-
Die Erfindung betrifft einen Druckregler für flüssige Medien mit
- a) einem Durchgangsströmungsweg, der sich zwischen zwei Anschlüssen für eine mediumführende Leitung erstreckt;
- b) einem in dem Durchgangsströmungsweg angeordneten Ventilsitz, der durch ein Schließelement freigegeben oder geschlossen werden kann, welches zwischen einer Schließstellung und einer Freigabestellung beweglich gelagert ist.
-
Derartige Druckregler sind beispielsweise aus der
DE 44 19 168 A1 bekannt und werden dazu verwendet, den Druck in einer mediumführenden Leitung zu regeln, mit der eine Applikationseinrichtung gespeist wird. Beispielsweise werden solche Druckregler in Lackleitungen einer Lackieranlage eingesetzt. Andere Anwendungsgebiete sind die Materialversorgung für das Auftragen eines Unterbodenschutzes oder für das Nahtabdichten bei Fahrzeugkarosserien. Die letzteren Anwendungen fallen unter den Begriff einer sogenannten Dickstoffversorgung, da die dort applizierten Medien in der Regel sehr viskos sind.
-
Die Ausbildung und Form des Applikationsstrahls hängt unter anderem wesentlich von der Viskosität des zu applizierenden Mediums ab und es ist das Ziel, mit Hilfe des Druckreglers einen gleichmäßigen Volumenstrom zur Applikationseinrichtung sicherzustellen.
-
Hierzu sind meist in der mediumführenden Leitung ein Drucksensor und/oder ein Volumenstromsensor vorhanden. Abhängig von den Ausgangssignalen des oder der Sensoren wird dann der Druckregler angesteuert. Wenn dessen Durchgangsströmungsweg offen ist, ist zwischen dem Schließelement und dem Ventilsitz ein Ringspalt ausgebildet, dessen Durchgangsquerschnitt von der Stellung des Schließelements bezogen auf den Ventilsitz abhängt. Hierüber und über gegebenenfalls vorhandene Strömungsräume mit variablem Volumen kann der Durchfluss des Applikationsmediums geregelt werden.
-
Im Laufe des Betriebs kommt es besonders an dem Schließelement und an dem Ventilsitz zu Verschleißerscheinungen in der Form, dass es zu einer mehr oder minder starken Abnutzung des Schließelements und des Ventilsitzes kommt. Diese Abnutzung tritt insbesondere auf, wenn das geförderte Applikationsmedium viskos, abrasiv oder aggressiv ist oder auch mehrere dieser Eigenschaften hat.
-
Durch den Verschleiß kann es dazu kommen, dass die zusammenspielenden Komponenten Schließelement und Ventilsitz nicht mehr einwandfrei aufeinander abgestimmt sind. Dadurch ist die Betriebssicherheit des Druckreglers nicht mehr gewährleistet. Bislang kommt ein solcher Verschleiß erst durch eine bereits eingetretene Störung zu Tage, die zu einem Betriebsstillstand im laufenden Betrieb führt, da der betroffene Druckregler sofort nach dem Auftreten der Störung während der Betriebszeit ausgetauscht werden muss.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Druckregler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem diese Nachteile zumindest weitgehend ausgeräumt sind.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Druckregler der eingangs genannten Art gelöst durch
- c) eine Verschleißsensoreinrichtung, mit welcher ein Verschleiß des Schließelements und/oder des Ventilsitzes im laufenden Betrieb überwachbar ist.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, direkt am Druckregler den Zustand des Schließelements und/oder des Ventilsitzes zu erfassen und zu überwachen. Hierdurch können Verschleißerscheinungen frühzeitig erkannt werden, so dass ein erforderlicher Austausch des Druckreglers oder von Einzelkomponenten desselben zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden kann, zu dem es zu keiner Produktionsstörung kommt. Das Auftreten erster Verschleißerscheinungen führt in der Regel noch nicht zu einem sofortigen Ausfall des Druckregler. Daher können die erforderlichen Arbeiten dann später durchgeführt werden, wenn die betroffene Anlage ohnehin stillsteht, beispielsweise in einer standardmäßigen Betriebspause oder an produktionsfreien Wochenenden oder dergleichen.
-
Im Hinblick auf die Überwachung ist es günstig, wenn die Verschleißsensoreinrichtung derart eingerichtet ist, dass die Stellung des Schließelements bezogen auf eine Referenz-Nulllage erfasst werden kann. Dies bedeutet zum Beispiel, dass die Verschleißsensoreinrichtung bei der Installation eines unbeeinträchtigten Druckreglers kalibriert wird.
