DE102010036109A1

DE102010036109A1 - Überdruckschutzanordnung

Info

Publication number: DE102010036109A1
Application number: DE102010036109A
Authority: DE
Inventors: Mike Heck; Dr. Kirsch Bernhard; Thomas Rolland
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: DE102010036109B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überdruckschutzanordnung für Flüssigkeiten, insbesondere für wässerige Lösungen, insbesondere für eine Harnstoff-Wasser-Lösung, umfassend eine erste lösungsführende Leitung (2), einen außerhalb der ersten lösungsführenden Leitung (2) angeordneten Expansionskörper (18), wobei der Expansionskörper (18) eine überschüssige Lösung gegen eine Umgebung abgrenzt. Eine Überdruckschutzanordnung zu schaffen, die einfach gestaltet ist und einen Überdruck abzubauen vermag, wird erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass ein Ventilsitz (15) eines Ventils (3, 15) mit einem in Richtung auf den Ventilsitz (15) vorgespannten Dichtkörper (3) zwischen der ersten lösungsführenden Leitung (2) und dem Expansionskörper (18) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überdruckschutzanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Pumpenkopf mit einer solchen Überdruckschutzanordnung.
DE 103 61 867 A1 zeigt in einer ersten Ausführungsform eine Überdruckschutzanordnung, umfassend ein Balgglied, das zwischen einem ringförmigen Deckel und einem Gehäuse fluiddicht befestigt ist. Das Balgglied ist höckerförmig und aus einem dehnbaren Material ausgebildet und umfasst randseitig einen formstabilen Einsatz. Das Balgglied umfasst einen verdickten Rand, in dem ein Kragen des Einsatzes aufgenommen ist, der flanschartig ausgebildet ist und zwischen dem Deckel und einer ringförmigen Schulter des Gehäuses fluiddicht befestigt ist. Der Deckel ist an einer dem Gehäuse gegenüberliegenden Stirnseite offen und ermöglicht auf einer nach außen weisenden Seite des Balggliedes einen Druckausgleich. Eine Innenseite des Balggliedes ist einer flüssigkeitführenden Leitung zugekehrt und berandet einen Raum für eine Aufnahme einer in der Leitung strömenden Flüssigkeit. Steigt der Druck der Flüssigkeit an, so wird durch Ausdehnung des Balggliedes ein Ausgleichsvolumen geschaffen, in das die Flüssigkeit strömen kann, ohne andere Komponenten zu beschädigen. In einer zweiten Ausführungsform ist das Balgglied an seiner nach außen weisenden Seite nicht durch einen Deckel verschlossen, so dass sich das Balgglied entsprechend weiter ausdehnen kann. In einer dritten Ausführungsform ist anstelle des Balggliedes ein mit einer Feder gegen ein Dehnteil vorgespannter Ansatz vorgesehen, wobei das Dehnteil bei einem Druckanstieg in der Leitung zurückweicht. Dabei werden seitliche Ausläufer mitbewegt und geben ein vorher durch die Ausläufer besetztes Ausgleichsvolumen frei. Nachteilig ist, dass keine der Ausführungsformen für einen kontinuierlichen Druckabbau geeignet sind, da bei einem anhaltenden Zustrom keine der Ausführungsformen zerstörungsfrei ein ausreichendes Ausgleichsvolumen schaffen kann.
DE 102 49 750 A1 zeigt eine Ausgleichsvorrichtung zur Volumenaufnahme von wässrigen Lösungen, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung. In einem eine Flüssigkeit aufnehmenden Bereich befindet sich ein zusätzlicher Raum, in dem durch eine ein Balgglied definierende elastische Folie ein Innenbereich von einem Außenbereich abgetrennt ist, wobei der Innenbereich fluiddicht gegen den Außenbereich abgedichtet ist. Die Folie ist durch einen von außen gegen sie vorgespannten Kolben beaufschlagt, so dass die Folie einen in den Raum hineinragenden Scheitelbereich bildet. Der Kolben wird durch eine Feder vorgespannt, wobei die Feder an ihrem dem Kolben abgewandten Ende gegen einen Deckel abgestützt ist. Entsteht in dem Innenbereich ein Überdruck, so wird die Folie mit einer nach Außen gerichteten Kraft beaufschlagt, wodurch sie sich in Flaten legt und nach außen hin zurückweicht und der sie vorspannende Kolben die Feder zusammendrückt und so ein Ausgleichsvolumen in dem Raum freigibt.
DE 101 47 172 A1 zeigt eine Magnetkolbenpumpe mit einer um ein Rohr angeordneten Magnetspule und einem in dem Rohr angeordneten Magnetanker zur Förderung von Reduktionsmittel. Ein rohrförmiges Einlassteil und ein rohrförmiges Auslassteil weisen jeweils einen in das Rohr ragenden und an einem Innenbereich des Rohrs anliegenden Abschnitt auf, wobei mittels in dem Abschnitt angeordneten O-Ringen eine Dichtung herbeigeführt ist. Die Einlass- und Auslassteile sind über einen radial nach außen ragenden Flansch gegen ein jeweiliges Ende des Rohrs vorgespannt, wobei die Vorspannung in Richtung des Magnetankers durch jeweils eine Feder erzeugt wird. Erhöht sich der Druck der Flüssigkeit in dem Innenbereich des Rohrs, so dehnt sie sich aus und benötigt zusätzliches Ablaufvolumen, das durch eine Kraft gegen die Vorspannung der Federn der Einlass- und Auslassteile erzeugt wird, wodurch die Flansche von dem Rohr abgehoben werden. Nachteilig ist, dass bei einem Überdruck in der Leitung in einem Bereich außerhalb des Rohrs ein Druckanstieg nicht kompensiert werden kann. Ferner ist nachteilig, dass nur ein sehr begrenztes Ausgleichsvolumen zur Verfügung steht, so dass die Pumpe nur in einem Inneren vor den Folgen einer unkontrollierten Volumenausdehnung bzw. Nachströmen des Fluids geschützt ist.
