Was sind Druckregler?

 

In industriellen Fluidsystemen ist eine stabile Druckregelung entscheidend für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb. Druckregler reduzieren einen hohen Eingangsdruck und stabilisieren ihn auf ein gewünschtes, niedrigeres Niveau. Gleichzeitig reagieren sie auf Druckänderungen am Ausgang, um den gewünschten Systemdruck konstant zu halten oder gezielt zu regeln.

Grundkomponenten

 

Abbildung 1 Konstruktionsschema von Druckreglern

Lastmechanismus

Der Lastmechanismus dient dazu, eine nach unten gerichtete Kraft von oben auf den Druckregler auszuüben. FITOK Druckregler verwenden einen federbelasteten Lastmechanismus, der aufgrund seiner Zuverlässigkeit und niedrigen Kosten die am weitesten verbreitete Lösung darstellt. Die aufgebrachte Lastkraft kann durch das Eindrehen der Einstellschraube (Bediengriff) verändert werden – dabei wird die Feder komprimiert und der Ausgangsdruck entsprechend erhöht oder verringert.

Messmechanismus

Der Messmechanismus ermöglicht es dem Ventilkegel, sich anzuheben oder abzusenken, nachdem Änderungen im Ausgangsdruck des Druckreglers erkannt wurden. Dabei kommen typischerweise zwei Arten von Mechanismen zum Einsatz: Membran und Kolben. Eine Membran wird bevorzugt bei drucksensitiven Anwendungen mit niedrigem Regelbereich verwendet, insbesondere in Hochreinheitsanwendungen wie der Halbleiterindustrie. Der bei FITOK eingesetzte Messmechanismus mit Hastelloy-Membran bietet dabei exzellente Empfindlichkeit und eine sehr stabile Druckregelung im gewählten Einstellbereich. Ein Kolben kann aufgrund der Verwendung von O-Ring-Dichtungen nicht in Hochreinheitsanwendungen eingesetzt werden, bietet jedoch eine höhere Druckbeständigkeit als die Membran und eignet sich deshalb gut für Hochdruckanwendungen. Zusätzlich ist der Kolben robuster gegenüber Druckspitzen, hat einen kürzeren Hubweg und trägt somit zu einer längeren Lebensdauer des Reglers bei.

Regelmechanismus

Der Regelmechanismus dient dazu, einen höheren Eingangsdruck auf einen niedrigeren Ausgangsdruck zu reduzieren. Das Hauptbauteil dieses Mechanismus ist der Ventilkegel. Durch die Bewegung des Ventilkegels zum oder vom Ventilsitz wird die Durchflussöffnung im Regler angepasst – so wird der Druck des Mediums auf den gewünschten Ausgangsdruck reduziert. In Membran-Druckreglern gibt es zwei Bauarten — abhängig davon, ob der Ventilkegel mit der Membran verbunden ist oder nicht: Bei der Free-Poppet-Konstruktion (freier Ventilkegel) steht der Ventilkegel nur dann in Kontakt mit der Membran, wenn der Ausgangsdruck kleiner oder gleich dem eingestellten Druck ist. Bei der Tied-Diaphragm-Konstruktion (gebundene Membran) sind Membran und Ventilkegel mechanisch miteinander verbunden. Steigt der Ausgangsdruck über den eingestellten Wert, wölbt sich die Membran nach oben und zieht den Ventilkegel mit, sodass dieser angehoben wird. Dadurch wird ein “positiver Abschluss (Positive Shut-off)” erreicht, der eine bessere Gehäusedichtung und erhöhte Sicherheit bietet. Zusätzlich sind die FITOK Druckregler mit gebundener Membran so konstruiert, dass sich im medienberührten Bereich keine Gewinde oder Federn befinden. Das verbessert die Systemreinheit erheblich und macht diese Regler besonders geeignet für Anwendungen mit höchsten Reinheitsanforderungen.

Es ist zu beachten, dass Druckregler mit gebundener Membran nicht als Absperrventile oder Abschaltvorrichtungen verwendet werden sollten – auch wenn sie einen “positiven Abschluss (Positive Shut-off)” ermöglichen.

Abbildung 2 Druckregler mit gebundener Membran

Funktionsprinzip eines Druckreglers

 

Wenn ein Druckregler in Betrieb ist, arbeiten drei grundlegende Komponenten zusammen, um die gewünschte Druckregelung zu erreichen. Der Messmechanismus erfasst den Eingangsdruck (Fi) und den Ausgangsdruck (Fo) und versucht anschließend, ein Gleichgewicht mit der Lastkraft (Fs) des Lastmechanismus herzustellen – also: Fi + Fo = Fs, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Sinkt der Eingangsdruck (Fi), so drückt die konstante, nach unten wirkende Lastkraft (Fs) den Ventilkegel weiter vom Ventilsitz weg. Dadurch vergrößert sich die Durchflussöffnung, was zu einer Erhöhung des Durchflusses führt – infolgedessen steigt der Ausgangsdruck (Fo) und das System gelangt wieder ins Gleichgewicht. Auf diese Weise können Druckregler den Ausgangsdruck innerhalb eines bestimmten Bereichs stabil halten.

Abbildung 3 Druckregelungsdiagramm von Druckreglern

Druckregler und Gegendruckregler

 

Gegendruckregler funktionieren ähnlich wie Druckregler – beide bringen die aufwärts gerichtete Kraft des Mediumsystems und die abwärts gerichtete Kraft des Lastmechanismus in Gleichgewicht.

Der Unterschied zwischen Gegendruckreglern und Druckreglern liegt hauptsächlich in ihrem Einsatzbereich: Druckregler regeln den Ausgangsdruck, während Gegendruckregler den Eingangsdruck regeln. In der Praxis werden Druckregler typischerweise vor dem eigentlichen Prozess installiert und kontrollieren den Druck zum Prozess, indem sie den Ausgangsdruck erfassen und ihren nachgeschalteten Druck regeln. Gegendruckregler hingegen werden dort eingesetzt, wo der Systemdruck höher als gewünscht ist, und kontrollieren den Druck vom Prozess, indem sie den Eingangsdruck erfassen und den vorgelagerten Druck regeln.

Abbildung 4 Betriebsdiagramm von Druckreglern und Gegendruckreglern

Fazit

 

Druckregler werden hauptsächlich eingesetzt, um einen relativ konstanten Ausgangsdruck aufrechtzuerhalten, selbst wenn Druckschwankungen am Einlass auftreten. Komponenten mit unterschiedlichen Konstruktionen und aus verschiedenen Materialien eignen sich für verschiedenste Betriebsbedingungen. Darüber hinaus trägt das Verständnis darüber, wie man einen Druckregler auswählt und wie man ein Durchflussdiagramm für Druckregler verwendet, wesentlich dazu bei, den richtigen Druckregler für Ihr Fluidsystem auszuwählen.

Für weitere Informationen über Druckregler werfen Sie bitte einen Blick in den Auswahlleitfaden für Druckregler sowie in den technischen Gesamtkatalog für Spezialgasanwendungen. Wenn Sie Fragen haben, kontaktieren Sie uns gerne direkt – wir melden uns zeitnah bei Ihnen.