DE9002675U1 - Steuerventil - Google Patents

Description

Carraro S.r.l.
EL/3/B2/220

STEUERVENTIL

Die Erfindung betrifft ein Membransteuerventil, bei dem eh &eegr; Membran sowohl s,1v, \"etätigu.. gselement wie auch als Ve"Schluß;lement dient.

Es hariüüxt sich um ein Regelventil &idigr;-it Proportional- und Integralcharakteristik, wobei das iuaspexrelement aus einer konkaven Membran aus federndem Material besteht, deren Stellung den Öffnungsgrad der Leitung, in die das Ventil eingesetzt ist, bestimmt und die durch ein Schaltventil und ein Nadelventil gesteuert wird, das in einer Bypassleitung lxegt.

Auf diese Weise ist es möglich, das Ventil für eine große Anzahl von verschiedenen Verwendungszwecken durch einfache Änderung der Art des Schaltventils einzusetzen, mit beträchtlichen Vorteilen deshalb, weil der Hauptventilkörper für alle Verwendungszwecke der gleiche bleibt und die auf Lager zu haltenden Bauteile beträchtlich reduziert werden können.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch den besonderen Aufbau und die Anordnung der einzelnen Bauteile, wodurch der praktische Einsatz wesentlich erweitert wird im Verhältnis zu bekannten Bauweisen.

Es ist eine Anzahl von Ventilarten, darunter auch Membranventilen bekannt, wobei die Austrittsöffnung dadurch

abgeschlossen werden kann, daß eine verformbare Membran gegen einen Sitz gedrückt wird. Bei derartigen Ventilen trennt die Membran das in der Regel mechanische Betätigungselement vollständig von dem Medium. Bei anderen Ventllarten besteht die Schließvorrichtung aus einem metallenen Ventilverschlußstück, das bspw. über einen Schaft oder eine starre Spindel mit einer Membran verbunden ist, welche die Hubbe&c.: ui*g des Ventilverschlußstückes zum Öffnen und Schließen des Mediumdurchgangs betätigt.

In beiden Fällen weisen die Ventile zwei verschiedene Einrichtungen auf, die Schließeinrichtung oder das Ventilverschlußstück und die Betätigungseinrichtung hierfür bzw. ein Betätigungselement. Diese Ventile haben, insbes. wenn sie automatisch betätigt werden, den Nachteil, daß sie einen relativ komplizierten und sperrigen Aufbau haben.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß ein Membranventil vorgeschlagen, bei dem die Membran sowohl als Ventilverschlußstück sowie als Betätigungseinrichtung wirkt.

Es wird ein Ventil vorgesehen, bsi dem durch geeignete Einstelleinrichtungen der gleiche. Druck des Mediums, das abgesperrt werden soll, die Membranbewegung steuert. Das Ventil besteht aus einer in einer Leitung eingesetzten Kammer, die mittels einer Membran aus einem verformbaren Material \n zwei Abschnitte unterteilt wird. Eine Abzweigung,, in der ein Nadel- und ein Schaltventil eingesetzt sind, verbindet die Hauptleitung mit dem Abschnitt der Kammer, in dem eine auf die Membran einwirkende Feder angeordnet ist. Dementsprechend wird die Membran auf einer Seite von dem abzusperrenden Medium und auf der anderen Seite durch dieses Medium von der Abzweigung aus und durch die Feder beaufschlagt. Hierbei kann die Arbeitsweise des Ventils eingestellt werden, indem sowohl das Nadel- als auch das Schaltventil! in

3
entsprechender Weise betätigt werden.

