AT17317U1 - Druckregelventil - Google Patents

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AT17317U1 ATGM95/2019U AT952019U AT17317U1 AT 17317 U1 AT17317 U1 AT 17317U1 AT 952019 U AT952019 U AT 952019U AT 17317 U1 AT17317 U1 AT 17317U1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein universell einsetzbares Druckregelventil (100) für mechanische, elektronische, pneumatische, hydraulische, hybridische oder Dom-Druckregler mit zwei konzentrisch angeordneten Strömungspfaden unterschiedlicher Nennweite, die durch zwei konzentrisch angeordnete Dichtkörper (4, 11) verschlossen und geöffnet werden, wobei beide Dichtkörper (4,11) ausnahmslos von einer auf der Niederdruckseite angeordneten Betätigung (300) bewegt werden. Die beiden Dichtelemente (4, 11) sind über einen Mitnehmer (15) gekoppelt, sodass ausgehend vom geschlossenen Zustand zuerst der Strömungspfad mit der geringeren Nennweite direkt von der Betätigung (300) und nachfolgend der Strömungspfad mit der größeren Nennweite indirekt über die Bauteilkopplung von der Betätigung (300) geöffnet und geschlossen werden.

Description

Beschreibung
STAND DER TECHNIK
[0001] Die Erfindung betrifft ein universell einsetzbares Druckregelventil für Gase und/ oder Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Kraftstoffspeichersysteme zur Speicherung von gasförmigen Kraftstoffen wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff mit Nenndrücken bis 700 bar sind u.a. mit einem Druckregler, bei dessen Durchströmung eine Druckabsenkung vom Speicherdruck des Druckgasbehälters auf den Arbeitsdruck des Verbrauchers erfolgt, ausgeführt. Derartige Druckregler für große Eingangsdruckschwankungen und möglichst geringe Ausgangsdruckschwankungen bei hohem Durchfluss sind u.a. aus US6523656, DE10325846, oder DE 102007039925 bekannt: US6523656 offenbart einen zweistufigen Druckregler mit entsprechendem Bauaufwand für zwei getrennte Druckregler. DE10325846 offenbart einen einstufigen druckausgeglichenen Druckregler mit dem Nachteil einer druckbelasteten dynamischen Hochdruckdichtung aus einem Elastomer. DE 102007039925 offenbart einen einstufigen Druckregler mit parallel angeordneten Strömungsquerschnitten und zwei Verschlüssen aber unstetigem Regelverhalten, da nur der erste Verschluss auf ausgangsseitige Druckschwankungen reagiert.
TECHNISCHE AUFGABE
[0003] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines universell einsetzbaren Druckregelventils für mechanische, elektrische, elektromagnetische, pneumatische, hydraulische, hybride oder Dom-Druckregler mit hoher Regelgüte und stetigem Regelverhalten über den kompletten Eingangsdruck- und Durchflussbereich in einfacher Bauweise und auf kleinem Bauraum.
TECHNISCHE LÖSUNG
[0004] Die Aufgabe wird durch die Anordnung von zwei koaxial angeordneten Strömungswegen mit unterschiedlicher Nennweite und zwei koaxial angeordneten Dichtkörpern zum Verschließen der beiden Strömungswege auf der Hochdruckseite erreicht, wobei beide Dichtkörper ausnahmslos von einer auf der Niederdruckseite angeordneten Betätigung geöffnet und geschlossen werden.
AUSFÜHRUNGSFORM
[0005] Die Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von möglichen Ausführungsformen und anhand der Zeichnungen.
