Druckregler

Ein Druckregler ist ein Gerät, das den Druck von Flüssigkeiten oder Gasen kontrolliert, indem es einen hohen Eingangsdruck auf einen niedrigeren Ausgangsdruck reduziert. Er erzeugt einen konstanten Ausgangsdruck, auch wenn Schwankungen im Eingangsdruck auftreten. Druckregler eignen sich für viele häusliche und industrielle Anwendungen, wie die Regulierung von Propan in Gasgrills, die Regulierung von Sauerstoff in medizinischen Geräten, die Bereitstellung von Druckluft in industriellen Anwendungen und die Regulierung von Kraftstoff in Automotoren und Luft- und Raumfahrtanwendungen. Der Hauptaspekt, der all diesen Anwendungen gemeinsam ist, ist die Druckkontrolle – von einem höheren Eingangsdruck zu einem niedrigeren Ausgangsdruck. Dieser Artikel betrachtet genauer die Arten von Druckreglern, ihre Anwendungen und worauf man bei der Auswahl zwischen Druckreglern achten sollte.

Inhaltsverzeichnis

• Bestandteile
• Arten von Druckreglern
• Anwendungen
• Auswahlkriterien
• Installation eines Druckreglers
• Druckregler vs. andere Drucksteuergeräte
• FAQs

Bestandteile

Ein typischer Druckregler besteht aus den folgenden Elementen:

• Ein Sensorelement wie eine Membran, einen Kolben oder eine Membran (Abbildung 2 beschriftet A).
• Ein Lastelement, das die erforderliche Kraft auf das Reduzierelement ausübt, wie eine Feder, einen Kolbenaktuator oder einen Membranaktuator (Abbildung 2 beschriftet C).
• Einen Einlass (Abbildung 2 beschriftet B) und einen Auslass (Abbildung 2 beschriftet D).
• Ein Druckreduzierelement wie ein Klappenventil (Abbildung 2 beschriftet E).

Druckreduzierelement

Ein federbelastetes Klappenventil ist ein Standard-Druckreduzierelement in einem Druckregler. Klappenventile haben elastomere Dichtungen für normale Anwendungen und thermoplastische Dichtungen für Hochdruckanwendungen. Die Dichtung verschließt das Ventil gegen jegliche Gas- oder Flüssigkeitsleckage. Die Federkraft steuert das Klappenventil, indem es geöffnet wird, um den Medienfluss vom Einlass zum Auslass zu ermöglichen. Wenn der Ausgangsdruck steigt, schließt das Klappenventil aufgrund der Kraft des Sensorelements, die die Federkraft am Klappenventil überwindet.

Lastelement

Das Lastelement steuert das Sensorelement, das das Ventil öffnet. Die Menge der Federkraft ist einstellbar, was den erzielten Ausgangsdruck bestimmt.

Das Sensorelement

Kolben sind für hohe Drücke, robuste Anwendungen und Anwendungen geeignet, bei denen größere Toleranzen beim Ausgangsdruck akzeptabel sind. Kolben neigen aufgrund der Reibung zwischen der Ritzeldichtung und dem Reglergehäuse dazu, träge zu sein.

Für höhere Genauigkeit ist ein Membrantyp des Sensorelements geeignet. Membranen neigen dazu, eine geringere Reibung als Kolbentyp-Designs zu haben. Sie bieten auch eine größere Sensierfläche für eine gegebene Reglergröße. Sie bestehen aus Elastomer oder einem dünnen Scheibentyp-Material, das empfindlich auf Druckänderungen reagiert.

Arten von Druckreglern

Druckregler haben die folgenden Kategorien:

• Direktbetrieben oder selbstbetrieben
• Pilotbetrieben

Direktbetriebene Regler

Direktbetriebene Regler (Abbildung 2) sind die einfachste Form von Druckreglern. Sie arbeiten normalerweise bei niedrigeren Sollwerten, unter 0,07 bar (1 psi), und können eine höhere Genauigkeit aufweisen. Bei höheren Drücken, bis zu 35 bar (500 psi), können sie Genauigkeitsniveaus von 10-20% haben.