-
Dabei ist die Referenz-Nulllage vorzugsweise dann definiert, wenn das unbeeinträchtigte Schließelement seine Schließstellung einnimmt und gegen einen unbeeinträchtigten Ventilsitz anliegt und diesen verschließt. Ein Verschleiß der Komponenten drückt sich auch immer in einer anderen Schließstellung des Schließelements gegen den Ventilsitz aus.
-
Es ist möglich, dass die Verschleißsensoreinrichtung die Stellung des Schließelements unmittelbar am Schließelement selbst erfasst. In diesem Fall muss bei einem Austausch jedoch gegebenenfalls auch die Verschleißsensoreinrichtung ausgetauscht werden. Es ist daher von Vorteil, wenn die Stellung des Schließelements durch die Verschleißsensoreinrichtung mittelbar erfassbar ist.
-
In diesem Fall ist das Schließelement vorzugsweise mit einem Stellglied gekoppelt und die Verschleißsensoreinrichtung derart eingerichtet, dass diese die Stellung des Schließelements indirekt über die Konfiguration und/oder die Stellung dieses Stellglieds ermittelt.
-
Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn
- a) das Stellglied eine Druckmembran ist, welche sich durch Druck wölbt, wobei durch die Druckmembran eine Axialbewegung des Schließelements bewirkbar ist;
- b) die Verschleißsensoreinrichtung einen Abstandsensor umfasst, durch welchen der Abstand zwischen einer Messstelle auf der Druckmembran und einer Referenzstelle erfassbar ist, so dass die Druckmembran als Messmembran dient.
-
Die Wölbung einer solchen Druckmembran spiegelt auch immer die Bewegung bzw. die Stellung des dadurch bewegten Schließelementes wieder. So kann eine Abweichung von einem unbeeinträchtigten Betriebszustand durch eine Veränderung der Wölbung der Messmembran erfasst werden, die diese bei der Schließstellung des Schließelements aufweist.
-
Wenn der Abstand zwischen der Messstelle und der Referenzstelle in einer Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Schließelements, insbesondere koaxial dazu, messbar ist, kann die gemessene Abstandsänderung vorteilhaft dem Bewegungsweg des Schließelements entsprechen.
-
Wenn der Druckregler mit einer Verschleißsensoreinrichtung ausgestattet ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Druckregler modular aufgebaut ist und ein Grundgehäuse mit wenigstens einem Modulraum für Funktionsmodule umfasst.
-
In diesem Fall können gegebenenfalls nur die Funktionsmodule ausgetauscht werden, die Verschleißerscheinungen zeigen. Die Verschleißsensoreinrichtung selbst kann jedoch am Druckregler verbleiben.
-
Dabei ist es günstig, wenn der Druckregler wenigstens ein austauschbares Ventilsitzmodul umfasst, welches in einen Modulraum des Grundgehäuses einsetzbar ist und einen Strömungskanal aufweist, in dem der Ventilsitz angeordnet ist und der einen Abschnitt des Durchgangsströmungsweges bildet, wenn das Ventilsitzmodul in den Modulraum eingesetzt ist. Wenn der Ventilsitz nicht mehr einwandfrei ist, kann das so verschlissene Ventilsitzmodul gegen ein unbeeinträchtigtes Ventilsitzmodul ausgetauscht werden, ohne dass hierzu der Druckregler von der angeschlossenen mediumführenden Leitung getrennt werden müsste.
-
Es ist dementsprechend vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Ventilsitzmodul das Schließelement umfasst.
-
Aus demselben Grund umfasst der Druckregler vorzugsweise wenigstens ein austauschbares Regelkolbenmodul, welches in einen Modulraum des Grundgehäuses einsetzbar ist und einen Regelkolben aufweist, der bereichsweise einen variablen Strömungsraum begrenzt, der einen Abschnitt des Durchgangsströmungsweges bildet, wenn das Regelkolbenmodul in den Modulraum eingesetzt ist.
-
Außerdem ist es günstig, wenn der Druckregler eine Druckeinheit umfasst, welche aus mehreren Druckluftmodulen aufbaubar ist, welche jeweils eine Druckluftmembran umfassen, welche sich durch Druck wölbt, wobei durch die Druckmembranen eine Axialbewegung des Schließelements bewirkbar ist.
-
Wenn die Drucklufteinheit wenigstens ein Druckluftmodul umfasst und dessen Druckmembran die Messmembran ist, kann die Verschleißsensoreinrichtung stets an der Druckeinheit verbleiben.
-
Vorzugsweise umfasst der modular aufgebaute Druckregler jeweils einen Satz von Ventilsitzmodulen, Regelkolbenmodulen und Druckluftmodulen, die jeweils baulich verschieden von einem entsprechenden Funktionsmodul der gleichen Familie sind. So kann die Wirkweise des Druckreglers durch den Austausch der Funktionsmodule eingestellt werden. Hierauf wird weiter unten nochmals eingegangen. Beispielsweise können die Durchmesser des Schließelements oder des Ventilsitzes bei verschiedenen Ventilsitzmodulen variieren.
