CH670140A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein schnell ansprechendes Rückschlagventil zum Schutz von empfindlichen Druckmessgeräten gegen plötzlich auftretende, starke Fluiddruckstösse, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der AT-PS 115 819 ist ein selbsttätiges Absperrventil für an Vakuumpumpen angeschlossene Vakuumleitungen bekannt, welches das Rücksteigen von Öl in zu entlüftende Räume verhindern soll. Der Schliesskolben besteht aus einem unten offenen Hohlkörper, in den das rücksteigende Drucköl bequem Zutritt hat. Die Sitzfläche für den Ventilkolben wird von der oberen, ebenen Deckfläche des Ventilkörpers gebildet; sie ist geschliffen und mit einer Ölhaut bedeckt, um den Abschluss vollständig dicht zu machen. Im geschlossenen Zustand liegt die ebenfalls vollkommen ebene Oberseite des Ventilkörpers plan auf dieser oberen Deckfläche auf. Der Ventilkolben hat eine relativ hohe träge Masse, so dass die Schliessbewegung des Kolbens eine gewisse Zeit erfordert. Die Ansprechzeit dieses vorbekannten selbsttätigen Absperrventils ist somit nicht kurz genug, um empfindliche Druckmessgeräte, beispielsweise ein kapazitiv arbeitendes Manometer, mit der notwendigen Sicherheit gegen plötzlich auftretende, starke Fluiddruckstösse schützen zu können.

Aus der US-PS 1 592 988 ist ferner ein Ventil bekannt, dessen Ventilkörper bei normaler Durchströmung des Ventils (von unten nach oben) vom Ventilsitz abgehoben ist. Ein entgegen der normalen Durchströmrichtung von oben durch den Auslasskanal einwirkender Druckstoss bewirkt ein Aufsitzen des Ventilelements auf den Ventilsitz, wobei Schwerkraft und Druckstoss in gleicher Richtung, nämlich nach unten, wirken. Der Ventilsitz ist ebenso wie der Dichtabschnitt des Ventilelements kegelförmig ausgebildet, so dass eine Abdichtung Kegelfläche auf Kegelfläche erfolgt. Infolge der unterschiedlichen Konizität der beiden Kegelflächen ergibt sich ein als schmaler kreisförmiger Rand ausgebildeter Ventilsitz. Das Ventilelement ist aus drei Abschnitten zusammengesetzt, nämlich einem unteren und einem oberen Endabschnitt sowie einem dazwischenliegenden kegelstumpfförmigen Sitzabschnitt.

Schliesslich ist aus der DE-AS 2 106 424 ein Rückschlagventil für Viehtränkepumpen bekannt, welches jedoch nicht

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von Luft, sondern von Wasser durchströmt wird. Aufgrund des vom oberen Ende her auf das Ventil einwirkenden Saughubs wird das Ventilverschlussstück entgegen der Schwerkraft soweit axial angehoben, bis seine Anschlagfläche auf einer Anschlagplatte anschlägt. In der so geöffneten Stellung kann das angesaugte Wasser zwischen dem Ventilsitz des Ventilunterteils und dem Ventilverschlussstück hindurch strömen und durch die Durchströmöffnungen in der Anschlagplatte in den Auslassstutzen gelangen. Wird der Saugvorgang beendet, fällt das Ventilverschlussstück aufgrund seines hohen Eigengewichts in die Ausgangslage zurück, wobei es abdichtet. Unterstützt wird dieser Schliess-vorgang noch zusätzlich durch ein metallisches Gewicht, welches im Führungsteil des Ventilverschlussstücks aufgenommen ist und gegenüber diesem vorsteht. Hierdurch besitzt das Ventilverschlussstück ein Gewicht, welches mit den auf seiner Oberseite einwirkenden Saugkräften vergleichbar ist. Zum Schutz von empfindlichen Druckmessgeräten oder dgl. ist ein so ausgebildetes Ventil aufgrund seiner schweren Konstruktion völlig ungeeignet.

