Druckregler - Konstruktionsprinzipien, Typen und Anwendungen

Ein Druckregler ist ein Gerät, das den Druck von Flüssigkeiten oder Gasen regelt, indem es einen hohen Eingangsdruck auf einen niedrigeren Ausgangsdruck reduziert. Es erzeugt einen konstanten Ausgangsdruck, auch wenn Schwankungen im Eingangsdruck auftreten.

Druckregler in verschiedenen Formen eignen sich für viele Anwendungen im Haushalt und in der Industrie, z. B. zur Regelung von Propan in Gasgrills, zur Regelung von Sauerstoff in medizinischen Geräten, zur Versorgung mit Druckluft in industriellen Anwendungen und zur Regelung von Kraftstoff in Automotoren und in der Luft- und Raumfahrt. Der wichtigste Aspekt, der allen diesen Anwendungen gemeinsam ist, ist die Druckregelung - von einem höheren Eingangsdruck zu einem niedrigeren Ausgangsdruck. Dieser Artikel befasst sich näher mit den Arten von Druckreglern, ihren Anwendungen und was bei der Auswahl von Druckreglern zu beachten ist.

Inhaltsübersicht

• Druckregler-Komponenten
• Arten von Druckreglern
• Anwendungen für Druckregler
• Auswahlkriterien für Druckminderer
• FAQs

Druckregler-Komponenten

Ein typischer Druckregler besteht aus den folgenden Elementen:

• Ein Sensorelement wie z. B. eine Membran, ein Kolben oder eine Membrane (Abbildung 2, Kennzeichnung A).
• Ein Belastungselement, das die erforderliche Kraft auf das Reduzierelement ausübt, wie z. B. eine Feder, ein Kolbenantrieb oder ein Membranantrieb (Abbildung 2, Kennzeichnung C).
• Einen Einlass (Abbildung 2, Bezeichnung B) und einen Auslass (Abbildung 2, Bezeichnung E).
• Ein druckreduzierendes Element wie z. B. ein Sitzventil (Abbildung 2, Kennzeichnung E).

Druckminderer

Ein federbelastetes Sitzventil ist ein Standard-Druckminderungselement in einem Druckregler. Sitzventile haben Elastomerdichtungen für normale Anwendungen und thermoplastische Dichtungen für Hochdruckanwendungen. Die Dichtung dichtet das Ventil gegen Gas- oder Flüssigkeitsaustritt ab. Die Federkraft steuert das Sitzventil, indem sie es öffnet, damit das Medium vom Einlass zum Auslass fließen kann. Wenn der Ausgangsdruck steigt, schließt sich das Sitzventil aufgrund der Kraft des Sensorelements, die die Federkraft auf den Sitz überwindet.

Ladeelement

Das Belastungselement steuert das Sensorelement, das das Ventil öffnet. Die Höhe der Federkraft ist einstellbar und bestimmt die Höhe des erzielten Ausgangsdrucks.

Das Sensorelement

Die Kolben eignen sich für hohe Drücke, robuste Anwendungen und Anwendungen, bei denen größere Toleranzen für den Ausgangsdruck akzeptabel sind. Die Kolben neigen aufgrund der Reibung zwischen der Ritzeldichtung und dem Reglergehäuse zur Schwergängigkeit.

Für eine höhere Genauigkeit eignet sich ein membranartiges Sensorelement. Membranen haben in der Regel eine geringere Reibung als kolbenartige Konstruktionen. Sie bieten auch einen größeren Erfassungsbereich für eine bestimmte Reglergröße. Sie bestehen aus Elastomer oder einem dünnen scheibenförmigen Material, das auf Druckveränderungen reagiert.

Arten von Druckreglern

Druckminderer werden in folgende Kategorien eingeteilt:

• Direktgesteuert oder selbstgesteuert
• Pilotgesteuert

Direktgesteuerte Regler

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

Direktgesteuerte Regler sind eigenständig: Sie benötigen keine externe Messleitung am Ausgang, um effektiv zu arbeiten. Sie bestehen aus einem federbetätigten Ventil, das direkt von einer Membraneinheit gesteuert wird. Durch die Energie oder den Druck des strömenden Mediums wird die Membran aktiviert. Der steigende Druck hinter dem Ventil wirkt auf die Membrane, die durch Zusammendrücken der Feder den Ventilkegel schließt. Wenn der Druck hinter dem Ventil sinkt, wird die Federkraft größer als die Kraft des Mediums, wirkt auf die Membran und öffnet das Ventil.

