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Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitsventil mit einem Ventilgehäuse, in dem zwischen einem an einen zu überwachenden Druckraum anschließbaren Eingangsabschnitt und mindestens einer Ausströmöffnung ein Strömungskanal mit einer Absperreinheit aus Ventilsitz und Ventilkegel angeordnet ist und an das eine sich in Richtung einer Längsachse erstreckende Ventilhaube mit einer Andruckeinheit angeschlossen ist, die eine sich in Längsrichtung durch einen Innenraum der Ventilhaube erstreckende Druckfeder zum Andrücken des Ventilkegels gegen den Ventilsitz sowie eine Einstellmechanik zum Einstellen der Druckkraft der Druckfeder mit einer axial nicht steigenden drehbaren Einstellspindel und einem auf dieser über ein Gewinde in axialer Richtung verstellbaren oberen Federteller umfasst.
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Unter der Bezeichnung Sicherheitsventil sollen dabei nicht nur Sicherheitsventile im engeren Sinne (mit sprungartiger, schlagartiger bzw. stufenförmiger Offen-/geschlossen-Stellung des Ventilkegels) verstanden werden, sondern auch Überströmventile (mit proportionaler Verstellung des Ventilkegelhubs).
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Ein Sicherheitsventil dieser Art ist in der
DE 43 35 186 A1 gezeigt. Bei diesem bekannten Sicherheitsventil für einen zu überwachenden Druckraum ist ein Ventilkegel mit einer Membran verbunden, deren Rand zwischen einem haubenartigen Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil eingespannt ist, um einen in dem Gehäuseoberteil befindlichen Raum mit einer Druckfeder und einem axial geführten Ventilstößel abzudichten, an dessen dem Gehäuseunterteil zugekehrten Endabschnitt die Membran mit dem Ventilkegel befestigt ist. Der Ventilkegel ist mittels Federkraft gegen einen Ventilsitz gedrückt, der in einem Strömungskanal im Gehäuseunterteil angeordnet ist, und wird bei einem eingangsseitigen Überdruck, der einen mittels der Federkraft bewirkten Andruck des Ventilkegels übersteigt, von dem Ventilsitz abgehoben, um den Überdruck des Druckraums abzubauen. Das Gehäuseunterteil und das Gehäuseoberteil sind Blech-Tiefziehteile, wobei der Rand der Membran zusammen mit einem Rand des Gehäuseoberteils durch Einrollen mit dem Gehäuseunterteil verbunden ist. Die Druckfeder ist nach oben von einem Federteller abgestützt, der mittels einer drehbaren Einstellspindel axial verstellbar ist, um die auf den Ventilkegel wirkende Federkraft zu variieren. An seinem äußeren Rand weist der Federteller Ausschnitte auf, in welche längsverlaufende Sicken oder Einprägungen des Mantels des Gehäuseoberteils eingreifen, um auf diese Weise den Federteller geradzuführen. Eine solche Bearbeitung des Sicherheitsventils ist häufig mit wesentlichem Aufwand verbunden. Beispielsweise in Edelstahl oder anderen dickwandigen Ventilhauben sind Sicken oder andere Längsführungen nicht einfach einbringbar.
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In der
DE 10 2009 033 711 A1 ist ein als Überströmventil ausgebildetes Sicherheitsventil mit einem Gehäuse gezeigt, das mit einer Haube versehen ist und in dem in einem Strömungsweg zwischen einer Einströmöffnung und einer Ausströmöffnung ein Absperrorgan angeordnet ist. Ein Ventilkegel wird mittels einer Feder auf einen Ventilsitz gedrückt, wobei sich die Feder in die Haube erstreckt und darin mit ihrem von dem Ventilkegel abgelegenen Ende gegen ein axial in Längsrichtung der Feder zum Variieren der Federkraft verstellbares Stützglied abgestützt ist. Das Stützglied ist unverdrehbar in der Ventilhaube geführt und als Federteller mit einer zentralen Gewindebohrung ausgebildet, in die eine drehbar und dabei axial unverschieblich in einem von dem Gehäuse abgekehrten Abschnitt der Ventilhaube gelagerte Einstellspindel mit einem an das Gewinde der Gewindebohrung angepassten Außengewinde eingedreht ist.
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Ein weiteres Sicherheitsventil ist in der
DE 10 2006 021 926 A1 gezeigt, wobei der Ventilsitz in einem Ventiloberteil angeordnet ist und der Ventilkegel mit einem Führungsabschnitt an einer umgebenen Innenseite des Ventiloberteils geführt ist. Bei einem in der
DE 10 2006 021 170 A1 gezeigten Sicherheitsventil ist eine Ventilhaube in ihrem einem Ventilgehäuse zugewandten unteren Teil mit Ausströmöffnungen versehen und oberhalb der Ausströmöffnungen ist eine Dichtmembran innerhalb der Ventilhaube eingespannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsventil der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem bei sicherer Funktion der Herstellungsaufwand verringert wird.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die den Innenraum umfangsseitig umgebende innere Wandfläche der Ventilhaube konzentrisch zur Längsachse kreiszylinderförmig ausgebildet ist und dass der in axialer Draufsicht kreisförmige obere Federteller an seinem Außenumfang mit einem Reibschlussmittel versehen ist, das an der inneren Wandfläche der Ventilhaube reibschlüssig in Anlage gebracht ist, wobei der obere Federteller beim Drehen der Einstellspindel gegen ein Mitdrehen an der inneren Wandfläche gehalten ist, jedoch in axialer Richtung verschoben wird.
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Mit diesen Maßnahmen wird eine Bearbeitung des zylindrischen Innenraums der Ventilhaube eingespart, da ein Mitdrehen des Federtellers mit der Einstellspindel durch die bewirkten Reibkräfte verhindert wird. Aufwändige Führungsstrukturen an der Innenwandfläche der Ventilhaube und auch daran angepasste Strukturen am Federteller erübrigen sich, so dass auch schwer bearbeitbare Materialien, wie z. B. Edelstahl, vorteilhaft für den Aufbau des Sicherheitsventils eingesetzt werden können., wobei auch eine Anwendung der Maßnahmen bei Druckminderern in Frage kommt. Insgesamt ist der Aufbau vor allem bei derartigen Ventilen mit Drehteilen von Vorteil.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung für die Ausbildung des Reibschlussmittels besteht darin, dass zumindest der Außenumfang des oberen Federtellers als Reibschlussmittel mit einem Belag versehen ist, der mit der inneren Wandfläche eine reibschlüssige Verbindung bildet.