[0006] Fig. 1 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform des Druckregelventils im geschlossenen Zustand
[0007] Fig. 2 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform des Druckregelventils im geöffneten Zustand bei geringen Durchflüssen oder hohen Eingangsdrücken
[0008] Fig. 3 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform des Druckregelventils im geöffneten Zustand bei großen Durchflüssen oder geringen Eingangsdrücken
[0009] Fig. 1 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform eines universell einsetzbaren Druckregelventils (100) im geschlossenen Zustand in einem mechanischen Druckregler (200) mit einem Druckregelventil (100) zur Druckreduktion auf der Hochdruckseite und einer mechanischen Betätigung (300) auf der Niederdruckseite zur Betätigung des Druckregelventils (100) aus einem einoder mehrteiligen druckbeaufschlagten Kolben (301) samt geeigneter Dichtung (302), einer Druckfeder (303) zur Aufbringung der Einstell- und Regelkraft, einer Federabstützung (304) zur Abstützung der Druckfeder (303), einem ein- oder mehrteiligen Drücker (305) mit einer Kontaktfläche (306) zum Druckregelventil (100) und einer oder mehrerer Ausnehmungen (307) zur Gasführung in einem Ausschnitt eines Druckregler-Gehäuses (1) samt einem Zulauf (2) zur Zufuhr des Gases aus einem Speicherbehälter, einen Durchlass (3) als ersten Strömungsweg (4) mit
einem Dichtsitz (5) zur Abdichtung gegen den ersten Dichtkörper (6) des Druckregelventils (100), einem Ablauf (7) zur Abfuhr des Gases und eine Bauteilführung (8) zur axialen Führung des ersten Dichtkörpers (6) im Gehäuse (1). Weiters ein Druckregelventil (100) mit einem axial beweglichen einteiligen ersten Dichtkörper (6) samt einem Dichtsitz (9) zur Abdichtung gegen den Dichtsitz (5) im Gehäuse (1), einem Dichtsitz (10) zur Abdichtung gegen einen Dichtsitz (11) am zweiten Dichtkörper (12) mit einer Verbindungsbohrung (13) als zweiten Strömungsweg (14) zwischen dem Dichtsitz (9) und dem Dichtsitz (10) des ersten Dichtkörpers (5), einer ersten außen liegenden Führungsfläche (15) zur axialen Führung des ersten Dichtkörpers (6) an der Bauteilführung (8) des Gehäuses (1), einer zweiten innen liegenden Führungsfläche (16) zur axialen Führung des zweiten Dichtkörpers (12) im ersten Dichtkörper (6), einem Mitnehmer (17) als Bauteilkopplung zwischen dem ersten Dichtkörper (6) und dem zweiten Dichtkörper (12) mit einer Stützfläche (18) zur Bewegung des zweiten Dichtkörpers (12) und einem oder mehreren Ausschnitten (19) zur Zuleitung des Hochdruckgases zu den beiden Dichtsitzen (9, 10) und zur Montage des zweiten Dichtkörpers (12), sowie mit einem axial beweglichen einteiligen zweiten Dichtkörper (12) innerhalb des ersten Dichtkörpers (6) mit einem Dichtsitz (11) zur Abdichtung gegen den Dichtsitz (10) des ersten Dichtkörpers (6), eine Aufnahme (20) zur Positionierung der Kontaktfläche (306) des nadelförmigen Drückers (305) der Betätigung (300), eine Führungsfläche (21) zur Führung des zweiten Dichtkörpers (12) an der Führungsfläche (16) des ersten Dichtkörpers (6), einer Stützfläche (22) zur Abstützung an der Stützfläche (18) des ersten Dichtkörpers (6) und einer innen liegenden Bohrung (23) zur Aufnahme einer Schließfeder (24), eine Schließfeder (24) zum Schließen des Druckregelventils (100) bei fehlender oder defekter Betätigung (300) sowie zur besseren Abdichtung des Druckregelventils (100) bei geringen Speicherdrücken und eine Federabstützung (25) zur Abstützung der Schließfeder (24) gegen das Gehäuse (1) mit einem oder mehreren Ausschnitten (25) zur Zuleitung des Hochdruckgases zu den beiden Dichtkörpern (9, 10).
[0010] Der nadelförmige Drücker (305) der niederdruckseitigen Betätigung (300) ist innerhalb des Durchlasses (3) und der Verbindungsbohrung (13) angeordnet und liegt im Druckregelbetrieb an der Aufnahme (20) des zweiten Dichtkörpers (12) an.
[0011] Der Durchlass (3) stellt einen ersten Strömungsweg (4) zwischen dem Zulauf (2) und dem Ablauf (7) dar und wird durch den ersten Dichtkörper (6) verschlossen bzw. geöffnet. Die Verbindungsbohrung (13) im ersten Dichtkörper (6) stellt einen zweiten Strömungsweg (14) zwischen dem Zulauf (2) und dem Ablauf (7) dar und wird durch den zweiten Dichtkörper (12) verschlossen bzw. geöffnet.
