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Absperrventil für Verdichteranlagen Die Erfindung betrifft ein Absperrventil
für Verdichteranlagen zwn Absperren der den Verdichter mit dem Druckgefäss der Anlage
verbindenden Verbindungsleitung, mit einem Ventilkörper, in dem ein unter der Wirkung
des durch den Verdichter erzeugten Druckes gegen den im Druckgefäss herrschenden
Druck bewegbares Ventilglied angeordnet ist.
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Um bei Verdichteranlagen für das Ingangsetzen des Verdichters mit
möglichst geringer Antriebsenergie auszukommen, sind solche Anlagen mit einer Entlastungseinrichtung
in Form Eines Entlüftungsventiles ausgestattet, welches an auf den Druck des Druckgefässes
ansprechender Druckschalter auslöst und steuert, so dass der Verdichterraum und
damit die Verbindungsleitung entlüftet wird.
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Diesem Entlüftungsventil ist dabei das eingangs erwähnte Absperrventil
zugeordnet, um für die Entlüftung das Druckgefäss von der vom Verdichter kommenden
Verbind-rrjslejtung
zu trennen.
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Die bei Verdichteranlagen bisher zur Verwendung kommenden Absperrventile'
bilden dabei selbstschliessende Rückschlagventile, die bei solchen Anlagen, insbesondere
wenn es sich um Kolhenverdichteranlagen haniAt, den Nachteil haben, dass deren Ventilglied,
bedingt durch die während des Betriebes des Verdichters auftretenden pulsierenden
Luftströmungen sich fortgesetzt'bewegt und dadurch einem Verschleiss ausgesetzt
ist und mehr oder weniger starke Betriebsgerausche erzeugt, was bei geräuschgedämpften
Verdichteranlagen besonders störend ist.
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Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie basiert auf der Erkenntnis,
dass sich dieser Nachteil vermeiden lässt, wenn das Ventilglied des Absperrventils
sich selbsttätig in seiner Offenstellung hält und durch einen Schaltimpuls im wesentlichen
zu dem Zeitpunkt in seine Schliesstellung gesteuert wird, bei dem der Verdichter
stillgesetzt wird.
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Entsprechend dieser Erkenntnis zeichnet sich das erfindungsgemässe
Absperrventil dadurch aus, dass sich vom Ventilglied ein im Ventilkörper geführter
Schaftwegerstreckt, der mit seinem Endstück aus dem Ventilinnenraum herausragt.
Bei dieser Konstruktion ist sichergestellt, dass im Betriebszustand des Verdichters
in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes stets ein Kraftüberhang und somit gewährleistet
ist, dass das Ventilglied in seiner Offenstellung in Ruhe verharrt. Die zusätzXche,
in Offnungsrichtung wirkende Kraft wird dadurch erreicht, dass sich auf den Querschnitt
des aus dem Innern des Ventilkörpers herausgeführten, sich vom Ventilglied wegerstreckenden
Schaftes nicht der Verhältnismässig hohe, im Innern des Druckgefässes bzw. des Ventilkörpers
herrschende Druck auswirken kann. Die Steuerung des Ventilgliedes in seine Schließstellung
kann ohne oder mit Hilfsmittel erfolgen. Wird der
Verdichter bei
gleichzeitiger Entläftung der Verbindungsleitung stillgelegt, wird ohl zwishen Ventilglied
und Ventilsitz ein Unterdruck als auch auf der dem Ventilsitz gegenüberliegenden
Seite des Ventilgliedes der im Druckgefäss herrschende Druck und gegebenenfalls
eine durch ein Hilfsmittel erzeugte Kraft voll wirksam, wodurch sich das Ventilglied
rasch in seine Schliesstellung bewegt und dadurch die Verbindung des Verdichters
zum Druckgefäss unterbrochen wird.Sofern eine zusätzlichen Mittel zur Steuerung
des Ventilgliedes in seine Schliesstelling Anwendung finden sollen, wird vorgeschlagen,
das freie Schaftendstück aus dem Ventilkörper in die freie Atmosphäre hinausragen
zu lassen.
