DE10137361C1

DE10137361C1 - Ventilarmatur für einen Druckgasbehälter

Info

Publication number: DE10137361C1
Application number: DE2001137361
Authority: DE
Inventors: Dirk Kaben; Andreas Fischer
Original assignee: VTI Ventil Technik GmbH
Current assignee: VTI Ventil Technik GmbH
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2021-08-02

Abstract

Die Ventilarmatur (2) umfasst ein Ventilgehäuse (1) mit einem Behälterstutzen, einem Befüll- und Entnahmestutzen (4), einem zum Befüll- und Entnahmestutzen (4) koaxial ausgerichteten Seitenstutzen (5) für ein Restdruckventil (6) und mit einem einen Anschluss (14) zum Seitenstutzen (5) besitzenden Aufnahmestutzen für ein Entnahmeventil. Das Restdruckventil (6) weist einen längskanalisierten, in Schließrichtung durch eine Feder (38) belasteten Schließkolben (25) auf. Dieser gleitet mit einem umfangsseitig gekammerten 1. Dichtring (28) in einer in dem Seitenstutzen (5) angeordneten gestuften Führungshülse (16). Mit einem endseitig einen 2. Dichtring (32) tragenden, im Durchmesser kleiner bemessenen Schließdorn (26) durchsetzt das Restdruckventil (6) einen im Durchmesser eingezogenen 2. Längenbereich (23) der Führungshülse (16) mit radialem Spiel (A1). Die Stirnseite (40) der Führungshülse (16) endet mit Abstand (A2) vor dem Dichtsitz (33) des 2. Dichtrings (32) am inneren Übergang vom Seitenstutzen (5) auf den Befüll- und Entnahmestutzen (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilarmatur für einen Druckgasbehälter mit Restdruckventil.

Um eine befriedigend schnelle Entnahme, gegebenenfalls auch Befüllung bzw. Evakuierung eines Druckgasbehälters zu gewährleisten, sind möglichst große Strömungsquerschnitte in den verschiedensten Bereichen der dem Druckgasbehälter zugeordneten Ventilarmatur erforderlich.

In diesem Zusammenhang spielt insbesondere die Ausbildung des Rest druckventils eine Rolle, welches in eine derartige Ventilarmatur eingegliedert ist. Ein solches Restdruckventil (z. B. DE 197 09 096 A1) weist einen Schließkolben auf, der eine umfangsseitige Nut besitzt, in welche ein 1. Dichtring gekammert ist, der innenseitig einer den Schließkolben führenden Bohrung des Ventilgehäuses der Ventilarmatur anliegt. Am freien Ende eines dem Schließkolben zugeordneten Schließdorns ist ein 2. Dichtring gekammert, welcher im Schließzustand des Restdruckventils an einem Dichtsitz einer gestuften Querbohrung im Ventilgehäuse anliegt.

Beide Dichtringe sind im Schließzustand des Restdruckventils einwandfrei in ihren Nuten gekammert.

Wird dem Druckgasbehälter Gas entnommen, gleitet der Schließkolben auf grund des Gasdrucks gegen die Rückstellkraft einer Schraubendruckfeder in seiner Führungsbohrung, so dass der 2. Dichtring am Schließdorn nur noch in der Nut gehalten ist. Umfangsseitig liegt er frei. Bedingt durch hohe Strö mungsgeschwindigkeiten bei der Gasentnahme besteht dann die Möglichkeit, dass der 2. Dichtring aus der Nut gesaugt und vom Gasstrom mitgerissen wird. Dadurch verliert die Ventilarmatur die Funktionen Restdruck- und Rückfüllsperre, ohne dass dieser Sachverhalt für den Benutzer eines derartigen Druckgasbehälters mit Ventilarmatur erkennbar wird. Es kann deshalb nicht ausgeschlossen werden, dass der Inhalt des Druckgasbehälters in einer unzulässigen Weise kontaminiert wird.

