DE2157788A1 - Druckregelvornchtung - Google Patents

Description

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. Hamburg 50 - Königstraße 28 .. r-g .

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The Singer Company

Elizabeth, New Jersey (V.St.A.)

Druckr e ge!vorrichtung·

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckregelvorrichtung in Fon eines automatischen Druckminderventils, welches als Durchgangsventil bzw. in der Leitung angeordnetes Ventil ausgeführt ist und eine biegsame Membran als einzigen beweglichen Teil aufweist. ;

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Druckregelvorrichtung in Kombination einen Körper, der einen Eintrittskörperteil mit einem mittleren Eintrittsrohr \ind einen Austrittskörperteil mit einem mittleren Austrittsrohr aufweist, wobei die Rohre axial ausgerichtet sind, eine biegsame Membran, die einen Außenumfang hat, der zwischen den Körperteilen eingeklemmt ist, und die eine mittlere öffnung hat, welche innerhalb, eines inneren Randes gebildet ist, einen feststehenden Teil, der zwischen den Rohren eingeklemmt ist und den genannten inneren Rand mit Bezug auf das Eintrittsrohr festklemmt, wobei die Membran einen schlauchartigen Teil hat, der das Austrittsrohr verschiebbar aufnimmt, und zusammenarbeitende Ventilelemente an

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der Membran und an dem feststehenden Teil.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend - an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Pig. 1 ist eine Schnittansicht eines Ventils gemäß

der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach Linie 2-2 der

Pig. 1.
Fig. 3 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene

Teilansicht der Fig. 1, wobei die Ventilteile in der offenen Stellung dargestellt sind. Pig.4 ist eine Teilschnittansicht nach Linie 4-4

der Fig. 3.

Fig. 5 ist eine schaubildliche Ansicht des feststehenden Ventilteiles.

Gemäß der Zeichnung umfaßt der allgemein mit 10 bezeichnete Körper einen Eintrittskörperteil 11 und einen Austrittskörperteil 12, die mittels zusammenarbeitender Flansche 13 und 14 aneinander befestigt sind. Der Flansch ist so verformt, daß ein Trennen verhindert ist. Die Körperteile 11, 12 klemmen zwischen sich den Außenumfang 15 einer biegsamen elastomeren Membran 16 ein. Der Eintrittskörperteil 11 ist mit einer Eintritts verbindung 17 und einem einheitlichen oder einstückigen Eintrittsrohr 18 versehen. In ähnlicher Weise ist der Austrittskörperteil 12 mit einer Austr-ittsver-bindung 20 und einem Austr-ittsröhr· 21 versehen. Die Rohre 18 und 21 sind axial ausgerichtet und sie klemmen zwischen sich einen feststehenden Ventilteil 22 ein. Die Membran 16 hat eine mittlere öffnung 23, die innerhalb ihres inneren Randes 24 gebildet ist, und dieser Rand 24 ist zwischen -dem feststehenden Teil 22 und dem Eintrittsrohr 18 eingeklemmt.

Der feststehende Ventilteil 22 hat eine rohrförmige Wand 251 die mit einer mittleren Bohrung 26 versehen ist, welche in einer einheitlichen oder einstückigen Endwand

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endigt. Eine Mehrzahl von Öffnungen 28 in der Wand 25 rufen Verbindung zwischen dem Inneren des feststehenden Teiles 22 und einem Ringraum oder einer Ausnehmung 29 hervor, die in einem umschließenden Hülsenteil 30 gebildet ist, der an dex* Membran 16 einheitlich oder einstückig gebildet ist. Eine konische äußere Ventilfläche 31 ist an der Endwand 27 des Ventilteiles 22 vorgesehen, und der innere Teil der konischen Fläche 31 ist durch eine Mehrzahl von einheitlichen, sich axial erstreckenden, radiale Strömung geradrichtenden Rippen 32 unterbrochen. Jede der Rippen 32 hat eine Anschlagschulter 33» die mit dem inneren Ende des Austrittsrohres 21 in Berührung tritt.