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Für die Wirkungsweise und Herstellung sind ferner die Maßnahmen von Vorteil, dass das Reibschlussmittel zumindest in radialer Richtung elastische Eigenschaften besitzt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten bestehen darin, dass das Reibschlussmittel aus Gummi, Kunststoff oder Metall oder einer Kombination dieser Materialien besteht. Beispielsweise kann dabei ein aus Metall ausgebildetes Reibschlussmittel als elastischer, in seinem Durchmesser verkleinerbarer Ring ausgeführt sein, der an seinem äußeren Umfang aufgeraut bzw. mit reibschlüssigen Strukturen versehen ist, die in Umfangsrichtung ein Verdrehen verhindern, jedoch in axialer Richtung ein Verschieben praktisch ungehindert zulassen.
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Weitere für die Herstellung oder Wirkungsweise vorteilhafte Maßnahmen bestehen darin, dass das Reibschlussmittel durch Bearbeitung des Umfangsrandes des oberen Federtellers gebildet ist oder daran durch formschlüssige und kraftschlüssige Verbindung angebracht ist.
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Auch werden für die Herstellung und Wirkungsweise durch die Maßnahmen Vorteile erreicht, dass das Reibschlussmittel an dem Umfangsrand des oberen Federtellers angespritzt, angeklebt, durch Anstrich aufgetragen oder mittels Schweißens oder Lötens angebracht ist.
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Eine einfache Herstellung und gute Wirkungsweise wird auch dadurch erreicht, dass bei Anbringung eines separaten Reibschlussmittels dieses in eine umfangsseitig umlaufende Nut des oberen Federtellers radial nach außen vorstehend eingesetzt ist oder selbst eine Innennut aufweist und den Umfangsrand oben und unten übergreift. Beispielsweise kann das separate Reibschlussmittel bei einer Wartung erforderlichenfalls leicht ausgetauscht werden.
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Solche Vorteile ergeben sich insbesondere auch dadurch, dass das Reibschlussmittel ein ringförmiges Halteelement in Form eines O-Ringes ist.
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Weitere Vorteile für den Aufbau und die Funktion ergeben sich im Zusammenhang mit den Merkmalen, dass der mittels eines Innengewindes auf einem Außengewinde der Einstellspindel drehbar gelagerte obere Federteller auf seiner Unterseite die Druckfeder nach oben abstützt, welche nach unten an einem unteren Federteller abgestützt ist, der oberhalb einer den Innenraum der Ventilhaube von dem Strömungskanal fluiddicht trennenden Abdichteinheit angeordnet und über diese oder durch diese hindurch mit dem Ventilkegel gekoppelt ist.
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Zu einer vorteilhaften Funktion des Sicherheitsventils tragen des Weiteren die Maßnahmen bei, dass die Einstellspindel mit einer koaxialen zentralen Durchgangsbohrung versehen ist, durch die ein Stößel axial verschieblich geführt ist, dass die Abdichteinheit eine zwischen der Ventilhaube und dem Ventilgehäuse lösbar festgelegte Führungsplatte mit einer zentralen Bohrung aufweist, durch die der Stößel geführt ist, und dass der Stößel mit seinem vorderen Endabschnitt in einer Sacklochbohrung des Ventilkegels unter pendelnder Lagerung desselben angekoppelt ist.
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Für eine exakte Funktionsweise sind ferner die Maßnahmen von Vorteil, dass der obere Federteller oder der obere und untere Federteller mit einem zu der Druckfeder hin vorstehenden, sich konisch verjüngenden konusförmigen, konzentrisch zur Längsachse liegenden Vorsprung versehen sind, der/die an den Innendurchmesser von Druckfedern mit unterschiedlichen Drahtdurchmessern angepasst ist/sind.
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Zu einer einfachen Betätigung tragen die Maßnahmen bei, dass die Ventilhaube an ihren von dem Ventilgehäuse abgelegenen oberen Endbereich von einer Kappe abgeschlossen ist, die mit einem Eingriffabschnitt versehen ist, welcher mit einem angepassten Eingriffgegenabschnitt zum Drehen der Einstellspindel in Eingriff bringbar ist.
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Vorteile ergeben sich auch bei einem Sicherheitsventil, bei dem vorgesehen ist, dass an dem von dem Ventilgehäuse abgelegenen Endabschnitt der Ventilhaube eine über den Stößel auf den Ventilkegel wirkende Anlüfteinheit angeordnet ist.
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Dabei besteht ein für die Bedienung vorteilhafter Aufbau darin, dass der Stößel mit der Kappe zum Anheben desselben gegen die Andruckkraft der Druckfeder gekoppelt ist.
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Für eine Anwendung in Bereichen mit hohen hygienischen Anforderungen sind Ausführungen des Ventilgehäuses und der Ventilhaube aus Edelstahl mit glatter Oberfläche von Vorteil.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Sicherheitsventils in perspektivischer seitlicher Ansicht,
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2 ein Sicherheitsventil nach 1 in auseinander gebautem Zustand,
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3 eine Funktionsgruppe des Sicherheitsventils nach 1 in einem auseinander gebauten und einem zusammengebauten Zustand,
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4 verschiedene perspektivische Ansichten von Abschnitten des Sicherheitsventils nach 1, zum Teil in teilweise auseinander gebautem Zustand,
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5A und 5B eine perspektivische seitliche Ansicht des Sicherheitsventils nach 1 in einem Längsschnitt mit einem vergrößerten Ausschnitt eines oberen Ventilabschnitts sowie eine perspektivische vergrößerte Darstellung des oberen Ventilabschnitts,
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6 einen Längsschnitt des Sicherheitsventils nach 1 mit vier vergrößerten Detaildarstellungen K, Z, Y, J und X,
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7 eine weitere perspektivische Darstellung des Sicherheitsventils nach 1 zum Vergleich,
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8A, 8B und 8C Längsschnitte des Sicherheitsventils nach 1 in drei verschiedenen Stellungen einer Anlüfteinheit mit jeweils vergrößerter Darstellung im Bereich der Anlüfteinheit.
