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Ventilanordnung mit einem Druckminderventil und einem druckmittelbetätigten
Absperrventil Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung mit einem Druckminderventil,
welches durch den Druck in einer von der Eintrittsseite über einen Drosseleinlaß
gespeisten, durch ein druckabhängiges Ventil gesteuerten Kammer entgegen dem durch
eine Feder unterstützten Druck an der Austrittsseite geöffnet wird, und mit einem
über ein Hilfsventil vom Eintrittsdruck betätigten Absperrventil.
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Bei einer bekannten Ventilanordnung dieser Art ist ein magnetbetätigtes
Hilfsventil vorgesehen, welches derart angeordnet und ausgebildet ist, daß es den
Betrieb des Absperrventils so steuert; daß dieses absperrt, wenn der Magnet ausgefallen
ist. Eine derartige Einrichtung kann beispielsweise für die Kabinenluftsteuerung
einer Druckkabine eines Flugzeuges verwendet werden. Dabei ist es von Bedeutung,
daß, falls aus irgendeinem Grund das Drucksystem ausfallen sollte, verhindert wird,
daß ein plötzlicher Druckverlust in der Kabine durch eine Rückströmung aus der Kabine
zu dem nun drucklosen Drucksystem erfolgt. Die bekannte Einrichtung kann unter diesen
Umständen als Rückschlagventil wirken. Dabei ist jedoch die Gefahr vorhanden, daß
das Verschlußstück aus mechanischen Gründen in der offenen Stellung festhängt. Dies
würde aber erlauben, daß der Kabinendruck durch das Ventil hindurch entweichen kann.
Dieser Nachteil soll durch die Erfindung behoben werden.
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Erfindungsgemäß steuert das Hilfsventil ein unabhängig vom Druckminderventil
bewegliches, in Strömungsrichtung in Reihe mit diesem angeordnetes Absperrventil,
auf welches in an sich bekannter Weise in Öffnungsrichtung der Eintrittsdruck und
in Schließrichtung der von einer Feder unterstützte Druck in einer Kammer einwirkt,
welche in der öffnungsstellung des Hilfsventils mit der Atmosphäre und in der Schließstellung
des Hilfsventils mit dem Eintrittsdruck verbunden ist. In vorteilhafter Weise wird
somit ein Ausströmen von Druck auf einer gesteuerten Vorrichtung dann zuverlässig
verhindert, wenn das Drucksystem ausfallen sollte.
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In vorteilhafter Weise wird weiterhin auch ein unzulässiger Druckanstieg
in der gesteuerten Vorrichtung verhindert, wenn das Druckminderventil aus irgendeinem
Grund hängenbleiben sollte.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt F i g.1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung in Ruhelage,
F i g. 2 einen Längsschnitt in einer Arbeitsstellung, in der es den Druck reduziert,
F i g. 3 einen Längsschnitt in einer Arbeitsstellung, in der.es als Rückschlagventil
dient, F i g. 4 einen Längsschnitt in einer Arbeitsstellung, in der die Strömung
vollständig abgesperrt ist, und F i g. 5 einen Längsschnitt in einer mechanisch
verriegelten vollständigen Sperrstellung.
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Wie in F i g. 1 dargestellt, hat das Ventil eine Mittelstange 1, welche
in der Mitte zwischen ihren Enden so abgestuft ist, daß sie einen Abschnitt 2 a
von geringerem Durchmesser und einen Abschnitt 2B von größerem Durchmesser bildet.
Der übergang zwischen den Durchmessern ist durch eine Stufe 3 gebildet, welche als
Anlage für eine erste Kammerendwand 4 dient, die an der Stange 1 mit einem Klemmring
befestigt ist. Die Kammerendwand 4 ist mit einer zylindrischen Hülse 6 ausgestattet,
welche sich konzentrisch um die Stange 1 so erstreckt, daß die Hülse 6 einen Teil
des Stangenabschnittes 2B mit dem größeren Durchmesser überdeckt. An der Stange
1 ist eine zweite Kammerendwand 7 befestigt. Diese endet in einem ringförmigen Flansch
8, welcher sich konzentrisch um die Stange 1 erstreckt und einen äußeren Durchmesser
besitzt, der dem der zylindrischen Hülse 6 gleich ist.