Das Risiko, dass der 2. Dichtring am Schließdorn durch hohe Strömungsge schwindigkeiten aus der ihn kammernden Nut gerissen wird, ist naturgemäß geringer, je kleiner der Dichtdurchmesser gewählt wird. Die erforderliche Aufdehnung des Materials des 2. Dichtrings ist nämlich größer als wenn der Dichtdurchmesser größer gewählt wird. Die Praxis geht deshalb dazu über, die Dichtdurchmesser möglichst klein zu wählen, um das vorstehend erwähnte Risiko so gering wie nur möglich zu halten. Sie erkauft sich hierbei aber aufgrund der kleineren Strömungsquerschnitte besonders lange Entnahme- sowie auch Füll- und Evakuierungszeiten.

Des Weiteren ist es aus der EP 0 458 253 A1 bekannt, ein Restdruckventil so auszubilden, dass es federbelastet schließt und magnetisch geöffnet werden kann. Für den Füll- oder vollständigen Entleerungsvorgang unterhalb des Restdrucks ist zum Entsperren des Restdruckventils ein Magnetschlüssel in Form einer an die das Magnetventil abdeckenden Verschlusskappe von außen anlegbaren und mit einem Magnetkörper ausgestatteten Kappe vorgesehen. Der Magnet in der zusätzlichen Kappe hat dann eine gegengleiche Polung zu dem Magnet des Restdruckventils.

Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Ventilarmatur für einen Druckgasbehälter bereit zu stellen, die auch bei befriedigenden Strömungsquerschnitten und damit kurzen Entnahme- sowie Füll- und Evakuierungszeiten dennoch sicherstellt, dass der im geöffneten Zustand frei liegende 2. Dichtring am Schließdorn des Schließkolbens von dem Gasstrom nicht aus seiner ihn kammernden Nut gerissen wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung in den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gesehen.

Das wesentliche Element der Erfindung bildet jetzt eine Führungshülse, die in dem das Restdruckventil aufnehmenden Seitenstutzen des Ventilgehäu ses der Ventilarmatur lagefixiert ist. Die Führungshülse weist zwei im Durchmesser unterschiedlich große Längenbereiche auf. Der im Durchmes ser größere 1. Längenbereich dient der präzisen Führung des Schließkol bens, wobei der umfangsseitig des Schließkolbens in einer Nute gekam merte 1. Dichtring an der inneren Oberfläche des 1. Längenbereichs gleitet und hier eine einwandfreie Dichtfunktion übernimmt. Der im Durchmesser eingezogene 2. Längenbereich der Führungshülse hat zwei Funktionen. Eine Funktion ist die Umschließung des am Schließdorn gekammerten Schließ dorns im geöffneten Zustand des Restdruckventils. Auch bei hohen Strö mungsgeschwindigkeiten aufgrund großer Strömungsquerschnitte kann dann der 2. Dichtring nicht aus seiner Nute gerissen werden. Auf der ande ren Seite ist der Spalt zwischen dem Schließdorn und dem eingezogenen 2. Längenbereich so groß bemessen, dass er die Funktion eines Überströmka nals für das aus dem Druckgasbehälter stammende Gas bildet. Zu diesem Zweck ist die Führungshülse an ihrer freien Stirnseite auch mit Abstand vor dem Dichtsitz des 2. Dichtrings am inneren Übergang vom Seitenstutzen auf den zum Seitenstutzen koaxial ausgerichteten Befüll- und Entnahmestutzen angeordnet.

Die Erfindung gewährleistet also bei großen Strömungsquerschnitten kurze Entnahme- sowie Füll- und Evakuierungszeiten bei einwandfreier Funktion des Restdrucks und der Rückfüllsperre.

Die einwandfreie Position der Führungshülse im Seitenstutzen wird entspre chend den Merkmalen des Patentanspruchs 2 dadurch gewährleistet, dass die Führungshülse über einen Radialflansch und eine Fixiermutter am Über gang von einer Gewindebohrung auf eine im Durchmesser kleinere Zylinder bohrung im Seitenstutzen axial festgelegt ist.

