DE1923379C3 - Bistabiles Ventil - Google Patents

Description

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eines gasförmigen Films zwischen dem Fördergut und Es bedeuten:

der Tragfläche mündet und daß die Membran gegen- _Λ _, - , ^

über der Ausströmöffnung einen fluiddurchlässigen ^Δ* ⁼ dynamischer Druckverlust

Bereich aufweist, durch den sich der Druck hinter ^{V =} Strömungsgeschwindigkeit des P.uids,

der Membran fortschreitend steigert, wenn sich ein 5 ^{r =} spezifisches Gewicht des Fluids,

Gegenstand des Förderguts übe- der Ausströmöff- ⁸ ~ Erdbeschleunigung

nung befindet und den Abfluß des Fluids behindert, Ist demnach die Strömungsgeschwindigkeit des

wodurch sich die Membran in ihren nicht verformten Fluids unter der Membran gleich V₁ und in dem

Zustand zurückbewegt. _{Raum 8} gi_eich ^ (Mittelwert), so beträgt der mitt-

Zweckmäßige Weiterbildungen und bevorzugte io lere Druckverlust auf der Oberseite der Membran 6: Ausführungsformen des Ventils nach der Erfindung

sind in den obigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben. _ γ _fL,_t__V2\

Einige Ausführuagsformen der Erfindung sind in ^p -£Z *■ ² » ''
der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden

näher erläutert. Es zeigt ₁₅ w_enn die Membran 6 eine derartige Festigkeit be-

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Ventil, sitzt, daß sie genau horizontal in der dargestellten

Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 1, Lage bleibt, wenn sich die ober- und unterseitigen

F i g. 3 einen ähnlichen Schnitt wie F i g. 1 gemäß Drücke im Gleichgewicht befinden und wenn F die

einer Ausführungsvariante, Rückstellkraft ist, die sie elastisch bei ihrer in der

Fig. 4 eine besondere Ausgestaltung des in Fig. 1 ao Zeichnung gestrichelt dargestellten Verformung erdargestellten Ventils, zeugen kann, so folgt, daß diese Verformung statt-

Das in der Zeichnung dargestellte Ventil besteht findet, sobald

aus einem zylindrischen Gehäuse 1, welches in seinem S> d S + F — ApS

oberen Teil durch die Wandung 2 und an seinem Pi-Pz

unteren Teil durch eine mit einer teilweise dargestell- as ist.

ten Leitung 4 festverbundene Trennwand 3 abge- Es bedeuten:

schlossen wird. Die Leitung dient zur Verbindung _c ,-,, „ „.. . _a . , w_m.„_n

i/ide? W^uTfio^htmtSti * ^Z Si^lÄSSb der Membran,

. ««» j _{A Λ}. ·.. Pa ^ statischer Druck oberhalb der Membran,

s der Wandung austritt. 30 f² , . , r» , . _r .■

_ , . . χ, . . .... .... „ -.. Δ ρ — dynamischer Druckabfall.

In dem betrachteten Ausfuhrungsbeispiel stellt die

Wandung 2 ein Teil der Oberfläche einer mittels Demnach erfolgt die Verformung der Membran in

eines erzeugten Förderluftkissens pneumatisch be- die die öffnung 5 verschließende Lage bei einem

triebenen Förderstrecke dar. Wert von:

Die Steuerung der Luftzufuhr wird in diesem 35

Ventil durch das Vorhandensein einer Membran 6 j_p>JL_(p — ρΛ
erzielt, die mit ihrem Rand in einen ringförmigen 5 ²
Schlitz 1 α in der Seitenwand des Gehäuses 1 eingelassen ist. Die Membran zieht sich entlang des Die Größen F und S sind Konstanten; p₂ ist gleich Randes der inneren Oberfläche la der Wandung 2 40 dem jeweiligen atmosphärischen Druck und P₁ ist der hin, welche vorteilhafterweise aus später noch ange- Druck der Speiseluft,
gebenen Gründen von konkaver Gestalt sein kann. Wird der Druck P₁ nicht hinreichend zur Verfor-

Die Membran 6 besteht aus geschmeidigem und mung der Membran gewählt, d. h. wenn
elastischem Material und wird in der Nähe ihres