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1 zeigt den äußeren Aufbau eines Sicherheitsventils mit einem Ventilgehäuse 1 und einer damit mittels einer Ringkupplung 17 abnehmbar verbundenen Ventilhaube 2. Üblicherweise werden derartige Sicherheitsventile bei Verwendung als Überströmventil mit zur Andruckkraft proportionalem Öffnungsweg des Ventilkegels vertikal eingebaut, so dass die Ventilhaube 2 oben und das Ventilgehäuse 1 unten angeordnet sind. Die Bezeichnungsweise „oben” und „unten” wird vorliegend entsprechend auch für Sicherheitsventile im engeren Sinne mit lediglich einer geschlossenen und vollständig geöffneten Stellung beibehalten, die auch abweichend von der vertikalen Lage an einem zu überwachenden Druckraum angeschlossen werden können. Der Druckraum kann ein gasförmiges, dampfförmiges oder flüssiges Medium bzw. Fluid enthalten.
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Das Ventilgehäuse 1 weist von einem druckraumseitigen Verbindungsabschnitt 100 ausgehend einen zylinderförmigen Abschnitt auf, der zur Ventilhaube 2 hin in einen oberen Verbindungsabschnitt 140 (vgl. 2) ausläuft. Rechtwinklig an dem zylinderförmigen Abschnitt des Ventilgehäuses 1 ist ein Ausströmstutzen 110 angebracht, der um eine Ausströmöffnung mit einem flanschartigen Koppelabschnitt 111 mit einer in eine außen liegende Verbindungsfläche eingesetzten Ringdichtung 112 versehen ist.
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Die Ventilhaube 2 weist einen an den oberen Verbindungsabschnitt 140 des Ventilgehäuses 1 angepassten unteren Verbindungsabschnitt 220 auf, der sich gegenüber einem nach oben anschließenden Zylinderabschnitt 210 radial nach außen erstreckt, so dass der obere Verbindungsabschnitt 140 des Ventilgehäuses 1 und der untere Verbindungsabschnitt 220 der Ventilhaube 2 von der Ringkupplung 17 zum Festspannen überfasst werden. Der Zylinderabschnitt 210 der Ventilhaube 2 und der Zylinderabschnitt des Ventilgehäuses 1 sind konzentrisch zu einer gemeinsamen Längsachse L des Sicherheitsventils angeordnet. In seinem oberen Endbereich geht der Zylinderabschnitt 210 über einen nach oben konisch verjüngten Übergangsabschnitt 230 in einen Endbereich des Sicherheitsventils über, der von einer Kappe 10 mit einem Kappendeckel 12 abgeschlossen ist.
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Die Verbindungsabschnitte 100, 140 und 220 sowie der Koppelabschnitt 111 sind zur gewindelosen Verbindung ausgebildet und bieten damit wesentliche Vorteile beim Reinigen und einer Anwendung in Hygienebereichen. Das Sicherheitsventil ist dazu vorteilhaft mit glatten Oberflächen insbesondere auch im Bereich eines zwischen der einströmseitigen und ausströmseitigen Öffnung verlaufenden Strömungskanals versehen und besteht zum Einsatz im Hygienebereich vorzugsweise aus Edelstahl.
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2 zeigt das Sicherheitsventil nach 1 mit in dem Ventilgehäuse 1 und der Ventilhaube 2 eingebauten Einzelteilen in einem auseinander gebauten Zustand. In der Ventilhaube 2 wird konzentrisch zu der Längsachse L von unten eine Einstellspindel 6 in eine an deren oberen Außenumfang angepasste zentrale Durchführbohrung im oberen Abschnitt der Ventilhaube 2 eingesetzt, bis sie mit einem nach außen radial vorstehenden Ringbund z. B. unter Zwischenfügung einer Gleitscheibe 24 am unteren Rand der Durchführbohrung zur Anlage kommt, und wird mittels eines oben angeordneten Sprengrings 25 in der Einbaulage fixiert. Durch eine zentrale Durchgangsbohrung der Einstellspindel 6 wird eine Funktionseinheit mit einem konzentrisch zur Längsachse L verlaufenden Stößel 5 hindurchgeführt, der an seinem oberen Endbereich mittels einer Sicherungsscheibe 13 gegen ein Zurückschieben gesichert wird und in seinem unteren Abschnitt durch eine zentrale Führungsbohrung einer Führungsplatte 4 geführt ist und an seinem unteren Ende in einen umfangsseitig mit einem Hubring 11 versehenen Ventilkegel 122 eingesetzt ist. Zwischen der Unterseite der Führungsplatte 4 und der Oberseite des Ventilkegels 122 ist zur Abdichtung ein Balg 15, insbesondere ein Faltenbalg aus Edelstahl, eingesetzt und mit der metallischen Führungsplatte 4 und dem metallischen Ventilkegel 122 z. B. mittels Laserschweißens gasdicht bzw. fluiddicht verbunden. Der Stößel 5 ist gleitend in der Durchgangsbohrung der Einstellspindel 6 und der Führungsbohrung der Führungsplatte 4 axial verschieblich gelagert. Oberhalb der Führungsplatte 4 ist der Stößel 5 mit einer Nut versehen, in die ein Sicherungsring 7 eingesetzt wird, durch den die Führungsplatte 4 in ihrer axialen Verschiebung nach oben begrenzt wird und ein von oben mit einer betreffenden zentralen Bohrung eingesetzter unterer Federteller 8 nach unten abgestützt wird.