-
Nachfolgend wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
-
1 im Schnitt separat gezeigte Module eines modular aufgebauten Druckreglers mit einer Verschleißsensoreinrichtung und mit austauschbaren Ventilsitzmodulen und Regelkolbenmodulen sowie einer Druckeinheit mit koppelbaren Druckluftmodulen, wobei jeweils zwei verschiedene Module gezeigt sind, die mit ein und demselben Grundgehäuse des Druckreglers kombiniert werden können;
-
2 einen Schnitt eines zusammengebauten Druckreglers in einer Schließkonfiguration, dessen Druckeinheit ein einziges Druckluftmodul umfasst;
-
3 einen der 2 entsprechenden Schnitt eines zusammengebauten Druckreglers in einer Durchflusskonfiguration, dessen Druckeinheit zwei Druckluftmodule umfasst;
-
4 einen Schnitt eines Druckreglers mit nochmals modifiziertem Regelkolbenmodul und Ventilsitzmodul, so dass der Druckregler als Rückdruckregler arbeiten kann;
-
5 einen Schnitt eines Druckreglers mit Verschleißsensoreinrichtung in seiner Schließstellung;
-
6 einen Schnitt des Druckreglers nach 5 in einer Durchflusskonfiguration;
-
7 einen Schnitt des Druckreglers nach den 5 und 6 in seiner Schließstellung, wobei ein Verschleiß eines Ventilsitzes und eines Schließelements veranschaulicht sind.
-
In den Figuren ist mit 10 insgesamt ein modular aufgebauter Druckregler bezeichnet, welcher für die Regelung des Druckes in einer nicht eigens gezeigten mediumführenden Leitung verwendet wird. Beispielsweise wird der Druckregler 10 in einer Beschichtungsanlage eingesetzt, um den Druck in einer Lackleitung zu regeln, über welche Lack zu einer Applikationsvorrichtung, wie zum Beispiel einer Spritzpistole oder einem Rotationszerstäuber, gefördert wird.
-
Der modulare Druckregler 10 umfasst ein Grundgehäuse 12, welches mit austauschbaren Funktionsmodulen in Form von Ventilsitzmodulen 14, Regelkolbenmodulen 16 sowie einer ihrerseits als Druckluftkaskade aufbaubare Druckeinheit 18 mit koppelbaren Druckluftmodulen 20 zusammenarbeiten und kombiniert werden kann. Von diesen sind in 1 je zwei und jeweils verschieden ausgebildete Ventilsitzmodule 14.1, 14.2, Regelkolbenmodule 16.1, 16.2 und Druckluftmodule 20.1, 20.2 gezeigt. Zur Druckeinheit 18 gehört außerdem noch ein Anschlusselement 22, welches beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Anschlussplatte 24 ausgebildet ist. Hierauf wird weiter unten nochmals eingegangen.
-
In den 2 bis 7 ist jeweils ein zusammengebauter Druckregler 10 mit den Bauteilen 12, 14.1, 16.1, 20.1 bzw. 20.1 und 20.2 sowie 22 gezeigt. Dort sind der Übersichtlichkeit halber jeweils nicht alle Komponenten mit Bezugszeichen versehen.
-
Das Grundgehäuse 12 des Druckreglers 10 ist als Gehäusekörper 26 mit zylindrischer Außenmantelfläche 28 ausgebildet und begrenzt einen ersten Modulraum 30 für eines der Ventilsitzmodule 14 und einen zweiten Modulraum 32 für eines der Regelkolbenmodule 16. Die Modulräume 30, 32 sind koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander angeordnet und gehen ineinander über, wobei der erste Modulraum 30 einen kleineren Querschnitt als der zweite Modulraum 32 hat. Hierdurch ist der Übergang zwischen den beiden Modulräumen 30, 32 als umlaufende Stufenfläche 34 ausgebildet, die zum zweiten Modulraum 32 weist. Die Modulräume 30 und 32 sind jeweils von den gegenüberliegenden Stirnseiten 36 und 38 des Grundgehäuses 12 her von außen zugänglich, so dass Ventilsitzmodule 14 und Regelkolbenmodule 16 in den ersten Modulraum 30 bzw. den zweiten Modulraum 32 eingesetzt bzw. aus diesen entnommen werden können.
-
Die Modulräume 30, 32 haben beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Querschnitt, können jedoch auch hiervon abweichende Querschnitte haben.