Das Restdruckventil kann mithin komplett vorgefertigt in den Seitenstutzen eingesetzt und durch die Fixiermutter in seiner Betriebslage einwandfrei po sitioniert werden.

Um die Funktion des Restdruckventils sowohl in der Bereitschaftsstellung (Schließstellung) als auch in der Offenposition noch besser zu gewähr leisten, entspricht gemäß Patentanspruch 3 die Länge des Schließkolbens zuzüglich der Länge des Schließdorns etwa der Länge der Führungshülse.

Die Kammerung des 2. Dichtrings an dem im Durchmesser eingezogenen freien Ende des Schließdorns (Patentanspruch 4) stellt sicher, dass auf der einen Seite der 2. Dichtring auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten bei der Gasentnahme sicher in seiner Nut gehalten ist und dennoch zwischen dem im Durchmesser eingezogenen 2. Längenabschnitt der Führungshülse und dem Schließdorn ein ausreichend großer Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht.

Damit sowohl die Schließposition des Restdruckventils als auch die Ent nahme von Gas aus dem Druckgasbehälter bzw. die Befüllung des Druck gasbehälters sichergestellt werden können, stützt sich gemäß den Merkma len des Patentanspruchs 5 die Feder einerseits an der Fixiermutter und an dererseits an einer Abstufung des im Schließkolben vorgesehenen Längs kanals ab. Die Feder, insbesondere eine Schraubendruckfeder, ist somit im Schließkolben einwandfrei geführt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestell ten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im vertikalen Querschnitt den mittleren Bereich einer Ventilarmatur für einen Druckgasbehälter im Schließzustand;

Fig. 2 einen horizontalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der Linie II-II in Richtung der Pfeile IIa gesehen;

Fig. 3 die Darstellung der Fig. 1, jedoch nunmehr in der Offenposi tion der Ventilarmatur, und

Fig. 4 einen horizontalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 3 entlang der Linie IV-IV in Richtung der Pfeile IVa gesehen.

Mit 1 ist in den Fig. 1 bis 4 das Ventilgehäuse einer ansonsten nicht weiter dargestellten Ventilarmatur 2 für einen ebenfalls nicht näher veran schaulichten Druckgasbehälter bezeichnet.

Das Ventilgehäuse 1 umfasst einen Behälterstutzen 3 zur lösbaren Verbin dung mit dem Druckgasbehälter, einen Befüll- und Entnahmestutzen 4, über welchen der Druckgasbehälter gefüllt und evakuiert werden kann, einen zum Befüll- und Entnahmestutzen 4 koaxial ausgerichteten Seitenstutzen 5 für ein Restdruckventil 6 und einen Aufnahmestutzen 7 für ein Entnahmeventil 8.

Das Entnahmeventil 8 setzt sich aus einem in einem Führungsgewinde 9 axial verlagerbaren Dichtkörperträger 10 und einem stirnseitig in den Dicht körperträger 10 eingebetteten Dichtkörper 11 zusammen.

Der Dichtkörper 11 wirkt mit einem Dichtsitz 12 an der Mündung eines ge stuften Kanals 13 im Behälterstutzen 3 zusammen.

Bei geöffneter Ventilarmatur 2 (Fig. 3) ist der Kanal 13 im Behälterstutzen 3 über einen Anschluss 14 mit einer mehrfach gestuften Längsbohrung 15 im Befüll- und Entnahmestutzen 4 sowie in dem zum Befüll- und Entnahme stutzen 4 koaxial ausgerichteten Seitenstutzen 5 verbunden.

In diesen Seitenstutzen 5 ist eine in der Wanddicke WD vergleichsweise dünn gehaltene Führungshülse 16 eingesetzt. Ihre Lagefixierung erfolgt über einen Radialflansch 17 und eine Fixiermutter 18 am Übergang 19 von einer Gewindebohrung 20 für die Fixiermutter 18 auf eine im Durchmesser klei nere Zylinderbohrung 21 im Seitenstutzen 5 (Fig. 2 und 4).

Die Fixiermutter 18 wird vollständig in die Gewindebohrung 20 gedreht und in der eingedrehten Lage verplombt.

