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Die Erfindung bezieht sich auf ein Full- un Entleerungsventil für mit Druckgas zu füllende und rasch wenigstens teilweise zu entleerende Druckgasbehälter, mit einem Gehäuse, in dem in einer von der Gehäusewand umfänglich begrenzten, zylindrischen Kammer, in der ein zwischen einer Offenstellung, in welcher eine in der Gehäusewand ausgebildete Durchflussöffnung freigegeben ist, und einer Schliessstellung, in welcher diese Öffnung abgedeckt ist, verschiebbarer, als Ventilschliesskörper wirksamer Freikolben untergebracht ist, von dem die Kammer in ein Abteil, das über ein Ventil, wie ein Dreiwegventil od. dgl.
wahlweise mit einer Druckgasquelle oder mit der Aussenatmosphäre verbindbar ist, und in ein dauernd mit dem Druckgasbehälter verbundenes Abteil unterteilt ist, mit einer den Freikolben in Längsrichtung durchsetzenden Bohrung und mit einem an die Durchflussöffnung der Gehäusewand anschliessenden, von dieser abstehenden Rohrstutzen zum Anschliessen eines Silos, Trichterbunkers od. dgl.
Ventile dieser Art werden in vielen Gebieten der Technik verwendet, beispielsweise in pneumatischen Förderern für körnige oder flüssige Güter (US-PS Nr. 3, 169, 676), zum Regeln der Anlaufgasmengen von Motor-Verdichteraggregaten mit Freikolben (US-PS Nr. 2, 441, 186) oder zur Verbesserung des Ausfliessens von Schüttgütern aus Silos, Trichterbunkern od. dgl. insbesondere zum Entfernen von in Winkelräumen stagnierendem Gut, Abbrechen von an den Wänden haftenden Schlammkrusten und Zerstören von innerhalb des Gutes entstandenen Brücken oder gewölbten tragenden Schichten (US-PS Nr. 3, 788, 527).
Vor allem aber keineswegs ausschliesslich wird für die Erfindung die letzterwähnte Verwendung ins Auge gefasst. Bei in der oben erwähnten Weise beschaffenen Ventilen wird der Freikolben nach dem Verbinden der Kammer mit der Druckgasquelle in Richtung gegen seine Schliessstellung verschoben und nachdem der Kolben diese erreicht hat, tritt Druckgas in den Behälter. Wird die Kammer mit der Aussenatmosphäre verbunden, dann bewegt sich der Kolben unter dem Einfluss des auf seine behälterseitige Stirnwand wirkenden Druckgases sehr rasch in seine Offenstellung, was eine ebenso rasche Freigabe der Durchflussöffnung bedeutet. Bekanntgewordene derartige Full- un Entleerungsventile dieser Art (z. B. US-PS Nr. 3, 942, 684) sind ausnahmslos sehr kompliziert gebaut und daher störanfällig und teuer.
Sie weisen überdies einen Mangel auf, der aus ihrem Aufbau entspringt, nämlich aus der dauernd offenen Bohrung des Kolbens. Nicht nur entweicht beim Füllen des Behälters mit Druckgas ein Teil des Druckgases durch die Kolbenbohrung und den seitlichen Rohrstutzen, sondern auch beim Entleeren des Behälters durch die Bohrung in die mit der Aussenatmosphäre verbundene Kammer.
Ziel der Erfindung ist die Behebung dieser Mängel. Dieses Ziel ist mit einem Full- un Entleerungsventil des eingangs umrissenen Aufbaues erreichbar, bei dem erfindungsgemäss von der dem Behälter abgekehrten Stirnwand der Kammer ein mit der vorzugsweise mittigen Bohrung des Freikolbens koaxialer Stift absteht, der die Bohrung ausfüllt und aus dieser erst austritt, sobald der Kolben die Schliessstellung bezüglich der vom Behälter zu speisenden Zuführleitung praktisch erreicht hat. Da das erfindungsgemässe Ventil sehr rasch öffnet, erreicht der Freikolben eine verhältnismässig hohe Energie, die zu einem Aufschlagen auf die Gehäusestirnwand führt. Dieser unerwünschte Effekt kann sehr einfach vermieden oder jedenfalls unschädlich gemacht werden.
Zu diesem Zweck kann zwischen der Kammerstirnwand, von welcher der Stift absteht, und der ihr zugekehrten Kolbenstirnwand eine Dämpferscheibe aus elastischem Material angeordnet, vorzugsweise zwischen Kammerstirnwand und Gehäusewand eingeklemmt sein. Die von dem im Behälter enthaltenen Druckgas auf den Kolben ausgeübte Kraft ist dem Querschnitt der Kolbenstirnfläche proportional. Diese Kraft und damit die dem Kolben erteilte Beschleunigung erreicht ihren Höchstwert, wenn die Kolbenstirnfläche so gross wie möglich ist. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Bohrung des Freikolbens mittels eines in Richtung gegen den Behälter öffnenden Ventiles, vorzugsweise eines auf die behälterseitige Stirnwand des Kolbens aufgesetzten Klappen- oder Lamellenventiles verschliessbar ist. Solche Ventile können sehr leicht sein und tragen daher zu der zu bewegenden Masse praktisch nichts bei.