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Den Querschnitt des Ventilgliedschaftes wird man dabei so bemessen,
dass einerseits ein ausreichender Kraftüberhang zum Ruhigstellen des Ventilgliedes
in seiner Offenstellung und andererseits gewährleistet ist, dass sich dasselbe beim
Entlüften rasch in seine Schliesstellung bewegt. Der Schaft kann'hierbei über seine
gesamte Länge'den gleichen, verhältnismässig kleine Querschnitt aufweisen. Um Jedoch
auf einfachem Wege ene vorteilhafte Führung des Ventilgliedes im Ventilkörper zu
schaffen, wird vorgeschlagen, den Querschnitt des im Ventilkörper geführten Teils
des Schaftes wesentlich grösser als den Querschnitt des in die freie Atmosphäre
hinausragenden Schaftteilstückes zu wählen. In diesem Falle ist die Konstruktion
im übrigen so zu treffen, dass die -ringförmige Stirnfläche des innerhalb des Ventilkörpers
geführten Schaftteiles von dem im Druckgefäss herschenden Druck beaufschlagt werden
kann, um möglichst grosse Rückstellkräfte für das Ventilglied zu erzeugen. Die Steuerung
des Ventilgliedes in seine Schliesstellung kann schliesslich noch dadurch wesentlich
begünstigt werden, dass die Verstellstrecke des Ventilgliedes verhältnismassig klein
bemessen wird, so dass bei der Entlüung zwischen Ventilglied und Ventilsitz
ein
Unterdruck wirksam werden kann, um das Ventilglied in seine Schliesstellung zu ziehen.
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Die Erfindung bietet ausserdem die Möglichkeit, die von ausserhalb
des Ventilkörpers auf den Schaft wirkende Kraft wesentlich zu erhöhen, wenn Hilfmittel
bzw. eine vorzugsweise auf den Ventilkörper aufgesetzte Schliessvorrichtung Verwendung
finden, mit deren Hilfe der Schaft zum ScKiessen des Ventils axial verstellbar ist.
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Diese Ventilschliessvorrichtung kann beliebig ausgebildet sein. Sie
kann beispielsweise durch einen Magnet gebildet sein, dessen Anker einerseits mit
dem Schaft des Ventilgliedes und andererseits mit einer Druckfeder zusammenwirkt,
die versucht, den Anker in seiner Ausgangsstellung bzw. das Ventilglied in seiner
Schliesstellung zu halten. Ein solcher Magnet kann von dem ohnehin an jeder Veedichteranlage
vorhandenen elektrischen Schaltgerät so gesteuert werden, dass beim Einschalten
der Verdicheranlage das Ventilglied sich in bffnungsrichtung bewegen kann und beim
Abschalten der Anlage der Schaft dadurch die Druckfeder einen Stoss erhält, so dass
das Ventilglied am VentilsityQur Anlage kommt. Bei'dieser Konstruktion eignet sich
vorteilhaft ein Magnet,'der beim Einschalten der Verdichteranlage erregt wird und
einen Magnetkern gegen die Kraft der Druckfeder anzieht, so dass der-Schaft des
Ventilgliedes sich ungehindert in öffnungsrichtung bewegen kann. Wenn nun die Verdichteranlage
abgeschaltet wird, wird somit auch der Magnet stromlos und die durch den Magnetkern
gespannte Euckfeder stösst den Magnetkern samt dem Schaft mit Ventilglied in Richtung
des Ventilsitzes.
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Eine besonders vorteilhafte Konstruktionsform ist erhältlich, wenn
die Schliessvorrichtung druckmediunlgestcuert arbeitet. Auch in diesem Falle bieten
sich verschiedene Alöglichkeiten
der konstruktiven Ausführung.
So kannSie Schliessvorrichtung ein in einem Zylinder angeordnetes, mit dem Schaft
des Ventilgliedes verbundenes Betätigungsglied aufweisen, das druckmediumgesteuert
ist. Die Druckbeaufschlagung der Schliessvorrichtung kann hierbei dadurch erfolgen,
dass über das Entlastungsventil der Verdiclteranlage eine direkte Verbindung von
Verbindungsleitung und Schliessvorrichtung hergestellt wird. Es ist dann lediglich
notwendig, die Entlastungseinrichtung mit einer geringfügig gedrosselten Ausgangsöffnung
zur Atmosphäre auszustatten, so dass einerseits vorübergehend ein genügend grosser
Druckstau an der Schliessvorrichtung entsteht und andererseits in genügend kurzer
Zeit ein völliger Druckabbau in der Druckleitung und im Zylinder zustandekommt.
Wenn die vom Druckstau beaufschlagte wirksame Fläche des Betätigungsgliedes der
Schliessvorrichtung gross genug ist, genügt ein sehr geringer Druckstau, d.h. nur
eine ganz unbedeutend gedrosselte Ausgangsöffnung oder Leitungsmündung. Diese Anordnung
empfiehlt sich insbesondere bei kleinen Verdichtern mit nur geringem Luftvolumen
in der Verbindungsleitung.