EP 1 252 458 B1 zeigt ein Überdruckventil mit einem federdruckbelasteten Membranschließkörper. Eine Membran bedeckt einen mit einem unter Druck stehenden CO_2--Gas durchströmten Kanal, wobei die Membran durch eine Gegendruckplatte beaufschlagt wird. Die Gegendruckplatte wird durch ein Ventilglied belastet, das in Richtung der Membran durch ein als Tellerfeder-Paket ausgebildetes Federelement vorgespannt ist. Die Tellerfedern stützen sich dabei einerseits an einem nach außen stehenden Flansch des Ventilglieds und andererseits an einem in ein Gehäuse eingeschraubten Gewindeinnenring ab. So entsteht durch das Ventilglied, die Gegendruckplatte und die Membran eine Dichtwirkung durch Flächenpressung der Membran auf einen Öffnungsrand des Kanals. Die Membran wird dabei von einem Membranstützring in einem Außenbereich auf einer nicht mit CO_2--Gas in Kontakt stehenden Seite gehalten. Steigt der Druck des Gases in dem Kanal so stark an, dass eine Druckkraft in dem Kanal die Vorspannkraft, mit der das Ventilglied vorgespannt ist, übersteigt, so öffnen die Membran und das Ventilglied die Öffnung zu dem Kanal. Die Membran wölbt sich dabei, so dass ein Spalt für einen Durchfluss des CO_2--Gas entsteht und dieses sich in einen Ablaufkanal entspannt. Nachteilig ist, dass kein Expansionskörper vorhanden ist, der durch Lageänderung einen Expansionsraum schafft, der gegen eine Umgebung abgedichtet ist und für ein Überschüssige CO_2--Gas zur Verfügung steht, so dass dieses durch einen Ablaufkanal abgeführt werden muss. Dadurch ist das Überdruckventil für eine Flüssigkeit wie eine Harnstoff-Wasser-Lösung bei überhohem Druck ungeeignet.
DE 102 49 750 A1 zeigt eine Ausgleichsvorrichtung zur Aufnahme der Volumenausdehnung von Medien, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, umfassend einen Körper, der von einer Feder in Richtung einer Leitung vorgespannt ist, wobei der Körper von an einer der Lösung zugewandten Seite einem elastisches Balglied umgeben ist. Der Körper und das Balgglied sind dabei in einer Aufnahme aufgenommen. In einem Fußbereich ist zwischen dem Körper und Balgglied ferner eine Hülse vorgesehen, in der der Körper axial geführt und beweglich aufgenommen ist. Das Balgglied und die Hülse stützen sich in einem Seitenbereich in axialer Richtung an einem stufenartigen Vorsprung der Aufnahme ab. Die Hülse weist an ihrem dem Fußbereich abgewandten Ende eine nach Innen gerichtete Schulter auf, die eine Bewegung des Körpers begrenzt. Der Körper ragt dabei aus der Hülse in Richtung der Lösung heraus, wobei der herausragende Teil von dem Balgglied umgeben ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Überdruckschutzanordnung zu schaffen, die einfach gestaltet ist und einen Überdruck abzubauen vermag.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Überdruckschutzanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Pumpenkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Überdruckschutzanordnung für eine wässerige Harnstoff-Lösung umfasst einen Expansionskörper, der außerhalb einer ersten lösungsführenden Leitung angeordnet ist, wobei der Expansionskörper, vorteilhaft durch eine Gestalt- und/oder eine Lageänderung, einen Expansionsraum für einen Überschuss an zu fördernder Lösung schafft und den Expansionsraum gegenüber einer Umgebung abgrenzt. Als Gestaltänderung wird dabei eine Änderung der Form von Außenflächen des Expansionskörpers bezeichnet. Zwischen dem Expansionskörper und der ersten lösungsführenden Leitung ist ein Ventilsitz angeordnet, wobei der Ventilsitz zusammen mit einem als ein Ventilglied ausgebildeten Dichtkörper ein Ventil bildet wobei der Dichtkörper gegen den Ventilsitz vorgespannt ist. In vorteilhafter Weiterbildung ist das Ventil als Druckbegrenzungsventil ausgebildet. Das Druckbegrenzungsventil dichtet die erste Lösung führende Leitung bei einem Betrieb bei dem Förderdruck gegen den Expansionsraum ab, hat aber den Vorteil, dass das Ventil nicht schon bei einem in der lösungsführenden Leitung regelmäßig auftretenden Förderdruck, sondern erst bei einem überhöhten Schwellendruck öffnet oder geöffnet wird, der größer ist als der regelmäßig auftretende Förderdruck, wobei der Schwellendruck in einer bevorzugten Ausgestaltung einstellbar ist. Vorteilhaft ist ein Sensor vorgesehen, der einen Druck in der lösungsführenden Leitung misst. Der Wert des Drucks wird elektronisch an eine Steuereinheit weitergeleitet, die das Ventil bei einem Überschreiten des Schwellendrucks das Ventil öffnet. Dabei kann vorteilhaft eine mechanische in die das Ventil vorspannende Federelement eingreifende Verriegelung gelöst werden. Vorteilhaft kann auch ein elektromagnetisch beispielsweise durch einen Linearaktuator betätigtes Ventil vorgesehen sein, wobei die Steuereinheit durch geeignetes Bestromen einer Spule des Linearaktuators das Ventil öffnen bzw. schliessen kann.
Bevorzugt mündet eine Durchgangsöffnung, die vorzugsweise in der Art eines Stichkanals ausgebildet ist, in die erste lösungsführende Leitung, wobei die Durchgangsöffnung den Ventilsitz bildet. Dabei ist ein an den Expansionsraum grenzender Randbereich der Durchgangsöffnung komplementär zu einer Form des Ventilglieds ausgebildet, so dass zumindest ein linienförmiger, bevorzugt ein flächiger Verschluss der Durchgangsöffnung zu dem Expansionsraum zwischen dem Ventilglied und der Durchgangsöffnung geschaffen ist. Dies führt zu einer geringeren Anzahl an Bauteilen und somit zu kürzeren Montagezeiten, da ein gesonderter Ventilsitz für das Ventil nicht notwendig wird. Die Durchgangsöffnung ist vorteilhaft eine radial von der ersten lösungsführenden Leitung zu dem Expansionsraum führende Verbindungsleitung, deren Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Durchgangsöffnung auch einen elliptischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Vorteilhaft ist der Dichtkörper von einem Federelement gegen den Ventilsitz vorgespannt. Das Federelement ist bevorzugt als Schraubenfeder oder Ringfeder ausgebildet, kann aber auch ein Elastomerblock oder ein Metall-Elastomer-Verbundblock sein. Eine weitere Möglichkeit stellt eine Feder, z. B. eine Gasdruckfeder, dar, deren Federkraft vorteilhaft mit fallender Außentemperatur fällt, so dass bei niedrigen Außentemperaturen, die Federkraft abnimmt und eine Expansion der Lösung besser zulässt. In einer alternativen Ausgestaltung ist ein Teil des elastischen Expansionskörper als das Federglied ausgebildet und spannt das Ventilglied vor, so dass der Expansionskörper das Ventilglied und das Federglied umfasst. Das Federelement stützt sich mit seinem ersten Ende an dem Ventilglied ab. Das Federelement stützt sich mit seinem zweiten Ende an einer Gehäusewand eines Gehäusedeckels ab. Unterschiedliche Federelemente können beispielsweise mit unterschiedlichen Federkonstanten den Schwellendruck, bei dem das Ventil geöffnet wird, beeinflussen. Ferner kann eine Einstellung des Schwellendrucks durch ein Verstellelement wie eine durch ein Gewinde in Richtung des Ventilgliedes verlagerbare Schraube, gegen die sich ein Federelement abstützt, erreicht werden. Die Vorspannung kann auch durch eine Veränderung der effektiven Länge, beispielsweise durch in das Federelement eingeführte Platten oder Stäbe, erhöht werden. Das Federelement befindet sich vorzugsweise in einem nicht mit Lösung in Kontakt stehenden Bereich.