Die Führungshülse 16 weist zwei im Durchmesser unterschiedlich große Längenbereiche 22, 23 auf. Beide Längenbereiche 22, 23 sind zylindrisch gestaltet und über einen konischen Übergangsabschnitt 24 miteinander ver bunden. Der im Durchmesser größere 1. Längenbereich 22 ist genau in die Zylinderbohrung 21 im Seitenstutzen 5 eingepasst. Der im Durchmesser kleinere 2. Längenbereich 23 liegt im Abstand A zur inneren Oberfläche der Zylinderbohrung 21.

Die Führungshülse 16 ist von einem Schließkolben 25 mit Schließdorn 26 durchsetzt. Schließkolben 25 und Schließdorn 26 sind einstückig ausgebildet und weisen einen gestuften Längskanal 27 auf.

Der Schließkolben 25 gleitet in dem im Durchmesser größeren 1. Längenbe reich 22 der Führungshülse 16. Zur Abdichtung besitzt er einen 1. Dichtring 28, der in einer umfangsseitigen Nut 29 des Schließkolbens 25 gekammert ist.

Der Schließdorn 26 durchsetzt mit radialem Abstand A1 den im Durchmes ser kleineren 2. Längenbereich 23 der Führungshülse 16. Am eingezogenen freien Ende 30 trägt der Schließdorn 26 in einer umfangsseitigen Nute 31 einen 2. Dichtring 32. Dieser 2. Dichtring 32 wirkt mit einem Dichtsitz 33 am Übergang von der Zylinderbohrung 21 im Seitenstutzen 5 auf eine im Durchmesser kleinere Zylinderbohrung 34 in der Längsbohrung 15 zusam men (Fig. 2 und 4).

Der Befüll- und Entnahmestutzen 4 weist einen umfangsseitigen Gewinde abschnitt 35 zum Anschluss von Befüll- und Entnahmeleitungen 36 auf.

Der im Durchmesser größte Längenabschnitt 37 des gestuften Längskanals 27 im Schließkolben 25 und Schließdorn 26 dient der Aufnahme einer Feder 38 in Form einer Schraubendruckfeder. Diese stützt sich einerseits an der die Führungshülse 16 festlegenden Fixiermutter 18 und andererseits an einer Abstufung 39 des Längskanals 27 ab.

Die Fig. 2 und 4 lassen noch erkennen, dass die Länge L des Schließ kolbens 25 zuzüglich der Länge L1 des Schließdorns 26 etwa der Länge L2 der Führungshülse 16 entspricht.

Die Stirnseite 40 der Führungshülse 16 ist mit Abstand A2 zum Dichtsitz 33 für den 2. Dichtring 32 angeordnet.

Restdruckfunktion

Bei geschlossenem Entnahmeventil 8 gemäß Fig. 1 werden der Schließ kolben 25 und der Schließdorn 26 des Restdruckventils 6 durch die Kraft der Feder 38 in der Führungshülse 16 verschoben, bis dass das freie Ende 30 des Schließdorns 26 in die im Durchmesser kleinere Zylinderbohrung 34 der gestuften Längsbohrung 15 im Befüll- und Entnahmestutzen 4 fasst und der 2. Dichtring 32 an den Dichtsitz 33 gepresst ist (Fig. 2).

Wird nun gemäß Fig. 3 das Entnahmeventil 8 geöffnet, so steht der Kanal 13 im Behälterstutzen 3 über den Anschluss 14 mit der gestuften Längsboh rung 15 im Seitenstutzen 5 in Verbindung. Folglich strömt Gas durch den Kanal 13 im Behälterstutzen 3 über den Anschluss 14 zur Zylinderbohrung 21 und damit zum Restdruckventil 6. Dadurch wird der Schließkolben 25 be aufschlagt und zusammen mit dem Schließdorn 26 gegen die Rückstellkraft der Feder 38 in Richtung zur Fixiermutter 18 verlagert. Das freie Ende 30 des Schließdorns 26 verlässt zusammen mit dem 2. Dichtring 32 die Zylin derbohrung 34 im Befüll- und Entnahmestutzen 4 und gelangt, wie die Fig. 4 zeigt, in den im Durchmesser eingezogenen 2. Längenbereich 23 der Füh rungshülse 16. Folglich ist der 2. Dichtring 32 bei größeren Entnahme mengen lagegesichert.