-
Das Grundgehäuse 12 umfasst außerdem einen Einlasskanal 40, der sich zwischen der Außenmantelfläche 28 und dem ersten Modulraum 30 erstreckt. Ein gewinkelter Auslasskanal 42 erstreckt sich zwischen der Stufenfläche 34 und der Außenmantelfläche 28 des Grundgehäuses 12. An der Außenmantelfläche 28 des Grundgehäuses 12 können der Einlasskanal 40 und der Auslasskanal 42 mittels jeweiliger Anschlüsse 40a und 42a mit der mediumführenden Leitung verbunden werden, in welcher der Druckregler 12 angeordnet werden soll.
-
Die Ventilsitzmodule 14 haben jeweils ein hohles Ventilgehäuse 44 mit einer Außenkontur, die komplementär zur Innenkontur des ersten Modulraumes 30 des Grundgehäuses 12 ist. Das Ventilgehäuse 44 begrenzt einen Strömungskanal 46, der sich zwischen einer Einlassöffnung 48 und einer Auslassöffnung 50 erstreckt. Die Einlassöffnung 48 ist so ausgebildet, positioniert und dimensioniert, dass sie mediumdicht mit dem Einlasskanal 40 des Grundgehäuses 12 verbunden ist, wenn das Ventilsitzmodul 14 in den ersten Modulraum 30 des Grundgehäuses 12 eingesetzt ist. Die Auslassöffnung 50 öffnet dann zum zweiten Modulraum 32 des Grundgehäuses 12 hin.
-
In dem Strömungskanal 46 ist ein Ventilsitz 52 angeordnet, der durch ein Schließelement 54 verschlossen oder freigegeben werden kann, das in dem Ventilgehäuse 44 zwischen einer Schließstellung und einer Freigabestellung beweglich gelagert ist, so dass der Durchfluss von Medium wahlweise gesperrt oder freigegeben werden kann. Das Schließelement 54 wird durch eine Feder 56 in seine Schließstellung vorgespannt.
-
Bei zwei voneinander verschiedenen Ventilsitzmodulen 14.1 und 14.2 haben beispielsweise die jeweiligen Ventilsitze 52 und die jeweiligen Strömungskanäle 46 zumindest im Bereich stromab der Ventilsitze 52 unterschiedliche Durchmesser. Auch können die Schließelemente 54 unterschiedliche Ausbildungen haben, die an den jeweils vorhandenen Ventilsitz 52 angepasst sind. Dies ist in 1 am Beispiel der beiden Ventilsitzsitzmodule 14.1 und 14.2 zu erkennen.
-
Die Regelkolbenmodule 16 haben jeweils ein Kolbengehäuse 58 mit einer Außenkontur, die komplementär zur Innenkontur des zweiten Modulraumes 32 des Grundgehäuses 12 ist. Das Kolbengehäuse 58 begrenzt einen zu einer Strömungsseite 60 des Kolbengehäuses 58 hin offenen Kolbenraum 62.
-
In dem Kolbenraum 62 ist eine Regelkolben 64 verschiebbar gelagert, der auf seiner zur Strömungsseite 60 weisenden Kolbenfläche einen koaxialen Stößel 66 trägt. Auf seiner von der Strömungsseite 60 abliegenden Seite ist der Regelkolben von einer Kolbenstange 68 getragen, die sich durch das Kolbengehäuse 58 hindurch erstreckt und auf einer Druckseite 70, die der Strömungsseite 60 gegenüber liegt, aus dem Kolbengehäuse 58 heraus. An dem dortigen freien Ende trägt die Kolbenstange 68 einen Koppelstutzen 72, der seinerseits mit einem Druckluftmodul 20 zusammenarbeitet. Hierauf wird weiter unten nochmals zurückgekommen.
-
Im Betrieb ist ein Regelkolbenmodul 16 mit seiner Strömungsseite 60 und dem Stößel 66 voran in den zweiten Modulraum 32 des Grundgehäuses 12 eingesetzt und liegt mit der Strömungsseite 60 an der Stufe 32 des Grundgehäuses 12 an. Wenn sich ein Ventilsitzmodul 12 in dem ersten Modulraum 30 des Grundgehäuses 12 befindet, ragt der Stößel 66 durch die Auslassöffnung 50 des Ventilsitzmoduls 12 in dessen Strömungskanal 46 hinein und liegt an dessen Schließelement 54 an, wie es anhand der 2 bis 7 ersichtlich ist.
