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Schließvorrichtung zum Verschließen eines Druckgefäßes Die Erfindung
bezieht sich auf Druckgefäße, die ein nachgiebiges Verschlußglied aufweisen, wie
es beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2282011 beschrieben ist.
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Wie in dieser Patentschrift dargelegt ist, weist das Verschlußglied
oder der Deckel einen inneren Rand von einem Durchmesser auf, der größer ist als
die Öffnung des- Gefäßes, das abgedichtet werden soll.
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Iim nun einen leichten Zugang des Verschlußgliedes in das Innere
des Gefäßes hinein und ein leichtes Herausnehmen aus dem Inneren heraus zu erreichen,
wird das Verschlußglied aus einem nachgiebigen, federnden Material, wie beispielsweise
rostfreiem Stahlblech, hergestellt und in eine solche Gestalt verformt, daß es durch
die Gefäß öffnung eingeführt werden kann. Die verbogene oder verformte Gestalt ist
vorzugsweise eine elliptische mit einer Haupt- und einer Nebenachse, wobei die letztere
kleiner als der Durchmesser der Öffnung des Gefäßes ist. Der Verschluß kann in diese
Form durch innere Spannungen gebracht werden, wie dies beispielsweise in der USA.-Patentschrift
2 454 758 beschrieben ist. Wenn dann der Verschluß innerhalb des - Gefäßes ist,
muß dafür gesorgt werden, daß der Verschluß seine Betriebs- oder Normalstellung
einnimmt, in der er eine kreisförmige Form aufweist, so daß seine äußere Kante in
dichte Berührung mit dem Gefäß rand kommt, an dem vorzugsweise ein entsprechender
Sitz vorgesehen ist. Diese Änderung in der Form wird durch eine äußere, auf den
Verschluß wirkende Kraft erreicht, und hierdurch schnappt der Verschluß in die spannungslose
oder Betriebsstellung, so daß im Zusammenwirken mit dem Paßsitz am Rand des Gefäßes
eine Abdichtung erreicht wird.
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Druckkocher und andere Geräte, die mit biegsamen Verschlüssen der
vorerwähnten Art ausgestattet sind, haben eine weite Verbreitung gefunden. Von manchen
Benutzern wurde jedoch angegeben, daß zur Anderung der Form der Verschlüsse aus
der verformten in die unverformte Gestalt zuviel Kraft erforderlich sei. Dieser
Nachteil wurde dadurch etwas herabgesetzt, daß die Verschlußdeckel aus dünnem Material
hergestellt wurden. Dies ist jedoch im Hinblick auf die sich dadurch ergebende Abnahme
des zulässigen Druckes unvorteilhaft, da die notwendige Betriebssicherheit auf jeden
Fall aufrechterhalten bleiben muß. Wenn andererseits der Deckel aus stärkerem Material
hergestellt wird, so daß er höheren Drücken widerstehen kann, wird der Deckel weniger
biegsam und kann schwerer aus seiner verbogenen Stellung in die normale Betriebsstellung
gebracht werden.
