DE102009052758B4

DE102009052758B4 - Absperrventil

Info

Publication number: DE102009052758B4
Application number: DE200910052758
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2029-11-13
Also published as: DE102009052758A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absperrventil (1) für insbesondere per Hand portable Druckgasbehälter, insbesondere Druckgasflaschen (2) mit einem Gehäuse (3), einem Handrad (4), welches dazu vorgesehen ist von einer Schließposition aus durch Veränderung seines Drehwinkels α ohne Druckmge von dem Innenraum des Druckgasbehälters nach außen freizugeben, wobei mit zunehmendem Drehwinkel α des Handrads (4) der Durchfluss durch die Strömungspassage bis zu einer Offenposition, bei der eine maximale Strömungspassage erreicht ist, erhöht wird und das Absperrventil (1) eine den Durchfluss in Abhängigkeit zum Drehwinkel α festlegende Öffnungskennlinie aufweist. Zur Vermeidung von Druckstößen und eines hierdurch bedingten Abbrandes wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Öffnungskennlinie einen, der Schließposition zugeordneten erster Bereich (8) sowie einen, der Offenposition zugeordneten zweiten Bereich (9) aufweist, und der Anstieg des Durchflusses pro Drehwinkeleinheit im ersten Bereich (8) geringer ist als im zweiten Bereich (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absperrventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dies ist insbesondere für per Hand portable Druckgasbehälter, insbesondere Druckgasflaschen. Derartige Druckgasflaschen werden vor allem von Ärzten und Rettungssanitätern zur Sauerstoffversorgung und Beatmung von Notfallpatienten mitgeführt. Darüber hinaus werden derartige Druckgasflaschen in Ambulanzfahrzeugen, Luftrettung, Rettungsdiensten und Passagierflugzeugen zur Notfallbehandlung mitgeführt. Auch finden sie Verwendung in Notfallsets für verunglückte Taucher, Bergsteiger und bei Homecare-Patienten.
Stand der Technik
Druckgasflaschen werden nach ihrer Befüllung mittels eines sogenannten Absperrventils verschlossen. Das Absperrventil verschließt den Inhalt der Druckgasflasche nach außen, es dient dazu, nach Anschluss eines Atemsystems den Flascheninhalt freizugeben, so dass dieser in das Atemsystem strömen kann. Herkömmliche Absperrventile besitzen eine lineare Öffnungskennlinie. Wird das Handrad ausgehend von der Schließposition gedreht, so steigt der Durchfluss bis zur Offenposition linear an. Hierbei besteht die Gefahr, dass von der betreffenden Bedienungsperson das Handrad in einer ersten Drehbewegung zu schnell geöffnet wird. Dies kann dazu führen, dass aufgrund eines hierdurch bedingten zu starken, anfänglichen Druckstoßes in das Atemsystem hinein es zu Funkenbildung und als Folge davon zu einem Ausbrand kommt. Dem wird versucht dadurch Rechnung zu tragen, dass in den Bedienanleitungen darauf hingewiesen wird, dass Absperrventile langsam zu öffnen sind. Gerade in Notfallsituationen, bei denen nur sehr geringe Zeit für eine Behandlung verbleibt und die behandelnde Person oftmals unter erheblichem Stress steht, werden derartige Bedienungsanleitungen nicht beachtet. Besonders bei Druckgasflaschen mit Sauerstofffüllung bzw. Sauerstoff-Luftgemisch-Füllung besteht eine ganz besondere Ausbrandgefahr.
Aus der DE 60 2005 006 135 T2 ist eine multifunktionale Ventileinheit für eine Druckgasflasche bekannt. Die Ventileinheit umfasst ein Absperrventil mit einem Handrad, mittels welchem die Druckgasflasche geöffnet werden kann, so dass das unter Primärdruck stehende Gas aus der Druckgasflasche entweichen kann. Ferner umfasst die Ventileinheit einen Druckregler mittels dem das unter Primärdruck stehende Gas auf einen Betriebsdruck reduziert wird und über eine Schlauchtülle abgeführt werden kann. Der Druckregler umfasst eine drehbare Scheibe mit einer Vielzahl von kleinen Durchflussblenden mit unterschiedlichen Größen bzw. Querschnittsflussflächen, um einen bestimmten Betriebsdruck einzustellen. Zum Öffnen des Absperrventils wird ein kegelförmig ausgebildetes Ventilelement mit einer vorderseitig angebrachten Dichtung vom Dichtungssitz axial weg bewegt, so dass ein kegelhülsenförmig ausgebildeter Abströmraum entsteht. Wird das Absperrventil durch übermäßige Drehung des Handrads zu schnell geöffnet, vor allem wenn die Druckgasflasche unter hohem Druck steht, kann es dazu kommen, dass aufgrund der hierdurch bedingten Temperaturerhöhung der Zündpunkt der Dichtung überschritten wird und die Dichtung des Absperrventils zu brennen beginnt.