Direktbetriebene Regler sind eigenständig: Sie benötigen keine externe Sensingleitung am Ausgang, um effektiv zu funktionieren. Sie bestehen aus einem federbetätigten Ventil, das von einer Membranbaugruppe direkt gesteuert wird. Energie oder Druck aus dem strömenden Medium wirkt, um die Membran zu aktivieren. Der steigende Druck stromabwärts wirkt auf die Membran, die das Ventil durch Komprimierung der Feder schließt. Wenn der Druck stromabwärts abfällt, wird die Federkraft größer als die Kraft des Mediums, die auf die Membran wirkt, und das Ventil öffnet sich.

Pilotbetriebene Regler

Pilotbetriebene Regler bieten eine präzise Druckregelung für Bedingungen, die mit Gasen aus Zylindern oder kleinen Lagertanks verbunden sind, wie:

• signifikante Variationen in den Durchflussraten
• Schwankungen im Eingangsdruck
• abnehmende Eingangsdruckbedingungen

Dieser Reglertyp ist in der Regel ein ein- oder zweistufiges Gerät. Ein einstufiger Regler eignet sich für eine relativ geringe Druckreduzierung. Er ist nicht für Systeme mit großen Schwankungen im Eingangsdruck oder Durchflussraten geeignet.

Ein doppelstufiger Regler (Abbildung 3) ist der häufigste pilotbetriebene Regler. Die erste Stufe besteht aus einem federbetätigten Piloten, der den Druck auf die Membran des Hauptregelventils steuert. Wenn der Druck steigt, komprimiert sich die Feder, und das Pilotventil öffnet sich, wodurch ein Druckunterschied zwischen der Einlassseite des Hauptregelventils und dem Auslassventil entsteht. Dieser Druckunterschied betätigt das Hauptbetätigungsventil, und der Durchfluss erfolgt bei reduziertem Druck durch das Auslassventil. Solange der Druck des Mediums auf den federbetätigten Piloten niedrig ist, gibt es keinen Fluss stromabwärts.

Doppelstufige pilotbetriebene Regler regeln genau eine breite Palette von Drücken und Kapazitäten. Diese Regler sind nur für saubere Flüssigkeiten oder Gase geeignet, da kleine Durchgänge und Ports verstopfen können. Diese Anordnung führt zu einem stabilen und konstanten Ausgangsdruck aus der zweiten Stufe, trotz Druckabfällen in der ersten Stufe.

Anwendungen

Neben der Reduzierung des Eingangsdrucks kann ein Druckregler zusätzliche Funktionen ausführen:

Gegendruckregler und Druckentlastungsventile

Ein Druckentlastungsventil begrenzt den Systemdruck auf ein festgelegtes Maximum. Es leitet eine bestimmte Menge oder die gesamte Menge an Flüssigkeit oder Gas von der Pumpe zum Tank ab, wenn der Druck den Sollwert erreicht. Ein Gegendruckregler hält einen gewünschten Eingangsdruck aufrecht, indem er den Fluss von Flüssigkeit oder Gas variiert, um auf eine Änderung des Eingangsdrucks zu reagieren.

Druckschaltventile

Druckschaltventile sind für pneumatische Logiksysteme. Diese Ventile sind entweder 2/2-Wege- oder 3/2-Wege-Schaltventile.

Luftregler

Luftregler oder Luftkompressorregler sind mit einem Luftkompressor verbunden, um den Druck einzustellen. Der Luftregler kann den Druck aus dem Lufttank nicht erhöhen; er kann nur den Druck senken oder auf den Druckeinstellwert des Tanks zurückführen. Daher ermöglicht ein Luftregler einem Luftkompressor, verschiedene Luftwerkzeuge mit unterschiedlichen Druckanforderungen zu unterstützen. Die einzige Voraussetzung ist, dass der Druckausgang des Lufttanks das Luftwerkzeug mit dem größten Druckbedarf unterstützen kann.

Niederdruckluftregler

Niederdruckluftregler sind für Niederdrucksysteme geeignet. Diese Luftregler verwenden relativ große Membranen. Die große Membran erhöht die Oberfläche, auf der die Eingangsluft in Kontakt kommt, was es dem Niederdruckmedium ermöglicht, die Membran zu öffnen. Außerdem unterstützt die große Membran Systeme, die hohe Durchflussraten erfordern.