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Wenn derartige biegsame Deckel verwendet werden, um ein Gefäß zu
verschließen, das bei relativ hohen Drücken betrieben werden muß, wie beispielsweise
Sterilisatoren, ist es auf jeden Fall erwünscht, den Deckel aus starkem Material
herzustellen, und eine Einrichtung muß dann vorgesehen werden, Lim das Schließen
und Öffnen des Gefäßes zu erleichtern. In der obenerwähnten USA.-Patentschrift 2282011
und in einer weiteren USA.-Patentschrift 2 538661 sind zwei Einrichtungen zur Erleichterung
des Biegens der Deckel beschrieben und dargestellt. Obgleich die in diesen Patentschriften
beschriebenen Einrichtungen bei kleineren Kochern oder Autoklaven, für die sie an
sich gebaut sind, genügen, so ist es doch erwünscht, eine verbesserte Einrichtung
zur Verwendung mit größeren Gefäßen vorzusehen, die unter größeren Drücken arbeiten
und schwere Deckel verwenden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine neue, verbesserte
Einrichtung zur Erleichterung der Biegung der vorerwähnten Deckel während des Öffnungs-
und Schließvorgangs eines Gefäßes zu schaffen und eine verbesserte Abdichtung des
Gefäßes mit Hilfe eines biegsamen Deckels zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine kompakte
Schließvorrichtung vorgesehen wird, die zwei getrennte Kurvenelemente aufweist,
und zwar ein erstes Kurvenelement, um den biegsamen Deckel in Berührung mit einem
ringförmigen Dichtungssitz am Gefäß zu bringen, und ein zweites Kurvenelement, um
den Deckel am Sitz abzudichten. Ferner ist ein Zwischenkurvenstück zwischen dem
ersten und zweiten Kurvenelement vorgesehen, mit dessen Hilfe die Schließeinrichtung
in einer Lage zwischen den beiden Kurvenelementen fest gestellt werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 eine Teilvorderansicht auf- einen Autoklav unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung, Fi-g. 2 einen Teilschnitt durch den
Autoklav nach Fig. 1 in größerem Maßstab mit dem Deckel in einer Zwischenstellung
vor dem Einsetzen in das Gefäß, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2,
Fig. 4 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 2 mit teilweise abgedichtetem Deckel,
Fig. 5 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 2 mit abgedichtetem Deckel nach Linie
5-5 der Fig. 1, Fig. 6 und 7 Schnitte nach Linie 6-6 bzw. 7-7 der Fig. 5 in größerem
Maßstab als diese Figur.
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In der Zeichnung, in Fig. 1 bis 5, ist ein Teil eines Druckgefäßes
10 dargestellt, das ein Gehäuse 11 zum Halten eines zylindrischen Behälters 14 aufweist.
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Eine kreisförmige Öffnung zum Behälter 14 ist durch eine ringförmige
Lippe 14 begrenzt, die einen federnden Dichtring 16 hält. Der Dichtring 16 bildet
damit einen Sitz, gegen den ein biegsamer Deckel 18 gepreßt wird, um den Behälter
14 hermetisch dicht zu verschließen. Der Deckel 18, der vorzugsweise aus dünnem
rostfreiem Stahlblech ist und eine gewölbte runde, innere Verzugsspannungen aufweisende
Form hat, besitzt eine Umfangslippe oder einen Bördelrand 18 a, der den Deckel versteift
und mit dem Dichtring 16 zusammenwirkt, wenn der Behälter 14 abgedichtet ist. Der
Bördelrand 18 a ist im wesentlichen elliptisch in Draufsicht, wenn der Deckel verformt
ist, und kreisförmig, wenn der Deckel unverformt ist (vgl. Fig. 1). Aus der Darstellung
des verformten Deckels 18 gemäß Fig. 2 und 3 ergibt sich, daß der verformte Deckel
eine konkave Innenoberfläche und eine konvexe Außenoberfläche aufweist und daß er
infolge der Erweiterung 14 b des Behälters 14 in der Nähe der Lippe 14 a leicht
in die Öffnung des Behälters 14 eingefiihrt werden kann. Der Deckel 18 kann dann
aus seiner verformten Gestalt dadurch gebracht werden, daß der Bördelrand 18a gegen
den Dichtring 16 angelegt und dann der Mittelteil des Deckels 18 nach außen gezogen
wird, so daß der Bördelrand 18 a kräftig gegen den Dichtring 16 angepreßt wird.
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Wenn der Mittelteil des Deckels 18 auf diese Weise aus dem Gefäß
14 herausgezogen wird, wird der Deckel 18 aus der verformten Gestalt in die runde,
unverformte Gestalt verbogen, und es wird ein luftdichter Abschluß zwischen dem
Bördelrand 18 a und dem Dichtring 16 erreicht.
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Um nun den notwendigen Druck auf den Deckel 18 zum Umbiegen in seine
unverformte runde Gestalt gemäß Fig. 1 und 5 von Hand ausüben zu können, ist gemäß
der vorliegenden Erfindung eine manuell bedienbare Schließvorrichtung 20, ein schwenkbar
angeordneter Querbügel 22 und ein Halter 24 vorgesehen, der den Mittelteil des Deckels
18 mit der Schließvorrichtung verbindet.