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Es ist jedoch auch möglich, die Schliessvorrichtung im Nebenschluss
an das Entlüftungsventil und dessen Åbflussleitung anzuschliessen. In diesem Falle
ist nur eine Drosselung des Querschnittes der Abf lussleitung nach der Sbzweigstelle
zur Schliessvorrichtung nötig, so dass widerum ein vorübergehender Druckstau in
der Schliessvorrichtung entsteht. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, wenn
das Entlastungsventil ein-schnelles Entleeren der Druccitun bewerkstelligen soll.
Dabei kann der normalUrweise vorhandene Strömungswiderstand der Abflussleitung ohne
zusätzliche
Drosselung einen genügend grossen Druckstau in der Schliessvorrichtung
ergeben. Aufgrund dessen, dass die Schliessvorrichtung nur eine sehr geringe Luftmenge
benötigt, entsteht in der Verbindungsleitung zu dieser auch bei nur geringem Querschnitt
so gut wie kein Druckabfall. Diese Anordnung ist sehr vorteilhaft bei mittleren
und grösseren Verdichteranlagen mit einem grösseren Luftvolumen in der Druckleitung.
Derartige Verdichter sind normalerweise mit einem elektromagnetischen Entlüfungsventil
mit grösserem Durchgangsquerschnitt ausgerüstet, weshalb sich der Anschluss des
Zylinderraumes im Nebenschluss empfiehlt.
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Als Betätigungsglied kann die Schliessvorrichtung beispielsweise eine
in deren Zylinder eingespannte, mit dem Schaft des Ventilgliedes verbundene Membran
aufweisen. Eine weitere vorteilhafte Konstruktion kann auch darin bestehen, das
Betätigungsglied durch einen im Zylinder der Schliessvorrichtung geführten Kolben
zu bilden, dessen Kolbenstange dann den Schaft des Ventilgliedes bilden kann.
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Schliesslich kanudie Ventilschliessvorrichtung auch so ausgebildet
sein, dass die beim Entlüften frei werdende Druckluft auch indirekt zum Auslösen
der Ventilshliessvorrichtung benutzt werden kann, indem beispielsweise ein Membranschalter
beaufschlagt wird, der dann durch Kontaktgabe die in irgend einer Weise zu erzeugende
Arbeitsbewegung der Vorrichtung auslöst.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig.l einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Absperrventils,
dessen Ventilglied sich in seiner Schliesstellung befindet und dessen Schliessvorrichtung
als Betätigungsglied des VentilÜliedes
einen Kolben aufweist, Fig.2
ein Blockdiagramm, aus dem ersichtlich ist, dass das Absperrventil gemäss Fig. 1
in einer Derdichteranlage mit den übrigen funktionswesentlichen Kornponenten derselbe
geschaltet ist, Fig. 3 ein weiteres Blockdiagramm, aus dem eine weitere Möglichkeit
der Schaltung des in Fig. 1 gezeigten Absperrventiles mit den übrigen funktionswesentlichen
Komponenten einer Verdichteranlage ersichtlich ist, Fig.4 einen Teillängsschnitt
durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Absperrventiles ähnlich Fig.l, an dessen
Zylinderraum eine Drossel angeschlossen ist, Fig. 5 einen Teillängschnitt durch
ein drittes Absperrventil, in dessen Zylinderraum als Betätigungsglied eine Membran
angeordnet ist, Fig. 6 einen Teillängsschnitt durch ein viertes Absperrventil dessen
Schliessvorrichtung zur Betätigung des Ventilgliedes einen Magnet aufweist, Fig.
7 einen Teillängsschnitt durch ein fünftes Ausfüheines Absperrventiles rungsbeispiel/,
dessen Ventilschaft aus dem Ventilkörper in die freie Atmosphäre hinausragt.
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In Fig. 1 ist als Ganzes mit 10 ein Durchgangsventilkprper
bezeichnet,
an dem zwei Anschlussgewinde 12, 14 angeformt sind. Mit 16 ist ein Ventilkörperhals
bezeichnet. Am Anschlussgewinde 12 ist die vom Verdichter kommende Druckleitung
und am Anschlussgewinde 14 die Verbindungsleitung -zum Druckgefäss anschliessbar.
Im Ventilkörperhals 16 ist ein Führungskörper 18 eingeschraubt. Mit 22 ist ein am
Führungskörper angeformter Aussenflansch bezeichnet, der sich unter Zwischenschaltung
einer Ringdichtung 24 beim Einschrauben des Führungskörpers 18 an der Stirnseite
des Ventilkörpershalses 16 druckdicht anlegt. An seiner freien Stirnseite ist am
Elansch 22 ein Halsstück 26 angeformt, das zusammen mit dem Führungskörper 18 einen
Zylinderraum 28 definiert. Dieser Zylinderraum ist verschlossen durch eine auf das
Aussengewinde des Haisstückes 26 aufgeschraubte Kappenmutter 30. Die letztere weist
einen Anschlusstutzen 32 auf, an dem eine von einem Entlüftungsventil kommende Leitung
anschliessbar ist.