Außenrandes von öffnungen 7 durchzogen, durch 45 ρ <; _ + ρ

welche die aus der Leitung 4 bei konstantem ¹ S
Druck ρ, in das Gehäuse 1 kommende Luft radial

in zentripetaler Richtung zur öffnung 5 quer durch so kann diese Verformung nicht erzielt werden, so-

den von der Membran und der Wandung 2 um- fern die Strömungsgeschwindigkeit nicht zumindest

schlossenen Raum 8 strömt. 50 einen Betrag von

Bei dem dargestellten Ventil ist der Abstand der

öffnungen 7 von der öffnung 5 im Verhältnis zu der ~i / 2g IF, _ \

Abmessung dieser öffnung groß, so daß der ring- "*— J/ *i γ~\ς ^x)

förmige Querschnitt des Luftdurchtrittes in Richtung ^

dieser öffnung sich in dem Maße dei Entfernung von 55

einer der öffnungen 7 in Richtung öffnung 5 stark bei Vernachlässigung der verschiedenen Betnebsver-

verkleinert. luste erreicht.

Daraus folgt, daß die Strömungsgeschwindigkeit Zum Erzielen dieser Geschwindigkeit V₂ kann ent-

der Luft in dem Raum 8 viel größer als unter der weder bei einer bestimmten Entfernung zwischen der

Membran ist, wo der Druck P₁ herrscht. ^ Membran und der Wandung der Abstand zwischen

Bekanntlich entsteht an jeder von dem Strom eines den Membranöffnungen 7 und der öffnung S in der Fluids bestrichenen Oberfläche ein Druckverlust Wandung 2 verändert werden, oder die Entfernung dynamischer Art, dessen Stärke durch die Bernoul- zwischen der Membran und der Wandung kann

lische Gleichung wie folgt gegeben ist: variiert werden, wodurch sich der Querschnitt des

65 Luftdurchtrittes in dem Maße verkleinert, wie sich die Membran der öffnung 5 nähert, oder es können

_Δ ρ _ JL . λ yi selbstverständlich beide Maßnahmen kombiniert

2 g werden.

In Verschlußstellung liegt die Membran 6 in ihrer gesamten Ausdehnung an der konkaven Oberfläche der Wandung la derart an, daß die mechanische Durchbiegung der Membran praktisch an jedem Punkt konstant ist.

Die Membran bleibt in dieser Verschlußsvellung, wenn

Pt-S> F

ist (wobei die Wirkung des Druckes p₂ auf das Oberflächenelement der Membran gegenüber der öffnung 5 vernachlässigt wird), d. h., wenn die Kraftwirkung des Druckes P₁ auf die Membran größer ist als die elastische Rückstellkraft, welche der Membran eigen ist.

Wenn ein zu tragender Gegenstand über die öffnung 5 gelangt und die Membran sich zunächst in der Schließstellung befindet, muß der Druck p₂ erhöht werden, damit die Membran zusätzlich zur Wirkung ihrer elastischen Rückstellkraft F zur Rückkehr in ihre nicht verformte Lage veranlaßt wird, in der das Fluid erneut durch die öffnungen 7 auszuströmen vermag.

Zu diesem Zweck muß der der öffnung 5 gegenüberliegende Bereich von einer oder mehreren Mikroöffnungen durchzogen sein, wobei es sich um einen beliebig erzeugten porösen Bereich handeln kann. Unter diesen Bedingungen ist der Verschluß der öffnung S durch die Membran 6 nicht vollständig und es besteht noch ein ständiger leichter Durchfluß des Fluids von der Unterseite der Membran zu ihrer Oberseite in Richtung auf die öffnung 5 hin.

Wenn sich also (F i g. 2) ein Gegenstand auf diese öffnung setzt, so bildet sich zwischen dem betreffenden Gegenstand und der in Verschlußstellung befindlichen Membran 6 ein kleiner Raum aus, in dem der Druck langsam in dem Maße wie die Luft den porösen Bereich der Membran durchströmt zunimmt, um nach einer bestimmten, von der Größe und der Anzahl der Poren in der Membran abhängigen Zeit einen Wert einzunehmen, der dem Druck unterhalb der Membran gleich ist.

Wird die Oberfläche s_t der Membran im Bereich der öffnung 5 zwei statischen Drücken gleicher Stärke ausgesetzt, so wirkt auf diesen Membranabschnitl allein die elastische Rückstellkraft F, die bestrebt ist, die Membran in eine genau waagerechte Gleichgewichtslage zu führen. Jedoch von dem Augenblick an, wenn dieser Membranabschnitt mit der Oberfläche S₁ die Gleichgewichtslage erreicht hat, bildet sich entlang der Kanten dieser Oberfläche ein Vakuum ν aus (F i g. 2), welches sich derart mit Luft vom Druck P₁ auffüllt, daß sich die Membran 6 noch etwas weiter von der konkaven Oberfläche 2 α der Wandung 2 entfernt und die mit 6 a bezeichnete und gestrichelt dargestellte Lage einnimmt, wodurch erneut die Ausdehnung der freien Oberfläche der

ίο Membranoberseite, die dem Druck P₁ ausgesetzt ist, vergrößert wird. Mit der steigenden Vergrößerung der freien Oberfläche wächst die Geschwindigkeit, mit der sich die Membran 6 von der Oberfläche la entfernt, schnell an, bis die Membran wieder ihre mit 6b (Fig. 2) bezeichnete waagerechte Ruhelage einnimmt.