[0012] Die beiden Dichtkörper (6, 12) des Druckregelventils (100) sind axial beweglich ausgeführt und werden ausschließlich von der Betätigung (300) bewegt. Der Drücker (305) der niederdruckseitigen Betätigung (300) mit einer Kontaktfläche (306) hat im Druckregelbetrieb über die Aufnahme (20) direkten Kontakt zum zweiten Dichtkörper (12) und bewegt somit den zweiten Dichtkörper (12) synchron zur Betätigung (300). Die niederdruckseitige Betätigung (300) hat keine direkte Verbindung zum ersten Dichtkörper (6). Wenn der maximale Hub des ersten Dichtkörpers (12) erreicht ist und somit die Stützfläche (22) des zweiten Dichtkörpers (12) an der Stützfläche (18) des ersten Dichtkörpers (6) anliegt, steht der erste Dichtkörper (6) indirekt über den zweiten Dichtkörper (12) in mechanischer Verbindung zur Betätigung (300) und der Drücker (305) der niederdruckseitigen Betätigung (300) bewegt somit den ersten Dichtkörper (6) und den zweiten Dichtkörper (12) synchron zur Betätigung (300).
[0013] Der zweite Dichtkörper (12) kann eine erste Endlage im geschlossenen Zustand mit Anlage seines Dichtsitzes (11) am Dichtsitz (10) des ersten Dichtkörpers (6) mit einer ersten Durchflussrate, eine zweite Endlage im vollkommen geöffneten Zustand bei maximalem Hub des zweiten Dichtkörpers (12) mit Anlage seiner Stützfläche (22) an der Stützfläche (18) des ersten Dichtkörpers (6) mit einer zweiten Durchflussrate sowie beliebige Lagen mit zugehöriger Durchflussrate zwischen der ersten und der zweiten Endlage in Abhängigkeit der Lage der Betätigung (300) einnehmen. Die erste Durchflussrate bei geschlossenem zweitem Dichtkörper (12) beträgt Null. Die zweite Durchflussrate entspricht dem nominellen Durchfluss des geöffneten zweiten Dichtkörpers (12). Der erste Dichtkörper (6) kann eine erste Endlage im geschlossenen Zustand mit
Anlage seines Dichtsitzes (9) am Dichtsitz (5) im Gehäuse (1) mit einer ersten Durchflussrate, eine zweite Endlage im vollkommen geöffneten Zustand bei maximalem Hub der Betätigung (300) mit einer zweiten Durchflussrate sowie beliebige Lagen mit zugehöriger Durchflussrate zwischen der ersten und der zweiten Endlage in Abhängigkeit der Lage der Betätigung (300) einnehmen. Die erste Durchflussrate entspricht dem nominellen Durchfluss des geöffneten zweiten Dichtkörpers (12). Die zweite Durchflussrate entspricht dem nominellen Durchfluss des geöffneten ersten Dichtkörpers (6).
[0014] Gemäß Fig. 1 drücken im geschlossenen Zustand die Schließfeder (24) und die wirkenden Druckkräfte den zweiten Dichtkörper (12) mit seinem Dichtsitz (11) gegen den Dichtsitz (10) am ersten Dichtkörper (6) und somit den ersten Dichtkörper (6) mit einem ersten Dichtsitz (9) gegen die Dichtsitz (7) im Gehäuse (1). Der erste Strömungsweg (4) und der zweite Strömungsweg (14) sind verschlossen.
[0015] Gemäß Fig. 2 drückt die Betätigung (300) mit seinem Drücker (305) bei fallendem Auslassdruck den zweiten Dichtkörper (12) mit seinem Dichtsitz (11) entgegen den wirkenden Druckkräften und der Kraft der Schließfeder (24) vom zweiten Dichtsitz (10) des ersten Dichtelements (6) und öffnet somit den zweiten Strömungsweg (14) bis die Stützfläche (22) des zweiten Dichtkörpers (12) an der Stützfläche (18) des ersten Dichtkörpers (6) anliegt.
[0016] Gemäß Fig. 3 drückt die Betätigung (300) mit seinem Drücker (305) bei weiter fallendem Auslassdruck durch die Bauteilkopplung über den Mitnehmer (17) bei Anlage der Stützfläche (22) des zweiten Dichtkörpers (12) an der Stützfläche (18) des ersten Dichtkörpers (6) den ersten Dichtkörper (6) mit seinem Dichtsitz (9) entgegen den wirkenden Druckkräften und der Kraft der Schließfeder (24) vom Dichtsitz (5) im Gehäuse (1) und öffnet somit den zweiten Strömungsweg (14) bis zum maximalen Hub der Betätigung (300) als Anlage der Betätigung (300) im Gehäuse (1).