Zudem ist aus der GB-PS 767 964 ein relativ einfach konstruiertes Rückschlagventil bekannt, bei dem jedoch Einlassöffnung und Auslassöffnung nicht entlang einer gemeinsamen vertikalen Achse, sondern rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Sowohl der obere Abschnitt des beweglichen Ventilelements als auch der Ventilsitz sind kegelförmig ausgebildet, so dass die Abdichtung auch hier durch Gegeneinanderlegen zweier kegelförmiger Flächen erfolgt. Der kegelige Abdichtungsabschnitt des Ventilelements bildet gleichzeitig dessen oberes Ende. Die beiden in geschlossenem Zustand aufeinanderliegenden Kegelflächen haben gleiche Konizität.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein besonders schnell und leicht ansprechendes Rückschlagventil zu schaffen, dessen Verschlussstück aus seiner ersten, die Offenstellung repräsentierenden Stellung so schnell in seine Schliessstellung gelangt, dass sich eine plötzlich auftretende gefährliche Druckwelle nicht bis zum Ventilauslass fortsetzen kann, und das konstruktiv einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

In der Offenstellung des Rückschlagventils befindet sich das Verschlussstück in seiner unteren Endlage, bei der Gas um das Verschlussstück herum durch den Ringspalt zwischen seinem kegelstumpfförmigen Abschnitt und dem Ventilsitz von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung strömen kann. Trifft nun auf die untere Stirnfläche des Verschlussstücks entgegen der normalen Durchströmrichtung ein plötzlicher starker Fluiddruckstoss auf, so treibt dieser das sehr leichte Verschlussstück sofort und beinahe schlagartig auf den Ventilsitz. Da dieser als kreisförmige Kante ausgebildet ist, erfolgt die Abdichtung nahezu linienförmig. Die Gasströmung wird daher augenblicklich unterbrochen. Das erfin-dungsgemäss ausgebildete Rückschlagventil ist konstruktiv einfach. Seine Schliesszeit ist so gering, dass ein zuverlässiger Schutz der angeschlossenen empfindlichen Druckmessgeräte gewährleistet ist.

Die Ansprüche 2 bis 6 und 9 beschreiben vorteilhafte Ausbildungen des beweglichen Verschlussstücks. Die weiteren Ansprüche 7 und 8 betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des Ventilgehäuses. Die Aufteilung des Ventilgehäuses gemäss Anspruch 7 in zwei mit Gewinde versehene Teile, welche sich gegeneinander verdrehen lassen, erlaubt eine Veränderung des Abstands zwischen den beiden Endlagen des Verschlussstücks, um so die Ansprechempfindlichkeit des Rückschlagventils leicht einstellen zu können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend

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anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Rückschlagventil mit aufgeschraubtem, kapazitiv arbeitendem Manometer, wobei das bewegliche Verschlussstück und der Ventilsitz gestrichelt eingezeichnet sind;

Fig. 2 die einzelnen Bauteile des Rückschlagventils von Fig. 2, auseinandergezogen und teilweise geschnitten,

Fig. 3 das aus den in Fig. 2 dargestellten Einzelheiten zusammengefügte Rückschlagventil, in einem Vertikalschnitt, wobei das bewegliche Verschlussstück teilweise aufgebrochen dargestellt ist, und

Fig. 4 einen Ausschnitt des Rückschlagventils von Fig. 3, in vergrössertem Massstab.

Das in Fig. 1 dargestellte Rückschlagventil besitzt ein Ventilgehäuse 5 mit einem Einlass-Anschluss 5A der eine Einlassöffnung hat und einem Auslass-Anschluss 5B der eine Auslassöffnung aufweist. 5C und 5D bezeichnen zwei Teile des Ventilgehäuses 5, welche ineinander geschraubt sind. Das Rückschlagventil ist in eine Leitung für ein gasförmiges Fluid vor einem kapazitiven Manometer 6 angeordnet. Die beiden Kondensatorelektroden 6A und 6B des Manometers 6 befinden sich innerhalb eines evakuierten und abgedichteten Bezugsdruckraums 6C und sind extern mit einem (nicht dargestellten) Anzeigegerät verbunden. Innerhalb einer Ummantelung 6D befindet sich ferner eine relativ dünne Metallmembran 6E, welche sich bei Auftreten eines Drucks im Druckraum 6F mehr oder weniger stark durchbiegt, wie dies mittels gestrichelter Linie 6E' angedeutet ist. Die hierdurch bedingte Kapazitätsänderung ist ein Mass für den Druck, welcher gemessen werden soll. Die elastische und dünne Metallmembran 6E des Manometers 6 ist gegenüber plötzlich auftretenden starken Druckstössen sehr empfindlich. Eine solche plötzliche Druckerhöhung könnte beispielsweise dann auftreten, wenn das System, in dem der Druck gemessen werden soll, plötzlich mit der umgebenden Atmosphäre verbunden wird. In solchen Fällen kann die Membran 6E infolge Stosses oder übermässiger Dehnung beschädigt werden. Das vor dem Manometer 6 eingebaute Rückschlagventil soll vor diesen gefährlichen Druckstössen wirksam schützen. Im Innern des Ventilgehäuses 5 ist ein kleines und leichtes Verschlussstück 7 in vertikaler Richtung beweglich angeordnet, welches gegen einen als schmale kreisförmige Kante ausgebildeten Ventilsitz 8 abdichtet, sobald ein plötzlicher Gasstoss in Richtung des Pfeils 16 auftritt. Das Ventilgehäuse 5 ist aus zwei Teilen 5C und 5D zusammengesetzt, welche mittels eines Aussengewindes 5C und eines Innengewindes 5D' miteinander verbunden sind.