-
Der Regelkolben 64 begrenzt dabei bereichsweise einen variablen Strömungsraum 74, der sich zwischen dem Strömungskanal 46 im Ventilsitzmodul 14 und dem Auslasskanal 42 im Grundgehäuse 12 erstreckt. Wenn das Regelkolbenmodul 16 in den zweiten Modulraum 32 des Grundgehäuses 12 eingesetzt ist, begrenzt der Regelkolben 64 diesen variablen Strömungsraum 74 zusammen mit dem Kolbenraum 62, der Stufenfläche 34 und dem Ventilsitzmodul 14. Das Volumen des variablen Strömungsraumes 74 hängt einerseits von der Stellung des Regelkolbens 64 und andererseits von den Abmessungen des Kolbenraums 62 und des Regelkolbens 64 ab.
-
Bei zwei voneinander verschiedenen Regelkolbenmodulen 16.1 und 16.2 haben insbesondere die jeweiligen Kolbenräume 62 und Regelkolben 64 und Kolbenräume 62 unterschiedliche Durchmesser. Es kann vorkommen, dass diese Durchmesser so klein sind, dass der ausgebildete Strömungsraum 74 nicht mehr direkt strömungstechnisch zu dem Auslasskanal 42 im Grundgehäuse 12 führt; dies ist beispielsweise beim Regelkolbenmodul 16.2 in 1 veranschaulicht. Dort ist ebenfalls zu erkennen, dass in einem solchen Fall von dem Kolbenraum 62 ein Stichkanal 76 abgeht, so dass eine Strömungsverbindung zwischen dem Strömungsraum 74 und dem Auslasskanal 42 im Grundgehäuse 12 sichergestellt ist, wenn sich das entsprechende Regelkolbenmodul 16 im zweiten Modulraum 32 befindet.
-
Es ist insgesamt ein Durchgangsströmungsweg 78 vorhanden, der sich zwischen den Anschlüssen 40a und 42a erstreckt und in dem der Ventilsitz 52 angeordnet ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Durchgangsströmungsweg 78 durch den Einlasskanal 40 im Grundgehäuse 12, durch den Strömungskanal 46 im Ventilsitzmodul 14, durch den variablen Strömungsraum 74 und durch den Auslasskanal 42 im Grundgehäuse 12 gebildet. Durch das Schließelement 54 kann der Durchgangsströmungsweg 78 somit freigegeben oder geschlossen werden.
-
Der Durchströmungsweg 78 ist nur in den 2, 3 sowie 5 bis 7 zu erkennen. Dort und in 4 sind der Übersichtlichkeit halber jeweils nicht alle erläuterten Komponenten mit einem Bezugszeichen versehen.
-
Die Ansteuerung des Regelkolbens 62 und auf diesem Wege die Ansteuerung des Schließelements 54 erfolgt über die Druckeinheit 18, welche beim dem betriebsfähigen Druckregler 10 auf der Seite des Grundgehäuses 12 angebracht ist, auf der sich das Regelkolbenmodul 16 befindet.
-
Ein Druckluftmodul 20 umfasst ein Druckluftgehäuse 80 mit einem Arbeitsraum 82, der auf einer Seite von einer Druckmembran 84 abgedeckt ist, die auf einen im Arbeitsraum 82 geführten Koppelkolben 86 wirken kann.
-
Das in 1 gezeigte Druckmodul 20.1 ist ein Koppelmodul 88, dessen Arbeitsraum 82 auf der von der Druckmembran 84 abliegenden Seite hin offen ist, so dass die Kolbenstange 68 des Regelkolbenmoduls 16 auf dessen Druckseite in den Arbeitsraum 82 des Koppelmoduls 88 hineinragen kann. Der Koppelstutzen 72 der Kolbenstange 68 greift in montiertem Zustand der Komponenten in eine Koppelaufnahme 90 im Koppelkolben 86 ein. Dies ist in den 2 bis 7 zu erkennen.
-
Bei dem in 2 gezeigten Druckregler 10 umfasst die Druckeinheit 18 das Koppelmodul 88 und die oben erwähnte Anschlussplatte 24. Diese weist ihrerseits einen Druckraum 92 auf, dem über einen Anschluss 94 Druckluft zugeführt werden kann. Der Druckraum 92 der Anschlussplatte 24 übergreift im montiertem Zustand die Druckmembran 84 des Koppelmoduls 88.
-
Wenn nun der Anschluss 94 mit Druckluft beaufschlagt wird, strömt diese in den Druckraum 92 über der Druckmembran 84 ein und wölbt diese in Richtung auf das Grundgehäuse 12 des Druckreglers 10 aus. Dadurch wird der Koppelkolben 86 in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der damit gekoppelte Regelkolben 64 durch seinen Stößel 66 gegen die Kraft der Feder 56 auf das Schließelement 54 des Ventilsitzmoduls 14 wirkt und der Ventilsitz 52 freigegeben wird. Zwischen dem Schließelement 54 und dem Ventilsitz 52 bildet sich dann ein umlaufender Ringspalt 96 aus, wie es in den 3 und 6 zu erkennen ist. Somit bewirkt die Wölbung der Druckmembran 84 eine Axialbewegung des Schließelements 54.