Eine zylindrische
Hülse 9 bildet einen Teil eines Hülsenschiebers 9 a, - welcher auf der Hülse 6 und
dem Flansch 8 gleitbar angeordnet ist. Kolbenringe 10 und 11 bilden eine Dichtung
zwischen der Hülse 9 und der Hülse 6 und dem Flansch B. Die Hülse 9 ist von einer
Querwand 12 getragen, welche aus einem Stück mit einer Nabe 13 besteht, die ihrerseits
auf Dichtungen 14 und 15 gleitbar angeordnet ist, die sich auf dem
Abschnitt 2B der Stange 1 befinden. Die Querwand 12 ist in der Mitte der Hülse 9
angeordnet und teilt die Hülse in zwei Abschnitte 9 b und 9 c. Eine am Umfang der
Hülse 9 befindliche ringförmige Endfläche 15 wirkt mit einem ringförmigen konischen
Ventilsitz 16 zusammen, der einen Teil des Ventilgehäuses 17 darstellt. Die Kammerendwand
7 wird gegenüber dem Gehäuse 17 durch ein Tragkreuz 18 gehalten, welches drei oder
mehr in gleichen Winkelabständen angeordnete Streben 19 und 20 hat.
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Das Gehäuse 17 hat einen rückwärtigen glockenförmigen Abschnitt 21,
einen mittleren Abschnitt 21 a und einen vorderen zylindrischen Abschnitt 22, welcher
das Rohr für .die Strömung an der Eintrittsseite des Ventils bildet und welcher
einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt 21 hat. Der Übergang zwischen dem
Abschnitt 21 und Abschnitt 22 bildet einen Ventilsitz 23,. mit dem ein Absperrventil
24 zusammenarbeitet. Dieses hat einen halbrunden Verschlußteil 25, der in einen
zylindrischen und konzentrisch zu der Stangd 1 verlaufenden Abschnitt 26 ausläuft.
Der zylindrische Abschnitt 26 ist auf der Kammerendwand 4 gleitbar. Zwischen diesen
beiden Teilen 26 und 4 ist. eine Dichtung 27 vorgesehen. Der Verschlußteil25 hat
einen nach innen gerichteten, axialen Zapfen 28, welcher in einer Bohrung im Abschnitt
2a der Stange 1 gleitbar ist. Eine zylindrische Dichtung 29 ist zwischen dem Zapfen
28 und dem Abschnitt 2a vorgesehen. Eine an der Kammerendwand 4 anliegende Feder
30 drückt den Verschlußteil 25 gegen den Sitz 23.
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Der Hülsenschieber 9 a wird durch eine sich an der Kammerendwand 4
abstützenden Feder 30a so belastet, daß sich die Hülse 9 an den Ventilsitz 16 des
Gehäuses 17 anlegt.
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Die Kammerendwand 4, der zylindrische Ab- , schnitt 6, der Hülsenabschnitt
9 b und eine Seite der Querwand 12 bilden. zusammen eine erste Kammer 31. Die andere
Seite der Querwand 12, die Kammerendwand 7 und der Hülsenabschnitt 9 c bilden eine
zweite Kammer 32. Außerdem bilden der Verschlußteil 25, die Kammerendwand 4, der
Zapfen 28 und der Abschnitt 2 a eine weitere Kammer 24a. Eine Leitung
33 bildet einen Weg für das Druckmittel aus dem Innern des Gehäuses 17 in die Kammer
32, welcher den Hülsenschieber 9 a umgeht. Die Leitung 33 geht durch die Strebe
20 hindurch.
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Es ist ein druckabhängiges Ventil 34 vorgesehen, damit der vorbestimmte
maximale Druck in der Kammer 32 aufrechterhalten wird. Das Ventil 34 steht mit der
Kammer 32 über eine weitere Leitung 35 in Verbindung, die vereinfachend als durch
die Strebe 20 verlaufend dargestellt ist. Das Ventil 34 ist einstellbar.
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Die Kammer 31 ist mit der stromabwärts gelegenen Seite des Hülsenschiebers
9 a über eine Leitung 36 verbunden, die durch den Teil 2B der Stange 1 verläuft.
Ein stromabwärts herrschender Druck sucht daher den Hülsenschieber 9 a zu schließen,
und ein stromaufwärts herrschender Druck sucht ihn zu öffnen.
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An das oben beschriebene Ventil ist ein von Hand zu bedienendes elektromagnetisches
Hilfsventil 37
angeschlossen. Es besitzt ein Gehäuse 38, in dem sich ein Kolbenschieber
39 befindet, der sich durch einen Elektromagneten 40 bewegen läßt. Der Kolbenschieber
39 hat zwei zylindrische Bunde 41 und 42, welche die Längsbohrung des Gehäuses 38
in drei getrennte Kammern 43, 44 und 45 aufteilen. Die Kammer 43 ist über eine Leitung
46 mit der stromabwärts gelegenen Seite der Ventilanordnung verbunden. Die Kammer
44 ist mit dem Inneren des Verschlußteils 25 über eine Leitung 47 verbunden, welche
durch die Tragkreuzstrebe 19 und längs der Stange 1 in das Innere des Abschnittes
2 a mit dem verkleinerten Durchmesser hineinführt. Das Innere des Abschnittes 2
a ist mit dem Inneren des Verschlußteils 24 über eine Bohrung 48 verbunden, welche
in dem Zapfen 28 verläuft und mit dem Inneren des Ventils durch eine Querbohrung
49 verbunden ist.
