DE1650393A1 - Schaltendes Ventil mit Balgenkoerper - Google Patents

Description

Schaltendes Ventil mit Balgenkörper

Die Erfindung bezieht sich auf "Rückschlagventile, wie sie häufig an Tanks und Behältern zur Aufbewahrung flüchtiger Flüssigkeiten oder Ähnlichem -verwendet werden, um.eine gesteuerte Lüftung des Tanks zu ermöglichen und auf diese Weise außergewöhnliche Über- und unterdrücke auszugleichen.

Rückschlagventile, sowohl des Überdruck- als auch des Unterdrucktyps, werden normalerweise deswegen an stationären und beweglichen Lagertanks angebracht, damit der Tank nicht reißt oder auf andere Weise durch einen großen Druckunterschied zwischen dem inneren Gas und der äußeren Atmosphäre" beschädigt wird. Solche Druckunterschiede können beispielsweise von Temperatursehwankungen und der damit verbundenen Ausdehnung oder Kontraktion der eingelagerten Flüssigkeit hervorgerufen werden. Aus vielen Gründen ist es wünschenswert, den Tank so dicht abzuschließen, daß keine Dämpfe entweichen können, ehe nicht eine gewisse kritische Druckdifferenz erreicht ist. Diese Differenz ist für viele Fälle unterschiedlich zu bemessen und hängt von dem Volumen und den physikalischen Eigenschaften des Inhalts usw. ab.

Einige der in diesem Zusammenhang verwendeten herkömmlichen Anordnungen enthalten Membranventile, in denen ein Yer-

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schlußstück aus biegsamem Material, üblicherweise aus verstärktem Gewebe oder Kunststoff vorgesehen ist, welches einen die Lüftungsöffnung des Tanks verschließenden Hauptteller mit einem starren Ventilkörper aus gegossenem Metall verbindet. Die Membran und der Ventilkörper bilden gemeinsam mit der Oberseite des Haupttellers eine Druckkammer, wobei die eine Seite -des Haupttellers dem Druck in der Kammer und die an-. dere Seite dem Druck innerhalb des Tanks ausgesetzt ist. Die Kammer kann durch ein Schaltventil, welches auf einen Überoder .Unterdruck im Tank reagiert, geöffnet und mit der äußeren Atmosphäre verbunden werden. Sobald das Schaltventil die Druckkammer öffnet, entsteht eine Druckdifferenz zwischen der Kammer und dem Tankinneren, wodurch der Hauptteller abgehoben und der Tank durch die Hauptöffnung gelüftet .wird. Ein solcher Schaltvorgang, d.h. das schlagartige Öffnen der Druckkammer oberhalb des Haupttellers, garantiert eine schnelle Bewegung des Haupttellers bis in die völlige Durchlaßstellung und verhindert ein Flattern des Ventils und ein schleichendes Ausströmen, wenn der Tankdruck nahe bei seinem kritischen Wert liegt. Die Druckkammer wird durch den starren Ventilkörper und die biegsame Membran dichtgehalten, wobei letztere eine Bewegung des Haupttellers zwischen der schließenden und offenen Stellung zuläßt.

Das erfindungsgemäße Ventil ist in mancher Hinsicht den herkömmlichen, vorstehend beschriebenen Anordnungen ähnlich und erlaubt daher die Verwendung vieler Teile, die allgemein bekannt sind. Es dient dem gleichen Zweck wie jene Rückschlagventile, die zum Stand der Technik gehören, stellt jedoch eine Verbesserung dar, weil seine Herstellung viel wirtschaftlicher ist als bei den vorbekannten Ventilen von vergleichbarer Kapazität. In der Erfindung ist ein auseinandergezogener Balgen vorgesehen, der an einem Ende von dem Hauptteller und am anderen Ende von einer festen Wand abge-