Eine bspw. Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung n^her erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einer perspektivischen, auseinandergezogenen Ansicht ein erfindungsgemäßes Ventil,

Fig. 2 und 3 schematisch einen Schnitt durch das Ventil in der öffnungs- und Schließstellung, und

Fig. 4 bis 13 schematisch verschiedene Anwendungsarten des erfindungsgemäßen Ventils, wobei

Fig. 4 ein Beispiel eines Druckreduzierventils mit einem Solenoid für die ferngesteuerte Abschaltung des Hauptventils wiedergibt,

Fig. 5 ein elektrohydraulisch betätigtes Ventil, dessen Schließgeschwindigkeit einstellbar ist, um einen Wasserschlag zu vermeiden,

Fig. 6 ein elektrohydraulisch betätigtes Ventil mit einem normalerweise geschlossenen Solenoidventil,

Fig. 7 ein Niveausteuerventil,

Fig. 8 ein elektrohydraulisch betätigtes Ventil mit einem von Hand betätigten Testventil,

Fig. 9 ein pneumatisch-hydraulisch betätigtes Ventil mit einem von Hand betätigten Testventil

Fig. 10 ein thermoreguliertes Ventil mit

Umkehrwirkung und zwei Bypass-Leitungen

- · it at

Fig. 11 ein Reduzierventil mit einstellbarem Durchlaß für einen weiten Drucksteuerbereich

Fig. 12 ein Niveausteuerventil, und

Fig. 13 ein elektropneumatisch betätigtes Steuerventil.

Erfindungsgemäß umfaßt das Ventil einen Hauptkörper bzw. ein Gehäuse 1, das in einer Leitung 2 eingesetzt wird und durch eine verformbare Membran 3 in zwei Abschnitte unterteilt wird, wie Fig. 1 und 2 zeigen. Der untere Abschnitt ist mit einem Boden 4 versehen, der eine Reihe von Rippen oder Unterteilungswänden 4 aufweist, die einen gekrümmten oberen Rand haben, so daß die Membran 3 längs dieses oberen Randes 5 der Unterteilungs- oder Trennwände 4 anliegen kann, wenn sie nach unten gedrückt wird. Auf der Oberseite ist das Ventil mittels eines Deckels 6 geschlossen, der die äußere Wand des oberen Abschnitts des Gehäuses bildet. In dieser oberen Kammer ist eine Schraubenfeder 7 oder dgl. angeordnet, die über eine Unterlegscheibe 8 auf der Membran 3 anliegt und diese nach unten drückt.

Eine Abzweigleitung 9 am Gehäuse 1 verbindet die gegenüberliegenden Enden der unteren Kammer miteinander. Eine Leitung 10 verbindet die Abzweigleitung 9 mit der oberen Kammer. In der Abzweigleitung sind ein Filter bzw. Schmutzabscheider 11, ein Nadelventil 12 und ein Schaltventil 13 angeordnet, das einen bekannten Aufbau hat und in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Einsatzgebiet ausgewählt wird.

Im Betrieb öffnet und schließt das Schaltventil die Abzweigleitung 9, wodurch eine Druckänderung in der oberen Kammer hervorgerufen wird. Diese Druckänderung verursacht

eine Verschiebung der Membran 3 aus der Schließstellung in Fig. 3, in der die Membran am Rand 5 zum Absperren des Durchgangs anliegt, in eine Öffnungsstellung, in der die Membran mehr oder weniger von dem Rand der Trennwand 4 abgehoben wird, wie Fig. 2 zeigt.

Der Betrieb des Ventils kann anhand des folgenden Beispiels besser erläutert werden. Es wird davon ausgegangen, daß sich das Ventil zunächst in der Schließstellung befindet, wie Fig. 3 zeigt, wobei das Medium in der Leitung 2 die obere Kammer füllt. In diesem Fall wird die Membran auf der Oberseite von einer Kraft beaufschlagt, die sich aus dem Druck des Mediums mal Membranfläche plus Kraft der Feder ergibt, während auf der Unterseite der Membran eine Kraft wirkt, die lediglich dem Druck des Mediums stromaufwärts (' und stromabwärts multipliziert mit der entsprechenden Membranfläche entspricht. In diesem Falle überwiegt die Kraft, die die Membran nach unten drückt, so daß das Ventil &ngr; geschlossen gehalten wird.

