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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Ventilanordnung zur Steuerung eines Flüssigkeitsdurchflusses, insbesondere
für eine
größere Anlage,
wie Heizungs- oder Wasserversorgungsanlage, mit einem differenzdruckgesteuerten
Hauptventil und einem einstellbaren Pilotventil in einer das Hauptventil überbrückenden
Pilotleitung, von der eine erste Steuerdruckleitung vor dem Pilotventil,
zu der einen Druckkammer des Hauptventils und eine zweite Steuerdruckleitung
hinter dem Pilotventil zu der anderen Druckkammer des Hauptventils
abgeht, wobei in einer Steuerdruckleitung eine Drossel angeordnet
ist.
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Eine solche Ventilanordnung ist durch
die Druckschrift "Constant Differential Pressure C306 – C306C"
der Firma Socla (Druckvermerk 26 98 433 – 07/92) bekannt. Mit dem Hauptventil
liegt ein Motorventil in Reihe, dessen Druckabfall das Pilotventil steuert.
Eine Verstellung des Motorventils führt zu einer Verstellung des
Pilotventils und diese wiederum zu einer Verstellung des Hauptventils.
Mit einer solchen Pilotsteuerung können verhältnismäßig große Hauptventile betätigt werden,
beispielsweise solche mit einem Leitungsdurchmesser von 125 mm und mehr.
Allerdings neigt eine solche Ventilanordnung bei einer Verstellung
zu Schwingungen, die sich durch Schwankungen der Durchflußmenge oder
einer davon abhängigen
Größe, wie
der Vorlauftemperatur einer Heizungsanlage, bemerkbar machen. Aus diesem
Grund sind sowohl im Anfangsabschnitt der Pilotleitung als auch
in einer der Steuerdruckleitungen von Hand einstellbare Drosseln
vorgesehen, mit denen man die Schwingungsneigung zu vermindern sucht.
Diese Einstellung ist den Anlagen, bei denen unterschiedliche Druckverhältnisse
herrschen, jeweils anzupassen und gilt nur für einen bestimmen Betriebspunkt.
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US
3 783 892 zeigt eine pneumatische Membranvorrichtung zur
Erzeugung eines Luftstroms mit einer langen Zeitkonstante des Ausgangsdrucks.
Der Ausgangsdruck stammt von einer Druckquelle, deren Druck über eine
Drossel der Unterseite einer Membran einerseits und direkt der Oberseite
einer Membran andererseits zugeführt
wird. Die Unterseite der Membran ist von einer Öffnungsfeder belastet. Die Membran
wirkt mit einem Ventilsitz zusammen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Ventilanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, deren
Schwingungsneigung über
einen größeren Regelbereich
weitgehend reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß in
Pilot- oder Steuerdruckleitung mindestens ein differenzdruckgesteuertes
Hilfsventil angeordnet ist, das vom Druckabfall der Drossel so gesteuert
ist, daß dieser
einen Grenzwert nicht überschreitet.
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Durch die Wirkung des Hilfsventils
erfolgt die Verstellung des Hauptventils maximal mit einer vorgegebenen
konstanten Geschwindigkeit. Hierdurch werden die für Schwingungen
typischen Geschwindigkeitsänderungen
unterbunden. Da die Strömungsbegrenzung
durch das Hilfsventil bei jeder Verstellung des Hauptventils wirksam
ist, wird die Schwingungsneigung im gesamten Betriebsbereich unterbunden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zumeist eine zweite, von
Hand einstellbare Drossel in der Pilotleitung entfallen kann.
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Besonders günstig ist es, daß die Drossel eine
feste Drossel ist. In Verbindung mit dem Hilfsventil entfaltet sie
ihre Wirkungen in beliebigen Anlagen. Eine Anpassung an jeden Einzelfall
ist daher in nahezu allen Fällen
nicht mehr erforderlich.
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Zur Verminderung der Schwingungsneigung genügt ein einziges
Hilfsventil, das die Strömung
in der Steuerdruckleitung zum Hauptventil hin oder von ihm weg begrenzt.