Die Membran 16 hat einen schlauchförmigen oder rohrförmigen Teil 34·, der eine Gleitdichtung 55 an der äußeren zylindrischen Fläche des Austrittsrohres 21 bildet. Die zylindrische Öffnung 36 in diesem Teil 34- ist durch eine radiale Fläche 38 an der Membran 16 geschnitten, und der Schnittkreis bildet einen Sitzring 37» welcher mit dem äußeren Teil der konischen Fläche 51 zusammenarbeitet, um eine Abdichtung zu bilden. Wenn der Sitzring 37 niit der Ventilfläche 31 in Berührung tritt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Mediumströmung abgesperrt. Wenn die Membran 16 sich bewegt, um Spielraum zwischen dem Sitzring 37 und der Ventilfläche 31 zu erzeugen, tritt Mediumströmung von dem Eintrittsrohr 18 durch die Öffnung 23 in dem Membranrand 24- in die Bohrung 26 des feststehenden Ventilteiles 22, seitlich durch die Öffnungen 28 in den Ringraum oder die Ausnehmung 29 und zwischen den Ventilelementen 31 und 37 in das Austrittsrohr 21 aus· Die Geradrichtungsrippen 32 beseitigen Drall oder Wirbelung in der Strömung und richten den Mediumstrom hoher Geschwindigkeit, der zwischen den Ventilelementen 31 und 37 austritt, gegen einen Steuerschirm oder ein Steuersieb 39. ·

Eine obere Versteifungsplatte 4-0 und eine untere Versteifungsplatte 4-1 umgrenzen den mittleren Teil der Membran 16 zwischen sich, und eine Belastungsfeder 4-2 wirkt gegen

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die untere Platte 41 in einer Richtung, in der die Ventilelemente 31 und 37 geöffnet werden. Eine Steuerkammer 43 ist zwischen der Membran 16 und dem oberen Körperteil 12 bestimmt, und diese Kammer 43 ist von dem Mediumstrom hoher Geschwindigkeit durch die Ventilteile 31» 37 mittels der Abdichtung 35 getrennt oder isoliert. Bei bekannten selbstbetätigten Druckreglern stellt zu beanstandendes "Brummen" des Reglers, welches Schwingungen hoher Frequenz des Steuerelementes umfasst, eine bekannte Erscheinung dar, insbesondere, wenn höhere Druckdifferentiale gesteuert werden. Eine Beseitigung oder Verminderung des Reglerbrummens wird bei dem Regler gemäss der Erfindung dadurch erzielt, dass die Membransteuerkammer 43 mittels der Gleitdichtung 35 von dem Mediumstrom getrennt ist. Verbindung des .Austrittsdrucks mit der Steuerkammer 43 ist über Überführungslöcher 44 hervorgerufen.

Bei federbelasteten Reglern muss ein Abfall des Austrittsdrucks wahrgenommen werden, um die Strömungsmenge oder Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Das Ausmass des entwickelten Abfalls ist hauptsächlich von der Druckfederkraft abhängig, jedoch ist es aus offensichtlichen Gründen erwünscht, diesen Abfall auf einem Minimum zu halten. Bisherige Arbeitsweisen zum Vermindern oder Beseitigen dieses Druckabfalls verwenden^hauptsächlich ein "Ansaugen" ("aspirating") der Membransteuerkammer. Hierdurch wird ein Steuerkammerdruck erzeugt, der einen niedrigeren Wert als der AustritÄruck hat, wodurch es dem Regler ermöglicht ist, weiterzuarbeiten. Jedoch ist das Steuern des erzeugten Ansaugens von der richtigen Grosse schwierig, wenn ein grosser Bereich von Eintrittsdrücken umfasst werden soll_o Wenn das Ansaugen ungenügend ist, ergibt sich übermässiger Druckabfall, während andererseits, wenn das Ansaugen zu gross ist, sich ein "Versetzen" oder"Auflaufen" (compounding) des Austritts-