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Zum Abdichten des Gefäßes 14 wird der Deckel 18 in die Öffnung des
Behälters 14 dadurch eingeführt, daß der Querbügel 22 gemäß Fig. 2, 4 und 5 im hrzeigersinn
geschwenkt wird, wobei die Schlie=Bvorrichtung 20 sich in der Stellung nach Fig.
2 befindet. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann nun der Deckel 18 in den Behälter 14
eingeführt werden, da er in einer verformten Gestalt ist. Wenn dann der Querbügel
in Berührung mit einem am Gehäuse 14 angebrachten Anschlagstück 25 gebracht ist,
wird die Schließvorrichtung 20 entgegen dem Uhrzeigersinn in die in Fig. 4 dargestellte
Lage gedreht, wodurch Teile des Deckels 18 in Berührung mit dem Dichtring 16 kommen.
Die Teile des Deckels 18, die gegen den
Dichtring-io' anliegen, sind dabei in der
Nähe der Hauptachse der Ellipse, wie sie durch den Bördelrand 18 a definiert ist.
Die anderen Teile des Bördelrandes 18 a befinden sich im Abstand vom Dichtring 16
infolge der verformten Gestalt des Deckels 18. Zum Schluß wird der Behälter 14 dadurch
verschlossen, daß der Deckel 18 in seine unverformte runde Gestalt durch Drehen
der Schließvorrichtung in die Stellung gemäß Fig. 5 gebracht wird.
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Da eine verhältnismäßig kleine Kraft erforderlich ist, um den verformten
Deckel 18 zum Anliegen an den Dichtring 16 zu bringen, und eine beträchtlich größere
Kraft notwendig ist, um den Deckel 18 in seine unverformte Betriebsstellung zu bringen,
weist die Schließvorrichtung eine zweiteilige Kurveneinrichtung auf, - um so das
manuelle Schließen des Behälters 14 zu erleichtern und den für die Schließvorrichtung
erforderlichen Raum zu verringern. Das erste Kurvenstück dient dazu, den verformten
Deckel 18 zum Anliegen gegen den Dichtring 16 zu bringen, und das zweite Kurvenstück
weist eine verhältnismäßig reibungsarme Oberfläche auf, um das manuelle Ausüben
einer großen Kraft zu erleichtern, wie sie erforderlich ist, um den Deckel 18 zum
dichten Anliegen gegen den Dichtring 16 zu verformen.
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Im folgenden sollen nun die Einzelheiten der Schließvorrichtung 20
zum Verformen des Deckels 18 beschrieben werden. Der Querbügel 22 ist an einem Zapfen
26 schwenkbar angebracht, der an dem Gehäuse 11 diametral gegenüber dem Anschlagstück
25 derart angebracht ist, daß bei Öffnen des Behälters 14 durch Herausziehen des
Deckels 18 der Querbügel 22 als Träger des Deckels 18 beim Schwenken in eine Lage
neben der öffnung des Gefäßes 14 dient. Um das Einführen und das Herausnehmen des
Deckels 18 zu erleichtern, kann der Zapfen 26 parallel zur Hauptrichtung der Querstütze
22 verschiebbar sein, und er steht vorzugsweise unter dem Druck einer Feder, die
ihn gemäß der Zeichnung nach links zu drücken versucht.