Vorteilhaft umfasst oder umschließt dabei der Expansionskörper den Dichtkörper. Der Dichtkörper kann aus dem gleichen Material oder aus einem anderen Material als der Expansionskörper ausgebildet sein, wobei der Dichtkörper mit dem Expansionskörper vorteilhaft auch einstückig ausgebildet sein kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Gehäusedeckel in einem dem Ventilsitz gegenüberliegenden Bereich einen Zapfen mit radialen Haltemitteln, z. B. eine radial zumindest teilweise umlaufende Anlaufschräge oder einen Gewindevorsprung, auf, in die ein Ende des Federelements einrasten und festgelegt werden kann. Dadurch wird die Montage vorteilhaft erleichtert, da sich gezeigt hat, dass ein nicht an dem Gehäusedeckel festgelegtes Federelement durch die zumindest in einem Randbereich auftretende Elastizität des Expansionskörpers ein Verschieben von Federelement zusammen mit dem Expansionskörper bedingt und eine Montage erschwert. Alternativ kann anstelle eines Vorsprungs auch eine Rastnut vorgesehen sein, in die ein Vorsprung des Federelements eingreift.
Vorteilhaft ist ein Befestigungselement vorgesehen, das den Dichtkörper an dem Expansionskörper festlegt, wobei das Befestigungselement vorteilhaft gegen eine zu fördernde Lösung chemisch innert ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Expansionskörper ein Balgglied, welches vorteilhaft aus einem Elastomer, insbesondere einem Kautschuk besteht. Alternative kann das Balgglied als eine Membran aus Elastomer oder Metall ausgebildet sein, wobei eine Auswahl des Materials des Balggliedes in Abhängigkeit einer Reaktion des Materials des Balggliedes mit der Lösung beziehungsweise der Elastizität des Materials des Balggliedes zu treffen ist.
Der Dichtkörper stellt vorteilhaft einen formsteifen Teil des Balgglieds dar, wobei ein flexibler Teil des Balgglieds mit dem Dichtkörper einstückig ausgebildet ist. Das Balgglied kann in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung auch eine Mehrzahl formsteifer Teile und eine Mehrzahl flexibler Teile umfassen. Dabei kann zumindest ein weiterer Teil des Balggliedes durch ein weiteres Federelement gegen einen weiteren Ventilsitz vorgespannt sein.
Vorteilhaft weist das Balgglied auf seiner der Lösung zugewandten Seite eine flüssigkeitsdichte Schicht oder Beschichtung gegen eine chemische Reaktion des Balgglieds gegen die Lösung auf, wobei die Schicht allen Bewegungen des Balgglieds folgen kann. Die Schicht ist bevorzugt flüssigkeits- oder fluiddicht ausgestaltet. Ferner vorteilhaft weist das Balgglied einen verdickten Rand auf, der in ein Gehäuse einspannbar ist, damit die überschüssige Lösung, die durch den Expansionskörper aufgenommen wird, nicht in die Umgebung gelangen kann. Der verdickte Rand ist dabei vorteilhaft als Dichtwulst ausgestaltet, die bei einem Zusammenpressen in der Gehäusewand zwischen beispielsweise zwei aneiander angeordneten Gehäuseteilen eine dichtende Wirkung entfaltet indem eine verdrängte Dichtwulstmasse in vorhandene eventuell nicht beabsichtigte Hohlräum in der Gehäusewand eindringt.
Vorteilhaft ist das Balgglied als eine Membran ausgebildet, wobei die Membran vorteilhaft eine mehrere Zonen unterschiedlicher Dicken aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird dabei das formsteife Teil des Balggliedes als dickwandige Zone und das flexible Teil des Balggliedes als dünnwandige Zone ausgestaltet.
Vorteilhaft sorgt eine Gehäuseöffnung an einer Gehäusewand zwischen dem Expansionskörper und einer Umgebung für einen Druckausgleich auf einer der Lösung abgewandten Seite des Balgglieds mit der Umgebung, wenn sich die Gestalt oder die Lage des Expansionskörpers um den Expansionsraum ändert und ein Druckausgleichsvolumen, welches von dem Expansionskörper und einer äußeren Gehäusewand begrenzt wird, ändert. Dadurch ist gewährleistet, dass bei der Lageänderung des flexiblen Teils des Balgglieds bzw. des Expansionskörpers kein Gegendruck durch eine eingeschlossene Luftmasse entsteht.
Bevorzugt weist der Expansionsraum, der durch die Lageänderung des Expansionskörpers geschaffen wird, einen Zugang zu einer zweiten lösungsführenden Leitung auf. Dies hat den Vorteil, dass die überschüssige Lösung durch die zweite lösungsführende Leitung abfließen kann. Vorteilhaft kann sich der Expansionsraum bei Überdruck in der zweiten lösungsführenden Leitung durch Gestalt- oder Lageänderung des Expansionskörpers weiter ausdehnen und so einem weiter ansteigenden Druck der Lösung entgegenwirken und die Lösung entspannen.
Alternativ ist eine Durchgangsöffnung oder ein Kanal zwischen den lösungsführenden Leitungen vorgesehen, wobei das Ventil in der Durchgangsöffnung oder dem Kanal angeordnet ist.
In vorteilhafter Weiterbildung ist an einem Teil des Dichtkörpers, der in der zweiten lösungsführenden Leitung angeordnet ist, eine Scherkante angeordnet. Durch ein Hin- und Herbewegen des Dichtkörpers kann die Scherkante eventuell vorhandene erstarrte, d. h. in einen festen Aggregatzustand übergegangene Bereiche der Lösung in der zweiten lösungsführenden Leitung abscheren.