Aus der DE 10 2006 012 778 B3 ist ein Druckbehälterventil bekannt, bei dem die Freigabe der unter Primärdruck stehenden Druckluft über zwei zueinander verdrehbare keramische Ventilscheiben erfolgt. Die Ventilscheiben weisen Löcher auf, die zur Öffnung mit einem mit dem Inneren der Druckgasflasche verbundenen Zufuhrkanal in Flucht gebracht werden müssen. Die Öffnung des Absperrventils erfolgt über Drehung des Entnahmegehäuses einschließlich des quer weg ragenden Füllstutzens, wobei das Entnahmegehäuse gleichzeitig den Druckminderer beinhaltet. Unter beengten Platzverhältnissen ist diese Ausgestaltung ungünstig. Des Weiteren kann das Absperrventil aufgrund des quer weg ragenden Füllstutzens auch leicht versehentlich geöffnet werden. Für einen Rettungseinsatz ist diese Konstruktion daher nicht geeignet.
Aus der DE PS 1 198 628 ist ein Gasflaschenventil für hoch gespannte Gase, insbesondere Sauerstoff bekannt, welches als Schutz vor einer Druckerhöhung bei unzulässiger Erhitzung des Gases eine Schmelzsicherung in Form von Gasaustrittskanälen aufweist, die mit schmelzendem Material gefüllt sind.
Aufgabe
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Absperrventil der gattungsgemäßen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem die vorstehenden Nachteile vermieden werden können.
Lösung
Die vorstehende Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Absperrventil durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Dadurch, dass gemäß der Erfindung die Öffnungskennlinie einen, der Schließposition zugeordneten erster Bereich sowie einen, der Offenposition zugeordneten zweiten Bereich aufweist, und der Anstieg des Durchflusses pro Drehwinkeleinheit im ersten Bereich geringer ist als im zweiten Bereich, wird ein Druckstoß aufgrund zu schnellem Öffnen vermieden und damit die Gefahr eines Ausbrands reduziert. Auch für größere stationäre Flaschen ist diese Öffnungscharakteristik eine wesentliche Sicherheitsfunktion.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung bei Druckgasbehältern mit einem Füllmindestdruck von 250 bar, vorzugsweise von mindestens 280 bar, aus, da hierbei ein sehr hoher Druck am Absperrventil ansteht.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich der erste Bereich einer im Vergleich zum linearen Anstieg des Durchflusses verringerten Anstiegscharakteristik bis zu einem Drehwinkel α von maximal 90 Grad, vorzugsweise maximal 60 Grad. Dies entspricht der anfänglichen, augenblicklichen also nicht zeitlich verzögerten Öffnungsbewegung des Handrads bis zu dem Augenblick des Nachgreifens durch die Bedienungsperson. Der restliche Drehwinkelbereich ist für ein schnelles Erreichen der Offenposition dann noch ausreichend.
Die Öffnungskennlinie ist zweckmäßigerweise so einzurichten, dass sich bis zu einem Drehwinkel α von 90 Grad ein Durchfluss von maximal 20%, vorzugweise maximal 10% einstellt. Hierdurch kann ein gefährlicher Druckstoß bei den angegeben Befülldrücken sicher ausgeschlossen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der die Offenposition festlegende Drehwinkel α (offen) maximal 360 Grad, besonders vorteilhaft etwa 360 Grad beträgt. Hierdurch wird erreicht, dass bei Reduzierung des anfänglichen Durchflusses nichtsdestotrotz bereits nach maximal einer Gesamtumdrehung des Handrads die Offenposition erreicht ist.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Durchfluss entlang des ersten Bereichs und/oder entlang des zweiten Bereichs jeweils einen linearen Verlauf aufweisen, so dass im Falle eines linearen Verlaufs beider Bereiche an der Bereichsgrenze ein Knick des Verlaufs vorgesehen ist. Alternativ kann einer der beiden Bereiche linear, der andere gekrümmt ausgebildet sein. Ebenso kann der Gesamtverlauf gekrümmt ausgebildet sein.