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Auf der Oberseite des unteren Federtellers 8 wird eine schraubenförmige Druckfeder 14 mit ihrem unteren Ende aufgesetzt, die sich im eingebauten Zustand mit ihrem oberen Ende an der Unterseite eines oberen Federtellers 9 abstützt, wobei der obere Federteller 9 bezüglich der Ventilhaube 2 nach einer vorgegebenen Einstellung axial unverschieblich festgehalten ist. Für die Einstellung ist der obere Federteller 9 mit einer zentralen Gewindebohrung versehen und auf ein Außengewinde der Einstellspindel 6 aufgeschraubt, das sich von dem unteren Ende bis an die Unterseite des Ringbundes erstreckt. Um zu vermeiden, dass der obere Federteller 9 aus dem Außengewinde der Einstellspindel 6 ungewollt herausgedreht wird, ist an deren unterem Endbereich ein Sicherungsring 26 in eine angepasste Ringnut eingesetzt.
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Der obere Federteller 9 ist an seinem Außenumfang mit einer Ringnut versehen, in die ein Halteelement 21 in Form eines O-Ringes nach außen über die Nutränder überstehend, gegebenenfalls austauschbar eingesetzt ist, welches sich an der zylindrischen Innenwandung des Zylinderabschnitts 210 in der Ventilhaube 2 abstützt. Eine aufwändige Konturierung der Innenwandfläche der Ventilhaube 2 zum Verhindern einer Verdrehung durch Formschluss wird damit eingespart. Diese Ausgestaltung ergibt wesentliche Vorteile für die Herstellung von Sicherheitsventilen mit nicht steigender Spindel. Beim Drehen der Einstellspindel 6 wird der obere Federteller 9 mittels des Halteelements 21 allein durch dessen Reibkräfte gegen ein Mitdrehen fixiert bzw. gehemmt, wobei der obere Federteller 9 jedoch axial entsprechend dem Gewindegang verschoben und in eine bestimmte Einstellposition gebracht wird, in der eine definierte Andruckkraft des Ventilkegels 122 gegen einen Ventilsitz bewirkt wird. Die Absperreinheit des Sicherheitsventils mit dem Ventilsitz und dem Ventilkegel wird somit geöffnet, wenn der Druck in dem Druckraum die so vorgegebene Druckschwelle übersteigt.
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Die reibschlüssige Fixierung bzw. Hemmung des oberen Federtellers 9 an der zylindrischen Innenwand der Ventilhaube 2 gegen ein Mitdrehen bei der axialen Verstellung kann auch mit anderen Mitteln entsprechender Wirkungsweise erfolgen. Beispielsweise kann der umlaufende Rand des oberen Federtellers 9 mit einem genügend elastischen Material zum Einsetzen beschichtet bzw. umspritzt sein, das eine geeignete Stoffpaarung mit der Zylinderwand für eine genügende Reibkraft und eine hohe Dauerbeständigkeit besitzt.
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Im Bereich der Kappe 10 sind des Weiteren in deren unterem Bereich ein O-Ring 22 zur Abdichtung der Kappe gegenüber der Außenseite der Ventilhaube 2 und ein O-Ring 23 zur Abdichtung des Kappendeckels 12 gegenüber der Umfangsseite der Kappe 10 vorhanden.
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Die Führungsplatte 4 ist umfangsseitig gegenüber einem Innenwandbereich des Ventilgehäuses 1 mittels eines umlaufenden Dichtrings 18 abgedichtet.
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3 zeigt die Funktionseinheit mit dem Stößel 5, der Führungsplatte 4, dem Balg 15 und dem den Hubring 11 aufweisenden Ventilkegel 122 im zusammengebauten (rechts) und auseinander genommenen Zustand (links). Wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben, wird der Ventilstößel 5 durch eine zentrale, an seinen Außenumfang angepasste Führungsbohrung der Führungsplatte 4 geschoben und mit seinem vorderen Endbereich durch den Balg 15 in eine zentrale Sacklochbohrung des Ventilkegels 122 eingeführt, die in einem von dem Hubring 11 umgebenen inneren Kegelelement 3 eingebracht ist, das z. B. aus Metall besteht. Zum einfachen Einführen ist das einführseitige untere Ende des Stößels 5 mit einem Einführkonus versehen und auch an der Führungsbohrung in der Führungsplatte 4 und der zentralen Sacklochbohrung in dem inneren Kegelelement 3 sind eingangsseitige Einführungskonusse ausgebildet.
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Im unteren Endbereich ist das innere Kegelelement 3 umfangsseitig mit einer im Querschnitt U-förmigen, gerundeten, umlaufenden Kegelnut versehen, an die sich nach oben ein zylinderförmiger Umfangsabschnitt anschließt, der von einem vorstehenden Ringbund nach oben begrenzt ist, an den sich weiter nach oben ein konzentrischer ringförmiger Abschnitt geringeren Durchmessers als der Ringbund anschließt. Der untere umlaufende Rand der Kegelnut besitzt gegenüber dem in den zylindrischen Abschnitt übergehenden oberen umlaufenden Rand geringeren Durchmesser. In die Kegelnut wird ein Kegeldichtring 19 in Form eines O-Rings eingesetzt, der umfangsseitig über den unteren Nutrand zumindest bis zum Außenumfang des oberen umlaufenden Randes bzw. des zylinderförmigen Abschnitts des inneren Kegelelements 3 vorsteht. Anschließend wird der Hubring 11 mit einem zylindrischen Abschnitt, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des zylinderförmigen Abschnitts des Kegelelements 3 passgenau entspricht, bis zu dem Ringbund auf das innere Kegelelement 3 aufgeschoben. Die axiale Länge des zylindrischen Abschnitts des Hubrings 3 ist so groß, dass dieser den Kegeldichtring 19 umfangsseitig umfasst und in der Kegelnut 3 fixiert, wobei ein unterer Randbereich des Kegeldichtrings 19 nach unten über den unteren Rand des umgebenden zylindrischen Abschnitts des Hubrings 11 etwas vorsteht, so dass der Kegeldichtring 19 im geschlossenen Zustand des Ventils gegen den Ventilsitz 121 (s. 5A) ringsum dichtend anliegt. Der untere Rand des Hubrings 11 stützt sich dabei auf dem weiter außen liegenden oberen Randbereich des Ventilsitzes 121 ab, so dass der Kegeldichtring 19 nicht übermäßig verformt oder beschädigt wird (vgl. 5A). Der untere äußere Abschnitt des Hubrings 11 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umlaufend radial nach außen ringförmig erweitert.