Das Absperren der Bohrung hindert auch das Entweichen von ungenütztem Druckgas. Um das bei offenem Ventil aus dem Druckgasbehälter in das an den Rohrstutzen angeschlossene Gerät überströmende Druckgas für den angestrebten Zweck möglichst wirksam auszunutzen, darf die Gasmenge nicht gebremst werden. Es ist daher vorteilhaft, wenn die für das aus dem Behälter austretende Druckgas zur Verfügung stehenden Durchflussquerschnitte des Gehäuses
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sowie des Rohrstutzens im wesentlichen ebenso gross sind wie der Querschnitt die von dem Sitz umgebenen Durchtrittsöffnungen in der Gehäusewand. Innerhalb des Durchflusskanales befindet sich dann keine Drosselstelle, die einen Druckabfall herbeiführen könnte.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform und der Zeich- nung näher erläutert, die einen Achsenschnitt eines erfindungsgemässen Ventiles zeigt.
Das dargestellte Ventil weist ein hohlzylindrisches Gehäuse --14-- auf, das eine Kammer-l- umgibt. Der über eine Zuführungsöffnung --2-- zugängliche Innenraum der Kammer ist über eine Obertrittsöffnung oder einen Übertrittskanal-3-mit einem Gasbehälter --4-- verbunden, von dem ein Stutzen --5-- mit einem Flansch absteht, der mit einem Flansch --16-- an einem Ende des Ge- häuses verschraubt ist. Auch von dem Ventilgehäuse geht ein Rohrstutzen --6-- ab, der über eine
Flanschverbindung an eine Zuführleitung --7-- jenes Gerätes, z. B. eines Silos, angeschlossen ist, an die der Druckgasbehälter über das Ventil angeschlossen werden soll.
In der Kammer --1--, ist ein Freikolben --8-- untergebracht, der diese in zwei Abteile unterteilt, auf den unter dem Ein- fluss eines in die Kammer durch die Zuführungsöffnung --2-- eingelassenen und in den Gasbehäl- ter --4-- strömenden Druckgases eine Kraft in Richtung des Pfeiles F wirkt. Das Übertreten von Gas aus dem Stutzen --5-- in den Rohrstutzen --6-- ist mittels eines mit einem Sitz --9-- zusammenwirkenden Ventilgliedes beeinflussbar, nämlich des Freikolbens --8--.
Der von dem Gas beim Übertreten aus dem Gasbehälter bis zu der Eintrittsöffnung der Zufuhrleitung --7-- zu passierende Strömungsweg enthält den vom Behälter --4-- bis zu dem Sitz --9-- verlaufenden, den Stutzen --5-einschliessenden und den von dem Sitz bis zum Ende des Rohrstutzens --6-- verlaufenden Abschnitt.
Der als Ventilglied wirkende Freikolben wird von der Kraft F automatisch in Schliessstellung gehalten und diese Kraft wirkt, solange die Kammer bzw. ihr dem Behälter abgekehrtes Abteil unter Druck steht. Auf den Freikolben wirkt aber auch das in dem Behälter enthaltene Druckgas mit einer der Kraft F entgegenwirkenden Kraft. Wird der Druck in dem mit Druckgas gefüllten Kammerabteil abgebaut, dann wandert der Freikolben aus seiner Schliessstellung aus u. zw. bei schnellem Druckabbau unter der schlagartig wirksam werdenden Gegenkraft sehr rasch, was eine plötzliche Freigabe des von dem Sitz bestimmten Querschnittes zwischen den beiden Abschnitten des Strömungsweges nach sich zieht.
Die Kammer-l-ist über eine Leitung an eine Druckgasquelle-10-angeschlossen u. zw. enthält die Leitung einen Abschnitt --12--, von der Zuführöffnung --2-- bis zu einem Dreiwegventil --13--, und einen Abschnitt --11--, der von dort bis zu der Druckgasquelle --10-- reicht. Mit Hilfe des an sich bekannten Dreiwegventiles kann die Kammer wahlweise mit der Druckgasquelle oder mit der Umgebung verbunden werden. An seinem dem Flansch --16-- gegenüberliegenden Ende ist das Gehäuse mit einer Stirnwand --15-- abgeschlossen, in der die Zuführöffnung-Z-ausgebil- det ist. Zwischen Gehäuse und z. B. aufgesetzter Stirnwand kann eine Dichtungsscheibe --22-- aus kompressiblem Material eingespannt sein, die gleichzeitig als Dämpfer für den Freikolben --8-wirkt.
