Das Direktregelventil
Dieses Regelventil besteht aus einer Düse, die den Durchfluss reguliert und einer Dichtfläche, die die Größe der Düsenöffnung reguliert. Damit ergibt sich eine direkte Regelung des Durchflusses, der je nach Öffnungsgrad den Durchfluss durch das Ventil begrenzt. Ein Direktregelventil ist relativ schnell, kostengünstig und benötigt wenig Energie, um einen Durchfluss zu regeln. Der Nachteil ist allerdings, dass solche Ventile nur für begrenzte Druck- und Durchflussbereiche geeignet ist.
- Vorteil: ein solches Regelventil reagiert schnell, ist kostengünstig und benötigt nur wenig Energie, um den Durchfluss zu kontrollieren.
- Nachteil: es kann Limitierungen im Druckbereich und im Durchflussbereich geben.
Nehmen wir mal ein elektromagnetisches Ventil als Beispiel:
Bei einem Regelventil wird die zum Öffnen des Ventils benötigte Kraft (F) durch den Düsendurchmesser (d) und die Druckdifferenz (Δp) über das Ventil bestimmt (*F ~ Δp ¼ d2**). Wenn entweder die Druckdifferenz oder der Öffnungsdurchmesser höher wird, öffnet sich das Direktregelventil aufgrund dieser Kraft nicht ausreichend. Das sind z.B. > 15 N für einen 200 bar Differenzdruck über eine 1 mm Öffnung: die Kraft ist so groß, dass das Ventil zugedrückt wird.
Ein elektromagnetisches Ventil bringt etwa 5 N auf den Ventilstempel. Es besteht natürlich die Möglichkeit, eine stärkere Spule zu verwenden, damit mehr Kraft aufgebracht werden kann, allerdings wird dann auch mehr Energie benötigt. Massendurchflussregler haben häufig nur sehr begrenzte Spannungsversorgung, hinzu kommt außerdem, dass sich die Spule damit auch viel stärker erwärmt und dies kann die Messung und damit das Regelverhalten beeinflussen. Daraus resultiert ein begrenzter Durchflussbereich, der proportional zum Druck ist und quadratisch vom Düsendurchmesser abhängt.
Summa summarum sind diese Ventile auf Grund dieser Restriktionen nicht geeignet für hohe Durchflüsse, hohe Absolut- und Differenzdrücke. Das Direktregelventil ist geeignet für Durchflüsse von 1 mln/min bis etwa 50 ln/min.
Welche Alternativen gibt es?
- Re-Design des Ventils für höhere Drücke
- Nutzung eines 2-stufigen Ventils (indirektes Regelventil)
- Nutzung eines druckkompensierten Ventils, um große Durchflüsse bei kleinen Druckdifferenzen zu erreichen.