Pilotgesteuerte Regler

Pilotgesteuerte Regler bieten eine präzise Druckregelung für Bedingungen, die mit Gas aus Flaschen oder kleinen Lagertanks verbunden sind, wie z. B.:

• erhebliche Schwankungen der Durchflussmengen
• Schwankungen des Eingangsdrucks
• abnehmende Eingangsdruckbedingungen

Dieser Reglertyp ist im Allgemeinen ein ein- oder zweistufiges Gerät. Ein einstufiger Regler ist ideal für eine relativ geringe Druckreduzierung. Es ist nicht geeignet für Systeme mit großen Schwankungen des Eingangsdrucks oder der Durchflussmenge.

Ein zweistufiger Regler (Abbildung 3) ist der gebräuchlichste pilotgesteuerte Regler. Die erste Stufe besteht aus einem federbetätigten Pilotventil, das den Druck auf die Membrane des Hauptregelventils steuert. Wenn der Druck steigt, wird die Feder zusammengedrückt und das Vorsteuerventil öffnet sich, wodurch eine Druckdifferenz zwischen der Einlassseite des Hauptregelventils und dem Ausgangsventil entsteht. Diese Druckdifferenz betätigt das Hauptbetriebsventil, und der Durchfluss erfolgt mit einem reduzierten Druck durch das Auslassventil. Solange der Druck des Mediums auf den federbetätigten Piloten niedrig ist, gibt es keinen Durchfluss nach unten.

Zweistufige, vorgesteuerte Regler regeln präzise einen breiten Druck- und Leistungsbereich. Diese Regler sind nur für saubere Flüssigkeiten oder Gase geeignet, da kleine Durchgänge und Anschlüsse verstopfen können. Diese Anordnung führt zu einem stabilen und anhaltenden Ausgangsdruck der zweiten Stufe trotz Druckabfall in der ersten Stufe.

Anwendungen für Druckregler

Neben der Reduzierung des Eingangsdrucks gibt es noch weitere Funktionen, die ein Druckregler erfüllen kann:

Vordruckregler und Überdruckventile

Ein Druckbegrenzungsventil begrenzt den Systemdruck auf einen vorgeschriebenen Höchstwert. Es leitet einen Teil oder die gesamte Flüssigkeits- oder Gasmenge von der Pumpe in den Tank um, wenn der Druck den eingestellten Druck erreicht. Ein Gegendruckregler hält einen gewünschten Eingangsdruck aufrecht, indem er den Flüssigkeits- oder Gasdurchfluss als Reaktion auf eine Änderung des Eingangsdrucks variiert.

Druckschaltventile

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

Luftregler

Druckluftregler werden an einen Luftkompressor angeschlossen, um den eingestellten Druck zu regulieren. Der Druckluftregler kann den Druck des Luftbehälters nicht erhöhen, er kann ihn nur senken oder auf den eingestellten Druck des Behälters zurückführen. Mit einem Druckluftregler kann ein Druckluftkompressor daher verschiedene Druckluftwerkzeuge mit unterschiedlichen Druckanforderungen unterstützen. Die einzige Voraussetzung ist, dass die Druckleistung des Luftbehälters das Druckluftwerkzeug mit dem größten Druckbedarf unterstützen kann.

Niederdruck-Luftregler

Niederdruck-Luftregler sind für Niederdrucksysteme geeignet. Diese Luftregler verwenden relativ große Membranen. Die große Membran vergrößert die Oberfläche, an der die Eingangsluft anliegt, so dass Medien mit niedrigem Druck die Membran öffnen können. Außerdem unterstützt die große Membrane Systeme, die hohe Durchflussraten erfordern.

Vakuumregler

Vakuumregler steuern ein Vakuum. Er hält ein konstantes Vakuum am Eingang des Reglers aufrecht, während am Ausgang ein höheres Vakuum herrscht.