Vorteilhaft ist der Druck der zweiten lösungsführenden Leitung höchstens so hoch wie ein Druck der Umgebung und ein Druck der ersten lösungsführenden Leitung mindestens so hoch wie ein Druck der Umgebung. Dadurch wird die erste lösungsführende Leitung als eine Druckleitung einer Pumpe und die zweite lösungsführende Leitung als eine Saugleitung der Pumpe definiert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Expansionskörper einen elastischen Block, der bevorzugt aus Zellkautschuk besteht. Das hat den Vorteil, dass der Block bei einer Druckbeaufschlagung durch einen Überdruck in einer der beiden lösungführenden Leitungen zusammengestaucht wird und eine Volumenreduktion erfährt. Damit wird der Expansionsraum erweitert, was beispielsweise bei eine kontrollierte Ausdehnung nachströmender Lösung in den nunmehr vergrößerten Expansionsraum darstellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Expansionskörper zumindest teilweise aus einem Zellkautschuk hergestellt, so dass der Expansionskörper bei einer Druckbeaufschlagung kontrahiert. Bevorzugt ist dabei nur der Balgkörper aus dem Zellkautschuk hergestellt, so dass der formsteife Dichtkörper bei einer Druckbeaufschlagung nicht seine dichtende Form verliert und bei einem späteren Verschließen des Ventilsitzes nach einem Druckausgleich keine undichten Durchlässe entstehen. Ein erfindungsgemäßer Pumpenkopf, der mit einer erfindungsgemäßen Überdruckschutzanordnung angeordnet ist, umfasst eine Druckleitung definierende erste Leitung mit einem Auslassventil und eine Saugleitung definierende zweite Leitung mit einem Einlassventil, wobei die Überdruckschutzanordnung die Druckleitung und die Saugleitung verbindet.
Bevorzugt ist ein Dichtkörper des Auslassventils und/oder ein Dichtelement des Einlassventils jeweils mit einem ersten Federkörper und mit einem zweiten Federkörper vorgespannt, wobei der erste Federkörper und der zweite Federkörper unterschiedliche Federkonstanten aufweisen. Dadurch kann bei einem geringen Druck der Federkörper mit der kleineren Federkonstante und bei einem großen Druck zusätzlich der Federkörper mit der größeren Federkonstante gestaucht werden.
In vorteilhafter Weiterbildung verschließt ein Membrankörper die Druckleitung und die Saugleitung und begrenzt dadurch einen Förderraum einer Membranpumpe. Durch ein Erweitern des Förderraums durch den Membrankörper wird ein Unterdruck erzeugt, der die zu fördernde Lösung durch den Einlasskanal saugt. Wird der Förderraum durch den Membrankörper vergrößert, entsteht ein Überdruck, der die zu fördernde Flüssigkeit aus dem Auslasskanal herausdrückt.
Bevorzugt ist die Membranpumpe mittels eines Magnetantriebs antreibbar. Dies hat den Vorteil, dass die Membranpumpe mit einem Minimum an beweglichen Teilen auskommt. Alternativ kann auch ein mechanischer Antrieb, zum Beispiel ein Kurbelantrieb, eingesetzt werden.
Der Dichtkörper ist bevorzugt gegen einen der Druckleitung zugeordneten Ventilsitz vorgespannt. Zweckmäßigerweise verschließt der Dichtkörper einen Ventilsitz der Druckleitung und eine Dichtfläche des Expansionskörpers verschließt einen Zugangsquerschnitt der Saugleitung. Dadurch haben beide Leitungen, die Druckleitung und die Saugleitung, einen Mechanismus, um einen entstandenen Überdruck zu kompensieren.
In vorteilhafter Weiterbildung sind ein erster Druck-Schwellenwert für die Druckleitung und ein zweiter Druck-Schwellenwert für die Saugleitung vorgesehen, bei deren Überschreiten ein Zugang zu dem Expansionskörper freigegeben wird. Dadurch wird bei einem Überschreiten des Druck-Schwellenwerts, durch Zugang zu dem Expansionskörper der Expansionsraum geschaffen, wodurch ein Überdruck der zu fördernden Lösung abgebaut werden kann. Vorteilhafterweise ist das Verhältnis der Querschnittsfläche des Zugangs zu der Querschnittsfläche des Ventilsitzes proportional zu dem Verhältnis des zweiten Druck-Schwellenwerts zu dem ersten Druck-Schwellenwert. Auf diese Weise lässt sich durch das Verhältnis der Querschnittsflächen das Verhältnis der Druck-Schwellenwerte bestimmen, bei deren Überschreiten das Ventil geöffnet wird um eine Relaxation der zu fördernder Lösung zu erreichen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Überdruckanordnung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Überdruckanordnung.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Überdruckschutzanordnung.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Überdruckschutzanordnung.
5 zeigt einen Querschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pumpenkopfs mit einer Überdruckschutzanordnung gemäß 1.
6 zeigt einen Längsschnitt durch den Pumpenkopf entlang der Linie VI-VI aus 5
1 zeigt eine Überdruckschutzanordnung 1 in einem Pumpenkopf einer SCR-Pumpe, die eine erste lösungsführende Leitung 2 und eine zweite Lösungsführende Leitung 9 in dem Pumpenkopf verbindet.
An der ersten lösungsführenden Leitung 2 führt eine erste zylindrische Durchgangsöffnung 13, die als ein von der ersten lösungsführenden Leitung 2 abgehender Stichkanal ausgebildet ist, in einen quaderförmigen Innenraum eines Gehäuses 8. Ein Randbereich der ersten Durchgangsöffnung 13 ist als ein zu einer Form des Dichtkörpers komplementärer Ventilsitz 15 eines Ventils 3, 15 ausgestaltet, wobei die erste Durchgangsöffnung 13 mit einem Dichtkörper 3 eines Balgglieds 5 verschlossen wird. Der Dichtkörper 3 wird von einem Federelement 4, das als Schraubenfeder ausgebildet ist und mit einer Stirnseite an einer der ersten Durchgangsöffnung 13 gegenüberliegenden Innenseite des Gehäuses 8 befestigt ist, gegen die erste Durchgangsöffnung 13 vorgespannt. In einem Innenbereich des Federelements 4 ist dabei ausgehend von der Innenwand des Gehäuses 8 ein zylindrischer Vorsprung des Gehäuses vorgesehen, der ein Verrutschen des Federelements 4 entlang der Innenwand des Gehäuses 8 verhindert. Der Dichtkörper 3 bildet mit einem der Durchgangsöffnung 13, und damit der ersten lösungsführenden Leitung 2, zugewandten Bereich mit dem Ventilsitz 15 eine flächige und durch die Vorspannung des Federelements kraftschlüssige Verbindung.
Das Balgglied 5 ist aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildet und umfasst einen formsteifen Teil, der als der Dichtkörper 3 ausgebildet ist, und einen flexiblen Teil, wobei der formsteife Teil und der flexible Teil des Balgglieds 5 einstückig ausgebildet sind. Der flexible Teil ist als Membran ausgestaltet. Das Balgglied 5 umfasst an seinen Ausläufen zum Gehäuse 8 hin einen verdickten Rand 7, der als Dichtwulst 7 ausgebildet ist und an der Innenwand des Gehäuses 8 in dafür vorgesehenen Schlitzen befestigt ist. Die Dichtwulst 7 dient der Abdichtung der Lösung gegenüber einer Umwelt. Durch das Zusammendrücken des verdickten Randes des Balggliedes 5, wird eine hohe Presskraft aufgebracht, die sich positiv auf eine Dichtung auswirkt. Zusätzlich werden Unebenheiten in dem Gehäuse 8 durch ein Eindringen einer verdrängten Dichtmasse der Dichtwulst versiegelt.