Wenn in diesem Falle der Betrieb des Ventils einsetzen soll, so wird stromabwärts des Ventils auf der rechten Seite in den Figuren 1 und 2 der Druck reduziert. Hierbei öffnet das Schaltventil 13, so daß das Medium bzw. Fluid längs der Abzweigleitung 9 strömen kann. Da die Drosselstelle am Nadelventil 12 einen Druckabfall im linken Abschnitt der Abzweigleitung erzeugt, wirkt der höhere Druck des Fluids, der in der oberen Kammer herrscht, längs der Leitungen 10 und 9, so daß ein Druckabfall über der Membran eintritt und der Fluiddruck in der Hauptleitung die Membran soweit nach oben drücken kann, wie dies für die stroitiuiDWärts anliegenden Bedingungen notwendig ist. In der maximalen Öffnungsstellung erreicht die Membran die Stellung nach Fig.2 .

Wenn der Fluidverbrauch oder auf andere Weise der Fluidabfluß stromabwärts des Ventils reduziert wird, drosselt oder schließt das Schaltventil 13 die

Abzweigleitung 9. Der Druck stromaufwärts und damit der Druck in der oberen Ventilkammer steigt an und erreicht allmählich einen Wert gleich dem Fluiddruck innerhalb Jfes Ventilgehäuses. In dieser Situation, in der der Druck auf beiden Seiten der Membran gleich wird, wird die Membran durch die Kraft der Feder 7 nach unten gedrückt. Wenn die Membran auf dem Rand 5 der Trennwand 4 zum Anliegen kommt, tritt eine Reduktion der Kraft ein, die durch den Druck in der unteren Ventilkammer ausgeübt wird, weil die Membranfläche, auf der dieser Druck wirkt, durch die Fläche des Randes 5 reduziert wird. Damit bleibt die Membran in der Schließstellung.

Während der Steuerung des Ventils wirkt das Nadelventil 12, dessen Drosselstellung entsprechend eingestellt wurde, als Einstelleinrichtung für die Arbeitsgeschwindigkeit des Ventils. Hierdurch erhält man eine Stabilisierung in einer Zwischenstellung des Ventils oder auch ein langsames und kontrolliertes Schließen des Ventils, wobei auf diese Weise ein gefährlicher Wasserschlag verhindert wird.

Die durch ein derartiges Ventil erzielbaren Vorteile sind beträchtlich. Da das Schließen zwischen einer nachgiebigen Fläche (die Membran besteht aus einem weichen Material wie EPDM- Gummi oder VITON) und einem starren Metallsitz erfolgt, wird die Absperrung des Ventils ohne die Gefahr einer Beschädigung gewährleistet, wenn sich Festkörper in dem Fluid befinden sollten. Man erhält ein Ventil mit gleichmäßiger Strömung und ohne Turbulenzer^Uj/ung, wobei im Falle eines Druckabfalls in der Leitung das Ventil durch die Fedar automatisch schließt. Dadurch kann die Leitung nicht leerlaufen, wobei Nachteile hinsichtlich des Anlaufens einer Pumpe vermieden werden. In praktischer Hinsicht bietet das Ventil, das sowohl horizontal als auch vertikal angeordnet sein kann, Vorteile, da es für viele verschiedene Einsatzzwecke verwendet werden kann, indem lediglich das Schaltventil ausgetauscht wird. Demzufolge müssen nur wenige Ventile bzw. Bauteile für verschiedene

Verwendungszwecke auf Lager gelegt oder bereitgehalten werden, de es ausreicht, verschiedene Schaltventile bereitzustellen, um allen Anforderungen gerecht zu werden.

Das erfindungsgemäße Ventil arbeitet gleichzeitig als Schließventil und als Betätigungseinrichtung, wobei es einen sehr einfachen Aufbau hat und nur aus wenigen Teilen besteht, wodurch sich eine billige Herstellung und ein einfacher Unterhalt ergeben.