Diese Geschwindigkeit ist verständlicherweise um so größer, je geringer die Elastizität der Membran 6 ist, insbesondere falls der Luftdurchtritt durch die

ao Poren im Mittelbereich der Membran beträchtlich ist. Das beschriebene Ventil kann ebensogut in waagerechter Lage (Fig. 1) wie in senkrechter Lage (F i g. 4) als auch in jeder weiteren (nicht dargestellten) Zwischenlage verwendet werden.

as Nach einer abgewandelten Ausführungsform (Fig. 3) kann die innere Oberfläche der Wandung2 eben sein und die Membran 6 sich in geringem Abstand parallel zu ihr erstrecken. In einem solchen Fall werden die öffnungen? für den Luftdurchtritt in einer solchen Entfernung von dem Befestigungsbereich der Membran angeordnet, daß in der von der Membran auf Grund ihrer Verformung eingenommenen Verschlußstellung die Kanten der öffnungen auf dichtende Weise mit der inneren Oberfläche der Wandung 2 in Berührung kommen. Auf diese Weise verbleibt die Membran 6 solange fest anliegend an der Wandung 2, wie kein Gegenstand die öffnung 5 versperrt. Natürlich ist der Mittelteil der Membran 6 gleichfalls porös, um ein ständiges geringes Ent-

weichen von Luft in Richtung der öffnung S zu ermöglichen.

Obwohl sich Beschreibung und Zeichnungen nui auf Ventile zur Einspeisung von Förderlult in pneumatisch betriebene Förderanlagen beziehen, liegt es

auf der Hand, solche Ventile auch für andere Zwecke zu benutzen, insbesondere auf ihrem herkömmlichen Anwendungsgebiet als Sicherheitsarmaturen in Leitungen von unter Druck stehenden Fluiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. 5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ständig durchlässige Bereich in

   Patentansprüche: seinem der Auslaßöffnung (5) oder den Auslaßöffnungen gegenüberliegenden Teil einen porösen 1. Ventil mit einem eine Kammer umschließen- 5 Einsatz (J₁) enthält, den Gehäuse, das eine Zutrittsöffnung für ein
   Fluid, eine Ausströmöffnung für dieses und eine

   Membran, die zwecks Trennung der Zutritts-

   Öffnung von der Ausströmöffnung durch die
   Kammer gespannt ist, aufweist, wobei zwischen i°

   dem Umfang der Membran und der Wand der . .

   Kammer ein! dichte Verbindung besteht, öffnun- Die Erfindung betrifft em Ventil mit einem eine gen in der Membran für den Durchtritt von Fluid Kammer umschheßenden Gehäuse, das eine Zutnttsdurch die Membran in einem der Ausströmöff- öffnung fur ein Fluid, eine Ausströmöffnung für nung nicht gegenüberliegenden Bereich vorge- 15 dieses und eine Membran die zwecks Trennung der sehea sind und die Membran derart elastisch ver- Zutrittsöffnung von der Ausströmöffnung durch die formbar und die Entfernung zwischen der Kammer gespannt ist aufweist, wobei zw.schen Membran im nicht verformten Zustand und dem dem Umfang der Membran und der Wand der Kamihr austnttsseitig gegenüberliegenden TeU der mer eine dichte Verbindung besteht, Öffnungen in Kammerwand so bemessen ist, daß bei einer vor- *> der Membran fur den Durchtritt von Flmd durch bestimmten Strömungsgeschwindigkeit der hier- die Membran in einem der Ausströmöffnung nicht durch hinter der Membran erzeugte Unterdruck gegenüberliegenden Bereich vorgesehen sind und die die Membran in eine die Ausströmöffnung ver- Membran derart elastisch verformbar und die Entschließende Lage bringt, dadurch gekenn- feraung zwischen der Membran im nicht verformten zeichnet, daß die Ausströmöffnung (S) in die 30 Zustand und dem ihr austnttsseitig gegenüberliegen-Tragfläche (2) einer peumatisch betriebenen För- den TeU der Kammerwand so bemessen ist, daß bei derstrecke zur Bildung eines gasförmigen Films einer vorbestimmten Stromgeschwindigkeit der hierzwischen dem Fördergut und der Tragfläche (2) durch hinter der Membran erzeugte Unterdruck die mündet und daß die Membran (6) gegenüber der Membran in eine die Ausströmöffnung verschließende Ausströmöffnung (S) einen fluiddurchlässigen Be- as Lage bringt.