Das flexible Teil des Balgglieds 5 trennt einen Expansionsraum 16 von einer Umgebung, wobei der Expansionsraum 16 eine zweite Durchgangsöffnung 14 zu einer zweiten lösungsführenden Leitung 9 aufweist, die als Saugleitung ausgebildet ist. Die zweite Durchgangsöffnung 14 mündet dabei in einen Bereich des Innenraums des Gahäuses 8, der von dem flexiblen Teil des Balggliedes 5 durchdrungen ist. Die erste lösungsführende Leitung 2 und die zweite lösungsführende Leitung 9 sind parallel zueinander angeordnet, wobei auch die erste Durchgangsöffnung 13 und die zweite Durchgangsöffnung 14 parallel zueinander angeordnet sind. An einer den Durchgangsöffnungen 13, 14 gegenüberliegenden Innenwandseite des Gehäuses 8 ist eine dem Federelement 4 benachbarte Gehäuseöffnung 11 angeordnet. Durch die Innenwand des Gehäuses 8 und einer einer Lösung abgewandten Seite des Balgglieds 5 ist ein mit Luft gefüllter Druckausgleichsraum 10 begrenzt, wobei durch die Gehäuseöffnung 11 die Luft in eine Umgebung entweichen kann, wenn das Balgglied 5 die Lage oder Gestalt aufgrund des Druckanstiegs in dem Expansionsraum 16 ändert.
Die Erfindung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel funktioniert dabei wie folgt:
Friert ein wässriger Teil einer Lösung in der ersten lösungsführenden Leitung 2 bzw. stromabwärts der ersten lösungsführungen Leitung 2 ein oder kommt es zu einem Aufstauen der geförderten Lösung, so steigt ein Druck gegen den Dichtkörper 3 von Seiten der Durchgangsöffnung 13 bzw. der ersten lösungsführenden Leitung. Dabei bewegt sich der Dichtkörper 3 entgegen der Spannkraft des Federelements 4 und gibt die erste Durchgangsöffnung 13 frei. Eine überschüssige Lösung kann durch das Freigeben der ersten Durchgangsöffnung 13 aus der ersten lösungsführenden Leitung 2 durch die erste Durchgangsöffnung 13 in der Expansionsraum 16 strömen. Ist die zweite Durchgangsöffnung 14 oder die zweite lösungsführende Leitung 9 verstopft oder zugefroren, erweitert sich der Expansionsraum 16, indem der flexible Teil des Balgglieds 5 ausgedehnt wird; dabei wird der Druckausgleichsraum 10 verkleinert und es strömt Luft durch die Gehäuseöffnung 11. Ist die zweite Durchgangsöffnung 14 und die zweite lösungsführende Leitung 9 offen, fließt die überschüssige Lösung aus dem Expansionsraum 16 in die zweite lösungsführende Leitung 9.
Friert hingegen die zu fördernde Lösung in der zweiten lösungsführenden Leitung 9 ein, dehnt sich die Lösung aus und die überschüssige Lösung fließt in den Expansionsraum 16. Dabei dehnt sich der flexible Teil des Balgglieds 5 aus und das Verdrängungsvolumen 10 verkleinert sich. Dabei wird Luft durch die Gehäuseöffnung 11 heraus gedrückt.
Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überdruckschutzanordnung ist in 2 dargestellt, wobei die Unterschiede gegenüber der in 1 dargestellten Überdruckschutzanordnung im Folgenden beschrieben werden.
2 zeigt eine Überdruckschutzanordnung, wobei die beiden Leitungen 2, 9 parallel zueinander angeordnet sind, und die erste Durchgangsöffnung 13 sowie die zweite Durchgangsöffnung 14 identische Innendurchmesser und identische Längen aufweisen und koaxial zu einander und jeweils senkrecht zu der zweiten lösungsführenden Leitung 9 angeordnet sind. Die erste Durchgangsöffnung 13 und die zweite Durchgangsöffnung 14 sind zentral mittels einer zu ihnen koaxial angeordneten Öffnung 12 miteinander verbunden, wobei die Öffnung 12 einen geringeren Durchmesser aufweist als die erste Durchgangsöffnung 13 bzw. die zweite Durchgangsöffnung 14. Die zweite Durchgangsöffnung 14 sowie die Öffnung 12 stellen dabei einen Ventilsitz 15 dar, während die zweite Leitung 9 einen Expansionsraum für die in der ersten Leitung 2 enthaltene Lösung definiert, in dem der Expansionskörper 18 umfassend einen Dichtkörper 3 und ein Balgglied 5 angeordnet ist.
Der Dichtkörper 3 ist zylinderförmig ausgebildet, wobei ein Durchmesser des Dichtkörpers 3 in etwa einem Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung 14 entspricht, wobei eine Übergangspassung ohne Spiel zwischen dem Ventilsitz 15 bzw. der zweiten Durchgangsöffnung 14 und dem ein Ventilglied definierenden Dichtkörper 3 besteht. Eine Stirnfläche des Dichtkörpers 3 verschließt die Öffnung 12 von der zweiten lösungsführenden Leitung 9 aus. Der Dichtkörper 3 ragt dabei teilweise in die zweite Durchgangsöffnung 14 hinein.
An einer den Durchgangsöffnungen 13, 14 gegenüberliegenden Seite des Dichtkörpers 3 geht der Expansionskörper 15 in das zylinderförmige Balgglied 5 über, welches einen größeren Durchmesser als der Dichtkörper 3 aufweist. Der flexible Teil des Balgglieds 5 umgreift dabei mit einer Innenseite das Federelement 4, das als Ringfederblock ausgebildet ist und einen ebenfalls größeren Durchmesser als der Dichtkörper 3 besitzt. Das Federelement 4 ist in einer zylinderförmigen Durchbohrung des Gehäuses 8 angeordnet, wobei die Durchbohrung senkrecht zu der zweiten lösungsführenden Leitung 9 in einer der ersten lösungsführenden Leitung 2 entgegengesetzten Richtung geführt ist und an ihrem Ende eine Gehäuseöffnung 11 aufweist. Die Gehäuseöffnung 11 wird von einem in der Bohrung angeordneten Innenflansch umrandet, an dem sich das Federelement 4 abstützt. Ein verdickter Rand 7 des flexiblen Teils des Balgglieds 5 ist so an dem Gehäuse 8 im Bereich des Innenflansches befestigt, dass die Gehäuseöffnung 11 umschlossen wird und die zweite lösungsführende Leitung 9 fluiddicht gegenüber einer Umgebung verschlossen wird.