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Um den Stößel 5 an dem Ventilkegel 122 festzulegen, ist in dem betreffenden unteren Abschnittsbereich des Stößels 5 eine Ringnut ausgebildet, in die ein nach außen überstehender, in seinem Durchmesser zusammendrückbarer elastischer Sprengring 16 eingesetzt ist, der mit seinem überstehenden Außenumfang in zusammengesetztem Zustand in eine entsprechend positionierte umlaufende Nut am Innenumfang der zentralen zylindrischen Sacklochbohrung einschnappt. Nach dem Zusammensetzen der Funktionseinheit wird der Balg 15, vorzugsweise ein Faltenbalg aus Edelstahl, mit seinem oberen Endbereich an der Unterseite der metallischen Führungsplatte 4 und mit seinem unteren Endbereich an dem inneren Kegelelement 3 auf dessen Oberseite oder an dem Ringbund dichtend angebracht, und zwar vorteilhaft fluiddicht bzw. gasdicht mittels Laserschweißens. Auch der Hubring 11 und das innere Kegelelement 3 werden fest miteinander verbunden, vorteilhaft ebenfalls mittels Laserschweißens.
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Die so aufgebaute Funktionseinheit kann komplett einfach von unten in die Ventilhaube 2 eingesetzt werden, wobei der Stößel 5 mit seinem oberen Endbereich durch die obere Durchführbohrung der Ventilhaube 2 geführt wird, bis die Führungsplatte 4, die einen etwas größeren Durchmesser als der Innendurchmesser der Ventilhaube 2 aufweist, mit seiner Oberseite an einem unteren Rand der Ventilhaube 2 in Anlage kommt, wonach die Funktionseinheit in der Ventilhaube 2 gegen ein Zurückziehen in axialer Richtung mittels der Sicherungsscheibe 13 gesichert wird. Dabei ist der Stößel 5 von der zuvor aufgebrachten oder in den Innenraum der Ventilhaube 2 eingesetzten Andruckeinheit mit dem unteren Federteller 8, der Druckfeder 14, der Einstellspindel 6 und dem oberen Federteller 9 umgeben.
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4 zeigt in der linken unteren Darstellung die Ventilhaube 2 mit der eingesetzten Funktionseinheit in perspektivischer Ansicht. Die so ausgestattete Ventilhaube 2 wird dann mit dem darunter angeordneten Ventilgehäuse 1 mittels der Ringkupplung 17 verbunden, wie rechts unten dargestellt. Die beiden oberen Abbildungen zeigen ausschnittsweise den oberen Bereich der Ventilhauben mit der Kappe 10. Wie die linke obere Darstellung zeigt, ist unterhalb der Kappe 10 ein Plombenring 31 in axialer Richtung ortsfest an der Ventilhaube 2 eingesetzt, der einen unteren Anschlag für die Kappe 10 bei einem definierten eingestellten Andruck bildet und mit einer Plombe 30 gegen unbefugtes Entfernen und Verstellen gesichert ist. Diese Ausbildung ist für eine Ausrüstung des Sicherheitsventils mit einer Anlüfteinheit vorteilhaft, wobei ein Anlüften, d. h. ein bewusstes Abheben des Ventilkegels 122 von dem Ventilsitz 121 gegen den Andruck der Druckfeder 14, durch Drehen der mit einem umfangsseitigen Griffbereich versehenen Kappe 10 ermöglicht wird.
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Nachfolgend wird das vorstehend beschriebene Sicherheitsventil anhand der 5A bis 8C in seinem Aufbau und seiner Wirkungsweise näher erläutert. 5A zeigt einen Längsschnitt des Sicherheitsventils im zusammengebauten Zustand, wobei der in dem Ventilgehäuse 1 ausgebildete Strömungskanal 130 ausgehend von der Öffnung in dem einströmseitigen Verbindungsabschnitt 100 über die Absperreinheit 120 aus Ventilsitz 121 und Ventilkegel 122 bis zur ausströmseitigen Öffnung des seitlich rechtwinklig zur Längsachse L abgehenden Ausströmstutzens 110, die Andruckeinheit 200 mit der zwischen dem unteren Federteller 8 und oberen Federteller 9 abgestützten Druckfeder 14 sowie die Anlüfteinheit 250 näher dargestellt sind. Der obere Abschnitt des Sicherheitsventils mit der Anlüfteinheit 250 ist dabei oben links im Längsschnitt und in 5B oben rechts in perspektivischer Darstellung vergrößert wiedergegeben.
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Wie aus 5A ersichtlich, ist ein mit einem abzusichernden Druckraum im angebauten Zustand des Sicherheitsventils über die freie Eingangsöffnung in druckgleicher Verbindung stehender, zur Längsachse L konzentrischer Totraum 101 von der Absperreinheit 120 nach unten hin im Querschnitt vergrößert und weist allenfalls Querschnittsbereiche mit gleich bleibendem Durchmesser auf, wobei die den Totraum 101 umgebende Innenwandfläche des Ventilgehäuses 1 insgesamt glatt ohne abrupte Übergänge ausgeführt und das Totraumvolumen möglichst klein gehalten ist, das von der Unterseite des auf dem Ventilsitz 121 aufsitzenden Ventilkegels 122 nach oben abgeschlossen ist. In Folge dieser Ausbildung des Totraums 101 kann dieser bei einem Spülvorgang zur Reinigung des Druckraums gleichzeitig ungehindert hygienisch sauber mitgespült werden.