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In einem Abschnitt der Stange 1 verläuft in Längsrichtung eine weitere
Bohrung 50. Ein Ende der Bohrung 50 endet in einer Querbohrung 51, die mit der Kammer
31 in Verbindung steht, wenn der Hülsenschieber 9 a geschlossen ist. Eine zweite
Querbohrung 52 in der Stange 1 verbindet die Bohrung 50 mit der Kammer 32, wenn
der Hülsenschieber 9 a offen ist. Die Bohrung 50 steht über eine Leitung 53 mit
der Kammer 45 in Verbindung. Die Länge der Nabe 13 ist so gewählt, daß sich die
Bohrungen 51 und 52 wie gewünscht öffnen und schließen lassen. Eine weitere Leitung
58 verbindet die stromaufwärts gelegene Seite der Ventilanordnung mit dem Hilfsventil
37. Die Leitung 58 endet in dem Gehäuse 38 an einer Stelle 54, die dem Bund 42 unmittelbar
gegenüberliegt, wenn der letztere sich in der in F i g. 1 dargestellten Lage befindet.
Im Quergehäuse 38 ist eine weitere Leitung 57 angeordnet, welche die Kammer 44 mit
der Atmosphäre verbindet, wenn sich der Kolbenschieber 39 in der in F i g. 1 dargestellten
Lage befindet.
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Das oben beschriebene Ventil arbeitet wie folgt: Die F i g. 1 zeigt
das Ventil in seiner Ruhestellung. Dabei ist die Kammer 24 a über die Leitungen
49, 48 und 47, die Kammer 44 und die Leitung 57 zur Atmosphäre hin entlüftet. Die
Feder 30 drückt den Verschlußteil 25 gegen den Sitz 23, wodurch das Ventil 24 geschlossen
ist. Die Feder 30 a drückt den Hülsenschieber 9 a in die Schließstellung, so daß
die ringförmige Kante 15 an dem Ventilsitz 16 anliegt. Wenn an der stromaufwärts
gelegenen Seite des Ventils 24 Druckmittel anlangt, drückt dieses den Verschlußteil
25 von dem Sitz 23 weg, sobald es die Kraft der Feder 30 überwindet, wodurch sich
der Verschlußteil in die in F i g. 2 dargestellte Lage bewegt. Durch die Bewegung
des Verschlußteils 25 wird die in der Kammer 24a befindliche Luft über die Leitungen
49, 48 und 47, die Kammer 44 und die Leitung 57 in die Atmosphäre gedrückt. Das
Druckmittel der Strömung gelangt in das Innere des Gehäuseabschnittes 21a und ein
Teil davon über die Leitung 33 in die Kammer 32. Sobald dort der Druck einen Wert
erreicht, der die von der Feder 30 a ausgeübte Kraft übersteigt, öffnet sich der
Hülsenschieber 9 a, wodurch das Druckmittel von dem Abschnitt 21 a in den Abschnitt
21 fließt. Es wird bemerkt,
daß der 1Jbergang von dem Abschnitt
21 a in den Abschnitt 21 venturiförmig ausgebildet ist.
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Durch die Leitung 36 gelangt Druckmittel auch in die Kammer 31 und
der Druck der Feder 30 a wird dadurch verstärkt. Der Hülsenschieber 9 a ist dadurch
einem Druckunterschied ausgesetzt, der sich aus der Differenz zwischen der Federkraft
und dem Druck in der Kammer 31 einerseits und aus dem in der Kammer 32 herrschenden
Druck andererseits zusammensetzt. Der maximale Druck in der Kammer 32 wird durch
das Ventil 34 eingestellt. Die Konstruktion des Hülsenschiebers 9 a ist derart,
daß sich beim Betrieb als normales Druckminderventil die Nabe 13 und der Hülsenschieber
9 a in eine Stellung bewegen, in der die Kammer 31 von der Querbohrung 51 getrennt
ist, wodurch eine Verbindung zwischen der Kammer 31 und der Kammer 45 in dem Hilfsventil
37 unterbunden ist. Wenn sich die Nabe 13 in der in F i g. 2 dargestellten Lage
befindet, ist die Kammer 32 durch die Leitung 53 und die Kammer 45 mit der Atmosphäre
verbunden.