Zweckmäßigerweise kann auch ein logarithmischer Gesamtverlauf vorgesehen sein.
Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Absperrventil für Druckgasbehälter mit einem Füllvolumen von maximal 5 l, besonders vorzugsweise maximal 3 l.
Weiterhin ist gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung eine optische Anzeigeeinrichtung vorgesehen, die die Offenposition des Handrads des Absperrventils der Bedienungsperson anzeigt. Dies kann insbesondere durch einen pneumatischen Signalgeber (sogenanntes Bullauge) realisiert werden, welcher aktiv ist, wenn ein Druck, z. B. 5 bar, im System ansteht. Die Bedienperson weiß hierdurch stets, ob das Absperrventil des Druckgasbehälters aufgedreht ist oder nicht.
Weiterhin weist das Handrad zweckmäßigerweise ein vom Druck innerhalb des Druckgasbehälters unabhängiges, konstantes Drehmoment auf. Dieses Drehmoment soll darüber hinaus ebenfalls konstant über den gesamten Verstellbereich, z. B. 360 Grad sein.
Auch soll ein gewisses unteres Grenzdrehmoment festgelegt sein, und zwar derart, dass eine unbeabsichtigte Verstellung, beispielsweise durch starke Vibrationen in einem Rettungshubschrauber oder dergleichen, sicher ausgeschlossen ist.
Wenn das Absperrventil eine selbsttätige Entlastfunktion bei Endstellung des Handrads in Schließposition aufweist, werden Probleme aufgrund eines im Drucksystem vorhandenen Restdrucks vermieden. Diese Restdruckentleerung in Schließposition kann mit dem Auftreten eines akustischen Signals, z. B. Pfeiftons, gekoppelt sein. Hierdurch wird eine einfache Überprüfungsmöglichkeit für den Benutzer geschaffen, sich zu vergewissern, dass kein Restdruck im System ansteht.
Ausführungsbeispiel
Zweckmäßige Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung einer portablen Beatmungseinheit, bei der das erfindungsgemäßes Absperrventil Verwendung findet sowie
2 verschiedene Öffnungskennlinien des erfindungsgemäßen Absperrventils im Vergleich zum Stand der Technik mit geradlinigem Verlauf (2a) sowie gekrümmtem Verlauf (2b).
1 zeigt ein herkömmliches Beatmungssystem für den Notfalleinsatz. Das System umfasst eine Druckgasflasche 2, welche üblicherweise mit einem Beatmungsgas, z. B. Sauerstoff oder einem Sauerstoffluftgemisch, gefüllt ist. Der Fülldruck der Druckgasflasche 2 liegt bei einem portablen System bei mindestens 250 bar, vorzugsweise sogar bei mindestens 280 bar. Derartige, portable Systeme umfassen Druckgasflaschen 2 mit geringem Füllvolumen, zweckmäßigerweise mit einem Füllvolumen von maximal 5 Liter, besonders vorzugsweise maximal 3 Liter.
Die Druckgasflasche besteht aus Metall oder aus Kunststoff oder eine Kombination aus beiden, vorzugsweise aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit Alu-Liner (Composite-Druckgasflasche). Letztere zeichnet sich durch eine sehr hohe Festigkeit bei geringem Gewicht aus.
An der Oberseite befindet sich ein Absperrventil 1 mit einem Gehäuse 3, welches über ein in 1 nicht dargestelltes Gewinde an der Oberseite, d. h. an der Befüllöffnung der Druckgasflasche 2 eingeschraubt ist. Ein Druckregler 6 steht mit dem Absperrventil 1 in Verbindung. Die Absperrfunktion und die Regelfunktion sind hierbei in einem einzigen Bauteil realisiert. Der Druckregler 6 reduziert den Druck der Druckgasflasche 2 von z. B 300 bar (Primärdruck) auf 5 bar (Betriebsdruck).
Der Beginn des Beatmungssystems wird durch den Druckregler 6 verkörpert. Am Ausgang des Druckreglers 6 strömt infolgedessen Beatmungsgas mit einem Druck von 5 bar über einen Beatmungsschlauch 5 hin zum Patienten. Dort wird das Beatmungsgas dem Patienten mittels einer geeigneten Vorrichtung, z. B. einer Atemmaske 7 in 1, zugeführt. Anstelle der Atemmaske 7 kann auch eine Nasenbrille oder Notfallbeatmungsgerät vorgesehen sein.