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Die Schließvorrichtung 20, die vorzugsweise aus einem wärmebeständigen
Kunstharz, wie beispielsweise einem Phenolkondensationsprodukt, besteht, hat einen
einstüclçigen Betätigungshandgriff 20 a, an dem das erste Kurvenstück 30 angebracht
ist. Das zweite, zur Ausübung einer großen Kraft dienende Kurvenstück der Schließvorrichtung
20 weist einen kreisförmigen Ring 32 auf, der am Handgriff 20 a auf einem Nadellager
drehbar angeordnet ist, das ein zylindrisches inneres Lagerstück 34 und eine Vielzahl
von Nadeln 36 aufweist, die nebeneinander zwischen dem Lagerstück 34 und dem Ring
32 angeordnet sind, Es ist offenbar, daß der äußere Ring 32 die äußere Lagerhülse
darstellt und um die Mittelachse des Lagers drehbar ist. Das innere Lagerstück 34
ist im Handgriff 20a auf sich nach außen erstreckenden axialen Trägerzapfen 38 gehalten,
die in entsprechendeÖffnungen 40 und 42 eines Paares von Seitenplatten 44 und 46
eingreifen. Die Platten 44 und 46 weisen rechteckige Teil stücke 44 r und 46 a auf,
die Öffnungen zur Aufnahme von Lagerzapfen 50 besitzen, die sich durch den HandgriÆ20a
und durch die Platten 44 und 46 hindurch erstrecken. Der Hand; griff20 ist - ferner
mit einem Paar paralleler Nuten 52 versehen, in die die SeitenpIatten44 und 46 so
eingreifen, daß diese Platten und damit auch der Ring 32 am Handgriff 20 a fest
angebracht sind.
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Zur Anbringung des ersten Kurvenstückes 30, das vor dem zweiten Kurvenstück
32 beim Drehen des Handgrif£es 20a' zum Schließen des Behälters 14 in
Tätigkeit
tritt, weist der Handgriff 20a einen gabelförmigen Endteil auf, der die Schenkel
54 und 55 besitzt, die sich nach auswärts über den Ring 32 im oberen Teil der Schließvorrichtung
gemäß Fig. 1 erstrecken und so das zweiteilige Kurvenstück 30 bilden, das den Querbügel
22 erst berührt, wenn der Handgriff 20 a aus der Stellung nach Fig. 2 in die Stellung
nach Fig. 4 geschwenkt wird.
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Um den Deckel 18 mit dem Handgriff 20a zu verbinden, so daß eine
Relativbewegung zwischen dem Mittelteil des Deckels 18 und dem Dichtring 16 des
Behälters 14 ermöglicht wird, weist der Halter 24 ein U-förmiges Joch 56 auf, dessen
Basisstück 56a mit Hilfe einer Verschraubung 58 am Deckel 18 befestigt ist, wobei
die Schenkel des Joches 56 sich durch geeignete Sohlitze 60 des Querbügels 22 hindurch
erstrecken. Das Joch 56 ist, wie dargestellt, in den Schlitzen 60 so angeordnet,
daß ausreichend Spiel zwischen dem Deckel 18 und dem Querbügel 22 -zum einfachen
Einsetzen in den Behälter 14 und Herausnehmen des Deckels aus dem Behälter 14 vorhanden
ist. Eine geeignete Druckfeder 61 zwischen dem Dekkel 18 und dem Querbügel 22 drückt
den Querbügel 22 fest gegen die Schließvorrichtung 20. Die Schließvorrichtung 20
kann sich auf einer geschlitzten Hülse 62 frei drehen, die kraftschlüssig einen
mit einem Kopf versehenen Stift 64 umfaßt, dessen Enden sich durch Löcher 66 in
den Schenkeln 54 und 55 des Handgriffes 20 a und durch Löcher 68 in den sich nach
oben erstreckenden Schenkeln des Joches 56 hindurch erstrecken. Wenn dann der Handgriff
20a aus der in Fig. 2 gezeigten Stellung in die Stellung nach Fig. 1 und 5 bewegt
wird, schwingt er um den Stift 64.
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Bei der Beschreibung der NVirkungsweise des Schließmechanismus gemäß
der vorliegenden Erfindung sei angenommen, daß der Deckel 18 in seiner verformten
Gestalt ist und damit ohne weiteres durch die kreisförmige Öffnung des Behälters
14 dadurch eingebracht werden kann, daß der Querbügel 22 aus der Stellung nach Fig.
2 so weit weitergeschwenkt wird, bis die Querstütze das Anschlagstück 25 berührt.