[0017] Die beiden Dichtkörper (6, 12) bzw. die zugehörigen Dichtsitze (5, 9, 10, 11) werden bevorzugt so bemessen, dass die aufzubringende Betätigungskraft mit zunehmendem Hub der Betätigung (300) stetig und ohne sprunghafte Zunahme steigt, um eine einfache Steuerung oder Regelung des Auslassdruckes zu ermöglichen. Bevorzugt beträgt der Strömungsdurchmesser des zweiten Strömungsweges (14) ca. 25% des ersten Strömungsweges (4).
[0018] Bevorzugt ist der Dichtsitz (5) direkt im Gehäuse (1) ausgeführt, besonders bevorzugt erfolgt die Anordnung des Druckregelventils (100) zur Verringerung der druckbeaufschlagten Flächen innerhalb des Hochdruckanschlusses. Wahlweise ist auch eine Einschraub- oder EinschubPatrone (Cartridge-Design) möglich, sodass das Druckregelventil (100) mit einem eigenen Gehäuse (1) ausgeführt und mit dem Gehäuse des Druckreglers (200) verbunden ist.
[0019] Bevorzugt wird der Dichtsitz (5) als konischer Übergang von der Bauteilführung (8) zum Durchlass ausgeführt. Wahlweise kann auch eine senkrecht zur Bauteilführung (8) angeordnete ebene Fläche oder der Ubergangsradius zum Durchlass (3) als Dichtsitz (5) verwendet werden.
[0020] Bevorzugt wird der Dichtsitz (10) als konischer Übergang von der Führungsfläche (16) zur Verbindungsbohrung (13) ausgeführt. Wahlweise kann auch eine senkrecht zur Führungsfläche (16) angeordnete ebene Fläche oder der Ubergangsradius zur Verbindungsbohrung (13) als Dichtsitz (10) verwendet werden.
[0021] Bevorzugt wird der Dichtsitz (9) als Kugelfläche ausgeführt. Wahlweise kann auch eine senkrecht zur Führungsfläche (15) angeordnete ebene Fläche, der Ubergangsradius zur Verbindungsbohrung (13) oder eine konische Fläche als Dichtsitz (9) verwendet werden.
[0022] Bevorzugt wird der Dichtsitz (11) als Kugelfläche ausgeführt. Wahlweise kann auch eine senkrecht zur Führungsfläche (16) angeordnete ebene Fläche, der Ubergangsradius zur Aufnahme (20) oder eine konische Fläche als Dichtsitz (11) verwendet werden.
[0023] Bevorzugt ist der nadelförmige Ansatz (305) an der niederdruckseitigen Betätigung (300) ausgeführt. Wahlweise ist der nadelförmige Ansatz (305) am zweiten Dichtkörper (12) oder jeweils an der niederdruckseitigen Betätigung (300) und am zweiten Dichtkörper (12) ausgeführt.
[0024] Bevorzugt ist der Mitnehmer (17) einteilig mit dem ersten Dichtkörper (6) ausgeführt. Wahlweise ist der Mitnehmer (17) als separater Bauteil ausgeführt und mit dem ersten Dichtkörper (6) mechanisch verbunden.
[0025] Bevorzugt sind der erste Dichtkörper (6) und der zweite Dichtkörper (12) jeweils einteilig ausgeführt. Wahlweise sind der erste Dichtkörper (6) und/oder der zweite Dichtkörper (12) mehrteilig ausgeführt.
[0026] Wahlweise wird die Schließfeder (24) nicht in einer innen liegenden Bohrung (23) des zweiten Dichtkörpers (12) geführt, sondern an einem außen liegenden Zapfen (23a) am zweiten Dichtkörper (12) aufgenommen. Wahlweise wird eine zweite Schließfeder (24) für den ersten Dichtkörper (6) eingesetzt. Wahlweise stützt sich die Schließfeder (24) gegen den ersten Dichtkörper (6) ab.
[0027] Die Federabstützung (25) wird in das Gehäuse eingeschraubt, eingeklebt, eingepresst oder über ein zusätzliches Bauteil in Position gehalten. Wahlweise wird als Federabstützung (25) ein Filter (25a) eingesetzt.
[0028] Die Hubbegrenzung der Betätigung (300) erfolgt durch das Gehäuse (1), indem der Kolben (301) oder ein mit dem Kolben (300) verbundener Bauteil am Gehäuse (1) anliegt. Wahlweise wird ein zusätzlicher Bauteil (z.B. Sicherungsring) zur Hubbegrenzung eingesetzt.
