DE102007012729B3

DE102007012729B3 - Dosierventil für Atemgas

Info

Publication number: DE102007012729B3
Application number: DE200710012729
Authority: DE
Inventors: Karsten Dr. Hoffmann
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2027-03-17
Also published as: US8109270B2; US20080223368A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dosierventil mit Vordruckkompensation und einer Sicherheitseinrichtung für eine Maximaldruck-Begrenzung des Vordruckes. Zur Lösung der Aufgabe ist im Bereich einer Kompensationsmembran (10) eine Verformungszone (18) vorgesehen, welche bei Druckbeaufschlagung durch den Vordruck in Richtung einer Verkleinerung der wirksamen Fläche der Kompensationsmembran (10) zur Anlage an einer Stützfläche (14) bringbar ist.

Description

Ein Dosierventil für Atemgas ist aus der DE 28 27 131 C2 bekannt. Das Regelorgan für die Gasdosierung wird durch ein Kugelventil mit einer Gasdurchlassöffnung gebildet, und es wird durch den Vordruck eine Kugel gegen die Gasdurchlassöffnung gedrückt. Mit einem in der Längsrichtung verschiebbaren Stift kann die Kugel aus der Gasdurchlassöffnung herausgedrückt werden. Dabei wird der Stift durch einen Magnetantrieb betätigt. Der Gasstrom durch die Gasdurchlassöffnung ergibt sich aus der Strecke, um die die Kugel gegenüber der Gasdurchlassöffnung verschoben wird und aus dem Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Gasdurchlassöffnung.
Der Bereich des Dosierventils, in welchem der Vordruck wirkt, muss immer für den maximal möglichen Druck im ersten Fehlerfall ausgelegt werden. Das erfordert einen erhöhten technischen Aufwand und für bestimmte Gase sind unter Umständen spezielle Zulassungen erforderlich.
Um bei hohen Vordrucken Dosierventile mit geringen Öffnungskräften betätigen zu können, wird häufig die Vordruckkompensation verwendet. Ein Dosierventil mit Vordruckkompensation geht beispielhaft aus der DE 40 12 485 C1 hervor. Zur Vordruckkompensation ist ein Ausgleichskolben mit einer Topfmembran vorgesehen, welche in einem Ventilgehäuse aufgenommen sind. Die Vordruckkompensation erfolgt in der Weise, dass der auf den Ventilkörper wirkenden Kraft eine Kompensationskraft entgegenwirkt, die an der Topfmembran und dem Ausgleichskolben entsteht. Eine Sicherheitseinrichtung zur Begrenzung des Vordruckes ist nicht vorgesehen. Eine derartige Sicherheitseinrichtung ließe sich nur mit einem separaten Überdruckventil realisieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosierventil mit Vordruckkom pensation und einer Sicherheitseinrichtung für die Maximaldruckbegrenzung des Vordruckes anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, eine die Vordruckkompensation vornehmende elastische Kompensationsmembran mit einer Verformungszone zu versehen, die bei entsprechendem Verformungsweg an einer Stützfläche anliegt und damit die wirksame Fläche der Kompensationsmembran reduziert. Damit wird die Kraft, die das Dosierventil zuhält, geringer und der maximal erreichbare Druck im Bereich der Ventilkammern, die dem Vordruck ausgesetzt sind, wird begrenzt. Der Druck im Bereich dieser Ventilkammern kann auf diese Weise auf einen Grenzwert eingestellt werden, bis zu dem die Arbeitsmembran dichtend auf dem zugehörigen Ventilkrater aufliegt. Über die Fläche der Verformungszone, die an der Stützfläche anliegt, kann der Grenzwert für den Maximaldruck variiert werden.
In vorteilhafter Weise ist die Kompensationsmembran mit einem festen, mit der Stößelstange verbundenen Mittelteil versehen und an dem Mittelteil befindet sich ein flexibles, durch Druckbeaufschlagung verformbares Außenteil, welches durch den Vordruck in Richtung zur Stützfläche hin verformt wird. Wenn das verformbare Außenteil vollständig an der Stützfläche anliegt, ist als wirksame Fläche für die Vordruckkompensation nur die Fläche des Mittelteils ausschlaggebend. Das Mittelteil besteht hierzu aus festem Material, das durch den Druck nicht verformt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, im Bereich des Außenteils eine umlaufende Sicke vorzusehen, die hinsichtlich guter Verformbarkeit ausgelegt ist. Über die kon struktive Ausgestaltung der Sicke lind die Materialstärke des verformbaren Außenteils im Bereich der Nut sowie den Abstand zwischen der Kompensationsmembran und der Stützfläche lässt sich der Grenzwert für den Druck variieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Dosierventil im Längsschnitt,
2 einen Ausschnitt des Dosierventils nach der 1 im Bereich der Kompensations membran,