Nunmehr ist der Umfang des Bördelrandes 18 a am Deckel 18 an seinem nächsten Punkt
ungefähr 1/4" vom Dichtring 16 entfernt, und der Handgriff 20a nimmt die Zwischenstellung
nach Fig. 2 ein. Der Stift 64 ist nunmehr in seiner nächsten Stellung in bezug auf
den Querbügel 22. Um nun das Schließen des Behälters 14 zu erreichen, wird der Handgriff
20a entgegen dem Uhrzeiger nach Fig. 2, 4 und 5 in die Stellung nach Fig. 4 gedreht.
Durch Vergleich der Stellungen des Stiftes 64 in den Fig. 2 und 4 ist ersichtlich,
daß der Abstand zwischen der Mitte des Deckels 18 und der Mitte des Querbügels 22
während der 900-Bewegung des Handgriffes 20a erheblich abnimmt. Zu diesem Zeitpunkt
ist jedoch der Deckel 18 immer noch verformt. Während dieser Bewegung des Handgriffes
20a aus der Stellung nach Fig. 2 in die Stellung nach Fig. 4 gleiten die Flächen
der Kurvenstücke 30 entlang der Oberfläche des Querbügels 22 Zweckmäßig hat deshalb
der Querbügel 22 eine polierte äußere Oberfläche, um diese Bewegung der Kurvenstücke
30 zu erleichtern. Obgleich zur Bewegung der Kurvenstücke 30 auf dem Querbügel 22
eine gewisse Kraft zur Überwindung der Reibung bei der Schwenkung des Handgriffes
20 a ausgeübt werden muß, so ist dies deswegen praktisch nicht nachteilig, weil
diese Reibungskraft sehr klein und nur eine geringe Kraft erforderlich ist, um den
verformten Deckel 18 zu einer Teilanlage an den Dichtring 16 zu bringen.
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Die Oberflächen der Kurvenstücke3B weisen, wie dargestellt, einen
sehr kleinen Radius auf und verbinden aufeinander senkrechte ebene Flächen des Handgriffes
20a. Wie im folgenden beschrieben wird, ist es wichtig, daß der Handgriff 20a eine
ebene Fläche 30 a zwischen der Kurvenfläche 30 und dem Ring 32-in der Art aufweist,
daß die Schließvorrichtung in der Mittelstellung nach Fig. 4, wenn das Gefäß 14
unter Druck steht, unter eigener Spannung eine stabile Lage einnimmt. Die zum Biegen
des Deckels 18 aus der verformten Stellung in die nicht verformte Lage erforderliche
Kraft ist, wie oben angegeben, verhältnismäßig groß, und es wurde festgestellt,
daß eine außerordentlich große Reibungskraft überwunden werden müßte, um den Handgriff
aus der Stellung nach Fig.2 in die Stellung nach Fig.4 zu drehen; wenn das zweite
Kurvenstück mit dem ersten Ku,rvenstück 30 einstückig wäre, wäre die Bedienung des
Gerätes durch einen minimalen Kraftaufwand kaum möglich. Dadurch nun, daß eine relativ
reibungslose zweite Kurvenoberfläche vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Deckel
18 verformt wird, kann das Gerät mit Leichtigkeit bedient werden. Die Schließvorrichtung
20 hat weiter den großen Vorteil, daß sie sehr kompakt ist und ein relativ kurzer
Handgriff 20 a zum Biegen des Deckels 18 ausreicht.
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Um den Deckel 18 in seine in Fig. 5 dargestellte nicht verformte
Lage zu bringen und damit den Behälter 14 vollkommen schließen zu können, ist es
nur erforderlich, den Handgriff 20a aus der Stellung gemäß Fig. 4 entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn in die Stellung gemäß Fig.5 zu verschwenken. Der Handgriff 20
a schwenkt um den Stift 64 und dabei rollt die Oberfläche des Ringes 32 auf der
Oberfläche des Querbügels 22 ab und hebt dadurch die Kurvenoberfläche 30 a ab. Dadurch
wird der Halter24 mit dem Joch 56 und der das letztere durchdringende Stift 64 in
seine Extremstellung zum Querbügel 22 gebracht und so der mit dem Joch 56 verbundene
Deckel 18 in Richtung des Querbügels 22 gezogen, so daß er in seine nicht verformte
Lage umspringt und das Gefäß abdichtet.