Die Erfindung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel funktioniert dabei folgendermaßen:
Friert ein Anteil einer zu fördernden Lösung in der ersten lösungsführenden Leitung 2 ein, dann erweitert die zu fördernde Lösung ihr Volumen und baut einen Druck gegen einen mit der Lösung in Kontakt stehenden Teil der Stirnfläche des Dichtkörpers 3 auf. Dadurch wird der Dichtkörper 3 entgegen der Vorspannung des Federelements 4 bewegt, wobei das Federelement 4 gestaucht wird. Überschreitet der Druck der Lösung einen bestimmten Wert, dann ist die Stirnfläche des Dichtkörpers 3 an einem der Öffnung 12 gegenüberliegenden Ende der zweiten Durchgangsöffnung 14 angelangt und eine überschüssige Lösung kann in die zweite lösungsführende Leitung 9 hineintreten, bis der Druck der Lösung wieder unter die Schwelle der Vorspannkraft des Federelements 4 sinkt.
Friert hingegen ein Teil der zu fördernden Lösung in der zweiten Lösungsführenden Leitung 9 ein, drückt die Lösung auf eine mit der Lösung in Kontakt stehende Fläche des flexiblen Teils des Balgglieds. Dadurch wird eine Kraft auf das Federelement 4 übertragen und dieses gestaucht, wobei das Ventil 3, 15 geöffnet wird. Dadurch wird eine Dekompression der zu fördernden Lösung durch ein Ausgleichsvolumen 16 erreicht, das durch das Stauchen des Federelements 4 und das Zurückschieben des Balgglieds 5 geschaffen wird.
In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überdruckschutzanordnung dargestellt. Diese unterscheidet sich in den nachfolgend beschriebenen Punkten von den beiden anderen Ausführungsbeispielen in 1 und 2.
In 3 weist die erste Durchgangsöffnung 13, die senkrecht zu der ersten lösungsführenden Leitung 2 angeordnet ist, einen Knick im 90°-Winkel auf und mündet in einem Innenraum des Gehäuses 8. Ein zylinderförmiger Dichtkörper 3 weist dabei einen größeren Durchmesser auf als ein Durchmesser der ersten Durchgangsöffnung 13, wobei der Dichtkörper 3 die erste Durchgangsöffnung 13 mit einer Stirnfläche verschließt. Der Dichtkörpers 3 ist mit einem Federelement 4, das als Stempelfeder ausgebildet ist, gegen die erste Durchgangsöffnung 13 vorgespannt. Das Federelement 4 weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als ein Durchmesser des Dichtkörpers 3. Das Federelement 4 stützt sich an einer der ersten Durchgangsöffnung 13 abgekehrten Stirnseite einerseits und an einer der Stirnseite gegenüberliegenden Innenwand des Gehäuses 8 andererseits ab.
Der Dichtkörper 3 ist ein formsteifer Teil eines Balgglieds 5 und weist auf einer der Durchgangsöffnung 13 gegenüberliegenden Stirnseite randseitig einen zusammenfaltbaren, flexiblen Teil des Balgglieds 5 auf, der zylinderförmig ausgebildet ist und das Federelement 4 umschließt. Der flexible Teil des Balgglieds 5 umschließt in seinem Inneren einen mit einem Gas gefüllten Druckausgleichsraum, in dem das Federelements 4 angeordnet ist, wobei der Druckausgleichsraum durch eine Gehäuseöffnung 11 mit einer Umgebung in Druckausgleich steht.
Das flexible Teil des Balgglieds 5 endet in einem eine Dichtwulst definierenden verdickten Rand 7, der in einer Innenwand des Gehäuses 8 befestigt ist und dort eine Dichtung bewirkt. Ein einen Druckausgleichsraum definierender Innenraum des Balgglied 5 steht durch die Gehäuseöffnung 11 mit der Umgebung in Druckausgleich.
Seitlich zu dem zylinderförmigen Dichtkörper 3 ist die zweite Durchgangsöffnung 14 angeordnet, die einen Zugang zu der zweiten Lösungsführenden Leitung 9 aufweist.
Die Funktion der Erfindung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist dabei Folgende:
Friert ein Anteil einer Lösung in der ersten lösungsführenden Leitung 2 ein, dehnt sich die Lösung aus und drückt gegen einen mit der Lösung in Kontakt stehenden Teil der Stirnfläche des Dichtkörpers 3. Dabei wird das Federelement 4 gestaucht und der Dichtkörper bewegt sich in Richtung der Gehäuseöffnung 11. Dabei wird die erste Durchgangsöffnung 13 geöffnet und die überschüssige Lösung kann in den einen Expansionsraum 16 definierenden Innenraum des Gehäuses 8 hineinfließen, von wo aus die Lösung über die zweite Durchgangsöffnung 14 in die zweite lösungsführende Leitung 9 gelangen kann.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Überdruckschutzanordnung 1, die eine erste lösungsführende Leitung 2 und eine zweite lösungsführende Leitung verbindet.
Die Überdruckschutzanordnung 1 umfasst einen Expansionskörper 18, ein Balgglied 5 und ein Ventil 3, 15 mit einem Ventilsitz 15, gegen das ein Dichtkörper 3 gespannt ist. Ein Innenraum eines Gehäuses 8 besteht dabei aus einer ersten links angeordneten und einer zweiten rechts angeordneten Kammer, wobei die Kammern durch eine Zwischenwand 81 räumlich voneinander getrennt sind, und wobei ein Durchflusskanal 181 einen Fluidaustausch zwischen den Kammern erlaubt. Die Kammern bilden zusammen einen Expansionsraum, wobei in der ersten Kammer das vorgespannte Ventil 3, 15 und das Balgglied 5 angeordnet ist. Das Balgglied 5 umfasst den Dichtkörper 3, der als formsteifes Teil des Balggliedes 5 ausgebildet ist, und einen eine Membran, die als flexibler Teil des Balggliedes 5 ausgebildet ist, wobei der flexible Teil der Balggliedes 5 einerseits durch eine Dichtwulst 7 mit der Innenwand des Gehäuses 8 verbunden ist und andererseits an der Zwischenwand 81 des Gehäuses 8 befestigt ist, so dass das Federelement 4, welches in dem Innenraum des Gehäuses 8 angeordnet ist, von dem Expansionsraum und damit einer eindringenden Lösung isoliert ist.
In der zweiten Kammer ist ein weiterer Teil des Expansionskörpers 18 angeordnet, der hauptsächlich aus einem kontrahierbaren Zellkautschuk besteht und als Block 185 die rechte Kammer ausfüllt. Dabei verschließt der Block 185 die zweite Durchgangsöffnung 14, die zu der zweiten lösungsführenden Leitung 9 führt, formschlüssig.