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Der Ventilsitz 121 ist in dem Ventilgehäuse 1 im Eingangsabschnitt des Strömungskanals 130 konzentrisch zu der Längsachse L mittels eines nach oben vorstehenden umlaufenden Wandabschnitts eingeformt, wobei der Dichtbereich des Ventilsitzes 121 am oberen Rand, insbesondere an dessen Innenumfangsbereich gebildet ist, auf den der Kegeldichtring 19 im abgesperrten Zustand mit seinem außen unten liegenden Umfangsabschnitt angedrückt ist, wie in 6 in der Detailansicht Z näher ersichtlich ist. Dabei liegt der zurückversetzte untere Rand der Kegelnut innerhalb des Ventilsitzes 121 bzw. des umlaufenden Wandabschnittes und der Ventilkegel 122 sitzt mit seinem unteren Rand des den Kegeldichtrings 19 außen übergreifenden Hubrings 11 außerhalb des Kegeldichtrings 19 auf dem nach außen anschließenden äußeren Randbereich des Ventilsitzes 121 auf, so dass ein definierter Andruck des Kegeldichtrings 19 erreicht und dieser nicht übermäßig zusammengedrückt oder beschädigt wird. Diese Gestaltung im Dichtbereich der Absperreinheit 120 verhindert eine Spaltbildung um den Kegeldichtring 19 und trägt wie auch eine glatte Ausbildung der Unterseite des inneren Kegelelements 3 wesentlich zu einer hygienischen Reinhaltung des Totraums 101 und auch des Strömungskanals 130 im weiteren Verlauf bei.
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Der dicht auf der Oberseite des Ventilkegels 122 und an der Unterseite der Führungsplatte 4 angebrachte, den betreffenden Abschnitt des Stößels 5 umgebende, in seiner Länge axial leicht zusammendrückbare und auseinanderziehbare Balg 15 verhindert ein Eindringen von die Hygiene beeinträchtigenden Substanzen in den Bereich zwischen Stößel 5 und Ventilkegel 122 und begünstigt, insbesondere bei Ausführung aus Edelstahl mit glatter Außenfläche, die Reinigung des Strömungskanals.
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Prinzipiell ähnlich wie der Ventilkegel 122 ist auch die Führungsplatte 4 an ihrem äußeren, unteren Randbereich mit einem in eine dort eingebrachte umlaufende Ringnut eingesetzten Dichtring 18 versehen und gegen eine darauf abgestimmte Ringfläche im oberen Abschnitt des Ventilgehäuses 1 im zusammengebauten Zustand dichtend angedrückt, wie aus 6 mit der Detailansicht Y genauer ersichtlich. Der äußere untere Rand der umlaufenden Nut 41 ist dabei gegenüber dem äußeren oberen Rand der Nut radial nach innen zurückversetzt und liegt im zusammengebauten Zustand in axialer Draufsicht in der Projektion innerhalb eines zur Längsachse L konzentrischen oberen zylinderförmigen Abschnitts des Ventilgehäuses 1. Der dem Dichtring 18 zugekehrte Wandabschnitt des Ventilgehäuses 1 schließt sich an den zylindrischen Abschnitt an und bildet eine sich nach oben radial erweiternde Kreisringfläche, wobei der Dichtring 18 in seinem angedrückten Zustand den Übergangsbereich zwischen dem zylindrischen Abschnitt und dem sich nach oben anschließenden Wandbereich abdeckt. Dadurch ist der Abdichtbereich für eine Reinigung gut zugänglich und nach außen sich erweiternde Hohlräume werden vermieden. Gleichzeitig wird der Dichtring 18 durch die beim Abdichten wirkenden Kräfte in der Weise in die umlaufende Nut 41 gedrückt, dass Spalte vermieden werden.
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Oberhalb des Dichtrings 18 ist das Ventilgehäuse 1 rechtwinklig zur Längsachse L radial nach außen erweitert und nach oben hin anschließend von einer zylindrischen Innenwandfläche umgrenzt, an die sich radial nach außen eine weitere (zweite) Stufe mit einer zylindrischen Umgrenzung anschließt, die in eine zur Längsachse L rechtwinklig orientierte obere Abschlussebene des Ventilgehäuses 1 übergeht.
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Die Führungsplatte 4 liegt mit ihrem sich radial über den Außenumfang des Dichtrings 18 hinaus erstreckenden Randbereich auf der auf die sich erweiternde Kreisringfläche folgenden ersten Stufe im eingebauten Zustand auf, so dass sich ein definierter Anpressdruck auf den Dichtring 18 ergibt und dieser nicht übermäßig zusammengedrückt bzw. beschädigt wird. Die Dicke der Führungsplatte 4 ist so dimensioniert, dass ihre Oberseite in eingebautem Zustand in axialer Richtung mindestens auf dem Niveau der nachfolgenden zweiten Stufe des Ventilgehäuses 1, vorteilhaft jedoch etwas höher liegt, so dass ein umlaufender ringförmiger axial zu dem Ventilgehäuse 2 hin vortretender Vorsprung der Ventilhaube 2, der den oberen Randbereich der Führungsplatte 4 übergreift und auch den Bereich der oberen, zweiten Stufe des Ventilgehäuses 1 überlappt, im zusammengebauten Zustand des Sicherheitsventils die Führungsplatte 4 mit dem Dichtring 18 gegen die zugekehrte Kreisringfläche des Ventilgehäuses 1 drückt. Der Vorsprung der Ventilhaube 2 ist dabei in axialer Richtung mindestens so hoch, vorzugsweise jedoch höher als der die zweite Stufe umgebende und in die obere Flanschebene übergehende zylindrische Abschnitt des Ventilgehäuses 1. Radial nach außen schließt sich an den Vorsprung der Ventilhaube 2 eine zu der oberen Flanschebene des Ventilgehäuses 1 parallele untere Flanschebene der Ventilhaube 2 an, wobei die beiden Flanschebenen sich rechtwinklig zur Längsachse L radial erstreckende Ringflächen bilden, die über den Außenwandbereich des Ventilgehäuses 1 bzw. der Ventilhaube 2 vorstehen.
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Im Bereich des Balgs 15 steht die Führungsplatte 4 auf der Unterseite nach unten etwas vor, so dass sich ein relativ langer Führungsabschnitt der Führungsbohrung für den Stößel 5 ergibt und zudem der Balg 15 einfach mit der Führungsplatte 4 verbindbar ist. Anschließend an den nach unten vortretenden zentralen Bereich ist die Führungsplatte 4 nach außen mit einer im Querschnitt gerundet ausgebildeten, nach oben gewölbten Einsenkung versehen, die nach außen glatt in den unteren Nutrand übergeht, womit die Reinigung ebenfalls begünstigt wird.