Ein besseres Ergebnis ergibt sich jedoch, wenn zwei gegensinnig
arbeitende Hilfsventile in Reihe geschaltet sind. Das eine Hilfsventil
ist für
die Strömung
in der Steuerdruckleitung zum Hauptventil hin und das andere für die entgegengesetzt
gerichtet Strömung
verantwortlich.
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Mit Vorteil weisen die beiden Hilfsventile
ein gemeinsames Gehäuse
und eine gemeinsame Membran auf. Dies vermindert Kosten und Platzbedarf.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
dafür gesorgt,
daß ein
hohler Ventilschaft an beiden Enden mit je einem Verschlußstück versehen
ist, das mit je einem Sitz zusammenwirkt, in der Wand nahe der beiden
Enden Durchtrittsöffnungen
aufweist und etwa in der Mitte mit der Membran verbunden ist, wobei
beidseitig eine Ventilfeder vorgesehen ist. Dies ergibt eine besonders
einfache Konstruktion.
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Darüber hinaus empfiehlt es sich,
daß die Verschlußstücke durch
die Böden
zweier becherförmiger
Abdeckungen gebildet sind, die durch Ventilfedern gegen die Enden
des hohlen Ventilschafts gedrückt
sind und in ihrer Wand ebenfalls Durchtrittsöffnungen aufweisen.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich
dadurch, daß die
Drossel in das Gehäuse
mindestens eines in einer Steuerdruckleitung angeordneten Hilfsventils
integriert ist und innerhalb des Gehäuses Hilfsleitungen vorgesehen
sind, die von den beiden Druckkammern des Hilfsventils zu Abgriffen
beidseitig der Drossel führen.
Die für
die Strömungsbegrenzung wesentlichen
Teile sind daher zu einer Einheit zusammengefaßt.
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Zu empfehlen ist es ferner, daß das Gehäuse mindestens
eines in einer Steuerdruckleitung angeordneten Hilfsventils in das
Gehäuse
des Pilotventils eingesetzt ist. Für das Hilfsventil sind daher
keine zusätzlichen
Leitungsverbindungen erforderlich.
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Günstig
ist es, daß das
beiden Hilfsventilen gemeinsame Gehäuse in das Gehäuse des
Pilotventils eingesetzt ist. Auf diese Weise können mehrere Zwischenverbindungen
integriert werden, was zu einer erheblichen Vereinfachung bei der
Montage führt.
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Von Vorteil ist es auch, daß das Gehäuse des
Pilotventils koaxial zu seiner Ventilsitzbohrung einen Gewindestutzen
aufweist, in den das Gehäuse des
Hilfsventils eingeschraubt ist, und daß zwischen der die Ventilsitzbohrung
aufweisenden Trennwand und der Stirnseite des Hilfsventilgehäuses ein
eine feste Drossel bildender Spalt verbleibt, von dem eine zentrische
Anschlußbohrung
im Hilfsventilgehäuse ausgeht.
Wenn der Drosselwiderstand der festen Drossel erheblich größer ist
als (etwa doppelt so groß wie)
der Strömungswiderstand
zwischen Sitz und Verschlußstück des Pilotventils,
kann man auf eine gesonderte feste Drossel verzichten.
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Empfehlenswert ist es ferner, daß mit dem Hauptventil
ein Stellglied, z.B. ein Motorventil, in Reihe liegt und daß das Pilotventil
ein differenzdruckgesteuertes Membranventil ist, das vom Druckabfall
am Motorventil gesteuert ist. Auf diese Weise lassen sich auch verhältnismäßig große Hauptventile
schwingungsfrei verstellen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung,
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2 eine
zweite Ausführungsform,
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3 eine
schematische Darstellung zweier zusammengefaßter Hilfsventile,
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4 eine
dritte Ausführungsform,
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5 eine
vierte Ausführungsform,
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6 einen
Schnitt durch ein Pilotventilgehäuse
mit eingesetzten Hilfsventilen und
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7 einen
Längsschnitt
durch ein Pilotventil mit zugehörigen
Anbauten.