Vakuumregler

Vakuumregler steuern ein Vakuum. Sie halten ein konstantes Vakuum am Einlass des Reglers mit einem höheren Vakuum am Auslass aufrecht.

Weitere Anwendungen

Druckregler haben auch folgende Anwendungen:

• Haushalt/Privat: Gasgrills, Gasherde, Schnellkochtöpfe, Druckbehälter und Heizöfen für Zuhause
• Druckluft: Industrie- und Gewerbewerkstätten zur Reinigung, zur Versorgung von luftbetriebenen Werkzeugen und zum Aufpumpen von Reifen
• Luft- und Raumfahrt: Druckregelung für Antriebe und Kraftstoffleitungen
• Schweißen und Schneiden: Versorgung von Gas mit erforderlichen Drücken aus Speicherzylindern für das Autogenschweißen. Lesen Sie unseren Artikel über Schweißregler, um mehr zu erfahren.
• Gasbetriebene Fahrzeuge: Liefern von unter Druck stehendem Gas an den Motor

Auswahlkriterien

Druckregler sind in verschiedenen Größen und Bauweisen erhältlich. Nachfolgend finden Sie eine Liste von Überlegungen bei der Auswahl des richtigen Druckreglers für eine Anwendung:

1. Druckbereich im Betrieb
2. Erforderliche Kapazität oder Durchflussmenge
3. Art des Mediums (Flüssigkeit oder Gas), das übertragen wird
4. Betriebstemperaturbereich
5. Materialanforderungen
6. Erforderliche Genauigkeit

1) Druckbereich im Betrieb

Die Anforderungen einer Anwendung an Eingangs- und Ausgangsdrücke bestimmen die Art des Reglers, der verwendet werden soll:

• Der Versorgungsbereich des Eingangsdrucks, den ein Regler sicher handhaben kann.
• Die erforderlichen Werte des Ausgangsdrucks.
• Die erforderliche Genauigkeit des Ausgangsdrucks.

2) Kapazitäts- oder Durchflussanforderungen

Bewerten Sie die folgenden Kriterien:

• Die maximale erforderliche Durchflussrate.
• Die erwartete Variation der Durchflussrate.
• Richtige Auswahl der Rohrgröße.

3) Art des Mediums (Flüssigkeit oder Gas)

Es sollte auf die Art des Mediums im Regler geachtet werden:

• Flüssigkeit/Gas
• Chemische Zusammensetzung
• Entflammbarkeit/Explosive Natur
• Gefährliche/Toxische Natur
• Korrosive Eigenschaften

4) Betriebstemperaturbereich

Die Materialien für Druckregler sollten so sein, dass sie bei einem bestimmten Betriebstemperaturbereich ihre Funktion effektiv ausführen können, ohne ihre Materialeigenschaften zu verlieren. Die Elastomere für die Regeldichtung sind unten aufgeführt:

• Nitril (NBR) oder Neopren (-40 °C bis 82 °C)
• Ethylen-Propylen (EPDM) oder Perfluorelastomer (FKM) für höhere Temperaturen

5) Materialanforderungen

Abhängig vom Medium und den Betriebsbedingungen sind verschiedene Reglerkomponentenmaterialien verfügbar, wie:

• Messing: Häufig und wirtschaftlich
• Kunststoff: Kostenwirksam und wegwerfbar
• Aluminium: Gewichtsüberlegungen
• Edelstahl: Korrosive Umgebungen, hohe Sauberkeitsanforderungen und hohe Betriebstemperaturen.

Die Dichtung im Druckregler sollte mit der Betriebstemperatur und dem Medium kompatibel sein. Die Größe und das Gewicht des Druckreglers sind wichtige Überlegungen. Das Material, die erforderliche Anschlussgröße, die Einstellanforderungen und die Art der Montage sollten berücksichtigt werden, um den geeigneten Typ auszuwählen.