-
Das in 1 gezeigte Druckmodul 20.2 der Druckeinheit 18 ist ein Verstärkungsmodul 98. Bei diesem sind Komponenten, die denjenigen des Koppelmoduls 88 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Der dortige Arbeitsraum 82 ist auf der von der Druckmembran 84 abliegenden Seite nicht offen, sondern durch eine Zwischenwand 100 geschlossen, durch welche ihrerseits ein Stempelkolben 102 geführt ist, der im Arbeitsraum 82 mit dem Koppelkolben 86 verbunden ist. Der Arbeitsraum 82 steht über eine nicht eigens gezeigt Bohrung zur Druckentlastung mit der Umgebung in Verbindung.
-
In dem Druckluftgehäuse 80 des Verstärkermoduls 98 ist noch ein Verbindungskanal 104 vorhanden, der sich achsparallel zu dem Arbeitsraum 82 durch das Druckluftgehäuse 80 und auch durch die Druckmembran 84 hindurch erstreckt.
-
Im Gebrauch ist das Verstärkermodul 98 zwischen dem Koppelmodul 88 und der Anschlussplatte 24 der Druckeinheit 18 angeordnet; dies zeigt 3. Wenn dort der Anschluss 94 der Anschlussplatte 24 mit Druckluft beaufschlagt wird, strömt diese zunächst in den Druckraum 92 über der Druckmembran 84 des Verstärkermoduls 98 ein, wo sie auf dessen Druckmembran 84 wirkt. Diese drückt den Stempelkolben 102 gegen die Druckmembran 84 des Koppelmoduls 88, was sich wieder auf dessen Koppelkolben 86 und den damit gekoppelten Regelkolben 64 und das Schließelement 54 des Ventilsitzmoduls 14 auswirkt, wie es oben erläutert wurde.
-
Zugleich strömt aber auch Druckluft über den Verbindungskanal 104 aus dem Druckraum 92 des Verstärkermoduls 98 in den Druckraum 92 des Koppelmoduls 88. Auf diese Weise wird die Druckmembran 84 des Koppelmoduls 88 einerseits mechanisch durch den Stempelkolben 102 des Verstärkermoduls 98 und anderseits pneumatisch durch die anliegende Druckluft mit einer Kraft beaufschlagt. Da die Druckluft nun auf zwei Druckmembranen 84 wirkt, ist die Wirkfläche für die Druckluft, die genutzt werden kann, um eine Kraft auf den Regelkolben 64 zu übertragen, etwa doppelt so groß wie in dem Fall, in dem nur das Koppelmodul 88 verwendet wird.
-
Diese Druckkaskade kann erweitert werden, wenn die Druckeinheit 18 nicht nur aus dem Koppelmodul 88 und einem einzigen Verstärkermodul 98, sondern aus dem Koppelmodul 88 und zwei oder mehr Verstärkermodulen 98 aufgebaut ist.
-
Die Einzelkomponenten der Druckeinheit 18 werden durch Verbindungsschrauben 106 miteinander gekoppelt, die in ihrer Länge an die die jeweilige Abmessung der resultierenden Druckeinheit 18 angepasst sind und nur in den 1 bis 3 gekennzeichnet sind.
-
In 4 ist eine Abwandlung gezeigt, bei welcher der Druckregler 10 als Rückdruckregler arbeitet, der in die andere Richtung von Medium durchströmt wird, als es beim Druckregler 10 nach den 1 bis 3 und 5 bis 7 der Fall ist. Bei dieser Abwandlung kommen ein nochmals abgewandeltes Ventilssitzmodul 14.3 und ein nochmals abgewandeltes Regelkolbenmodul 16.3 zu Tragen. Dort ist das Schließelement 54 nicht in dem Ventilgehäuse 44 des Ventilsitzmoduls 14.3 angeordnet, sondern wird von dem Regelkolben 64 des Regelkolbenmoduls 16.3 anstelle des Stößels 66 getragen. Der Ventilsitz 52 ist entsprechend dem Schließelement 54 zugewandt in dem Strömungskanal 46 des Ventilsitzmoduls 14.3 angeordnet. Wenn der Anschluss 94 der Druckeinheit 18 bei ausreichendem Druck mit Druckluft beaufschlagt wird, schließt das Schließelement 54 entsprechend gegen den Ventilsitz 52. Wenn der Druck am Anschluss 94 geringer ist als der Druck durch das in den variablen Strömungsraum 74 einströmende Medium, wird der Regelkolben 64 von dem Ventilsitz 52 weggedrückt und gibt diesen frei.