Die Erfindung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel funktioniert nun wie folgt:
Steigt ein Druck in der ersten lösungsführenden Leitung 2 an und überschreitet dabei einen Gegendruck des durch das Federelements 4 vorgespannten Dichtkörpers 3, so öffnet das Ventil 3, 15 und die Lösung kann in den nunmehr frei gewordenen Expansionsraum entspannen. Steigt der Druck weiter an, so kontrahiert der dafür vorgesehen Block 185 und gibt weiteres Volumen für eine Expansion der Lösung frei. Dabei kann die durch den Block 185 verschlossene zweite Durchgangsöffnung 14 freigegeben werden, was eine Expansion der Lösung in die zweite Durchgangsöffnung 14 und die anschließende zweite lösungsführende Leitung 9 erlaubt.
Steigt der Druck hingegen in der zweiten lösungsführenden Leitung 9 an, so zieht sich der Block 185 ebenfalls zusammen bzw. wird zusammengedrückt und gibt das Volumen des Expansionsraums für eine Expansion bzw. Entspannung der Lösung frei. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich das Volumen der Lösung vergrößert, ohne dass eine Pumpleistung für den Druckanstieg verantwortlich ist.
5 zeigt einen Querschnitt eines Pumpenkopfs 20 mit einer Überdruckschutzanordnung gemäß 1.
Eine erste lösungsführende Leitung 2 weist eine senkrechte erste trichterförmige Durchgangsöffnung 13 auf, deren Innendurchmesser von der ersten lösungsführenden Leitung 2 aus in einer Gegenrichtung zunimmt. Die erste Durchgangsöffnung 13 bildet einen Ventilsitz 15 eines Ventils 3, 15. Ein plattenförmiger Dichtkörpers 3 ist mit einem Federelement 4, das als Schraubenfeder ausgebildet ist, gegen die erste Durchgangsöffnung 13 vorgespannt.
Der Dichtkörper 3 ist ein formsteifes Teil eines Balgglieds 5, wobei das Balgglied 5 einen flexiblen Teil umfasst, der mit dem Dichtkörper 3 einstückig ausgebildet ist. Das Balgglied 5 weist einen verdickten Rand 7 auf, der als eine Dichtwulst ausgebildet ist und rechtwinklig zu dem plattenförmigen Dichtkörper 3 bzw. rechtwinklig zu dem flexiblen Teil des Balgglieds 5 angeordnet ist. Die Dichtwulst ist dabei von einer Schulter 37 eines Deckels 35 gegen eine ringförmige Vertiefung eines Gehäuserands 42 gespannt und dichtet so einen Expansionsraum 15 vor einer Umgebung ab, wobei der Gehäuserand 42 von dem Deckel 35 auf einer Außenseite umschlossen ist. Der flexible Teil des Balgglieds 5 verschließt eine zweite ebenfalls trichterförmig ausgebildete Durchgangsöffnung 14, deren Innendurchmesser von dem flexiblen Teil des Balgglieds 5 ausgehend verkleinert, wobei ein Ende der zweiten Durchgangsöffnung 14 in eine zweite lösungsführende Leitung 9 mündet.
Die erste lösungsführende Leitung 2 und die zweite lösungsführende Leitung 9 sind parallel zueinander angeordnet. Die erste Durchgangsöffnung 13 und die zweite Durchgangsöffnung 14 sind in einer Gehäuseplatte 41 angeordnet, das mit dem senkrechten Gehäuserand 42 vorsehen ist.
An einer Innenseite des Deckels 35 ist gegenüberliegend zu dem flexiblen Teil des Balgglieds 5 eine Ausnehmung angeordnet, die einen Überdruckausgleichsraum 10 definiert.
Der Deckel 35 weist ein Vorsprung 34 auf, der gegenüber dem Dichtkörper 3 angeordnet ist, wobei das Federelement 4 mit seinem dem Dichtkörper 3 gegenüberliegendes Ende gegen einen den Vorsprung 34 umgebenden Bereich der Innenwand des Deckels 35 verstemmt ist.
Die Erfindung gemäß dem Ausführungsbeispiel eines Pumpenkopfes funktioniert dabei folgendermaßen:
Friert ein Anteil einer zu fördernden Lösung in der ersten lösungsführenden Leitung 2 ein, erweitert sich ihr Volumen und drückt über die erste Durchgangsöffnung 13 auf den Dichtkörper 3. Dadurch wird eine Kraft auf das Federelement 4 übertragen, wodurch das Federelement 4 gestaucht wird. Damit öffnet der Dichtkörper 3 die erste Durchgangsöffnung 13 und eine überschüssige Lösung kann in einen Expansionsraum 16, der von dem flexiblen Teil des Balgglieds 5 und der Gehäuseplatte 41 begrenzt wird, eintreten. Ist die zweite Durchgangsöffnung 14 oder die zweite lösungsführende Leitung 9 verstopft oder zugefroren, dehnt bzw. verschiebt sich das flexible Teil des Balgglieds 5 in den Druckausgleichsraum 10 und der Expansionsraum 16 wird erweitert. Durch eine in 5 nicht gezeigte Öffnung kann die in dem Druckausgleichsraum 10 vorhandene Luft in eine Umgebung verdrängt werden.
6 zeigt einen Längsschnitt entlang einer Längsachse des Federelements 4 in dem Pumpenkopf 20 gemäß 5. Das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt ferner, dass es sich bei dem in 5 gezeigten Pumpenkopf 20 um einen Pumpenkopf einer Membranpumpe handelt.
Der Pumpenkopf 20 ist zylinderförmig ausgestaltet und weist an einer Stirnseite einen ringförmigen Flansch 38 auf. Auf der dem ringförmigen Flansch 38 gegenüberliegenden Stirnseite des Pumpenkopfs 20 ist mittig eine einen Förderraum 21 definierende kreisförmige Versenkung 21 angeordnet. Die in 5 gezeigte erste Leitung 2 mündet in den Förderraum 21, wobei die erste Leitung 2 von dem Förderraum 21 aus in Richtung der gegenüberliegenden Stirnseite des Pumpenkopfs 20 führt. Eine Zugangsöffnung 36, die die erste Leitung 2 und den Förderraum 21 verbindet, wird mittels eines gegen die Zugangsöffnung 36 vorgespannten Ventilglieds 24 verschlossen, wobei das Ventilglied 24 in der ersten Leitung 2 angeordnet ist. An dem Ventilglied 24 ist ein länglicher Stiftkörper 25 befestigt, der in die erste Leitung 2 hineinragt. Die Vorspannung des Ventilglieds 24 wird durch einen ersten Federkörper 26, der als dünne Schraubenfeder ausgebildet ist, erzeugt. Der erste Federkörper 26 stützt sich dabei an einem Innenflansch 40 einer ersten Hülse 27 ab, wobei die erste Hülse 27 an einem dem Ventilglied 24 zugewandten Ende einen Außenflansch 39 aufweist. An dem Außenflansch 39, dessen Außendurchmesser einem Innendurchmesser der ersten Leitung 2 entspricht, ist ein zweiter Federkörper 28, der ebenfalls als dicke Schraubenfeder ausgebildet ist angeordnet, wobei der zweite Federkörper 28 die erste Hülse 27 teilweise umgibt und eine größere Federkonstante aufweist als der erste Federkörper 26. Der zweite Federkörper 28 drückt einerseits gegen den Außenflansch 39 und andererseits gegen eine zweite Hülse 29. Die zweite Hülse 29 ist teilweise konisch und teilweise zylinderförmig ausgebildet, wobei eine Stirnseite des konischen Teils der zweiten Hülse 29 gegen den zweiten Federkörper 28 gelagert ist. Der zylindrische Teil der zweiten Hülse 29 ist an eine Innenwandung der ersten Leitung 2 befestigt.