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In dem Fall, daß der stromabwärts der Ventilanordnung herrschende
Druck einen vorherbestimmten Wert überschreitet, bewegt der den Hülsenschieber 9
a unter der gemeinsamen Wirkung der Feder 30 a und des Druckes in der Kammer 31
in die in F i g. 3 gezeigte Schließstellung. Der Hülsenschieber 9a verhindert auf
diese Weise auch jegliche Rückströmung vom Auslaß 21 zum Einlaß 22 bei einer entsprechenden
Druckdifferenz und wird geschlossen gehalten, bis der Druck an der Einlaßseite 22
und damit der Druck in der Kammer 32 wieder. in ausreichender Weise ansteigt, um
die Einwirkung des Auslaßdruckes in der Kammer 31 und die Kraft der Feder 30 a zu
überwinden.
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Eine wahlweise Absperrung kann dadurch erzielt werden, daß der Elektromagnet
40 erregt wird. Wie F i g. 4 zeigt, wird dadurch der Kolbenschieber 39 aus der in
den F i g. 1 bis 3 dargestellten Lage in eine Stellung bewegt, in der die Kammer
24a des Absperrventils 24 mit dem Einlaß 22 verbunden wird. Dabei wird die Verbindung
zwischen den Leitungen 47 und 57 abgesperrt. Die Leitung 47 wird mit der Öffnung
54 verbunden, die über die Leitung 58 mit dem Einlaß 22 des Ventils in Verbindung
steht. Daraus ergibt sich, daß der Druck innerhalb des Absperrventils 24 den Druck
im Einlaß 22 abgleicht, der die Neigung hat, das Ventil zu öffnen, so daß die Feder
30 das Verschlußteil 25 auf seinen Sitz 23 bewegen kann. Dadurch wird die Ringkammer
im Gehäuseabschnitt 21 a vom Einlaß 22 des Ventils abgetrennt. Der in der Kammer
32 herrschende Druck entweicht nach der stromabwärts gelegenen Seite des Ventils,
wodurch sich der Hülsenschieber 9 a mit Hilfe der Feder 30a langsam in die Schließstellung
bewegt. Bei einem Abschalten des Elektromagneten 40 wird der Kolbenschieber 39 wieder
in seine ursprüngliche Stellung bewegt, so daß die Ventilanordnung als Druckreduzier-
oder Absperrventil arbeiten kann.
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Wenn aus einem bestimmten Grund der Hülsenschieber 9 a in einer offenen
Stellung angehalten werden soll, und der stromabwärts davon herrschende Druck über
einen bestimmten, vorher festgelegten Wert hinaus ansteigt, wächst vermöge der Leitung
46 der Druck in der Kammer 43 auf einen solchen Wert, däß der Kolbenschieber 39
sich in die in F i g. 5 dargestellte Stellung bewegt, in der ein Fangteil
55 in eine Fangplatte 56 einrastet. Dann gleicht sich der Druck in der Kammer
24 a durch die Leitung 58, die Kammer 44, die Leitungen 47, 48 und 49 dem stromaufwärts
vom Ventilsitz 23 herrschenden Druck an. Der Verschlußtei125 bewegt sich mittels
der Federkraft in seine Schließstellung. Ein weiteres Durchströmen ist damit verhindert,
obgleich sich der Hülsenschieber 9 a nicht in seine Schließstellung bewegen kann.
Das Einrasten des Fangteils 55 in die Fangplatte 56 stellt sicher, daß der Kolbenschieber
39 selbst dann nicht in seine normale Arbeitsstellung zurückkehrt, wenn der an der
stromabwärts gelegenen Seite des Ventils herrschende Druck unter den Wert fällt,
welcher ursprünglich den Kolbenschieber 39 in die Raststellung bewegte. Durch dieses
Festhalten des Kolbenschiebers in der in F i g. 5 gezeigten Lage wird erreicht,
daß sich das Absperrventil 24 nicht öffnet, bis das Fangteil 55 von Hand von der
Fangplatte 56 gelöst wird.
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Es wird bemerkt, daß das Einrasten des Kolbenschiebers 39 in der in
F i g. 5 gezeigten Lage ein sichtbares Zeichen dafür gibt, daß in der stromabwärts
gelegenen Seite des Kolbenschiebers 9 a ein zu hoher Druck geherrscht hat; dadurch
ist es möglich, daß das stromabwärts an den Kolbenschieber 9 a angekuppelte System
überprüft werden kann.
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Wenn gewünscht, kann die Kammer 32 mit einer wahlweisen öffnung zur
Atmosphäre versehen werden. Das oben beschriebene Ventil ist besonders für die Verwendung
in Luftzufuhrsystemen für Flugzeugräume geeignet. Die Möglichkeit, den Druck zu
reduzieren, gestattet es, den Druck in dem Raum auf bestimmte Werte einzuregeln.
Das elektromagnetisch gesteuerte Absperren des Ventils gestattet es dem Flugzeugpiloten,
ein Eintreten von Luft in den Raum zu verhindern, wenn die Luft verunreinigt oder
aus einem anderen Grund für die Einführung in das Innere des Flugzeuges nicht geeignet
ist.