6) Erforderliche Genauigkeit

Der "Droop"-Wert eines Druckreglers gibt die Genauigkeit eines Druckreglers an. Droop ist die Reduzierung des Ausgangsdrucks bei zunehmendem Flüssigkeitsfluss. Für niedrigere Genauigkeitsanforderungen kann eine relativ höhere Menge an Droop akzeptabel sein. Druckregler mit höherem Droop neigen dazu, kostengünstiger zu sein. Für höhere Genauigkeit können der Konstruktionstyp, optimierte Ventilgröße und mehrstufiges Design die Menge an Droop reduzieren.

Installation eines Druckreglers

Die Installation eines Druckreglers, ob für Wasser- oder Luftsysteme, ist ein unkomplizierter Prozess, der die Systemeffizienz und -sicherheit erheblich verbessert. Die Installation beginnt mit dem Abschalten der Hauptversorgung des Systems, um während des Setups einen Fluss zu verhindern. Der Regler wird dann im entsprechenden Abschnitt des Systems positioniert, wobei darauf geachtet wird, dass er korrekt mit der Flussrichtung ausgerichtet ist, was für seinen Betrieb entscheidend ist. Nachdem der Regler befestigt ist, kann das System schrittweise wieder in Betrieb genommen und der Regler auf das gewünschte Druckniveau eingestellt werden, um eine optimale Leistung sicherzustellen. Für weitere Informationen zur Installation von Druckreglern lesen Sie unseren Artikel zur Druckreglerinstallation.

Druckregler vs. andere Drucksteuergeräte

Druckregler, Druckbegrenzungsventile und Druckentlastungsventile sind alle wesentliche Komponenten zur Verwaltung von Systemdrücken, erfüllen jedoch unterschiedliche Funktionen.

• Druckregler: Die Hauptfunktion eines Druckreglers besteht darin, einen konstanten Ausgangsdruck unabhängig von Schwankungen im Eingangsdruck aufrechtzuerhalten, was ihn ideal für Anwendungen macht, die einen konstanten Druck für den optimalen Betrieb erfordern.
• Druckbegrenzungsventil: Druckbegrenzungsventile sind darauf ausgelegt, zu verhindern, dass der Druck ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, und dienen als Schutz vor Druckspitzen, die das System beschädigen könnten. Sie geben wiederholt Druck ab, um ihn auf sichere Werte zu halten.
• Druckentlastungsventile: Druckentlastungsventile sind Sicherheitseinrichtungen, die überschüssigen Druck aus einem System ablassen, wenn er einen kritischen Schwellenwert erreicht, um potenzielle Ausfälle oder Unfälle zu verhindern.

Erfahren Sie mehr darüber, wie Druckregler im Vergleich zu ähnlichen Geräten in unserem Artikel über Drucksteuergeräte verglichen werden.

FAQs

Was ist ein Druckregler?

Ein Druckregler ist ein Ventil, das automatisch den Fluss einer Flüssigkeit oder eines Gases bei einem bestimmten Druck abschneidet, um einen gewünschten Druckpegel aufrechtzuerhalten.

Was macht ein Druckregler?

Ein Druckregler akzeptiert einen Eingangsdruck und reduziert ihn auf einen konstanten Ausgangsdruck. Er ist für eine breite Palette von Drücken einstellbar, die höher als oder gleich dem Ausgangsdruck sind.

Wie funktioniert ein Druckregler?

Ein Druckregler hält einen konstanten Ausgangsdruck aufrecht, indem er die Ventilöffnung entsprechend den Änderungen des Eingangsdrucks und des Abstrombedarfs anpasst.

Können Druckregler versagen?

Ja. Ein Druckregler kann im Laufe der Zeit versagen, wenn bewegliche Teile ausfallen oder sich durch langfristige Exposition gegenüber abrasiven Medien abnutzen. Druckregler sind jedoch darauf ausgelegt, lange zu halten.

Wann ist ein Druckregler erforderlich?

Ein Druckregler ist erforderlich, wenn der Druck der Quelle höher ist als der maximal erforderliche Druck. Zum Beispiel der Druck, der von einem Luftkompressor zu einer Lackierpistole gelangt.

Wo befindet sich ein Druckregler?

Regler befinden sich stromaufwärts von empfindlicher Ausrüstung. Ein Wasserdruckregler befindet sich dort, wo eine Wasserleitung in die Sanitäranlagen eines Hauses führt. Ein Luftregler befindet sich vor dem Auslass des Kompressors.