   reich (S₁) aufweist, durch den sich der Druck (Pj) Bekannte Ventile dieser Art (DT-PS 5 96 239) mit hinter der Membran (6) fortschreitend steigert, geschwindigkeitsabhängiger Betätigung werden als wenn sich ein Gegenstand des Förderguts über Sicherheitsventile dazu verwendet, bei einem plötzder Ausströmöffnung befindet und den Abfluß lichen starken Druckabfall in einer Gasleitung diese des Fluids behindert, wodurch sich die Membran 35 abzusperren. Die Ansprechgeschwindigkeit dieser in ihren nicht verformten Zustand zurückbewegt. Ventile hängt von der Elastizität der Membran ab,
2. 2. Ventil nach Anspruch I, dadurch gekenn· der Größe ihrer wirksamen Oberfläche und des auf zeichnet, daß der die Auslaßöffnung (5) um- ihren beiden Seiten vorhandenen Druckunterschieds, gebende und der Membran (β) gegenüberliegende Bei gegebenen Festigkeitseigenschaften des Mem-Teil (2) des Gehäuses (1) über seine gesamte Er- 40 branwerkstoffs hängen die elastischen Eigenschaften Streckung eine konkave Form aufweist und daß der Membran nur von ihrer Dicke ab, die jedoch die Membran längs ihres gesamten Umfangs (la) hinreichend sein muß, um der Membran eine ausmit der Außenkante⁷dieser konkaven Form in Be- reichende mechanische Festigkeit zur Aufniahme des rühningsteht(Fig. 1 und 2). bei geschlossenem Ventil auf sie einwirkenden
3. 3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 45 Druckes zu verlernen. Da die wirksame Membranzeichnet, daß der die Auslaßöffnung (5) um- fläche sich nicht behebig vergrößern läßt, haben gebende und der Membran (6) gegenüberliegende solche Ventile bei verhältnismäßig geringen, beider-Teil (2) des Gehäuses (1) über seine gesamte seits der Membran wirksamen Druckdifferenzen Erstreckung eben ausgebildet ist und daß die nur eine begrenzte Ansprechgeschwindigkeit. Sie Membran (6) sich parallel zu diesem Teil er- 50 eignen sich deshalb nicht zur Anwendung an einer streckt, wobei der Abstand zwischen den öffnun- pneumatisch betriebenen Förderstrecke mit be- · gen (7) und den Kanten der Membran größer als grenzter Leistung der Luftverdichter, bei der die zur der Abstand zwischen diesen Kanten und dem Erzeugung eines gasförmigen Films zwischen dem Teil (2) des Gehäuses (1) ist und mindestens aus- Fördergut und der Tragfläche zu verwendenden Venreicht, um einen Verschluß der Öffnungen (7) 55 tile praktisch in dem Augenblick zu schließen sind, durch Berührung der Membran mit dem Teil des da das Fördergut den Wirkungsbereich des jeweiligen Gehäuses zu verursachen, wenn die Membran in Ventils verlassen hat.

   die Stellung verformt wird, in der die Auslaß- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

   Öffnung (5) im wesentlichen dichtend verschlos- Ventil anzugeben, das bei einfacher Bauweise eine sen ist (Fig. 3). 60 kurze Ansprechzeit hat und dazu geeignet ist, stö-
4. 4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- rungsfrei sowohl augenblicklich zu schließen, wenn zeichnet, daß der ständig durchlässige Bereich in das Fördergut seinen Wirkungsbereich verläßt, als seinem der Auslaßöffnung (5) oder den Auslaß- auch unverzüglich zu öffnen, wenn das Fördergut in Öffnungen gegenüberliegenden Teil mindestens diesen Wirkungsbereich eintritt

   einen die Membran (6) durchsetzenden Durchlaß 65 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem mit einem Querschnitt aufweist, der im wesent- Ventil der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, liehen kleiner als der der Öffnungen (7) ist daß die Ausströmöffnung in die Tragfläche einer (Fig. 4). pneumatisch betriebenen Förderstrecke zur Bildung