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schlossen wird, die eine das Schaltglied des Ventils aufnehmende Öffnung enthält. Der verformbare Balgen stellt die Druckkammer oberhalb des Haupttellers dar und schließt am Umfang des Hauptteller dicht mit diesem ab* Wenn der Teller zwischen seiner schließenden und seiner offenen Stellung hin und her bewegt wird, soll sich der Balgen einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zufolge hauptsächlich in Axialrichtung verformen. Auf diese Weise vereint der Balgen in sich gleichzeitig die Eigenschaften sowohl der biegsamen Membran als auch des starren Tentilkörpers der herkömmlichen Anordnungen. Der Balgen kann in der üblichen Weise nach den derzeit bekannten Methoden aus geeigneten Metallen hergestellt sein. Dadurch kann die Druckkammer einen weitaus größeren Druck aufnehmen, als es bisher bei vergleichbaren Ventilen mit einer biegsamen Membran der Pail war. Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgehen wird, ist der Balgen ein integrierender und aktiver Bestandteil des erfindungsgemäßen Ventils. Dies stellt einen unmittelbaren Unterschied zu den bereits bekannten Vorrichtungen dar, bei denen ein Balgen lediglich die Aufgabe hat, andere der Kraftübertragung dienende Ventilteile dichtend zu umschließen.

Hauptzweck der Erfindung ist es, ein neues schaltendes Rückschlagventil zu vermitteln, welches einfach und wirtschaftlich herzustellen und im Betrieb dauerhaft und zuver- " lässig ist. Ferner soll das Ventil auf besonders vorteilhafte Weise arbeiten, indem die elastische Verformung des BaI-· gens direkt dazu ausgenutzt wird, den Hauptteller zwischen seiner schließenden und seiner durchlassenden Stellung zu bewegen.

Weitere Besonderheiten der Erfindung, die aus dem vorher Gesagten nicht ohne weiteres erkennbar sind, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der die Konstruktionsmerkmale und die Kombination der Einzelteile eines Ausführung,3-

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beispiels anhand der "beiliegenden Zeichnungen erläutert werden. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Mittelachse einer Ausführungsform des Rückschlagventils, worin sowohl der Hauptais auch das Schaltteil geschlossen ist?

Mg. 2 und 3 die Anordnung nach Fig. 1 in verschiedenen Arbeitsstellungen,. wobei sich zunächst der Schaltteil und anschließend der Hauptteller in Durchlasstellung befindet.'

In den einzelnen Figuren der Zeichnung ist ein Überdruck-Rückschlagventil dargestellt. Durch die Erfindung soll jedoch dem Fachmann ausdrücklich nahegelegt werden, das Ventil auch als Unterdrucktyp auszuführen. Die hierzu notwendige. Abwandlung einzelner Teile soll ebenfalls in den Bereich der Erfindung fallen. In den Zeichnungen sind einige Teile dargestellt, die bereits bekannt sind. So zeigen Sockel 10 und Ventilsitz 12 eine Form, wie sie bei Rückschlagventilen an Lagertanks üblich ist. Der Sockel und der Ventilsitz sind im allgemeinen aus einem geeigneten Metall gegossen und bilden einen geschlossenen Kanal 14 vom Inneren des Tanks bis zu der vom oberen Rand des Ventilsitzes gebildeten Öffnung'. Der Hauptteller 16 ist starr und massiv und so angeordnet, daß er auf dem Ventilsitz aufliegen kann. Er kann in bekannter Weise ausgeführt sein, jedoch ist er in den vorliegenden Zeichnungen, die nur der Veranschaulichung dienen, so ausgeführt, daß er einen etwas größeren Durchmesser als der Ventilsitz 12 hat und am Rand 18 nach unten umgebördelt ist. Wenn der Hauptteller 16, wie in der Fig. 1 dargestellt, den Ventilsitz 12 abdeckt, ist der Tank abgeschlossen, und es können keine Gase durch das Ventil in den Tank oder aus dem Tank strömen. In vielen herkömmlichen Anordnungen dieser Art befindet sich zwischen dem oberen Rand des Ventilsitzes 12 und

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der gegenüberliegenden Fläche des Tellers 16 eine Zwischenlage aus biegsamem oder elastischem Material»um beide Teile flüssigkeitsdicht abzuschließen.