Ist der Druck im Druckgasbehälter auf etwa 2 bar gesunken, so reicht die resultierende Kraft aus der Kreisringfläche des Restdruckventils 6 (Dichtflä che 1. Dichtring 28 minus Dichtfläche 2. Dichtring 32) und dem Behälter druck nicht mehr aus, um den Schließkolben 25 gegen die Rückstellkraft der Feder 38 in der geöffneten Position gemäß Fig. 4 zu halten. Vielmehr überwiegt die Rückstellkraft der Feder 38 und verlagert mithin den Schließ kolben 25 sowie den Schließdorn 26 wieder in Richtung zum Befüll- und Entnahmestutzen 4, wodurch der 2. Dichtring 32 am freien Ende 30 des Schließdorns 26 wieder auf den Dichtsitz 33 gepresst wird. Der Restdruck von ca. 2 bar wird in dem Druckgasbehälter aufrecht erhalten, und zwar un abhängig davon, ob nun das Entnahmeventil 8 geöffnet ist oder nicht. Eine vollständige Entleerung des Druckgasbehälters durch einen Verbraucher ist nicht möglich. Somit wird eine Kontaminierung des Druckgasbehälters durch Luftfeuchte und andere Atmosphärenbestandteile unterbunden.

Rückfüllsperre

Wird die Gasentnahme durch ein in Strömungsrichtung hinter der Ventilar matur 2 angeordnetes, nicht näher dargestelltes Absperrorgan unterbrochen, so stellen sich in der Ventilarmatur 2 und in der zum Absperrorgan führen den, an den Befüll- und Entnahmestutzen 4 angeschlossenen Leitung 36 statische Druckverhältnisse ein.

In diesem Fall sorgt der gestufte Längskanal 27 im Schließkolben 25 und Schließdorn 26 für eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung beider Seiten des Restdruckventils 6, so dass die Rückstellkraft der Feder 38 den 2. Dicht ring 32 auf den Dichtsitz 33 presst und der Bereich umfangsseitig des Schließdorns 26 in der Zylinderbohrung 21 des Seitenstutzens 5 von der Zy linderbohrung 34 im Befüll- und Entnahmestutzen 4 getrennt wird.

Sollte die Ventilarmatur 2 vom Befüll- und Entnahmestutzen 4 her durch ein Medium mit Druck beaufschlagt werden, dessen Druck höher liegt als der Druck im Druckgasbehälter, so werden beide Seiten des Restdruckventils 6 über den gestuften Längskanal 27 mit demselben Druck beaufschlagt. Das Restdruckventil 6 bleibt geschlossen, das heißt, der 2. Dichtring 32 dichtet weich auf seinem Dichtsitz 33 ab. Der Behälterinhalt kann nicht kontaminiert werden.

Befüllen und Evakuieren

Damit der Druckgasbehälter einwandfrei befüllt und im Bedarfsfall auch sicher evakuiert werden kann, wird einer nicht näher dargestellten Befüll- bzw. Evakuierungseinheit, die an den Befüll- und Entnahmestutzen 4 ange schlossen wird, ein durch die Längsbohrung 15 im Befüll- und Entnahme stutzen 4 ragender Adapter zugeordnet, welcher auf die freie Stirnseite des Schließdorns 26 trifft und diesen und damit auch den Schließkolben 25 ge gen die Rückstellkraft der Feder 38 in die Position gemäß Fig. 4 drückt. Das Restdruckventil 6 ist geöffnet. Eine Befüllung oder eine Evakuierung kann nun vorgenommen werden.

