beschriebenen Teile in das Ende 24 eingeschraubt
werden. Anschließend wird der Dichtring 56 und der Deckel 54 mit dem Ventilgehäuse
12 verbunden. Das vorstehend beschriebene Regulierventil, besteht nur aus wenigen,
konstruktiv einfachen Teilen und läßt sich daher kostengünstig fertigen.
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In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform eines Regulierventils 68
dargestellt, die gegenüber dem Regulierventil 10 einige Unterschiede aufweist. Gleiche
Teile der Regulierventile 10 und 68 sind in den Fig.
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1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Das Regulierventil 68 enthält einen Kolben 70, der ebenso wie der
Kolben 32 die Angriffsfläche 44 - für das unter Druck stehende Medium und die gewölbte
Fläche 46 aufweist. Der Kolben 70 ist mit einem in Richtung der Feder 64 sich verjüngenden
Ende 72 versehen. Weiterhin ist ein halbkugelförmiger Körper 74 im Anschluß an das
Ende 72 am Schaft 30 befestigt. Der halbkugelförmige Körper 74 ist mit seiner sich
verjüngenden Seite gegen das Ende 72 gerichtet. Zwischen dem halbkugelförmigen Körper
74 und dem Ende 72 ist eine Membrandichtung 76 mit einem Rand eingespannt, der eine
Öffnung in der Mitte der Membran umgibt. Durch die nicht näher bezeichnete Öffnung
ragt der Schaft 30 hindurch.
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Anstelle eines einstückigen Rohres 22 enthält das Regulierventil 68
einen vom Ventilgehäuse 12 vorspringenden Rohrstutzen 80, der mit Außengewinde versehen
ist. Auf dem Rohrstutzen 80 wird ein Rohrstück
82 aufgesetzt, dessen
offenes Ende von einem ringförmig nach außen ragenden Rand 84 umgeben ist. Über
den Rand 84 ist eine Überwurfmutter 86 geschoben, mit der das Rohrstück 82 am Rohrstutzen
80 angeschraubt ist. Die Feder 64, die Scheibe 62 und die Gewindespindel 58 sind
im Rohrstück 82 in gleicher Weise angeordnet wie im Rohr 22.
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Der äußere Rand 78 der Membrandichtung 76 ist zwischen den Stirnflächen
des Rohrstückes 82 und des Rohrstutzens 80 fest eingespannt.
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Durch die Einspannung der Membrandichtung 76 wird eine besonders gute
Abdichtung des vom Druck beaufschlagten Innenraums des Regulierventils 68 von demjenigen
Raum erreicht, in dem sich die Feder 64 befindet.
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Der halbkugelförmige Körper 74 wird bei der Montage auf den Schaft
30 geschoben, bis er am Kopf 36 anliegt. Danach wird die Membrandichtung 76 auf-
den Schaft 30 aufgesteckt. Anschließend wird der Kolben 70 über den Schaft 30 geschoben.
Zum Schluß wird der Ventilteller 28 nach der Einfügung der Dichtung 48 auf das Ende
des Schaftes 30 aufgeschraubt. Diese Einheit wird über die Öffnung 52 in das Ventilgehäuse
12 eingesetzt, bevor die Öffnung 52 mit dem Deckel 54 verschlossen wird. Danach
wird der Rand 78 auf die Stirnseite des Rohrstutzens 80 gelegt. Im Anschluß daran
wird das Rohrstück 82 mit dem Rohrstutzen 80 verschraubt.
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Der Druck, den das über das Regulierventil fließende Medium im Auslaßkanal
16 hat, wird über die Feder 64 eingestellt. Das Ausmaß, um das die Feder 64 gegenüber
ihrer Länge in entspanntem Zustand zusammengedrückt ist, legt den Druck im Auslaßkanal
16 fest. Die Richtungen, in denen das Medium, zum Beispiel Wasser oder eine andere
Flüssigkeit, im Regulierventil strömt, sind in Fig. 1 und 2 durch Pfeile dargestellt.
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Auf die Kolben 32 und 70 wirken der Druck, den das Medium im Einlaßkanal
hat, und die Kraft der Feder 64 ein. Wenn die Kraft der
Feder den
Druck des Mediums übersteigt, nimmt der Ventilteller 28 seine Öffnungsstellung ein,
die in Fig. 2 dargestellt ist. In der Öffnungsstellung befindet sich der Ventilteller
28 nahe am inneren Rand der Öffnung 52. In dieser Stellung strömt das Medium durch
den Durchlaß 20, wobei der Strömung aufgrund der Wölbungen der Flächen 44 und 46
nur wenig Widerstand entgegengesetzt wird. Die Druckverluste im Ventil sind deshalb
nur gering.
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Bei ansteigendem Druck des Mediums wird die Feder 64 über den Kolben
32 bzw. 70 ein weiteres Stück zusammengedrückt. Das Ausmaß der Verkleinerung der
Federlänge hängt von der Höhe des Drucks ab.
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Wenn sich der Ventilteller in Richtung des Durchlasses 20 verschiebt,
nimmt der für den Durchgang des strömenden Mediums verfügbare Querschnitt ab. Damit
ergibt sich eine Erhöhung des Strömungswiderstandes, durch den der Druck im Auslaßkanal
16 reduziert wird. Über die Größe des Ventildurchlasses wird daher der Druck im
Auslaßkanal 16 gleichmäßig aufrechterhalten.
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Übersteigt der Druck im Einlaßkanal 14 ein gewisses Maß, dann wird
die Feder 64 so stark zusammengedrückt, daß der Ventilteller 28 bzw.
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die Dichtung 48 am Rand 26 des Durchlasses 20 anliegt und diesen verschließt.
Damit wird verhindert, daß sich der Überdruck zum Auslaßkanal 16 hin fortpflanzen
kann. Die Schließstellung des Ventiltellers 28 ist in Fig. 1 dargestellt.
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Fällt der Druck danach wieder ab, dann verschiebt sich der Ventilteller
28 in eine Öffnungsstellung.