Der auseinandergezogene' Balgen 20 hat den gleichen, normalerweise kreisförmigen Querschnitt wie der Hauptteller und besteht aus einem an beiden Enden offenen Hohlzylinder mit gefalteter Seitenwandung. Solche Balgen werden vielfach produziert und sind in den unterschiedlichsten Formen und Materialien erhältlich. Der Balgen 20, wie er im vorliegenden Fall verwendet wird, besteht vorzugsweise aus Metall, um eine erhöhte Festigkeit und eine definierbare Federkonstante ä zu erhalten, die notwendig ist, um den Hauptteller 16 an den Sitz .12 zu pressen. Als geeignetes Material, welches einem hohen Druck und den atmosphärischen Korrosionseinflüssen widersteht, empfiehlt sich rostfreier Stahl. Mit seinem unteren Ende umschließt der Balgen 20 dichtend mit seinem gesamten Umfang den Hauptteller. Das obere Ende des Balgens 20 schließt dicht an eine massive feststehende Platte 22 an, die von mehreren Stangen 23 getragen wird. Der Balgen bildet somit die Seitenwandung einer abgeschlossenen Kammer 24-, welche an einem Ende von der oberen Fläche des Tellers 16 und am anderen Ende von der unteren Fläche der Platte 22 begrenzt ist.

Der Hauptteller 16 ist vorzugsweise in seinem Mittel- ' teil mit einer öffnung 26 versehen, die das Tankinnere mit der Kammer 24 verbindet. In der Platte 22 befindet sich eine weitere Öffnung, durch welche ein hohles Rohr 28 geführt ist. Die innere Ausbohrung des Rohrs 28 bildet einen Durchlaßkanal 30 durch die Platte 22, mit dessen Hilfe die Kammer 24 mit der Aussenatmoaphäre oder gegebenenfalls mit einem anderen abgeschlossenen System verbunden werden kann. Das obere Ende des Rohrs 28 dient als Sitz 32 des Sehaltventils und kann durch den Schaltteller 34 zeitweise verschlossen werden, letzterer liegt an einer Ventilspindel 36» die in der Führung 38 gehalten wird.

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Der Teller 34 wird durch Federn 40 nach unten 'auf den Ventilsitz 32 gedruckt, wo er einen dichtenden Abschluß "bildet.

Die Führung 38 der Schaltventilspindel 36 ist in an sich bekannter Weise an der unteren Seite des oberen Teils einer Kappe 42 befestigt, die den Hauptteil des gesamten Ventils abdeckt und auf den Stangen 44 von aufgedrehten Flügelschrauben 46 gehalten wird. Solche Kappen werden gemeinhin an Schaltventilen und ähnlichen Anordnungen, die sich an der Außenseite eines lagertanks befinden, deswegen angebracht, um einen Schutz vor den Einzelteilen zu bieten.

In der dargestellten Ausführungsform reicht ein hohles Einsatzstück 48 durch die öffnung des Haupttellers 16 und bildet einen Durchlaß für die zwischen dem Tankinneren und der Kammer 24 strömenden Gase. Das Einsatzstück kann so beschaffen sein, daß die Weite des Durchlasses einstellbar ist. Auf jeden Fall soll diese Durchlaßöffnung enger sein als die Öffnung 30, welche den Gasstrom zwischen der Kammer 24 und der äußeren Atmosphäre durchläßt, um mit dem Öffnen des Schalttellers 34 einen schnellen Druckabfall in der Kammer °24 zu erreichen. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Schaltvorgang auch ohne die unmittelbare Verbindung zwischen Tank und Kammer durch den Hauptteller hindurch stattfinden kann* Das Schaltventil reagiert auf den Tankdruck und kann mit dem Tank auch durch andere Mittel verbunden sein.

Die Funktion der gesamten Anordnung ist leicht verständlich, wenn die Figuren der Reihe, nach betrachtet werden. Fig. 1 zeigt die Teile in völlig geschlossener Stellung, d.h. den Fall, in welchem die Druckdifferenz zwischen Tankinnerem und äußerer Atmosphäre nicht dazu ausreicht, das Ventil zu betätigen. Hierbei herrseht in der Kammer und im Tank jeweils derselbe Druck. Dieser Druck wirkt auf die Arbeitsfläche des

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Schalttellers 34, der die Öffnung des Ventilsitzes 32 abschließt. Erhöht sich der Druck auf einen "bestimmten Wert, so daß die Kraft auf den Teller 34 gegenüber der Spannkraft der Feder 40 überwiegt, dann öffnet sich das Schaltventil, und das Gas innerhalb der. Kammer 24 entweicht in die Atmosphäre. Da die entsprechende Öffnung größer ist als der Durchlaß 26, strömt das komprimierte Gas aus der Kammer 24 schneller aus als das ebenfalls komprimierte Gas vom Tank her in die Kammer nachströmen kann. Es entsteht also wegen der in Mg. 2 dargestellten geöffneten Stellung des Sehaltventils eine Druckdifferenz zwischen der Kammer und, dem Tankinneren.