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Wie die 5A und 6 weiterhin zeigen, sind die mit den Flanschebenen versehenen Verbindungsabschnitte 140 des Ventilgehäuses 1 und 220 der Ventilhaube 2 auf ihrer von den Flanschebenen abgewandten Seite radial nach außen hin sich in ihrer axialen Dicke konisch verjüngend ausgebildet. Entsprechend ist auch der Querschnitt der Innenkontur der Ringkupplung 17 angepasst, die aus zwei über ein Gelenk mit in Längsrichtung L gerichteter Schwenkachse miteinander verbundenen Teilen besteht, welche mittels einer eine Schraubverbindung aufweisenden Spannvorrichtung die beide Verbendungsabschnitte 140, 220 umgreifend miteinander verspannbar sind, wobei die Ventilhaube 2 mit ihrem Vorsprung in die obere Abstufung des Ventilgehäuses 1 passgenau eingreift und die Führungsplatte 4 in der genannten Weise mit ihrem Dichtring 18 gegen den betreffenden Wandbereich des Ventilgehäuses 1 angedrückt wird. Damit wird eine einfach zu bedienende, schraubenlose Verbindung im Verbindungsabschnitt zwischen Ventilgehäuse 1 und Ventilhaube 2 erhalten.
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Entsprechend dem Verbindungsbereich zwischen Ventilgehäuse 1 und Ventilhaube 2 sind auch die Verbindungsabschnitte 100 zwischen Ventilgehäuse 1 und dem Anschlussbereich des Druckraums sowie zwischen dem Ausströmstutzen 110 und dem anzuschließenden ausströmseitigen Leitungsabschnitt ausgebildet, wobei in den betreffenden Verbindungsebenen Ringdichtungen 112 eingesetzt sind und angepasste Ringkupplungen verwendet werden.
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Die 5A und 6 mit der Detaildarstellung J zeigen ferner die Ausgestaltung des Einstellbereichs der Andruckeinheit 200 näher. Der obere Federteller 9 ist mit seinem Innengewinde auf das Außengewinde der Einstellspindel 6 axial verstellbar aufgeschraubt, wobei die Einstellspindel 6 zum Einstellen eines definierten Andrucks der Druckfeder 14 relativ zu der Ventilhaube 2 drehbar, jedoch axial unverstellbar im oberen Abschnitt der Ventilhaube 2 gelagert ist (nicht steigende Spindel, vgl. oben Beschreibung zu 2). Bei der Einstellung bzw. Justierung der Andruckkraft wird der obere Federteller 9 nicht drehbar in der Ventilhaube 2 mittels des Halteelements 21 in Form eines O-Rings gehalten, das unter geeigneter Spannung gegen die zylindrische Innenwandung der Ventilhaube 2 abgestützt ist und einen Reibschluss an der Innenwandung ergibt (vgl. auch Beschreibung zu 2). Das Halteelement 21 ist dabei in eine in den Umfangsrand des oberen Federtellers 9 eingebrachte Ringnut eingesetzt und steht über den unteren und oberen Nutrand radial nach außen vor, wie aus der Detaildarstellung J näher ersichtlich ist. Der obere Federteller 9 wird dadurch beim Drehen der Einstellspindel 6 an der Innenwandung der Ventilhaube 2 mittels Reibkraft in Umfangsrichtung 14 gehalten, kann jedoch eine axiale Verstellung zum Ändern der Andruckkraft der Druckfeder 14 ausführen. Diese ist mit ihrem unteren Endbereich über den unteren Federteller 8 zum Ausüben einer Druckkraft mit dem Stößel 5 über den Ring 7 gekoppelt, so dass der an dem Stößel 5 angebrachte Ventilkegel 122 auf den Ventilsitz 121 definiert angedrückt wird. Hierdurch wird eine Druckschwelle vorgegeben, bei deren Überschreitung der Innendruck des Druckraums den Ventilkegel 122 von dem Ventilsitz 121 abhebt und somit ein unzulässig hoher Druck des Druckraums abgebaut wird. Diese Gestaltung der Andruckeinheit führt zu einer wesentlichen baulichen Vereinfachung, da die zylindrische Innenwandfläche der Ventilhaube 2 nicht mit in Längsrichtung verlaufenden Elementen wie Rippe, Rille, Kante versehen werden muss und auch der Federteller 9 keine daran angepasste Konturierung aufweisen muss, um eine Drehung bei der axialen Verstellung des Federtellers 9 zu verhindern. Anzumerken ist, dass die reibschlüssige Drehhemmung nicht unbedingt einen durchgehenden, mit dem Ventilkegel 122 verbundenen Stößel gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfordert, sondern bei anderer Kopplung zwischen Spindel, Andruckfeder und Ventilkegel (z. B. nur über die Feder und eine Koppelvorrichtung an deren Unterseite) einsetzbar ist.
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Der durch die Druckfeder 14 bewirkte Andruck kann somit über die Einstellspindel 6 in relativ weiten Bereichen definiert eingestellt werden. Sind andere Druckbereiche gefordert, kann eine andere Druckfeder 14 mit geeigneter Federcharakteristik eingesetzt werden. Diese weist in der Regel einen unterschiedlichen Drahtdurchmesser auf. Um Druckfedern 14 gleichen Durchmessers aber mit unterschiedlichem Drahtdurchmesser definiert einzusetzen und die Druckkraft genau einstellen zu können, ist auf der Unterseite des oberen Federtellers 9 und vorteilhaft auch auf der Oberseite des unteren Federtellers 8 ein konzentrisch konisch zu der Druckfeder 14 hin verjüngter Vorsprung ausgebildet, so dass Druckfedern 14 mit unterschiedlichem Drahtdurchmesser stets genau zentriert sind, wie die Detailansicht J ebenfalls verdeutlicht.