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Bei der Ventilanordnung der 1 sind in einer Hauptleitung 1 ein
Hauptventil 2 und ein Stellglied 3 in der Form
eines Motorventils in Reihe geschaltet. Eine Pilotleitung 4 überbrückt das
Hauptventil 2 und weist hintereinander eine feste Drossel 5,
ein Hilfsventil 6 und ein Pilotventil 7 auf.
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Das Verschlußstück 8 des Motorventils
wird mit Hilfe eines Elektromotors 9 verstellt, um eine
bestimmte Durchflußmenge
in Richtung des Pfeils 10 durch die Ventilanordnung strömen zu lassen.
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Das Pilotventil 7 weist
eine Membran 11, die zwei Druckkammern 12 und 13 voneinander
trennt, sowie eine einstellbare, in Öffnungsrichtung des Verschlußstücks 14 wirkende
Feder 15 auf. Die beiden Druckkammern sind über Verbindungsleitungen 16 und 17 mit
Abschnitten der Hauptleitung 1 vor und hinter dem Motorventil 3 verbunden.
Das Pilotventil wird daher in Abhängigkeit vom Druckabfall am
Motorventil 3 gesteuert.
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Das Hauptventil 2 besitzt
eine Membran 18, die zwei Druckkammern 19 und 20 voneinander trennt,
sowie eine in Schließrichtung
des Verschlußstücks 21 wirkende
Feder 22. Die Druckkammern sind über Steuerdruckleitungen 23 und 24 mit
Leitungsabschnitten der Pilotleitung 4 vor und hinter dem
Pilotventil 7 verbunden. Das Hauptventil 2 wird daher
vom Druckabfall am Pilotventil 7 gesteuert.
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Das Hilfsventil 6 weist
eine Membran 25 auf, die zwei Druckräume 26 und 27 voneinander
trennt, sowie eine in Öffnungsrichtung
des Verschlußstücks 28 wirkende
Feder 29. In der Steuerdruckleitung 23 ist eine
feste Drossel 30 vorgesehen. Die Druckkammern 26 und 27 sind über Hilfsleitungen 31 und 32 mit
Abgriffen vor und hinter der Drossel 30 verbunden. Das
Hilfsventil wird daher in Abhängigkeit
vom Druckabfall an der Drossel 30 gesteuert. Diese Steuerung
bewirkt, daß der
Durchfluß durch die
Steuerdruckleitung 23 zur Druckkammer 19 einen
vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten
kann. Die Verstellgeschwindigkeit des Verschlußstücks 21 des Hauptventils 2 ist
daher begrenzt, so daß eine Schwingungsneigung
reduziert wird.
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2 zeigt
eine Abwandlung, die ein zweites Hilfsventil 106 in Reihe
mit dem ersten Hilfsventil 6 in der Pilotleitung 4 aufweist.
Die Druckkammern dieses zweiten Hilfsventils 106 sind ebenfalls
mit den Hilfsleitungen 31 und 32 verbunden, jedoch
mit gegensinnigem Anschluß der
Druckkammern. Dies hat zur Folge, daß die Strömungsgeschwindigkeit in der Steuerdruckleitung 23 sowohl
für das
zuströmende wie
für das
abströmende
Medium begrenzt ist.
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Jede Verstellung des Motorventils 3 führt daher
zu einer Verstellung des Pilotventils 7 und diese wiederum
zu einer Verstellung des Hauptventils 2, jedoch mit einer
durch das Hilfsventil 6 begrenzenden Geschwindigkeit.
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3 zeigt
ein doppelt wirkendes Hilfsventil 206, das zum Einbau in
die Steuerdruckleitung 23 (4)
oder 24 (5) geeignet
ist. Ein hohler Ventilschaft 33 trägt an einem Ende ein Verschlußstück 34,
das mit einem Sitz 35 zusammenwirkt, und am anderen Ende
ein Verschlußstück 36,
das mit einem Sitz 37 zusammenwirkt. Außerdem besitzt der hohle Ventilschaft 33 nahe
seinen Enden Durchtrittsöffnungen 38 und 39.
Eine Membran 40 trennt eine Druckkammer 41 von
einer Druckkammer 42. In den Druckkammern sind auch zwei
gegensinnig wirkende Druckfedern 43 und 44 vorgesehen.