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druckanstiegs ergibt. Eine Lösung dieses Problems der Steuerung der Ansauggrösse wird bei dem Regler gemäss der Erfindung erreicht. Da das Ausmass des erzeugten Ansaugens eine Punktion der Strömungsgeschwindigkeit ist, ist eine Einrichtung vorgesehen, um'diese Geschwindigkeit zu steuern. Die die Strömung gerade richtenden Rippen 52 in Form eines Kreuzes an dem feststehenden Ventilteil 22 sind vorgesehen, um den Strom längs des zentralen Teils der Abgabekehle in dem Austrittsrohr 21 zu richten» Wenn der Eintrittsdruck steigt, wird der Strom schmaler und erhält höhere Geschwindigkeit, Eine Verringerung dieser Geschwindigkeitszunahme wird durch den domförmigen oder gewölbten Steuerschirm 39 erhalten, der in der Eehle angeordnet ist und der den Strom über eine grössere Fläche zerstreut, wodurch die Geschwindigkeit des Stromes verringert wird. Ein Schutz gegen ubermässiges "Versetzen" oder "Auflaufen" bzw. gegen übermässiges "Weglaufen"-des Reglers bei höheren'Stromungsgeschwindigkeiten wird dadurch erreicht, dass die Überführungslöcher 44 mit hohem Druck geflutet werden. Dieser Vorgang beginnt stattzufinden, wenn die Strömungsgeschwindigkeit bis zu dem Punkt ansteigt, an welchem ausreichende Differentiale an dem Schirm oder Sieb 59 erzeugt sind. Irgendeine zusätzliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt, dass der ringförmige Bereich zwischen den Überführungslöchern 44 und dem Schirm oder Sieb 59 mit hohem. Druck "bepackt" wird, wodurch der Ansu>ageffekt minimiert wird. Ein Steuersieb einer Maschenweite von 0, 42 mm (40 mesh) und einem Drahtdurchmesser von etwa 0, 254 mm (0,010 Zoll) hat sich bei Glasverteilung als zufriedenstellend erwiesen.

Die Membran 16 ist mit zwei einheitlichen oder einstückigen konzentrischen sich axial, erstreckenden Faltungen 46 und 47 versehen, deren jede F-förmigen Querschnitt hat.

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Die Faltung 46 ist nahe dem Außenumfang der Membran 16 angeordnet, und die Faltung 47 ist nahe dem inneren Rand 24 und der Hülse 30 benachbart angeordnet,, welche die innere Ausnehmung 29 bestimmt. Wenn die Membran 16 sich axial bewegt, führen die Faltungen 46 und 47 einen Rollvorgang zwischen konzentrischen zylindrischen Flächen aus· Demgemäß rollt die Faltung 36 zwischen einer inneren zylindrischen Fläche 48 an dem Eintrittskörperteil 11 und einer äußeren zylindrischen Fläche 49, die an einem Rand $0 der unteren Versteifungsplatte 41 gebildet ist. In ähnlicher Weise rollt die Faltung 47 zwischen einer inneren zylindrischen Fläche 52 eines Randes 53 der Platte 41 und einer äußeren zylindrischen Fläche 54 an dem Eintrittsrohr 18· Durch die Schaffung einer Rollmembranwirkung zum Festste3.1en des Austrittsdruckes wird die Reglergestaltung weiterhin verbessert, da der größte wirksame Bereich oder die größte wirksame Fläche für einen gegebenen Hub und einen gegebenen Durchmesser der Umhüllung durch diese Art von Membran am besten erhalten wird· Der Druckabfall im Regler wird ebenfalls verbessert, da durch die Rollmembran über ihren Hub eine konstante Fläche aufrechterhalten wird, was im Gegensatz zu üblichen mit Faltungen versehenen Membranen steht, bei denen sich eine Flächenänderung ergibt, wenn ein Hub erfolgt·

Die Wirkung des Eintrittsdruckes auf die Regelvorrichtung, die bei üblichen Gestaltungen gewöhnlich zu einer Änderung des Austrittsdrucks führt, wenn der Eintrittsdruck steigt oder fällt, ist bei der Regelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zufolge der "ausbalancierten Ventile-Gestalt der Teile 31 und 37 vermieden. Im Gegensatz zu den meisten sogenannten ausbalancierten oder ausgeglichenen Ventilen, die gewöhnlich nur halb ausgeglichen sind, ist das Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung ein vollständig ausgeglichenes Ventil und bleibt während des gesamten Hubbereiches ausgeglichen. Das Ventil-