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Die Detailansicht K der 6 lässt im Einzelnen die Fixierung des unteren Abschnitts des Stößels 5 in der Sacklochbohrung des inneren Kegelelements 3 mittels des Sprengrings 16 sowie auch die konische Einführschräge an dem Stößel 5 und am Eingang der Sacklochbohrung erkennen.
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Vorteilhaft ist der Stößel 5 mit seitlichem Spiel in der Sacklochbohrung in axialer Richtung gesichert gehalten, so dass sich eine pendelnde Lagerung des Ventilkegels 122 an dem Stößel 5 ergibt, wobei die Verbindung mittels des Sprengrings 16 auch bei hohen Zugkräften gesichert ist. Es genügt in der Regel ein geringer Pendelweg. Der untere Endbereich der konischen Einführschräge bzw. des Einführkonus ist für eine leichte, definierte Pendelbewegung vorteilhaft gerundet ausgebildet, um bei möglichst geringen Reibkräften eine definierte Einpendelung zu gewährleisten, wobei auch die Nutwandung um den Sprengring 16 den vorgegebenen Spielbereich und die Einpendelung durch Bildung eines genügenden Freiraums nicht einschränkt, sondern allenfalls definiert begrenzt. Um in besonderen Anwendungsfällen die Pendelbewegung am konisch eingesenkten oder konkav eingemuldeten, relativ zu dem Einführkonus flacheren Bohrungsgrund noch zu erleichtern, kann dort ein Zwischenelement zwischen Ventilkegel 122 und Stößelende eingebracht sein, wie z. B. eine Kugel. Begünstigt wird die Pendelbewegung des Ventilkegels auch durch die Einführschräge der Sacklochbohrung. Durch die erreichte, allseitig ausgewogene Pendelbewegung des Ventilkegels 122 relativ zu dem Stößel 5 werden Fertigungstoleranzen bzw. Ungenauigkeiten der Stößelführung oder des Ventilsitzes 121 relativ zu dem Dichtbereich des Ventilkegels 122 sicher ausgeglichen und eine stets sichere Abdichtung gewährleistet. Die Pendellagerung bringt besondere Vorteile in Kombination mit der vorstehend unter Bezugnahme auf 6, Besonderheit Z, beschriebenen Abdichteinheit 40 im Zusammenhang mit dem Kegeldichtring 19, der stets gleichmäßig auf den Ventilsitz dichtend angedrückt wird. Der gegebenenfalls vorhandene Balg 15 hat auf die Pendelbewegung infolge seiner Verformbarkeit praktisch nur unwesentlichen Einfluss.
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In der Detailansicht X der 6 ist der obere Abschnitt der Ventilhaube 2 mit der Kappe 10 und den O-Ringen 22, 23 zwischen der Kappe 10 und der Ventilhaube 2 sowie zwischen der Kappe 10 und dem Kappendeckel 12 näher dargestellt und die Lagerung des oberen Abschnitts des Stößels 5 in der Kappe 10 sowie der Einstellspindel 6 in dem oberen Bereich der Ventilhaube 2 genauer wiedergegeben. Dabei ist der obere Abschnitt des Stößels durch eine koaxiale Bohrung in einer Zwischenwand 303 geführt und mittels eines Haltegliedes, nämlich der Sicherungsscheibe 13 auf deren Oberseite gelagert, so dass der Stößel 5 gegen die Kraft der Druckfeder 14 mit dem Ventilkegel 122 angehoben werden kann.
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In den 8A, 8B und 8C sind verschiedene Einstellungen beim Anlüften mittels der Anlüfteinheit 250 gezeigt, wobei die Stellung der Anlüfteinheit in Detailansichten X, Y und Z vergrößert dargestellt ist. In 8A mit Detaildarstellung X ist die Grundeinstellung der Anlüfteinheit 250 bei geschlossener Absperreinheit 120 mit auf dem Ventilsitz 121 aufsitzendem Ventilkegel 122 dargestellt, wobei die Kappe 10 frei dreht und ein Verlagern der Kappe 10 nach unten durch den mittels der Plombe 30 gesicherten Plombenring 31 verhindert ist. 8B mit Detaildarstellung Z zeigt die Anlüfteinheit 250 im angelüfteten Zustand, wobei die Kappe 10 mit ihrem Innengewinde über ein Außengewinde am oberen Endabschnitt der Ventilhaube 2 nach oben gedreht ist und der Ventilkegel 122 mittels des Stößels 5 gegen die Andruckkraft der Druckfeder 14 nach oben von dem Ventilsitz 121 abgehoben und der Strömungsweg freigegeben ist. Dabei ist der untere Federteller 18 mit seinem äußeren oberen Randbereich gegen einen nach innen vortretenden Absatz der Ventilhaube 2 in Anlage gebracht, wobei durch die Höhe des Absatzes ein begrenzter Verstellweg vorgegeben ist.
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8C zeigt die Kappe 10 in einer nach unten bewegten Stellung, wobei die Plombe 30 und der Plombenring 31 entfernt sind und eine Änderung der Druckeinstellung über die Einstellspindel 6, den oberen Federteller 9 und die Druckfeder 14 vorgenommen werden kann. Hierbei sitzt der Ventilkegel 122 auf dem Ventilsitz 121 auf. Die Drehbetätigung der Einstellspindel 6 zur Änderung des Andruckes des Ventilkegels 122 erfolgt hierbei ebenfalls mittels der Kappe 10, die beim Herunterdrücken gegen die Kraft einer sie nach oben drückenden Haltefeder 302 mit einem Eingriffabschnitt 300, wie z. B. einem Innenmehrkant, in Eingriff mit einem komplementären Eingriffgegenabschnitt 301 bringbar ist, der am oberen Endbereich der Einstellspindel 6 ausgebildet bzw. angebracht ist. Durch Lösen der Plombe 30 und des Plombenringes 31 ist von berechtigter Stelle somit eine Änderung bzw. Justierung der Andruckkraft des Ventilkegels 122 möglich. Bei einem Überströmventil kann in unkritischen Fällen der Plombenring 31 mit der Plombe 30 auch weggelassen werden.