3 das Dosierventil nach der 2 bei einer Grenzwertüberschreitung des Druckes.
1 veranschaulicht ein Dosierventil 1 mit Vordruckkompensation mit einem Gaseingang 2 zum Anschluss an eine Druckgasquelle 4 für Atemgas und einem Gasausgang 3, der zu einem nicht näher dargestellten Verbraucher führt. In einem Ventilgehäuse 5 sind ein Magnetantrieb 6, eine Arbeitsmembran 7 zwischen einer Vordruckkammer 8 und einer Hinterdruckkammer 9 und eine Kompensationsmembran 10 zwischen einer Kompensationskammer 11 und einer Expansionskammer 12 angeordnet. Die Kompensationskammer 11 ist über eine Druckleitung 13 mit der Vordruckkammer 8 verbunden. Die Expansionskammer 12 befindet sich auf dem Druckniveau der Umgebungsatmosphäre und besitzt eine gegenüberliegend zur Kompensationsmembran 10 liegende Stützfläche 14, die parallel zur Kompensationsmembran 10 verläuft. Die Kompensationsmembran 10 ist über eine Stößelstange 15 des Magnetantriebs 6 mit der Arbeitsmembran 7 verbunden. Die Kompensationsmembran 10 besitzt ein festes Mittelteil 16, das unmittelbar mit der Stößelstange 15 verbunden ist und ein flexibles Außenteil 17 mit einer umlaufenden, flexiblen Sicke 18 als Verformungszone. Die Arbeitsmembran 7 liegt auf einem Ventilkrater 19. Die dem Vordruck ausgesetzten Flächen der Arbeitsmembran 7 und der Kompensationsmembran 10 sind so ausgelegt, dass die Arbeitsmembran 7 im stromlosen Zustand des Magnetantriebs 6 auf dem Ventilkrater 19 aufliegt und der Gasfluss vom Gaseingang 2 zum Gasausgang 3 unterbrochen ist. Die wirksame Fläche der Kompensationsmembran 10 ist dabei größer als die wirksame Fläche der Arbeitsmembran 7. Wird der Magnetantrieb 6 durch eine Steuerquelle 20 betätigt, hebt die Arbeitsmembran 7 vom Ventilteller 19 ab und es strömt Gas aus der Druckgasquelle 4 zum Gasausgang 3. Die vom Magnetantrieb 6 aufzubringende Öffnungskraft ergibt sich aus den Flächenverhältnissen von Arbeitsmembran 7 und Kompensationsmembran 10.
2 veranschaulicht ausschnittsweise das Dosierventil 1 im Bereich der Kompensationsmembran 10. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der 1 versehen. In der 2 ist die Kompensationsmembran 10 in einem Zustand dargestellt, bei dem innerhalb der Kompensationskammer 11 ein Druck unterhalb eines vorbestimmten Druck-Grenzwertes vorliegt.
3 veranschaulicht ausschnittsweise das Dosierventil 1 entsprechend der 2 für den Fall, dass der Druck innerhalb der Kompensationskammer 11 den Druckgrenzwert überschritten hat. Die Sicke 18 innerhalb des flexiblen Außenteils 17 verformt sich hierbei so stark, dass sie abschnittsweise an der Stützfläche 14 anliegt. Als wirksame, dem Vordruck ausgesetzte Fläche ist nur noch das feste Mittelteil 16 vorhanden. Durch die reduzierte wirksame Fläche der Kompensationsmembran 10 reduziert sich auch die Kompensationskraft auf die Arbeitsmembran 7, wodurch die Arbeitsmembran 7 vom Ventilkrater 19 abhebt. Der Druck innerhalb der Vordruckkammer 8 wird dadurch so weit abgesenkt, bis die reduzierte Kraft auf die Kompensationsmembran 10 wieder ausreicht, die Arbeitsmembran 7 gegen den Ventilsitz 19 zu drücken. Daraus ergibt sich eine Druckbegrenzung für die Bereiche der Vordruckkammer 8, der Druckleitung 13 und der Kompensationskammer 11, welche voll dem Vordruck ausgesetzt sind.

Claims

Dosierventil mit Vordruckkompensation mit einem Ventilantrieb (6), einer Arbeitsmembran (7) zwischen einer Vordruckkammer (8) und einer Hinterdruckkammer (9), einer Kompensationsmembran (10) zwischen einer mit der Vordruckkammer (8) verbundenen Kompensationskammer (11) und einer Expansionskammer (12), wobei die Expansionskammer (12) eine im Abstand zur Kompensationsmembran (10) verlaufende Stützfläche (14) aufweist, einer durch den Ventilantrieb (6) betätigten Stößelstange (15), welche die Arbeitsmembran (7) mit der Kompensationsmembran (10) verbindet, einer Verformungszone (18) innerhalb der Kompensationsmembran (10), welche durch Druckbeaufschlagung durch den Vordruck in Richtung einer Verkleinerung der wirksamen Fläche der Kompensationsmembran (10) zur Anlage an der Stützfläche (14) bringbar ist.
Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmembran (10) aus einem festen, mit der Stößelstange (15) verbundenen Mittelteil (16) und einem flexiblen, durch Druckbeaufschlagung verformbaren Außenteil (17) besteht.
Dosierventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (17) als Verformungszone eine umlaufende Sicke (18) besitzt.