Die zur Aufnahme des Kolbens bestimmte, zylindrische Kammer-l-ist in einem zylindrischen Gehäuse --14-- ausgebildet und wenigstens doppelt so lang, wie der Durchmesser der von dem Ventilsitz --9-- umschlossenen Durchflussöffnung. In Nähe des flanschseitigen Endes des Gehäuses ist an dessen Innenwand ein Anschlag --17--, z. B. eine ringförmige Schulter für den Kolben vorgesehen, die seinen Weg in Richtung gegen den Flansch --16-- begrenzt. Wenn der Kolben --8-sich in dieser vorderen Endstellung befindet, deckt er die von dem Sitz --9-- umgebene, in den vom Gehäuse senkrecht abstehenden Rohrstutzen --6-- führende Durchflussöffnung ab, die er jedoch weitestgehend freigibt, wenn er die andere Endstellung innerhalb der Kammer einnimmt.
Der Ventilsitz --9-- bedingt keinerlei Verringerung des Durchtrittsquerschnittes unter seine von den Querschnittsabmessungen der einander schneidenden Innenflächen des Gehäuses --14-- und des Rohrstutzens --6-- geometrisch bestimmten Grösse. Der Kolben --8-- sichert, sofern er sich in Schliessstellung befindet, den dichten Abschluss des Rohrstutzens --6-- gegenüber dem Kammerraum beiderseits des Sitzes und - in Offenstellung - einen unbehinderten Strömungsweg durch die Stutzen - 5 und 6-- von dem Behälter --4-- bis zu der Zuführleitung --7--. Zur Verbesserung der Dichtigkeit des Kolbens gegenüber der Gehäuseinnenwand kann er mit umfänglich verlaufenden Nuten versehen sein, in die 0-Ringe-18, 19-eingelegt sind.
Nach einem wichtigen Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt des durch den Stutzen --5--, das Gehäuse --14--, die Durchflussöffnung und den Rohrstutzen --6-- verlaufenden Strömungsweges für das aus dem Behälter --4-- austreten-
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de, komprimierte Gas an allen Stellen im wesentlichen gleich gross.
Nach einem andern Merkmal der Erfindung ist die Übertrittsöffnung --3-- zwischen der Kam- mer-l-und dem Gasbehälter -4-- als den Kolben --8-- in Längsrichtung durchsetzende, vorzugsweise mit dem Kolben genau koaxiale Bohrung ausgebildet.
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die Bohrung --3-- hindurchtritt. Tatsächlich würde, falls der Freikolben nicht auf dem Sitz --9-aufläge, das Gas durch den Stutzen --6-- in die Zufuhrleitung --7-- verschwinden, anstatt in den Gasbehälter --4-- zu gelangen und dort bis zu dessen plötzlicher Entleerung in die Zufuhrleitung gespeichert zu werden.
Deshalb steht von der Stirnwand --15-- ein mit der Kolbenbohrung - -3-- koaxialer Stift --20- ab, auf den die Bohrung aufgleitet, sobald der Kolben aus seiner vorderen Endstellung und Schliessstellung auswandert, und den sie in der hinteren Endstellung des Kolbens-8--, in welcher dieser gegen die Stirnwand --15-- oder die Dichtungs- und Dämpfer- scheibe -22-- anliegt, vollständig aufnimmt.
Das Entleeren der Kammer deren Volumen das Volumen des Freikolbens --8-- nicht erheblich zu übertreffen braucht, mittels des Dreiwegventiles --13-- geht sehr schnell vor sich und daher setzt auch die Bewegung des Kolbens zur Freigabe der Durchflussöffnung sehr rasch ein. Da der Druck des im Gasbehälter --4-- gespeicherten Druckgases auf die gesamte Querschnittsfläche des Freikolbens --8-- wirkt, ist die an diesem angreifende Kraft und die Beschleunigung des Kolbens gross. Wenn die Bohrung --3-- mit Hilfe eines z. B. an der behälterseitigen Kolbenstirnwand angeordneten Rückschlagventiles, wie eines massearmen Klappenventiles --21-- verschliessbar ist, werden die Kraft und die Beschleunigung grösser und das Öffnen des Durchflussquerschnittes geht noch schneller vor sich.
Die Dämpferscheibe --22-- dient dazu, das Aufprallen des Kolbens auf die Stirnwand --15-- zu mildern und beide Bestandteile zu schonen.
Als Folge der plötzlichen Freigabe des gesamten Durchflussquerschnittes setzt das Überströmen von Druckgas aus dem Behälter --4-- in die Zufuhrleitung --7-- so unvermittelt ein, dass in der an diese Leitung angeschlossenen Vorrichtung oder Einrichtung ein stossartiger Druckanstieg eintritt. Bei angeschlossenen Silos oder andern Speicherbehältern führt der entstehende Druckstoss zum Einbrechen von das Nachfliessen der gespeicherten Schüttgüter hindernden oder beeinträchtigenden Brücken od. dgl. innerhalb des Speichergutes.
Im Vorstehenden ist erwähnt, die Durchflussöffnung des Ventiles sei von einem Sitz --9-- umgeben, was aber nicht das zwingende Vorhandensein eines sich von der zylindrischen Innenwand des Gehäuses oder der Kammer abhebenden Bestandteiles bedeuten soll. Vielmehr kann die Kammeroder Gehäusewand selbst diesen Sitz bilden.
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