In Fig. 2 sind die Einzelteile des Rückschlagventils dargestellt. Kernstück ist das bewegliche Verschlussstück 7, das aus einem elastomeren Material mit einer Durometerhärte von ungefähr 70 besteht. Es ist zusammengesetzt aus einem unteren Endabschnitt 7B mit einer ebenen unteren Stirnfläche 7C, einem oberen Endabschnitt 7D, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Ventilsitzes 8, sowie einem die Endabschnitte 7B und 7C verbindenden, kegelstumpfförmigen Abschnitt 7A. Die kreisförmige Kante, die den Ventilsitz 8 bildet, hat einen solchen Durchmesser, dass sie mit dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 7 A auf etwa einem Drittel der axialen Entfernung zwischen unterem Endabschnitt 7B und oberem Endabschnitt 7D in linienför-migen Eingriff kommt, wenn das Verschlussstück 7 seine obere Position einnimmt. Die Berührungslinie zwischen Verschlussstück 7 und Ventilsitz 8 ist in Fig. 4 mittels einer Linie aus kleinen Kreuzen angegeben.

Das Rückschlagventil wird so montiert, dass seine Längs-

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achse 10-10 ungefähr vertikal ausgerichtet ist. Unter dem Einfluss der Schwerkraft liegt das bewegliche Verschlussstück 7 normalerweise in einer unteren (nicht gezeigten) Stellung an einer Ringschulter 11 (vgl. Fig. 2 und 4) des Teils 5D an. Die ebene kreisförmige untere Stirnfläche 7C des Verschlussstücks 7 ist senkrecht zum eventuell anströmenden Fluid ausgerichtet, was durch die Pfeile 12 veranschaulicht ist (Fig. 3 und 4). Wenn das System, in welchem der Druck mittels des Manometers 6 gemessen werden soll, evakuiert wird oder der Druck auf andere Weise reduziert wird, stellt sich ein Fluidstrom durch das Rückschlagventil in Gegenrichtung - veranschaulicht durch den Pfeil (Fig. 1) - ein. Unterstützt von der Schwerkraft fällt das Verschlusselement 7 nach unten, bis es auf der Ringschulter 11 aufliegt. Das Fluid strömt dabei durch ringförmige Zwischenräume zwischen dem unteren Endabschnitt 78 des Verschlussstücks 7 und einer Erweiterung 14' in einer Hülle 14 am oberen Ende des Teils 5D und anschliessend durch eine Reihe von halbzylindrischen Ausnehmungen 15, die von der Ringschulter 11 nach unten gebohrt sind. Ein plötzlicher und intensiver Gasstrom in entgegengesetzter Richtung zum Manometer 6 hin -siehe Pfeil 16 (Fig. 1) - drückt das Verschlussstück 7 aufgrund seines geringen Gewichts mit hoher Geschwindigkeit nach oben gegen den Ventilsitz 8, so dass das Ventil so rechtzeitigabsperrt, dass die empfindliche Membran 6E des Manometers 6 nicht gefährdet wird.

Der obere Endabschnitt 7D des Verschlussstücks 7 ragt in den inneren Kanal 5E und dient somit als Führung. Dieser obere Endabschnitt 7D hat eine solche axiale Länge, dass er auch dann durch den Ventilsitz 8 in den inneren Kanal 5E hindurchragt, wenn sich das Verschlussstück 7 in seiner unteren Position befindet. Hierdurch wird gewährleistet,