-
Der Druckregler 10 umfasst außerdem eine Verschleißsensoreinrichtung 108, mit welcher ein Verschleiß an dem Schließelement 54 und/oder dem Ventilsitz 52 des Druckreglers 10 im laufenden Betrieb überwacht werden kann.
-
Die Verschleißsensoreinrichtung 108 ist derart eingerichtet, dass mit ihr die Stellung des Schließelements 54 bezogen auf eine Referenz-Nulllage erfasst werden kann. Die Erfassung der Stellung des Schließelements 54 kann dabei mittelbar oder unmittelbar erfolgen.
-
Die Referenz-Nulllage eines Schließelements 54 liegt definitionsgemäß dann vor, wenn ein unbeeinträchtigtes Schließelement 54 seine Schließstellung einnimmt und gegen einen unbeeinträchtigten Ventilsitz 52 anliegt und diesen verschließt.
-
Beim vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Messung der Stellung des Schließelements 54 mittelbar dadurch, das die Konfiguration von wenigstens einer Druckmembran 84 in der Druckeinheit 18 erfasst wird, die als Messmembran 110 dient. Die Konfiguration der Messmembran 110 spiegelt dabei die Stellung des Schließelements 54 wieder.
-
Bei der vorliegend beschriebenen Druckeinheit 18 wird immer die Druckmembran 84 des der Anschlussplatte 24 benachbarten Druckluftmoduls 20 als Messmembran 110 genutzt. Wenn ein oder mehrere Verstärkungsmodule 98 vorhanden ist, ist dies dann die Druckmembran 84 des entsprechend angeordneten Verstärkungsmoduls 98, ansonsten dient als Messmembran 110 die Druckmembran 84 des Koppelmoduls 88.
-
Die Anschlussplatte 24 trägt einen Abstandssensor 112, welcher den Abstand zwischen einer Messstelle 114 auf der Messmembran 110 und einer Referenzstelle 116, beispielsweise eine Fläche des Abstandssensors 112 selbst, erfassen kann. Der gemessene Abstand spiegelt seinerseits die Wölbung der Messmembran 110 wieder.
-
Dabei wird der Abstand zwischen der Messstelle 114 und der Referenzstelle 116 in einer Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Schließelements 54 gemessen. In der Praxis erfolgt die Messung koaxial dazu.
-
Die gemessene Wölbung kann mit einer Referenz-Wölbung verglichen werden, welche die Messmembran 110 hat, wenn das Schließelement 54 seine Referenz-Nulllage einnimmt. Diese Situation ist in den 2 und 5 zu erkennen; beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Druckmembran 84 in diesem Fall jeweils eben und der dann durch den Abstandssensor 112 gemessene Abstand definiert den Referenzwert für die Referenz-Wölbung der Messmembran 110 und für die Referenz-Nulllage des Schließelements 54.
-
Wenn der Durchgangsströmungsweg 78 im Druckregler 10 freigegeben werden soll und der Anschluss 94 mit Druckluft beaufschlagt wird, wölbt sich die Druckmembran 84 und der Abstand der Messstelle 114 zur Referenzstelle 116 vergrößert sich. Die Änderung des Abstands steht für die Bewegung des Schließelements 54 von dem Dichtsitz 52 weg. Dies zeigen die 3 und 6. Über den so ermittelten Abstand kann auch der Durchgangsquerschnitt des oben erläuterten Ringspalts 96 erfasst und überwacht werden.
-
Die als Messmembran 110 dienende Druckmembran 84 ist allgemein ausgedrückt ein Stellglied, welches mit dem Schließelement 54 gekoppelt ist, wobei Verschleißsensoreinrichtung 108 die Stellung des Schließelements 54 indirekt über die Konfiguration und/oder Stellung dieses Stellglieds ermittelt. Statt der Messmembran 110 könnte beispielsweise auch der Regelkolben 64 als ein solches Stellglied dienen.
-
Anstelle der Druckmembran 84 kann beispielsweise auch ein unter Druck verfahrbarer Kolben als Stellglied dienen, dessen Bewegung auf das Schließelement 54 übertragen wird. Beispielsweise kann der Koppelkolben 86 das Stellglied bilden und hierzu gegen das umgebende Druckluftgehäuse 80 abdichten, wobei die Koppelaufnahme 90 für den Koppelstutzen 72 der Kolbenstange 68 in diesem Fall als Sackbohrung ausgebildet ist. Dann kann auf die Druckmembran 84 verzichtet werden. Die Messstelle 114 ist in diesem Fall auf dem dichtenden Koppelkolben 86 und die Verschleißsensoreinrichtung 108 erfasst den Abstand zwischen dem Koppelkolben 86 und der Referenzstelle 116. Das oben zur Kopplung mehrerer Druckluftmodule 20, wie es in 3 gezeigt ist, Gesagte gilt sinngemäß entsprechend für derart modifizierte Druckluftmodule.