Am Druckregler 6 befindet sich ein Manometer 12, welches den Primärdruck z. B. 300 bar anzeigt. Ferner ist der Druckregler 6 mit einem Handrad 11 zum Schließen oder Öffnen der Zuleitung von Beatmungsgas in den Beatmungsschlauch 5 ausgestattet.
Durch Öffnen, d. h. Drehen des Handrads 4 des Absperrventils 1 wird die Druckgasflasche 2 geöffnet und infolgedessen der Druckregler 6 mit Beatmungsgas, welches mit einem Druck von z. B. 300 bar an dem Druckregler 6 ansteht, beaufschlagt. Das Manometer 12 zeigt den aktuellen Primärdruck (z. B. 300 bar) immer an und zwar unabhängig, ob sich im Beatmungssystem noch ein Betriebsdruck befindet oder nicht. Es ist eine optische Anzeigeeinrichtung 10 vorgesehen, die es der Bedienungsperson in einfacher Weise erlaubt, zu überprüfen, ob das Absperrventil 1 geöffnet oder geschlossen ist. Diese optische Anzeigeeinrichtung 10 kann beispielsweise in Form eines pneumatischen Signalgebers (sogenanntes Bullauge) realisiert werden.
Das Absperrventil ist mit einem unabhängig vom aktuellen Flaschendruck konstantem Verstell-Drehmoment über den gesamten Verstellbereich z. B. von 0 bis 360 Grad ausgestattet. Der Betrag des konstanten Drehmoments ist so festgelegt, dass eine unbeabsichtigte Verstellung durch Vibrationen, beispielsweise bedingt durch einen Hubschrauber, ausgeschlossen ist.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Absperrventil eine (in 1 nicht gezeigte) automatische Entleerfunktion bei Schließposition des Absperrventils 1 (Rechtsanschlag des Handrads 4). Beispielsweise kann in Schließposition ein Druckpunkt für das Handrad 4 vorgesehen sein, bei dem die Druckgasflasche 2 abgedichtet ist. Wird das Handrad 4 über den Druckpunkt, beispielsweise über einen geringen Drehwinkelbereich von 5 Grad hinweg weitergedreht, wird ein (in 1 nicht dargestelltes) Entlüftungsventil betätigt; durch das der im Beatmungssystem befindliche Restdruck entweichen kann. Das Entlüftungsventil kann so konzipiert sein, dass bei Entweichen des Restdrucks ein akustischer Ton (z. B. Pfeifton) erzeugt wird.
Zweckmäßigerweise ist das Absperrventil 1 derart konzipiert, dass dessen Öffnungskennlinie in zwei Bereiche, nämlich einen ersten Bereich 8 sowie zweiten Bereich 9 unterteilt ist.
Die Kurve A in 2a zeigt den Kurvenverlauf bei einem herkömmlichen Absperrventil. Der Anstieg des Durchflusses in Abhängigkeit zum Drehwinkel ist konstant.
Demgegenüber zeigt der Kurvenverlauf D eine Variante gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der in dem ersten, geradlinigen Bereich zwischen 0 Grad und 45 Grad Drehwinkel des Handrads sich ein flacherer, linearer Anstieg des Durchflusses bzw. der Nennweite in Abhängigkeit des Drehwinkels des Handrads ergibt (erster Bereich 8). Ab dem Drehwinkel 45 Grad bis zum Drehwinkel 360 Grad des Handrads ist ein steilerer, linearer Verlauf (zweiter Bereich 9) vorgesehen. Für die weiteren, in 2a dargestellten Verläufe B sowie C beginnt der zweite Bereich bei einem Drehwinkel des Handrads von 90 Grad.
Hierdurch wird auch bei schneller Öffnung des Absperrventils vermieden, dass es zu einem gefährlichen Druckstoß kommt.
Zweckmäßigerweise befindet sich der erste Bereich 8 wie aus 2a ersichtlich in einem Drehwinkelbereich von 0–90 Grad, vorzugsweise 0–60 Grad.