Es kann insbesondere eine Befüllung mit sehr hohen Durchflussraten er folgen, da der 2. Dichtring 32 durch die Führungshülse 16 einwandfrei ge kammert ist und nicht aus seiner Nute 31 heraus gerissen werden kann.

Bezugszeichenaufstellung

1

Ventilgehäuse v.

2

Ventilarmatur

3

Behälterstutzen

4

Befüll- und Entnahmestutzen

5

Seitenstutzen

6

Restdruckventil

7

Aufnahmestutzen

8

Entnahmeventil

9

Führungsgewinde

10

Dichtkörperträger

11

Dichtkörper

12

Dichtsitz

13

Kanal in

3

14

Anschluss

15

Längsbohrung in

4

,

5

16

Führungshülse

17

Radialflansch v.

16

18

Fixiermutter

19

Übergang v.

20

auf

21

20

Gewindebohrung in

5

21

Zylinderbohrung in

5

22

1

. Längenbereich v.

16

23

2

. Längenbereich v.

16

24

Übergangsabschnitt

25

Schließkolben

26

Schließdorn

27

Längskanal in

25

,

26

28

1

. Dichtring

29

Nut f.

28

30

Ende v.

26

31

Nute in

13

32

2

. Dichtring

33

Dichtsitz f.

32

34

Zylinderbohrung

35

Gewindeabschnitt v.

4

36

Befüll- u. Entnahmeleitung

37

Längenabschnitt v.

27

38

Feder

39

Abstufung in

27

40

Stirnseite v.

16

A Abstand

23

v.

21

A1 Abstand

26

v.

23

A2 Abstand

40

v.

33

L Länge v.

25

L1 Länge v.

26

L2 Länge v.

16

WD Wanddicke v.

16

Claims

1. Ventilarmatur (2) für einen Druckgasbehälter, welche ein Ventilgehäuse (1) mit einem Behälterstutzen (3), einem Befüll- und Entnahmestutzen (4), einem zum Befüll- und Entnahmestutzen (4) koaxial ausgerichteten Seitenstutzen (5) für ein Restdruckventil (6) und mit einem einen An schluss (14) zum Seitenstutzen (5) besitzenden Aufnahmestutzen (7) für ein Entnahmeventil (8) umfasst, wobei das Restdruckventil (6) einen längs kanalisierten, in Schließrichtung durch eine Feder (38) belasteten Schließkolben (25) aufweist, der mit einem umfangsseitig gekammerten 1. Dichtring (28) in einer in dem Seitenstutzen (5) angeordneten gestuf ten Führungshülse (16) abgedichtet gleitet und mit einem endseitig einen 2. Dichtring (32) tragenden, im Durchmesser kleiner bemessenen Schließdorn (26) einen im Durchmesser eingezogenen 2. Längenbereich (23) der Führungshülse (16) mit radialem Spiel (A1) axial durchsetzt, dessen Stirnseite (40) mit Abstand (A2) vor dem Dichtsitz (33) des 2. Dichtrings (32) am inneren Übergang vom Seitenstutzen (5) auf den Be füll- und Entnahmestutzen (4) endet.

2. Ventilarmatur nach Patentanspruch 1, bei welcher die Führungshülse (16) über einen Radialflansch (17) und eine Fixiermutter (18) am Über gang (19) von einer Gewindebohrung (20) auf eine im Durchmesser klei nere Zylinderbohrung (21) im Seitenstutzen (5) axial festgelegt ist.

3. Ventilarmatur nach Patentanspruch 1 oder 2, bei welcher eine Länge (L) des Schließkolbens (25) zuzüglich einer Länge (L1) des Schließdorns (26) etwa einer Länge (L2) der Führungshülse (16) entspricht.

4. Ventilarmatur nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei welcher der 2. Dichtring (32) an dem im Durchmesser eingezogenen freien Ende (30) des Schließdorns (26) gekammert ist.

5. Ventilarmatur nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, bei welcher sich die Feder (38) einerseits an der Fixiermutter (18) und andererseits an einer Abstufung (39) eines im Schließkolben (25) vorgesehenen Längs kanals (27) abstützt.