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glied 22 bleibt feststehend, während der Sitzring 51, ein einheitlicher oder einstückiger Teil der Hauptmembran. 16, das bewegliche Element oder Steuerelement ist. Das Ergebnis besteht darin, daß eine konstante freiliegende Fläche für den Eintrittsdruck an dem dynamischen Steuerteil vorhanden ist. Das Merkmal der konstanten Fläche der Rollmembran wird dazu verwendet, Belastungsänderungen zu vermeiden· Die Gesamtgestaltung führt zu einer Ventilgestaltung, die über ihren gesamten Hub vollstänjäig ausgeglichen oder ausbalanciert ist·

Es sind Mittel vorgesehen, um die Membranversteifungsplatten 40 und 4-1 mit dem mittleren Teil der Membran 16 zwischen ihnen eingeklemmt aneinander zu befestigen, und diese Mittel beseitigen irgendeinen Leckweg durch die Verbindungsteile· Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die Verstärkungsplatte 40 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 56 versehen, und der mittlere Teil der Membran 16 ist mit ausgerichteten öffnungen 57 gleicher Größe versehen. Die untere Versteifungsplatte 41 ist mit einer Mehrzahl von einheitlichen oder einstückigen rohrförmigen Vorsprüngen 58 versehen, deren jeder sich durch zwei ausgerichtete öffnungen 56 und 57 erstreckt. Jeder rohrförmige Vorsprung 58 hat eine vergrößerte einheitliche Stirnwand 59, die einen Durchmesser hat, der größer als der Durchmesser der ausgerichteten öffnungen 56 und 57 ist. Die Vorsprünge werden nach dem Zusammenbau verförmt, um eine Klemmlippe 60 zu schaffen, welche die Versteifungsplatten 40 und 41 und die Membran 16 aneinander befestigt· Es wird kein Leckweg über die Membran 16 gebildet, weil das Metall der Platte 41 mit den rohrförmigen Vbrsprüngen 58, der Klemmlippe 60 und der Stirnwand 59 einheitlich bzw. einstückig gebildet ist·

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß mit dem Regler gemäß der Erfindung eine vollständig ausgeglichene oder ausbalancierte Ventilgestaltung erzeugt ist, durch welche

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ein mittlerer Strömungsweg durch die Reglervorrichtung geschaffen ist. Die mehrere Funktionen ausübende elastomere Membran 16, zusammen mit ihren Versteifungsplatten 40 und 41, stellt den einzigen beweglichen Teil dar. Die Druckfeder 42 wird zum Zeitpunkt des Zusammenbaues eingebaut, um einen genauen Einstellpunkt zu schaffen, und das vollständig ausgeglichene Ventil schafft einen einwandfreien Einstellpunkt über den vollen Bereich des Eintrittsdruckes.

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Claims (11)

1. Pat enfcansprüche

   \Λ·)Druckregelvorrichtung mit einem Körper, der einen Eintrittskörperteil mit einem mittleren Eintrittsrohr und einen Austrittskörperteil mit einem mittleren Austrittsrohr aufweist, wobei die Rohre axial ausgerichtet sind, und mit einer biegsamen Membran, die einen Außenumfang hat, der zwischen den Körperteilen eingeklemmt ist, und die eine mittlere Öffnung hat, die innerhalb eines inneren Randes gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein feststehender Ventilteil (22) vorgesehen ist, der zwischen den Rohren (18, 21) eingeklemmt ist und den inneren Rand (24-) der Membran (16) mit Bezug auf das Eintrittsrohr (18) einklemmt, die Membran (16) einen schlauehförmigen oder rohrförmigen Teil (34·) aufweist, der das Austrittsrohr (21) verschiebbar aufnimmt, und daß an der Membran und an dem feststehenden Ventilteil zusammenarbeitende Ventilelemente (31» 37) vorgesehen sind.
2. 2. DruckregelVorrichtung mit einem Körper, der einen Eintritt und einen Austritt hat, und mit einer biegsamen Membran, die einen äußeren Teil hat, der an dem Körper befestigt ist und mit dem Körper zusammenarbeitet, um darin nahe dem Austritt eine Kammer zu bilden, gekennzeichnet durch einen feststehenden Teil (22) innerhalb des Körpers (10), der von-der Membran (16) umgeben und zwischen dem Eintritt (11) und dem Austritt (12) angeordnet ist, eine Einrichtung zum Befestigen eines ersten inneren Teiles (24) der Membran mit Bezug auf den Eintritt, eine Einrichtung, welche eine Gleitdichtung (35) zwischen einem zweiten inneren