dass das Verschlussstück 7 nicht kippt oder sich verklemmt und stets korrekt in Richtung der Längsachse 10-10 ausgerichtet ist. Der Endabschnitt 7D verjüngt sich nach oben hin etwas. Das Verschlussstück hat unten einen Durchmesser von ungefähr 12,2 mm und oben einen Durchmesser von 9,1 mm, wobei seine Gesamtlänge etwa 8,3 mm beträgt. Es wiegt ungefähr 15 N. Das Verschlussstück 7 muss nicht insgesamt aus einem elastomeren Material - hier Fluorelastomer -gefertigt sein ; wesentlich ist, dass zumindest der kegelstumpfförmige Abschnitt 7A, soweit er gegen den Ventilsitz 8 abdichten soll, elastisch verformbar ist, da dann auch unter geringem Druck stets ein dichter Sitz gewährleistet ist. Die elastische Ausbildung des dichtenden Bereichs des Verschlussstücks 7 ergibt zusätzlich einen Selbstreinigungs-Effekt infolge der elastischen Verformung der Oberfläche, welcher eine Anlagerung von Verunreinigungen, welche die Abdichtung beeinträchtigen könnten, entgegenwirkt.

Zwecks Einstellung der Ansprechempfindlichkeit des Rückschlagventils ist der axiale Abstand, über den sich das Verschlussstück 7 zwischen unteren Offenstellung und seiner oberen Schliessstellung bewegen muss, veränderlich. Diesem Zweck dient die zweiteilige Ausbildung des Ventilgehäuses mit einem oberen Teil 5C und einem unteren Teil 5D, welche mittels ihrer Gewinde 5C bzw. 5D' ineinandergreifen. Durch gegenseitiges Verdrehen der beiden Teile 5C und 5D an ihren gerändelten Aussenflächen 5C" bzw. 5D" lässtsich das Rückschlagventil mehr oder weniger auseinanderziehen. Die Endlagen des Verschlussstücks 7 sind durch die zylindrische Erweiterung 14' (Fig. 2) in der Hülse 14 am oberen Ende des Teils 5D sowie durch die Ringschulter 11 definiert. Abhängig davon, in welcher Stellung sich die beiden Teile 5C und 5D befinden, hat somit das Verschlussstück 7 entweder einen kürzeren oder einen längeren axialen Weg längs der Achse 10-10 zurückzulegen, ehe es am Ventilsitz 8 anschlägt. Die Empfindlichkeitseinstellung durch gegenseitiges Verdrehen der beiden Teile 5C und 5D entspricht einer Art Mikrometereinstellung, welche vor Installierung des Ventils vorgenommen wird. Zur korrekten Einstellung des Ventils werden die beiden Teile 5C und 5D soweit ineinander geschraubt bis beim Schütteln des Ventilgehäuses 5 längs der Achse 10-10 kein Klappergeräusch, vom freibeweglichen Verschlussstück 7 herrührend, mehr festgestellt werden kann. Anschliessend erfolgt eine Verdrehung der beiden Teile 5C und 5D in entgegengesetzter Richtung um einen bestimmten vorgegebenen Drehwinkel, wodurch die beiden Teile voneinander um einen vorgegebenen axialen Betrag entfernt werden. Das Verschlussstück 7 kann sich jetzt um ein bestimmtes Mass in axialer Richtung frei bewegen. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel genügt eine Verdrehung von einem drittel Umdrehung rückwärts aus der Nullstellung, um eine Erhöhung des Rückschlagdrucks um etwa 130 Pa einzustellen.

Eine druckdichte Verbindung der beiden relativ zueinander verdrehbaren Teile 5C und 5D des Ventilgehäuses 5 wird durch einen O-Ring 16 gewährleistet, welcher in eine Nut 17 am oberen Ende des Teils 5D passt. Das untere Teil 5C hat eine Innenbohrung 18 mit einer zylindrischen Fläche, durch welche der O-Ring soweit zusammengedrückt wird, dass er zuverlässig abdichtet. Der Verbindung des Teils 5C mit dem Einlass des Manometers 6 dient eine Innengewindemutter 19, welche eine hohle Büchse 20 gegen einen abdichtenden zweiten O-Ring 21 drückt.