Das Schaltventil bleibt solange offen und aus der Kammer 24 strömt solange komprimiertes Gas aus, bis der Druck in der Kammer so weit unter den Tankdruck abgefallen ist, daß der Hauptteller 16 von seinem Sitz 12 abgehoben wird. Wie bereits erwähnt, sind die relativen Weiten der Durchlaßöffnungen 26 und 30 s.o bemessen, daß dieser Vorgang nach dem Öffnen des Schaltventils sehr schnell stattfindet und der Haupttel*- ler infolge des sprunghaften Druckabfalls in der Kammer 24 sofort und um einen merklichen Betrag abgehoben wird. Wenn sich der Hauptteller 16 in geöffneter Stellung.befindet, wie-in Fig. dargestellt, verhindern die Führungsstangen 23 eine unerwünscht große radiale Auslenkung. Die Stangen 23 führen also gleichzeitig den Teller 16 und stützen die Platte 22. Da auf diese Weise der Hauptteller zu einer gradlinigen Bewegung zwischen seinen beiden Stellungen gezwungen wird, erfährt auch der Balgen nur eine Verformung in Längsrichtung. ■

Der Hauptteller 16 verbleibt solange in geöffneter Stellung und läßt das Gas aus dem Tank strömen, bis der Druck auf einen Wert abgesunken ist, der zur Überwindung des Tellergewichts und/oder der elastischen Rückstellkraft des Balgens nicht mehr ausreicht. Wie bei allen Balgen, insbesondere bei

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metallenen Ausführungen, entsteht eine Rückstellkraft dann, wenn der Balgen aus seiner Ruhestellung auseinandergeζogen oder zusammengedrückt wird. Diese Rückstell- oder Federkraft wird bei der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ausgenutzt. Sie ist abhängig von der Wandstärke, dem Durchmesser und dem Abstand der Rippen des Balgens· Die Rückstellkraft wird im vorliegenden Fall durch die Wahl dieser Maße so eingestellt, daß der Balgen bei einem bestimmten Überdruck ein Abheben des Haupttellers 16 um den gewünschten Betrag erlaubt. In manchen Fällen ist es günstig, einen sehr flexiblen Balgen vorzusehen, so daß die Kraft, die den Hauptteller von der Durchlaßstellung in die schließende Stellung überführt, relativ klein ist, während es andererseits noch eines ziemlich hohen Druckes bedarf, das Schaltventil zu öffnen. Hierbei wird der hohe Druck in Verbindung mit dem sehr flexiblen Diaphregma zur Folge haben, daß der Hauptteller sehr weit angehoben wird und der Balgen beschädigt wird oder eine bleibende. Formänderung erfährt. Für solche Fälle können Anschlüge vorgesehen werden, die den Hub des Hauptteilers auf ein Maximum begrenzen. Solche Anschläge können irgendeine zweckmäßige Form haben." In der dargestellten Ausführungsform bestehen sie beispielsweise aus Stangen 50, die von der blatte 22 nach unten führen. Diese Stangen können die untere Verlängerung der Stangen 44 sein, die, jeweils mit Dichtungen versehen, durch die Platte 22 hindurchreichen. Natürlich kann der Balgen auch allein seine Aufgabe erfüllen, wobei die Anschläge nicht unbedingt erforderlieh für die Erfindung sind.

Wenn das Ventil, wie beschrieben, dem Überdruckausgleich dient, wird es normalerweise so am Tank angebracht, daß das Eigengewicht des Haupttellers dazu beiträgt, das Ventil zu schließen. Das schließt natürlich nicht aus, daß das Ventil auch anders orientiert oder so angelegt sein kann, daß entweder für einen Überdruck- oder einen Unterdruckausgleich

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die Federkraft des Balgens bzw» einer zusätzlichen Rückstelleinrichtung den Hauptteller zurück in die geschlossene Position führt. Nachdem der Tankdruck Ms auf das gewünschte Maß, wie es durch die Ruckstellkräfte vorgegeben ist., abgesunken ist, nehmen die Teile wieder die in Fig. T gezeigte Stellung ein«,