Die Öffnungskennlinie des Absperrventils kann alternativ auch einen gekrümmten Verlauf besitzen, wie dies aus 2b hervorgeht. Auch hier steigt der Durchfluss innerhalb eines ersten Bereichs 8 flach an und geht dann in einen zweiten Bereich 9 über, in dem der Verlauf der Kennlinie steiler ist. Der Übergang von erstem Bereich 8 in zweiten Bereich 9 ist hierbei fließend.
Der maximale Durchfluss beträgt innerhalb des ersten Bereichs zwischen 0–90 Grad bzw. 0–60 Grad, maximal 20%, vorzugsweise maximal 10%.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Gefahr von Unfällen bzw. Schäden aufgrund eines unverhofften Druckstoßes beim Öffnen der Druckgasflasche in einer Notsituation zu vermeiden. Die Erfindung stellt daher einen ganz besonderen Beitrag auf dem einschlägigen Gebiet der Technik dar.
Bezugszeichenliste

1: Absperrventil
2: Druckgasflasche
3: Gehäuse
4: Handrad
5: Beatmungsschlauch
6: Druckregler
7: Atemmaske
8: erster Bereich
9: zweiter Bereich
10: optische Anzeigeeinrichtung
11: Handrad Druckregler
12: Manometer

Claims

Absperrventil (1) für ein Beatmungssystem mit einem Druckregler (6) für eine Druckgasflasche (2) sowie einen Beatmungsschlauch (5), wobei das Absperrventil (1) ein Gehäuse (3) und ein Handrad (4) aufweist, wobei sich das Handrad (4) am Gehäuse (3) befindet und das Gehäuse (3) mit dem nachgeschalteten Druckregler (6) verbunden ist, wobei der Druckregler (6) ein Handrad (11) zum Schließen oder Öffnen der Zuleitung von Beatmungsgas in den Beatmungsschlauch aufweist und einen Primärdruck reduziert auf einen Betriebsdruck, wobei das Handrad (4) des Absperrventils (2) dazu vorgesehen ist, von einer Schließposition aus durch Veränderung seines Drehwinkels α ohne Druckminderung einen Durchfluss unter dem Primärdruck über eine Strömungspassage von dem Innenraum des Druckgasbehälters zu dem Druckregler (6) freizugeben und wobei mit zunehmendem Drehwinkel α des Handrads (4) der Durchfluss durch die Strömungspassage bis zu einer Offenposition, bei der die maximale Strömungspassage erreicht ist, erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (1) eine den Durchfluss in Abhängigkeit zum Drehwinkel α festlegende Öffnungskennlinie mit einem Übergang aufweist, wobei die Öffnungskennlinie des Absperrventils (1) einen, der Schließposition zugeordneten erster Bereich (8) mit einem Anstieg sowie einen, der Offenposition zugeordneten zweiten Bereich (9) mit einem Anstieg aufweist, der Anstieg des Durchflusses pro Drehwinkeleinheit im ersten Bereich (8) flach und geringer ist als der im zweiten Bereich (9), sich der erste Bereich (8) der Öffnungskennlinie über einen Bereich des Drehwinkels α von 0 bis 60 Grad erstreckt und der Durchfluss entlang des ersten Bereichs (8) einen linearen oder gekrümmten Verlauf aufweist.
Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Druckgasbehälter um einen solchen mit einem Fülldruck von mindesten 220 bar, vorzugsweise mindestens 280 bar handelt.
Absperrventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich bis zu einem Drehwinkel α von 90 Grad ein Durchfluss von maximal 20%, vorzugweise maximal 10% einstellt.
Absperrventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Offenposition festlegende Drehwinkel α maximal 360 Grad beträgt.
Absperrventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss entlang des zweiten Bereichs (9) einen linearen Verlauf aufweist.
Absperrventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss entlang des zweiten Bereichs (9) einen gekrümmten, Verlauf aufweist.
Absperrventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Druckgasbehälter um einen solchen mit einem Füllvolumen von maximal 5 l, vorzugsweise maximal 3 l, handelt.
Absperrventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Anzeigeeinrichtung (10) der Offenposition des Handrads (4) vorgesehen ist.
Absperrventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handrad (4) ein vom Druck innerhalb des Druckgasbehälters unabhängiges, konstantes Drehmoment aufweist.
Absperrventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine selbsttätige Entlastfunktion bei Endstellung des Handrads (4) in Schließposition vorgesehen ist.
Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss entlang des ersten Bereichs (8) und/oder zweiten Bereichs (9) einen logarithmischen Verlauf aufweist.