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   Teil (34) der Membran und dem Austritt bildet, zusammenarbeitende Ventilelemente (31, 37) an dem feststehenden Teil und an der Membran zum Regeln der Mediumströmung von dem Eintritt zu dem Austritt, eine Einrichtung (4-2), welche dahingehend wirkt;, den mittleren Teil der Membran in einer Richtung zum Öffnen der zusammenarbeitenden Ventilelemente zu bewegen, und durch eine Einrichtung (44), welche Verbindung zwischen der Kammer und dem Medium stromab der Ventilelemente hervorruft.
3. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenarbeitenden Ventilelemente einen Sitzring (37) an der Membran (16) aufweisen, der in geschlossene Stellung gegen eine äußere Ventilfläche (31) an einer Endwand (27) des feststehenden Teiles (22) bewegbar ist.
4. 4, Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Strömungsgeradrichtungsrippen (32) an dem feststehenden Teil (22) stromab der zusammenarbeitenden Ventilelemente (31» 37) vorgesehen sind.
5. 5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuersieb (39) in dem Körper (10) stromab der Ventilelemente (31» 37) angeordnet ist, um den Strom hoher Geschwindigkeit durch die Vorrichtung zu zerstreuen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen des mittleren Teiles der Membran (16) eine Feder (42) in dem Körper (10) auf v/eist, welche den mittleren Teil der Membran in einer Richtung bewegt, in der die Strömung zwischen den zusammenarbeitenden Ventilelementen (31».37) vergrößert wird,
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Teil (22) eine mit öffnungen versehene rohrförmige Wand (25) und eine einheitliche oder einstückige undurchlässige Endwand (27) aufweist. -

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8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Membran (16) eine mittlere innere Ausnehmung (29) und zwei einheitliche konzentrische sich axial erstreckende Paltungen (46, 47) aufweist, deren jede U-förmigen Querschnitt hat und von denen' eine (46) nahe dem Außenumfang der Membran, und die andere (47) nahe der inneren Ausnehmung angeordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16) an gegenüberliegenden Enden der mittleren öffnung (23) schlauchförmige oder rohrförmige Elemente (2*1, 34) aufweist, welche die Eintritts- und Austrittsrohre (18, 21) aufnehmen, wodurch Medium durch das Eintrittsrohr in das Innere des feststehenden Teiles (22), durch die mit Öffnungen versehene Wand (25) des feststehenden Teiles, in das Innere der mittleren öffnung in der Membran und dann zwischen den Ventilelementen (31, 37) in das Austrittsrohr strömen kann.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Membran (16) einen Außenumfang (15) und eine mittlere öffnung (23) sowie einen dazwischenliegenden Teil aufvjeist, der eine Mehrzahl von öffnungen (57) hat, eine erste Versteifungsplatte (40) mit einer Seite des dazwischenliegenden Teiles in Berührung steht und eine Mehrzahl von öffnungen (56) hat, von denen jede mit einer Membranöffnung ausgerichtet ist, eine zweite Versteifungsplatte (41) mit der anderen Seite des dazwischenliegenden Membranteiles in Berührung steht und einheitliche'rohrförmige Vorsprünge (58) aufweist, deren jeder sich durch zwei ausgerichtete öffnungen erstreckt und deren jeder eine einheitliche Endwand (59) mit größerer Abmessung als der Abmessung des rohrförmigen Vorsprunges hat, um eine Klemmlippe zu bilden, mittels welcher die Versteifungsplatten und die Membran aneinander befestigt werden.

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11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Versteifungsplatte einen Rand (50) mit einer äußeren zylindrischen Fläche (4-9)) die mit einer der Faltungen (4-6) der Membran (16) im Eingriff steht, und einen Rand (53) mit einer inneren zylindrischen Fläche (52) konzentrisch zu der äußeren Fläche aufweist, die mit der anderen Faltung (4-7) der Membran in Eingriff tritt·

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