[0029] Als Druckfeder (301) und/oder als Schließfeder (24) wird ein beliebiges federndes Element oder eine Kombination beliebiger federnder Elemente eingesetzt, dass seiner Verformung eine entgegen der Verformungsrichtung wirkende Kraft entgegensetzt.
[0030] Bevorzugt wird der erste Dichtkörper (6) aus einem Polymer und der zweite Dichtkörper (12) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Wahlweise werden beide Dichtkörper (6, 12) aus einem Polymer oder einem metallischen Werkstoff gefertigt.
[0031] Wahlweise können n (beliebige Anzahl) konzentrisch angeordnete Strömungswege, die durch n (beliebige Anzahl) konzentrisch angeordnete einteilige Dichtelemente mit einer Betätigung (300) verschlossen und geöffnet werden.
[0032] Wahlweise kann die Betätigung (300) als Inline-Variante ausgeführt werden.
[0033] Die vorliegende Erfindung eines universell einsetzbares Druckregelventils (100) kann durch die Lage der Betätigung (300) auf der Niederdruckseite und die Lage des Druckregelventils (100) auf der Hochdruckseite für mechanische, elektrische, elektromachanische, pneumatische, hydraulische, hybride oder Dom-Druckregler eingesetzt werden. Die Ausführung mit zwei konzentrisch angeordneten Strömungswegen (4, 14), die durch zwei konzentrisch angeordnete einteilige Dichtelemente (6, 12) mit einer Betätigung (300) verschlossen und geöffnet werden, verringert den Bauaufwand und den Bauraum. Der stetige OÖffnungsvorgang vom geschlossenen Zustand bis zum maximalen Öffnungshub der Betätigung (300) durch den Mitnehmer (15) als Bauteilkopplung bewirken eine hohe Regelgüte und ein stetiges Regelverhalten über den kompletten Eingangsdruck- und Durchflussbereich. Durch die Führung des ersten Dichtkörpers (6) im Gehäuse (1) und die Führung des zweiten Dichtkörpers (12) im ersten Dichtkörper (6) wird ein stabiles Druckregelventil (100) mit geringer Beeinflussung des Regelverhaltens durch Strömungskräfte erreicht.

Claims (5)

Ansprüche
1. Druckregelventil (100) in einem Gehäuse (1) mit zwei konzentrisch angeordneten Strömungswegen (4, 14) unterschiedlicher Nennweite und einer Betätigung (300) auf der Niederdruckseite zum Öffnen und Schließen der beiden Strömungswege (4, 14) durch zwei konzentrisch zu den beiden Strömungswegen (4, 14) angeordneten Dichtkörpern (6, 12) auf der Hochdruckseite, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtkörper (6) zum Öffnen des ersten Strömungsweges (4) axial beweglich im Gehäuse (1) geführt ist und der zweite Dichtkörper (6) zum Öffnen des zweiten Strömungsweges (14) axial beweglich im ersten Dichtkörper (6) geführt ist.
2. Druckregelventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausnahmslos die Betätigung (300) den ersten Dichtkörper (6) zum Öffnen der ersten Strömungsweges (4) vom zugeordneten Dichtsitz (5) und den zweiten Dichtkörper (12) zum Öffnen der zweiten Strömungsweges (14) vom zugeordneten Dichtsitz (10) in drückender Weise abhebt und bewegt.
3. Druckregelventil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung (300) den zweiten Dichtkörper (12) zum Öffnen des zweiten Strömungsweges (14) direkt vom zugeordneten Dichtsitz (10) drückt und den ersten Dichtkörper (6) zum Offnen des ersten Strömungsweges (4) indirekt über den zweiten Dichtkörper (6) durch den Mitnehmer (15) als Bauteilkopplung zwischen den beiden Dichtkörpern (6, 12) vom zugeordneten Dichtsitz (5) drückt.
4. Druckregelventil (100) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (15) zur Bewegung des ersten Dichtkörpers (6) am Druckregelventil (100) als Stützfläche (18) am ersten Dichtelement (6) und als Stützfläche (22) am zweiten Dichtkörpers (12) ausgeführt ist und die Betätigung (300) den ersten Dichtkörper bewegt, sobald die Stützfläche (22) des zweiten Dichtkörpers (12) an der Stützfläche (18) des ersten Dichtkörpers (6) anliegt.
5. Druckregelventil (100) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Betätigung (300) den zweiten Dichtkörper (12) oder beide Dichtkörper (6, 12) synchron zur Betätigung (300) bewegt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
ATGM95/2019U 2019-09-03 2019-09-03 Druckregelventil AT17317U1 (de)

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