In das Hilfsventil 206 ist eine feste Drossel 230 integriert.
Die beiden Druckkammern 41 und 42 sind über Hilfsleitungen 231 und
232 mit
Abgriffen vor beziehungsweise hinter dieser Drossel 230 verbunden.
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Die Druckfedern 43 und 44 sind
mit Vorspannung eingebaut. Der Ventilschaft 33 wird daher
in der veranschaulichten Mittelstellung gehalten. Wenn der Durchfluß durch
die Drossel 230 in Richtung auf das Hauptventil 2 oder
von ihm weg den vorbestimmten Grenzwert überschreitet, bewegt sich der
Ventilschaft 33 in der einen oder anderen Richtung, wodurch
zwischen Verschlußstück 34 und
Sitz 35 oder zwischen Verschlußstücke 36 und Sitz 37 eine
stärkere
Drosselung erfolgt, die die Verstellgeschwindigkeit des Hauptventils
begrenzt.
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Bei der Ausführungsform nach 6 ist das Gehäuse 45 eines
doppelt wirkenden Hilfsventils 306 in das Gehäuse 46 des
Pilotventils 307 eingeschraubt. Das Gehäuse 45 besitzt einen
Stutzen 47, zum Anschluß der zum Hauptventil führenden
Steuerdruckleitung 324. In dieser Zeichnung ist der Membranaufsatz
und das Verschlußstück des Pilotventils 307 nicht
veranschaulicht. Für
die im Vergleich zu 3 gleichwirkenden
Teile werden um 300 erhöhte Bezugszeichen
verwendet.
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Die Verschlußstücke 334 und 336 sind
hier an becherförmigen
Abdeckungen 48 bzw. 49 vorgesehen, die in ihren
Umfangswänden
ebenfalls Durchtrittsöffnungen 50 bzw. 51 aufweisen,
und die durch die Ventilfedern 343 bzw. 344 belastet
sind. Die Hilfsleitungen 331 und 332 verlaufen
im Innern des Gehäuses 45 des
Hilfsventils 306. Die Hilfsleitung 331 wird durch
eine Radialnut 52 und eine Axialnut 53 in einem
Einsatz 54, eine Ringnut 55 im Gehäuse 45 und
eine Bohrung 56 in einem zweiten Einsatz 57 gebildet.
Die Hilfsleitung 332 wird durch eine Radialbohrung 58 in
einem dritten Einsatz 59 und eine Axialbohrung 60 im
ersten Einsatz 54 gebildet. Gehäuse 45 und Einsätze 54, 57 und 59 werden
durch Bördelränder zusammengehalten.
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Das Gehäuse 46 des Pilotventils 307 besitzt koaxial
zu der in einer Trennwand 61 angeordneten Ventilsitzbohrung 62 einen
Stutzen 63, in den das Gehäuse 45 eingeschraubt
ist. Zum Gehäuse
gehört ein
Deckel 64, der zentrisch eine Anschlußbohrung 65 aufweist.
Zwischen der Trennwand 61 und der Stirnseite des Deckels 64 des
Gehäuses 45 verbleibt ein
Spalt, der eine feste Drossel 305 bildet. Der Drosselwiderstand
dieses Spaltes ist bedeutend größer als
der Strömungswiderstand über die
durch Sitz und Verschlußstück gebildete
Drosselstelle des voll geöffneten
Pilotventils, beispielsweise ist er etwa doppelt so groß.
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In 7 ist
das Pilotventil 307 mit dem Hilfsventil 306 so
zusammengebaut, wie es in 6 gezeigt
ist. Auf der dem Hilfsventil 306 gegenüberliegenden Seite ist eine
Membrandose 66, welche eine Membran 311 und zwei
Druckkammern 312 und 313 aufweist, mittels einer Überwurfmutter
angebracht. Darüber
befindet sich ein Federaufsatz 67, der die Feder 15 der 1 enthält und zu verstellen vermag. Die
genannten Teile lassen sich leicht miteinander verbinden, so daß die Gesamtmontage
erleichtert ist.