-
7 veranschaulicht nun einen Verschleiß sowohl des Schließelementes 54 als auch des Ventilsitzes 52. Der Kopf des Schließelementes 54 ist hierzu kleiner dargestellt als in den 5 und 6 und der Ventilsitz 52 hat keine scharfe umlaufende Kante mehr wie in den 5 und 6, sondern ist zu einer gekrümmten Fläche abgenutzt. Dadurch ragt das Schließelement 54 in seiner Schließstellung weiter in den Ventilsitz 52 hinein, als es bei der unverschlissenen Konfiguration der Fall ist. Dies ist auch der Fall, wenn einzig das Schließelement 54 oder einzig der Ventilsitz 52 Verschleißspuren zeigen.
-
Dadurch wird auch der Regelkolben 64 weiter in die Druckeinheit 18 zurückgeschoben und die Druckmembran 84, d. h. die Messmembran 110 weiter in Richtung auf die Anschlussplatte 24 gedrückt. Dann ist in der Schließstellung des Schließelements 54 somit der Abstand der Messstelle 114 der Messmembran 110 von der Referenzstelle 114 am Abstandssensor 112 kleiner als bei der Referenz-Wölbung der Messmembran 110.
-
Bei dem als Rückdruckregler arbeitenden Druckregler 10 nach 4 kehren sich die Verhältnisse um: Bei einem Verschleiß des dortigen Schließelements 54 und/oder des dortigen Ventilsitzes 52 ist der Abstand der Messstelle 114 der Messmembran 110 von der Referenzstelle 114 am Abstandssensor 112 größer als bei der Referenz-Wölbung der Messmembran 110.
-
Wenn nun im laufenden Betrieb erfasst wird, dass die Referenz-Wölbung und die gemessene Wölbung der Messmembran 110 voneinander abweichen, wenn das Schließelement 54 seine Schließstellung einnimmt, deutet dies auf einen Verschleiß hin, der einer Bedienperson beispielsweise über ein akustisches und/oder optisches Signal angezeigt werden kann. Dabei kann ein Schwellenwert vorgegeben sein, der eine tolerierbare Abweichung der Wölbung der Messmembran 110 von der Referenz-Wölbung und so auch eine tolerierbare Abweichung der Stellung des Schließelements 54 von seiner Referenz-Nulllage definiert, so dass eine Hinweisanzeige erst erfolgt, wenn dieser Schwellenwert überschritten ist.
-
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abstandssensor 112 als taktiler Drucksensor 118 ausgebildet. Der Drucksensor 118 umfasst hierzu einem Messstößel 120, welcher gegen die Messmembran 110 andrücken kann.
-
Der Drucksensor 118 kann als an und für sich bekannter piezoelektrischer Drucksensor oder auch in Form von anderen marktüblichen Drucksensoren vorliegen, insbesondere kommen hierzu kapazitive oder induktive Drucksensoren in Betracht. Auch kann der Abstandssensor 112 als berührungslos arbeitenden Abstandssensor ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise ein Ultraschallsensor oder ein optischer Sensor verwendet werden, wie sie an und für sich bekannt sind.
-
In dem Druckraum zwischen der Messmembran 110 und der Anschlussplatte 24 liegt außer Druckluft kein Material vor, so dass die Messung weitgehend störungs- und barrierefrei erfolgen kann.
-
Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann die Position des Schließelements 54 auch unmittelbar erfasst und überwacht werden. Hierzu kann beispielsweise ein Abstandssensor 112 an dem jeweils verwendeten Ventilsitzmodul 14 verbaut sein, welcher den Abstand zu dem Schließelement 54 erfasst.
-
Die obigen Erläuterungen zur Auswertung der Wölbung der Messmembran 110 bzw. der Stellung des Schließelements 54 gelten dazu sinngemäß entsprechend.
-
In diesem Fall muss jedoch bei einem Wechsel des Ventilsitzmoduls 14 auch der Abstandsensor 112 mit ausgetauscht werden. Zudem sollte dann bei den einzelnen Ventilsitzmodulen 14 darauf geachtet werden, dass auch bei unterschiedlichen Schließelementen 54 der Abstand zum Abstandssensor 112 ohne Verschleiß stets gleich groß ist. Ansonsten muss bei jedem Wechsel eine Kalibrierung des Systems auf die jeweilige Nulllage vorgenommen werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