Das Rückschlagventil ist im wesentlichen für eine vertikale Betriebslage konstruiert. Es arbeitet jedoch auch bei einer Schräglage bis zu etwa 45°, ist dann jedoch weniger leistungsfähig.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Schnell ansprechendes Rückschlagventil zum Schutz von empfindlichen Druckmessgeräten gegen plötzlich auftretende, starke Fluiddruckstösse, mit

   - einem vertikal stehenden Ventilgehäuse (5),

   - einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung,

   - einem inneren Kanal (5E), der sich entlang der Längsachse (10-10) des Ventilgehäuses (5) erstreckt, und durch den das Fluid von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung strömt,

   - einen am Umfang des inneren Kanals (5E) ausgebildeten Ventilsitz (8) an einer senkrecht zur Längsachse (10-10) des Ventilgehäuses (5) verlaufenden Ringfläche und

   - einem innerhalb des inneren Kanals (5E) befindlichen Verschlussstück (7), das sich in vertikaler Richtung zwischen einer unteren und einer oberen Position frei bewegen kann,

   - wobei in der oberen Position ein mittlerer Abschnitt des Verschlussstücks (7) am Ventilsitz (8) dicht anliegt, wodurch die Fluidströmung unterbrochen wird, während in der unteren Position der mittlere Abschnitt vom Ventilsitz (8) axial abgehoben ist, so dass Fluid um das Ventilstück (7) herum durch den inneren Kanal (5E) strömen kann,

   - gekennzeichnet durch folgende Merkmale :

   - der Ventilsitz (8) im inneren Kanal (5E) ist durch eine kreisförmige Kante der Ringfläche gebildet,

   - das Verschlussstück (7) weist einen unteren Endabschnitt (7B) mit grösserem Durchmesser als der des inneren Kanals (5E) und einen oberen Endabschnitt (7D) auf, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Ventilsitzes (8),

   - wobei der die Endabschnitte (7B, 7D) verbindende mittlere Abschnitt (7A), mit dem das Verschlussstück (7) im wesentlichen entlang einer umlaufenden Linie am Ventilsitz (8) anliegt, kegelstumpfförmig ist,

   - und wobei der untere Endabschnitt (7B) eine Stirnfläche (7C) aufweist, die im wesentlichen normal zur Längsachse (10-10) steht,

   - zumindest der kegelstumpfförmige Abschnitt (7A) des Verschlussstücks (7) ist elastisch verformbar.
2. 2. Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der kegelstumpfförmige Abschnitt (7A) vom unteren Endabschnitt (7B) zum oberen Endabschnitt (7D) hin mit einer Neigung von etwa 45°, bezogen auf die Längsachse (10-10), verjüngt.
3. 3. Rückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Kante, die den Ventilsitz (8) bildet, einen solchen Durchmesser hat, dass sie mit dem kegelstumpfförmigen Abschnitt (7A) auf etwa einem Drittel der axialen Entfernung zwischen unterem Endabschnitt (7B) und oberem Endabschnitt (7D) in linienför-migen Eingriff kommt, wenn das Verschlussstück (7) seine obere Position einnimmt.
4. 4. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Endabschnitt (7D) des Verschlussstücks (7) eine solche axiale Länge hat, dass er auch dann durch den Ventilsitz (8) hindurchragt, wenn sich das Verschlussstück (7) in seiner unteren Position befindet.
5. 5. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Endabschnitt (7D) des Verschlussstücks (7) die Form eines Kegelstumpfes hat, der sich zu seinem freien Ende hin unter einem kleinen Winkel bezogen auf die Längsachse (10-10) verjüngt.
6. 6. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Endabschnitt (7B) des Verschlussstücks (7) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und eine ebene Stirnfläche (7C) aufweist.
7. 7. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

   - das Ventilgehäuse (5) aus zwei Teilen (5C, 5D) zusammengesetzt ist, welche durch ineinandergreifende Gewinde (5C, 5D') miteinander verbunden sind,

   - eines der Teile (5C) den oberen Teil des inneren Kanals (5E) und den Ventilsitz (8) enthält, und das andere Teil (5D) den unteren Teil des inneren Kanals (5E) und eine Erweiterung (14') an seinem oberen Ende für die Aufnahme des unteren Endabschnitts (7B) des Verschlussstücks (7) enthält.
8. 8. Rückschlagventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass

   - die Erweiterung (14') im unteren Teil (5D) einen die lose Aufnahme des unteren Endabschnitts (7B) ermöglichenden Durchmesser hat und

   - eine Ringschulter (11) an ihrem Boden aufweist, an welcher die Stirnfläche (7C) des Verschlussstücks (7) bei Einnahme der unteren Position aufliegt, und

   - die Ringschulter (11) Ausnehmungen (15) aufweist, durch welche das Fluid um das Verschlussstück (7) herum strömen kann.
9. 9. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstück (7) aus einem elastomeren Material mit einer Durometerhärte von ungefähr 70 besteht.