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Nachdem der Behälter 14 wie vorbeschrieben geschlossen ist, wird
sein innerer Druck auf die gewünschte Höhe gebracht. Wenn das Druckgefäß 16 für
normale Zwecke, beispielsweise Kochen oder Sterilisieren, verwendet wird, ist das
Druckdifferential zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen des Deckels 18 ausreichend,
um den Deckel in seiner runden, nicht verformten Stellung zu halten und einen hermetischen
Verschluß des Behälters 15 sicherzustellen. Wenn daher der innere Druck des Gefäßes
den gewünschten Wert erreicht bat, kann die Schließvorrichtung 20 im Uhrzeigersinn
von Fig. 5 in die Stellung nach Fig. 4 geschwenkt werden, und infolge der ebenen
Flächen 30a, die sich zwischen dem Ring 32 und dem Kurvenstück 30 befinden, ist
die Schließvorrichtung 20 in einer stabilen Lage und bleibt in dieser Lage infolge
der Druckfeder 61 so lange, bis -sie durch Anwendung äußerer Kraft aus dieser Stellung
herausbewegt wird. Es ist offenbar, daß das Zwisclienkurvenstück 30 cd in seiner
Wirkstellung einen kleineren Abstand von der Handgriffdrehachse aufweist als die
Kurvenflächen 30 und 32. Nach Beendigung des Koch- oder Sterilisierungsvolrganges
wird der Druck im Behälter 14 auf Atmosphärendruck ermäßigt, und der Deckel 18 schnappt
von selbst in seine verformte Lage nach Fig. 4, wodurch die Dichtung allmählich
unterbrochen wird und der Deckel 18 zugleich die Bedienungsperson schützt. Wenn
der
Behälter 14 unter Dampfdruck steht, wird eine kleine Menge Dampf
freigegeben, weil meist der Deckel 18 in seine yerformte Stellung umschnappt, bevor
der innere Druck des Behälters 14 genau gleich dem Atmosphärendruck ist. Es hat
sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß nur wenig Dampf austritt.
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Eine wichtige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht
darin, daß sich der Deckel 18 selbsttätig beim Abfallen des inneren Druckes bis
ungefähr auf Atmosphärendruck dann verbiegt, wenn die Schließvorrichtung in die
Stellung nach Fig. 4 gebracht wird, nachdem sich vorher im Behälter 14 ein Überdruck
ausgebildet hatte. Diese selbstöffnende Eigenschaft dient als ein Signal für die
Bedienungsperson, daß - der Kocher nunmehr ganz geöffnet werden kann, während bisher
der Öffnungszeitpunkt unsicher war und eine Gefahr für die Bedienungsperson dann
eintreten konnte, wenn der Kocher vorzeitig geöffnet wurde. Da der Deckel 18 ferner
in seiner Stellung oberhalb der Öffnung des Behälters 14 verbleibt, wenn die Dichtung
zuerst unterbrochen wird, kann sich dile-Bedienungsperson nicht verbrennen, wie
dies der Fall sein könnte, wenn der gesamte Verschluß, wie in Fig. 2 dargestellt,
geöffnet würde.
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PATENTANSPROCHE 1. Schließvorrichtung zum Verschließen eines Druckgefäßes
durch einen Deckel, der durch Forrnverånderung infolge eines Druckes gegen einen
Abdichtsitz des Gefäßes anpreßbar ist, wobei der Deckel vorzugsweise eine unverformte
runde Gestalt zum Verschließen und eine verformte asymmetrische Gestalt zum Einsetzen
und Herausnehmen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließvor-richtung (20)
einen Kurvenmechanismus aufweist, der mehrere nacheinander wirksame Kurvenelemente
(30, 30 cd, 32) hat, die über einen schwenkbaren Handgriff (20 cm) in Wirkverbindung
mit dem Deckel (18) gebracht werden und diesen in mehreren Stufen verformen.