Sowohl Vordruckregler als auch Überströmventile sind Druckregelgeräte, die sich öffnen können, um einen Systemüberdruck abzubauen, und sich nach der Druckrückkehr automatisch wieder schließen. Der Vordruckregler hält den vorgelagerten Druck jedoch präzise über ein Druckregelsystem konstant, während das Überströmventil eine annähernde Druckstabilisierung durch eine dynamische proportionale Anpassung erreicht. Diese beiden Geräte unterscheiden sich daher in ihren Hauptfunktionen, Arbeitsprinzipien sowie Einbaupositionen.

Vordruckregler

 

Ein Vordruckregler ist ein Druckregelgerät, das den vorgelagerten Druck begrenzt und präzise reguliert, um ihn auf einem eingestellten Wert zu halten. Seine Hauptfunktion besteht darin, überschüssigen Druck auf der Vordruckseite dynamisch in die nachgeschaltete Leitung abzuführen, sodass der vorgelagerte Druck stabil innerhalb des voreingestellten Bereichs bleibt. Das Gerät überwacht kontinuierlich den Druck des vorgelagerten Fluids und öffnet sich automatisch, um überschüssigen Druck abzuführen, sobald dieser den eingestellten Wert überschreitet. Sobald der Druck wieder in den vorgesehenen Bereich zurückkehrt, schließt sich das Gerät und stellt sicher, dass der erforderliche Prozessdruck für vorgelagerte Anlagen und Instrumente aufrechterhalten wird.

Abbildung 1 zeigt eine typische Anwendung eines FITOK-Vordruckreglers in einem System. Der FITOK-Druckminderventilregler wird in der Regel stromaufwärts in der Leitung installiert, während der Vordruckregler stromabwärts installiert wird, um sicherzustellen, dass der Prozess unter konstantem Druck arbeitet.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Anwendung eines FITOK-Vordruckreglers

• Funktionsprinzip

Das Druckregelsystem eines Vordruckreglers besteht aus drei Kernkomponenten: Belastungsmechanismus, Messmechanismus und Steuermechanismus. Diese arbeiten zusammen, um eine präzise Druckregelung zu gewährleisten.

1. Struktur und Funktion

Belastungsmechanismus: Übt über eine Einstellfeder von oben eine einstellbare Belastungskraft (Fs) auf den Ventilkörper aus.

Messmechanismus: Überwacht in Echtzeit Parameter wie Eingangsdruck (Fi), Ausgangsdruck (Fo), Belastungskraft und weitere Größen.

Steuermechanismus: Regelt den Fluidweg durch Abdichten oder Trennen des Hubkegels (Lift Poppet) von der Ventilsitz-Baugruppe.

2. Betriebszyklus

Der Vordruckregler (z. B. die FITOK-Serie BDGC) steuert den Druck, indem er ein dynamisches Kräftegleichgewicht im Messmechanismus aufrechterhält. Dabei stehen die Kraft der Poppet-Feder (Fp), der Eingangsdruck (Fi), der Ausgangsdruck (Fo) und die Belastungskraft (Fs) im Gleichgewicht. Abbildung 2 zeigt den Vergleich zwischen offener und geschlossener Stellung dieses Vordruckreglers.

Öffnen: Bei Überdruckbedingungen (Fs < Fp + Fi + Fo) steigt der vorgelagerte Druck über den eingestellten Druck des Vordruckreglers. Das Fluid drückt den Messmechanismus nach oben, wodurch sich der Hubkegel vom Ventilsitz löst und der überschüssige Eingangsdruck über den Ausgang abgeführt wird.

Schließen: Bei Unterdruckbedingungen (Fs > Fp + Fi + Fo) liegt der vorgelagerte Druck unter dem eingestellten Druck. Das Fluid kann den Messmechanismus nicht nach oben drücken, der Hubkegel bleibt dicht auf dem Ventilsitz, und der Druck in der vorgelagerten Leitung wird aufrechterhalten.

Abbildung 2: Funktionsprinzip des Vordruckreglers der Serie BDGC

Proportionales Überströmventil

 

Ein proportionales Überströmventil öffnet sich proportional, wenn der vorgelagerte Druck den Berstdruck überschreitet, und schließt sich allmählich wieder, wenn der vorgelagerte Druck sinkt. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Leitungsdruck durch Umleitung des Fluidstroms abzubauen, Druckspitzen zu vermeiden und sicherzustellen, dass das System innerhalb eines zulässigen Druckbereichs arbeitet.

Im Gegensatz zu einem Sicherheitsventil beginnt ein proportionales Überströmventil bereits zu öffnen, wenn der Systemdruck den eingestellten Druck erreicht, und vergrößert seine Öffnung proportional mit weiter steigendem Druck, um den vorgelagerten Druck ungefähr stabil zu halten. Ein Sicherheitsventil hingegen öffnet deutlich, sobald der Eingangsdruck den eingestellten Grenzwert erreicht, und öffnet vollständig, wenn der Druck weiter steigt, um den Druck schnell abzubauen und Personen, Anlagen und die Umwelt zu schützen. Abbildung 3 zeigt die FITOK proportionalen Überströmventile der Serien RM und RV.

Abb. 3: FITOK proportionales Überströmventil

• Funktionsprinzip

Das proportionale Überströmventil öffnet und schließt automatisch basierend auf der Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck (Fi), Systemgegendruck (Fb) und der Belastungskraft (Fs). Abbildung 4 zeigt das Funktionsprinzip der proportionalen Überströmventile der FITOK-Serie RM. Die FITOK-Serien RV und RM verwenden ein balanciertes Spindeldesign, um den Einfluss des Systemgegendrucks zu eliminieren. Bei der Serie RL muss der voreingestellte Druck hingegen durch Abzug von 80 % des Systemgegendrucks kompensiert werden.

Ventil geschlossen: Eingangsdruck < eingestellter Druck.

Beginn der Druckentlastung: Eingangsdruck = eingestellter Druck; das Fluid überwindet die Belastungskraft, öffnet das Ventil und beginnt, Fluid abzuführen.

Proportionale Öffnung: Eingangsdruck > eingestellter Druck; mit steigendem Eingangsdruck öffnet sich das Ventil proportional.

Proportionale Rückstellung: Eingangsdruck > eingestellter Druck; wenn der Eingangsdruck wieder sinkt, stellt sich das Ventil proportional zurück.

Wiederabdichtung des Ventils: Eingangsdruck ≤ Wiederverschlussdruck; das Ventil schließt. Der Wiederverschlussdruck liegt stets unterhalb des eingestellten Drucks.

Der eingestellte Druck wird über eine Feder voreingestellt und bezeichnet den Eingangsdruck, bei dem das Ventil öffnet und Fluid zu strömen beginnt. Nach der ersten Druckentlastung kann der eingestellte Druck innerhalb eines bestimmten Bereichs schwanken. Weitere Details sind im Katalog für proportionale Überströmventile zu finden.

Abbildung 4: Funktionsprinzip des proportionalen Überströmventils der Serie RM

Vergleich von Vordruckregler, proportionalem Überströmventil und Sicherheitsventil