Andere Anwendungen

Druckregler finden auch in den folgenden Bereichen Anwendung:

• Haushalt/Haushalt: Gasgrills, Gasöfen, Schnellkochtöpfe, Druckbehälter und Heizöfen für Privathaushalte
• Druckluftzufuhr: Industrielle und gewerbliche Werkstätten für die Reinigung, den Antrieb von Druckluftwerkzeugen und das Aufpumpen von Reifen
• Luft- und Raumfahrt: Antriebsdruckregelungsmotoren und Kraftstoffleitungen
• Schweißen und Schneiden: Lieferung von Gas mit dem erforderlichen Druck aus Speicherflaschen für das Autogenschweißen. Lesen Sie unseren Artikel über Schweißregler, um mehr zu erfahren.
• Gasbetriebene Fahrzeuge: Zuführung von Druckgas zum Motor

Auswahlkriterien für Druckminderer

Druckminderer sind in verschiedenen Größen und Ausführungen erhältlich. Nachfolgend finden Sie eine Liste von Überlegungen zur Auswahl des richtigen Druckreglers für eine Anwendung:

• Betriebsdruckbereich
• Erforderliche Kapazität oder Durchflussmenge
• Art des übertragenen Mediums (Flüssigkeit oder Gas)
• Betriebstemperaturbereich
• Anforderungen an das Material
• Erforderliche Genauigkeit

Betriebsdruckbereich

Die Anforderungen einer Anwendung an den Eingangs- und Ausgangsdruck bestimmen den Typ des zu verwendenden Reglers:

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

Anforderungen an Kapazität oder Durchfluss

Bewerten Sie die folgenden Kriterien:

• Die maximal erforderliche Durchflussmenge.
• Die erwartete Veränderung der Durchflussmenge.
• Richtige Auswahl der Rohrgröße.

Art des Mediums (Flüssigkeit oder Gas)

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

• Flüssigkeit/Gas
• Chemische Zusammensetzung
• Entflammbarkeit/Explosionsgefahr
• Gefährliche/Giftige Natur
• Ätzende Eigenschaften

Betriebstemperaturbereich

Die Werkstoffe für Druckregler sollten so beschaffen sein, dass sie ihre Funktion in einem bestimmten Betriebstemperaturbereich effektiv erfüllen können, ohne ihre Materialeigenschaften zu verlieren. Die Elastomere für die Abdichtung der Regler sind unten aufgeführt:

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

Anforderungen an das Material

Je nach Medium und Betriebsbedingungen stehen verschiedene Werkstoffe für die Reglerbauteile zur Verfügung, wie z. B:

• Messing Gemeinsam und wirtschaftlich
• Kunststoff Kostengünstig und einwegfähig
• Aluminum Überlegungen zum Gewicht
• Edelstahl Korrosive Umgebungen, hohe Reinheitsanforderungen und hohe Betriebstemperaturen.

Die Dichtung im Druckregler muss für die Betriebstemperatur und das Medium geeignet sein. Die Größe und das Gewicht des Druckreglers sind wichtige Faktoren. Bei der Auswahl des geeigneten Typs sollten das Material, die erforderliche Anschlussgröße, die Einstellanforderungen und die Art der Montage berücksichtigt werden.

Erforderliche Genauigkeit

Der Wert der Regelabweichung eines Druckreglers gibt die Genauigkeit des Druckreglers an. Der Druckabfall ist die Verringerung des Ausgangsdrucks bei einer Zunahme des Flüssigkeitsdurchflusses. Bei geringeren Genauigkeitsanforderungen kann ein relativ großer P-Bereich akzeptabel sein. Druckregler mit größerem Gefälle sind in der Regel kostengünstiger. Für eine höhere Genauigkeit können die Bauart, die optimierte Ventilgröße und die mehrstufige Konstruktion den Durchhang verringern.

FAQs

Wozu dient ein Druckregler?

Ein Druckregler nimmt einen Eingangsdruck auf und reduziert ihn auf einen konstanten Ausgangsdruck. Er ist für einen breiten Druckbereich einstellbar, der größer oder gleich dem Ausgangsdruck ist.

Wann ist ein Druckregler erforderlich?

Ein Druckregler ist immer dann erforderlich, wenn der Druck der Quelle höher ist als der maximal erforderliche Druck. Zum Beispiel der Druck, der von einem Luftkompressor auf eine Farbpistole wirkt.

Wo befindet sich ein Druckregler?

Regulatoren sind empfindlichen Geräten vorgeschaltet. Ein Wasserdruckregler befindet sich an der Einmündung der Wasserleitung in die Hausinstallation. Ein Luftregler befindet sich vor dem Auslass des Kompressors.