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß die vorliegende Erfindung in ähnlicher Weise funktioniert wie die vorbekannten schaltenden Rückschlagventile. Es ist jedoch hervorzuheben, daß die erfindungsgemäße Konstruktion viel wirtschaftlicher und anpassungsfähiger ist, da der elastische Balgen gleichzeitig zwei Aufgaben erfüllt: einmal bildet er | eine die Druckkammer umgrenzende Wand oberhalb des Haupttellers, wobei seine Flexibilität· eine öffnende und schließende Bewegung des Haupttellers erlaubt, und zum anderen übt er eine Rückstellkraft auf den Hauptteller aus. Der Balgen bildet also einen integrierenden Bestandteil der Ventilanordnung und ersetzt gleichzeitig den starren Ventilkörper und die biegsame Membran, die ansonsten notwendig ist, den Hauptteller an den Ventilkörper zu koppeln· Es ist nicht die Aufgabe des Balgens, zwischen den beiden Abteilungen des Ventils lediglich ein Dichtungselement zur Durchführung einer Spindel darzustellen, welche die Ventilbewegung einer Abteilung auf die andere überträgt, wie es bei den bisherigen Anordnungen, die als "Balgenventile" galten, der Regelfall war. '

Aus alledem ist zu erkennen, daß die Erfindung die eingangs erwähnten Zwecke wirksam erfüllt. Es sind viele Abwandlungen der beschriebenen Einrichtung möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, und die beigefügten Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung,ohne eine Abgrenzung darzustellen, .

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Claims (10)

Ί650393 Patentansprüche

1. Rückschlagventilanordnung zum Öffnen und Schließen eines Behälters in Abhängigkeit von den im Behälter auftretenden Druckschwankungen, gekennzeichnet durch eine aus einem langgezogenen Balgen (20) "bestehende Druckkammer, die an einem ^ Ende von einer massiven, mit einem verschließbaren Durchlaß (30) versehenen Platte (22) und am anderen Ende von der Rückseite eines beweglichen Hauptventiltellers (16) dicht abgeschlossen ist, wobei der Durchlaß (30) in der Platte ein bewegliches Verschlußstück (34) enthält, das vom Innendruck des φ Behälters gesteuert wird und beim Öffnen eine Druckdifferenz zwischen Behälter und Kammer herbeiführt, und der Häuptteller (16) unter elastischer Verformung des Balgens (20) mit seiner Vorderseite auf seinem den Rand einer Behälteröffnung darstellenden Ventilsitz (12) aufliegen oder abgehoben sein kann, wodurch er den Behälter schließt oder öffnet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Führung des Haupttellers (16), daß dessen Bewegungen zwischen der öffnenden und'schließenden Stellung eine elastische Verformung des Balgens (20) hauptsächlich in Längsrichtung bewirken.

^w 3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Balgen (20) aus metallischem Material.

4· Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Material rostfreier Stahl ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (32) des Durchlasses (30) in der Platte (22) den Sitz eines Schaltventils bildet, und das bewegliche Verschlußstück (34) als Ventilteller ausgeführt ist, der auf dem Sitz (32) auflie-■

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gen kann,

6. Anordnung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine Öffnung (26) im Hauptteller (16), die das Innere des Behälters mit der Kammer verbindet und "bei geschlossener Stellung des Haupttellers (16) einen Druckausgleich zwischen Behälter und Kammer herbeiführt und deren wirksamer Querschnitt kleiner als der Durchlaß (30) in der Platte (22) ist, so daß beim Öffnen des Durchlasses (3.0) die Kammer stärker gelüftet wird als der Behälter und eine Druckdifferenz zwischen beiden Räumen entsteht.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die massive Platte (22) fest auf starren Haltern (23) liegt und in Ruhe bleibt, wenn die Ventilteller (16, 34) und der Balgen (20) bewegt werden.

8. Anordnung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine solche fform und .lage der Halter (23)» daß diese eine elastische Verformung des Balgens (20) nur in Längsrichtung zulassen, wenn der Hauptteller (16) zwischen öffnender und schließender Stellung bewegt wird.

9φ Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine festgelegte Rückstellkraft des Balgens (20), die den Hauptteller (16) in die schließende Stellung zu drücken trachtet, wenn er sich in öffnender Stellung befindet.

10. Anordnung nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß feste Anschläge (50) den Hub des Haupttellers (16) und d£e elastische Verformung des Balgens (20) in Grenzen halten, wenn der Hauptteller (16) in die öffnende Stellung bewegt wird.

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