DE19829571A1 - Ventilanordnung zur Steuerung eines Flüssigkeitsdurchflusses - Google Patents

Abstract

Eine Ventilanordnung zur Steuerung eines Flüssigkeitsdurchflusses, insbesondere für eine größere Anlage, wie Heizungs- oder Wasserversorgungsanlage, besitzt ein differenzdruckgesteuertes Hauptventil (2) und ein einstellbares Pilotventil (7) in einer das Hauptventil (2) überbrückenden Pilotleitung (4). Von ihr geht eine erste Steuerdruckleitung (23) zu der einen Druckkammer (19) des Hauptventils (2) und eine zweite Steuerdruckleitung (24) zu der anderen Druckkammer (20) des Hauptventils ab. Ferner ist in einer Steuerdruckleitung (23) eine Drossel (30) angeordnet. Mindestens ein differenzdruckgesteuertes Hilfsventil (6) ist in der Pilotleitung (4) oder der Steuerdruckleitung (23, 24) angeordnet. Es wird vom Druckabfall der Drossel (30) gesteuert und begrenzt diesen Druckabfall auf einen Maximalwert. Auf diese Weise kann die Verstellgeschwindigkeit des Verschlußstücks (21) des Hauptventils (2) begrenzt und hierdurch eine Schwingungsneigung reduziert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung zur Steuerung eines Flüssigkeitsdurchflusses, insbesondere für eine größere Anlage, wie Heizungs- oder Wasserver­ sorgungsanlage, mit einem differenzdruckgesteuerten Hauptventil und einem einstellbaren Pilotventil in ei­ ner das Hauptventil überbrückenden Pilotleitung, von der eine erste Steuerdruckleitung vor einer Pilotdros­ sel, insbesondere dem Pilotventil, zu der einen Druck­ kammer des Hauptventils und eine zweite Steuerdrucklei­ tung hinter der Pilotdrossel zu der anderen Druckkammer des Hauptventils abgeht, wobei in einer Steuerdrucklei­ tung eine Drossel angeordnet ist.

Eine solche Ventilanordnung ist durch die Druckschrift "Constant Differential Pressure C306 - C36C" 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 Pilot­ ventils 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 Ventil­ anordnung 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 Schwingungsnei­ gung zu vermindern sucht. Diese Einstellung ist den An­ lagen, bei denen unterschiedliche Druckverhältnisse herrschen, jeweils anzupassen und gilt nur für einen bestimmen Betriebspunkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventil­ anordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, de­ ren Schwingungsneigung über einen größeren Regelbereich weitgehend reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Pilot- oder Steuerdruckleitung mindestens ein diffe­ renzdruckgesteuertes Hilfsventil angeordnet ist, das vom Druckabfall der Drossel so gesteuert ist, daß die­ ser einen Grenzwert nicht überschreitet.

Durch die Wirkung des Hilfsventils erfolgt die Verstel­ lung des Hauptventils maximal mit einer vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit. Hierdurch werden die für Schwingungen typischen Geschwindigkeitsänderungen un­ terbunden. Da die Strömungsbegrenzung durch das Hilfs­ ventil bei jeder Verstellung des Hauptventils wirksam ist, wird die Schwingungsneigung im gesamten Betriebs­ bereich unterbunden. Ein weiterer Vorteil besteht dar­ in, daß zumeist eine zweite, von Hand einstellbare Drossel in der Pilotleitung entfallen kann.

Besonders günstig ist es, daß die Drossel eine feste Drossel ist. In Verbindung mit dem Hilfsventil entfal­ tet sie ihre Wirkungen in beliebigen Anlagen. Eine An­ passung an jeden Einzelfall ist daher in nahezu allen Fällen nicht mehr erforderlich.

Zur Verminderung der Schwingungsneigung genügt ein ein­ ziges Hilfsventil, das die Strömung in der Steuerdruck­ leitung zum Hauptventil hin oder von ihm weg begrenzt. Ein besseres Ergebnis ergibt sich jedoch, wenn zwei ge­ gensinnig 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 verantwort­ lich.

Mit Vorteil weisen die beiden Hilfsventile ein gemein­ sames Gehäuse und eine gemeinsame Membran auf. Dies vermindert Kosten und Platzbedarf.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür ge­ sorgt, 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 Ven­ tilfeder vorgesehen ist. Dies ergibt eine besonders einfache Konstruktion.

Darüber hinaus empfiehlt es sich, daß die Verschluß­ stücke durch die Böden zweiter becherförmiger Abdeckun­ gen gebildet sind, die durch Ventilfedern gegen die En­ den des hohlen Ventilschafts gedrückt sind und in ihrer Wand ebenfalls Durchtrittsöffnungen aufweisen.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Dros­ sel in das Gehäuse mindestens eines in einer Steuer­ druckleitung angeordneten Hilfsventils integriert ist und innerhalb des Gehäuses Hilfsleitungen vorgesehen sind, die von den beiden Druckkammern des Hilfsventils zu Angriffen beidseitig der Drossel führen. Die für die Strömungsbegrenzung wesentlichen Teile sind daher zu einer Einheit zusammengefaßt.