Durch die Membran kann jede Stellung zwischen maximaler Öffnungs- und Schließstellung eingenommen werden, wobei die Stellung durch die Feder und das Servofluid bestimmt wird, das das gleiche Fluid ist, das durch die von dem Ventil abzuschließende Leitung strömt. Das Servofluid wirkt dabei in der oberen Kammer mit Druckwerten, die durch das Schaltventil 13 bestimmt werden. Wenn das Ventil offen ist, wird die Membranstellung durch den Fluiddruck bestimmt, der auf der unteren Membranfläche wirkt.

Die Feder 7 mit variabler Federkonstante nimmt eine Kraft auf, höher als proportional dem Membranhub und damit proportional zu den dynamischen Kräften, so daß das Ventil für eine Proportionalregelung ohne Oszillation der Membran geeignet ist, wenn der Druck des Servofluids schwankt.

Das Schaltventil 13 wirkt im Verhältnis zu den Parametern, gemäß denen das Öffnen oder Schließen des Hauptventils bestimmt wird, auf den Servofluidstrom, so daß der Druck an der Membran verändert wird, so daß diese entsprechend dem Druck bewegt wird, um den Öffnungsgrad des Ventils entsprechend den Erfordernissen einzustellen. Wenn das Ventil den Öffnungsgrad erreicht, der der jeweils erforderlichen Kapazität entspricht, stellt sich das Schaltventil zurück, so daß der Servofluidstrom wieder den gleichen Wert erreicht wie vor dem Steuervorgang.

Wie Fig. 2 und 3 zeigen, kann für die Anlage der Membran 3

in der Schließstellung eine einzelne quer zur Strömungsrichtung verlaufende Trennwand mit einem oberen Rand 5 ausgebildet sein, wobei dieser Rand 5 eine ausreichend große Auflagefläche für die Membran 3 aufweist, damit ein sicherer Abschluß der Leitung gewährleistet ist. Ferner weist der Rand bzw. die AnXatJsflache 5 eine derartige Krümmungsform auf, daß -Jber den gesamten Querschnitt des Ventils die Memtran 3 auf diesen Rand xum Abschließen des Querschnitts aufliegen kann. Vorzugsweise werden, wie Fig. 1 schematisch zeigt, mehrere: Anlageflächen 5 vorgesehen, damit die Meiabr*:·.:>, 3 in der Schließstellung ausreichend abgestützt wird.

Claims (3)

Carraro S.r.l. EL/3/B2/220 ANSPRÜCHE

1. Membransteuei ~entil,

dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) gleichseht-} &agr; als Ventilverschlußstück und als Betätigungseinrichtung wirkt.

2. Ventil nach Anspruch 1„ dadurch gekennzeichnet,,

daß das gleiche Fluid, das durch das Ventil gesteuert wird, die Membran (3) »um Betätigen des Ventils beaufschlagt.

3. Ventil nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch

eine Kammer mit einem Ein- und Auslaß für das Fluid, die durch eine verformbare Membran (3) in zwei Abschnitte unterteilt wird, wobei das Fluid, das durch das Ventil gesteuert werden soll, in dem unteren Abschnitt dieser Kammer strömt,

eine Abzweigleitung (9), die den Ein- und Auslaß der Kammer miteinander verbindet, eine Leitung (10), welche die Abzweigleitung (9) mit dem oberen Abschnitt der Kammer verbindet,

ein Nadelventil (12) und ein Schaltventil (13) in der Abzweigleitung (9), wobei ersteres stromaufwärts und

&iacgr;&ogr;

letzteres stromabwärts von der Leitung (10) angeordnet ist, die die Abzweigleitung (9) mit dem oberen Abschnitt der Kammer verbindet,

eine Feder (7), welche die Membran (3) in Richtung auf den unteren Abschnitt der Kammer beaufschlagt, und -'urch wenigstens eine Trennwand mit einem oberen Rand (5) In deia unteren Abschnitt cie-- Kammer, wobei dieser obere Rand (5) gekrümmt ausgebildet ist und als Anlage für die Membran (3) zum Absperren des Ventils dient.