Die erste Leitung 2 weist in Höhe des konischen Teils der zweiten Hülse 29 die erste Durchgangsöffnung 13 auf, die teilweise von dem konischen Teil der zweiten Hülse bedeckt aber nicht verschlossen wird. Das an einem der ersten Leitung 2 gegenüberliegende Ende der Durchgangsöffnung 13 ist mit dem plattenförmigen Dichtkörper 3 gemäß den Ausführungen zu 5 verschlossen.
Ein Membrankörper, der randseitig mit einer Wulst ausgebildet ist, begrenzt den Förderraum 21, wobei die in 6 nicht gezeigte zweite Leitung 9 ebenfalls in den Förderraum 21 mündet.
Wird der Membrankörper hydraulisch mittels eines Magnetantriebs in einer dem Pumpenkopf 20 entgegengesetzten Richtung verlagert, entsteht in der zweiten Leitung 9 ein Unterdruck, der eine zu fördernde Lösung in den Förderraum 21 hineinsaugt. Wird der Membrankörper dagegen hydraulisch zurück in Richtung des Pumpenkopfs 20 verlagert, entsteht in dem Förderraum 21 ein Überdruck, der die zu fördernde Lösung durch die erste Leitung 2 hinausdrückt. Beim Hinausdrücken der zu fördernden Lösung wird durch den Überdruck das Ventilglied 24 gegen die Spannkraft des ersten Federkörpers 26 verschoben, so dass die Zugangsöffnung 36 der ersten Leitung 2 zum Förderraum 21 freigegeben wird. Dadurch kann die zu fördernde Lösung durch die Zugangsöffnung 36 in die erste Leitung 2 strömen. Dabei drückt der erste Federkörper 26 gegen die erste Hülse 29, die wiederum auf den zweiten Federkörper 28 drückt und diesen gegen die erste Hülse 29 belastet. Da die Federkonstante des ersten Federkörpers 26 kleiner ist als die Federkonstante des zweiten Federkörpers 28, wird der erste Federkörper 26 stärker gestaucht als der zweite Federkörper 28. Bei einem Förderdruck wird die Federkraft des Federelements 4 durch die Druckkraft nicht überwunden, so dass der Dichtkörper 3 nicht verschoben wird. Ist jedoch die erste Leitung 2 stromabwärts durch Schmutz, ein klemmendes Ventil oder dergleichen verstopft, so steigt zunächst der Druck in der ersten Leitung 2 unkontrolliert an, da weiterhin Lösung gefördert wird. Steigt der Druck und damit die Druckkraft in der ersten Leitung 2 über einen Schwellendruck an, so wird dadurch die Federkraft des Federelements 4 überwunden und der Dichtkörper 3 in Richtung des Expansionsraums verschoben. Die gleiche Wirkung zeigt die Überdruckschutzanordnung, wenn bei einer stehenden, das heißt nicht fördernden Pumpe die Lösung oder ein Teil der Lösung in der ersten Leitung 2 gefriert. In diesem Fall wird eine Druckerhöhung durch eine Volumenzunahme der Lösung aufgebaut, die nur durch ein Öffnen des Ventils 3, 15 wieder abgebaut werden kann. Dadurch wird die erste Leitung 2 und die mit ihr in Verbindung stehenden Komponenten vor einem schädigenden Überdruck geschützt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10361867 A1 [0002]
DE 10249750 A1 [0003, 0006]
DE 10147172 A1 [0004]
EP 1252458 B1 [0005]

Claims

Überdruckschutzanordnung für Flüssigkeiten, insbesondere für wässerige Lösungen, insbesondere für eine Harnstoff-Wasser-Lösung, umfassend eine erste lösungsführende Leitung (2), einen außerhalb der ersten lösungsführenden Leitung (2) angeordneten Expansionskörper (18), wobei der Expansionskörper (18) eine überschüssige Lösung gegen eine Umgebung abgrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsitz (15) eines Ventils (3, 15) mit einem in Richtung auf den Ventilsitz (15) vorgespannten Dichtkörper (3) zwischen der ersten lösungsführenden Leitung (2) und dem Expansionskörper (18) angeordnet ist.
Überdruckschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (3, 15) als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist.
Überdruckschutzanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Durchgangsöffnung (12, 13, 14) zu der ersten lösungsführenden Leitung (2) den Ventilsitz (15) bildet, und dass die erste Lösungsführende Leitung Teil einer Pumpe, insbesondere einer Hubkolbenpumpe ist.
Überdruckschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (3) von einem Federelement (4) gegen den Ventilsitz (15) vorgespannt ist.
Überdruckschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionskörper (18) den Dichtkörper (3) umfasst, und/oder dass der Dichtkörper (3) und der Expansionskörper (18) einstückig ausgebildet sind.
Überdruckschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionskörper (18) ein vorzugsweise als Membran ausgebildetes Balgglied (5) umfasst, und dass ein formsteifer Teil als dickwandige Zone der Membran und ein flexibler Teil als dünnwandige Zone der Membran ausgebildet ist.
Überdruckschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Expansionskörper (18) und einer Gehäusewand ein Expansionsraum (16) eingefasst ist, wobei der Expansionskörper (18) bei geöffnetem Ventil (3, 15) eine in den Expansionsraum (16) mündende Durchgangsöffnung (12, 13, 14) freigibt.
Überdruckschutzanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsraum (16) einen Zugang von einer zweiten lösungsführenden Leitung (9) aufweist.
Pumpenkopf für eine Pumpe, umfassend eine Druckleitung (2) mit einem Auslassventil (31), eine Saugleitung (9) mit einem Einlassventil, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (2) und die Saugleitung (9) mit einer Überdruckschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verbunden sind.
Pumpenkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (3) gegen einen der Druckleitung (2) zugeordenten Ventilsitz (15) vorgespannt ist, und dass ein flexibler Abschnitt des Expansionskörpers (3) einer der Saugleitung (9) zugeordneten zweiten Durchgangsöffnung (14) zugeordnet ist.
Pumpenkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Druck-Schwellenwert für die Saugleitung (9) und ein zweiter Druck-Schwellenwert für die Druckleitung (2) vorgesehen sind, bei deren Überschreiten ein jeweiliger Zugang zu dem Expansionsraum (16) freigegeben ist.