Zu empfehlen ist es ferner, daß das Gehäuse mindestens eines in einer Steuerdruckleitung angeordneten Hilfs­ ventils in das Gehäuse des Pilotventils eingesetzt ist. Für das Hilfsventil sind daher keine zusätzlichen Lei­ tungsverbindungen erforderlich.

Günstig ist es, daß das beiden Hilfsventilen gemeinsame Gehäuse in das Gehäuse des Pilotventils eingesetzt ist. Auf diese Weise können mehrere Zwischenverbindungen in­ tegriert werden, was zu einer erheblichen Vereinfachung bei der Montage führt.

Von Vorteil ist es auch, daß das Gehäuse des Pilotven­ tils koaxial zu seiner Ventilsitzbohrung einen Gewinde­ stutzen aufweist, in den das Gehäuse des Hilfsventils eingeschraubt ist, und daß zwischen der die Ventilsitz­ bohrung aufweisenden Trennwand und der Stirnseite des Hilfsventilgehäuses ein eine feste Drossel bildender Spalt verbleibt, von dem eine zentrische Anschlußboh­ rung im Hilfsventilgehäuse ausgeht. Wenn der Drosselwi­ derstand der festen Drossel erheblich größer ist als (etwa doppelt so groß wie) der Strömungswiderstand zwi­ schen Sitz und Verschlußstück des Pilotventils, kann man auf eine gesonderte feste Drossel verzichten.

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 ver­ hältnismäßig große Hauptventile schwingungsfrei ver­ stellen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Venti­ lanordnung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zweier zusam­ mengefaßter Hilfsventile,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform,

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform,

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Pilotventilgehäuse mit eingesetzten Hilfsventilen und

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein Pilotventil mit zugehörigen Anbauten.

Bei der Ventilanordnung der Fig. 1 sind in einer Haupt­ leitung 1 ein Hauptventil 2 und ein Stellglied 3 in der Form eines Motorventils in Reihe geschaltet. Eine Pi­ lotleitung 4 überbrückt das Hauptventil 2 und weist hintereinander eine feste Drossel 5, ein Hilfsventil 6 und ein Pilotventil 7 auf.

Das Verschlußstück 8 des Motorventils wird mit Hilfe eines Elektromotors 9 verstellt, um eine bestimmte Durchflußmenge in Richtung des Pfeils 10 durch die Ven­ tilanordnung strömen zu lassen.

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 verbun­ den. Das Pilotventil wird daher in Abhängigkeit vom Druckabfall am Motorventil 3 gesteuert.

Das Hauptventil 2 besitzt eine Membran 18, die zwei Druckkammern 19 und 20 voneinander trennt, sowie eine in Schließrichtung des Verschlußstücks 21 wirkende Fe­ der 22. Die Druckkammern sind über Steuerdruckleitungen 23 und 24 mit Leitungsabschnitten der Pilotleitung 4 vor und hinter dem Pilotventil 7 verbunden. Das Haupt­ ventil 2 wird daher vom Druckabfall am Pilotventil 7 gesteuert.

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 gesteu­ ert. Diese Steuerung bewirkt, daß der Durchfluß durch die Steuerdruckleitung 23 zur Druckkammer 19 einen vor­ gegebenen Grenzwert nicht überschreiten kann. Die Ver­ stellgeschwindigkeit des Verschlußstücks 21 des Haupt­ ventils 2 ist daher begrenzt, so daß eine Schwingungs­ neigung reduziert wird.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung, die ein zweites Hilfsven­ til 106 in Reihe mit dem ersten Hilfsventil 6 in der Pilotleitung 4 aufweist. Die Druckkammern dieses zwei­ ten Hilfsventils 106 sind ebenfalls mit den Hilfslei­ tungen 31 und 32 verbunden, jedoch mit gegensinnigem Anschluß der Druckkammern. Dies hat zur Folgen daß die Strömungsgeschwindigkeit in der Steuerdruckleitung 23 sowohl für das zuströmende wie für das abströmende Me­ dium begrenzt ist.

Jede Verstellung des Motorventils 3 führt daher zu ei­ ner Verstellung des Pilotventils 7 und diese wiederum zu einer Verstellung des Hauptventils 2, jedoch mit ei­ ner durch das Hilfsventil 6 begrenzenden Geschwindig­ keit.

Fig. 3 zeigt ein doppelt wirkendes Hilfsventil 206, das zum Einbau in die Steuerdruckleitung 23 (Fig. 4) oder 24 (Fig. 5) geeignet ist. Ein hohler Ventilschaft 33 trägt an einem Ende ein Verschlußstück 34, das mit ei­ nem Sitz 35 zusammenwirkt, und am anderen Ende ein Ver­ schlußstück 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.

Die Druckfedern 43 und 44 sind mit Vorspannung einge­ baut. Der Ventilschaft 33 wird daher in der veranschau­ lichten Mittelstellung gehalten. Wenn der Durchfluß durch die Drossel 230 in Richtung auf das Hauptventil 2 oder von ihm weg den vorbestimmten Grenzwert über­ schreitet, 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 Ver­ stellgeschwindigkeit des Hauptventils begrenzt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 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 Haupt­ ventil führenden Steuerdruckleitung 324. In dieser Zeichnung ist der Membranaufsatz und das Verschlußstück des Pilotventils 307 nicht veranschaulicht. Für die im Vergleich zu Fig. 3 gleichwirkenden Teile werden um 300 erhöhte Bezugszeichen verwendet.

Die Verschlußstücke 334 und 336 sind hier an becherför­ migen 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 Ge­ häuse 45 und eine Bohrung 56 in einem zweiten Einsatz 57 gebildet. Die Hilfsleitung 332 wird durch eine Ra­ dialbohrung 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.

Das Gehäuse 46 des Pilotventils 307 besitzt koaxial zu der in einer Trennwand 61 angeordneten Ventilsitzboh­ rung 62 einen Stutzen 63, in den das Gehäuse 45 einge­ schraubt 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.

In Fig. 7 ist das Pilotventil 307 mit dem Hilfsventil 306 so zusammengebaut, wie es in Fig. 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 Fig. 1 enthält und zu verstellen vermag. Die genannten Teile lassen sich leicht miteinander verbinden, so daß die Gesamt­ montage erleichtert ist.

Claims (11)

1. Ventilanordnung zur Steuerung eines Flüssigkeits­ durchflusses, insbesondere für eine größere Anlage, wie Heizungs- oder Wasserversorgungsanlage, mit ei­ nem differenzdruckgesteuerten Hauptventil und einem einstellbaren Pilotventil in einer das Hauptventil überbrückenden Pilotleitung, von der eine erste Steuerdruckleitung vor einer Pilotdrossel, insbe­ sondere dem Pilotventil, zu der einen Druckkammer des Hauptventils und eine zweite Steuerdruckleitung hinter der Pilotdrossel zu der anderen Druckkammer des Hauptventils abgeht, wobei in einer Steuer­ druckleitung eine Drossel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Pilot- oder Steuerdrucklei­ tung (4; 23, 24) mindestens ein differenzdruckge­ steuertes Hilfsventil (6; 106; 206; 306) angeordnet ist, das vom Druckabfall der Drossel (30; 230; 330) so gesteuert ist, daß dieser einen Grenzwert nicht überschreitet.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drossel (30; 230; 330) eine feste Drossel ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei gegensinnig arbeitende Hilfsventile (6; 106) in Reihe geschaltet sind.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hilfsventile (206) ein gemeinsames Gehäuse (45) und eine gemein­ same Membran (40; 340) aufweisen.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein hohler Ventilschaft (33; 333) an beiden Enden je mit einem Verschlußstück (34, 36; 334, 336) versehen ist, das mit je einem Sitz (35, 37; 335, 337) zusammenwirkt, in der Wand nahe der beiden Enden Durchtrittsöffnungen (38, 39; 338, 339) aufweist und etwa in der Mitte mit der Membran (40, 340) verbunden ist, wobei beidseitig eine Ven­ tilfeder (43, 44; 343, 344) vorgesehen ist.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verschlußstücke (335, 337) durch die Böden zweiter becherförmiger Abdeckungen (48, 49) gebildet sind, die durch Ventilfedern (343, 344) gegen die Enden des hohlen Ventilschafts (33; 333) gedrückt sind und in ihrer Wand ebenfalls Durchtrittsöffnungen (50, 51) aufweisen.

7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (330) in das Gehäuse mindestens eines in einer Steuerdruck­ leitung (324) angeordneten Hilfsventils (206; 306) integriert ist und innerhalb des Gehäuses (45) Hilfsleitungen (331, 332) vorgesehen sind, die von den beiden Druckkammern (341, 342) des Hilfsventils (306) zu Abgriffen beidseitig der Drossel (330) führen.

8. Ventilanordnung nach 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (45) mindestens eines in einer Steuer­ druckleitung (324) angeordneten Hilfsventils (306) in das Gehäuse (46) des Pilotventils (307) einge­ setzt ist.

9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das beiden Hilfsventi­ len gemeinsame Gehäuse (45) in das Gehäuse (46) des Pilotventils (307) eingesetzt ist.

10. Ventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (46) des Pilotventils (307) koaxial zu seiner Ventilsitzbohrung (62) ei­ nen Gewindestutzen aufweist, in den das Gehäuse (45) des Hilfsventils (306) eingeschraubt ist, und daß zwischen der die Ventilsitzbohrung (62) aufwei­ senden Trennwand (61) und der Stirnseite des Hilfs­ ventilgehäuses (45) ein eine feste Drossel (305) bildender Spalt verbleibt, von dem eine zentrische Anschlußbohrung (65) im Hilfsventilgehäuse (45) ausgeht.

11. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Hauptventil (2) ein Stellglied (3) in Reihe liegt und daß das Pi­ lotventil (7) ein differenzdruckgesteuertes Mem­ branventil ist, das vom Druckabfall am Motorventil (3) gesteuert ist.