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Mit 34 ist ein zwischen den beiden Anschlussgewinden 12, 14 liegender
Ventilsitz bezeichnet. Im Führungskörper 18 ist ein Schaft 36 verschiebhar angeordnet,
der an seinem gemäss Fig. 1 unteren Endstück 38 ein scheibenförmiges Ventilglied
40 trägt, das an seiner dem Ventilsitz zugekehrten Stirnseite eine Ringdichtung
42 trägt, mit der es am Ventilsitz 34 in der Schliesstellung des Ventilgliedes zur
Anlage kommt. Im Führungskörper 18 ist ein Dichtring 44 angeordnet; der den das
Ventilglied aufnehmenden Raum des Durchgangv-enti4körpers gegenüber dem Zylinderraum
28 druckdicht abschtiesst.
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Auf dem anderen, genäss Fig. 1 oberen Endstück 46 des Schaftes 36
ist ein Kolben 48 angeordnet, der dru'dAicht im Zylinderraum 28 geführt ist. Mit
50 sein en Aussenflansch 22 des Führungskörpers 18 quer nach aussen durchdringender
Entlüftungshacal bezeichnet, der den unterhalb des Kolbens
48 befindlichen
Teil des Zylinderraumes 28 zum Entlüften mit der Atmosphäre verbindet. Die Wirkungsweise
des beschriebenen, in eine Verdichteranlage eingebauten Absperrventils wird im Zusammenhang
mit dem Blockdiagramm der Fig 2 des näheren erklärt, wobei sich zunächst eine kurze
Beschreibung dieser Figur anschliesst. Die das Absperrventil gemäss Fig. 1 aufweisende
Verdichteranlage weist z. B. einen Kolbenverdichter 52 auf, der über eine Verbindungsleitung
54 mit, dem Druckgefäss 56 der Verdichteranlage verbunden ist. In die Verbindungsleitung
ist das in Fig. 1 beschriebene, in Eg. 2 als Ganzes mit 58 bezedhnete Absperrventil
zwischengeschaltet. 60 bezeichnet ein Entlastungsventil, welches einerseits über
eine Leitung 62 an der Druckleitung angeschlossen ist und andererseits an einer
Leitung 64 liegt, die zu einer Drossel 66 führt. An der Leitung 64 ist der Anschlusstutzen
32 der Kappenmutter 30 des Absperrventils über eine weitere Leitung 68 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise des Absperrventils ist folgendermassen: So ange
durch den Verdichter 52 Druckluft erzeugt und über die Verbindungsleitung 54 dem
Druckgefäß zugeführt wird, verharrt das Ventilglied 40 in seiner nicht dargestellten
Offenstellung, nachdem der Verdichterdruck auf den Schaft 36 auftrifft und sowohl
die Oberseite des Kolbens 48', als auch die Unterseite des Kolbens 48 nur vom Atmosphärdendruck
beaufschlagt wird, so dass die Ventilachse so weit wie möglich in öffnungsrichtung
gedrückt wird. Ist im Druckgefäß ein vorbestimmter Druck erreicht, so wird der Kolbenverdichter
stillgelegt und das Entlastungsventil 60 wird durch einen Steuerimpuls geöffnet,
so dass der Verdichterdruckraum bzw. die Verbindungsleitung 54 entlüftet wird. Die
abströmende Druckluft trifft hierbei auf die Drossel 66, wodurch ein Rückstau entsteht
und dadurch über die Leitung 68 Druck
luft in den Zylinderraum
28 de-s Absperrventils 58 strömt.
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Unter der Wirkung diese-r Druckluft wird der Kolben 48 und damit das
Ventilglied 40 momentan in seine Schliesstellung geschossen, so dass die Verbindung
vom Druckgefäß zum Kolben verdichter unterbrochen ist und die Verbindungsleitung54
voll entlüftet werden kann. Die Drosselung der aus dem Entlüftungsventil 60 abströmenden
Druckluft bewirkt damit im Absperrventil einen Steuerimpuis zum Schliessen desselben.
Ist das Absperrventil mit HilEe der Schliessvorrichtung erst einmal geschlossen,
dann wirkt der Druck des Druckgefäßes auf die Oberseite des Ventilgiedes 40 und
drückt dieses auf den Sitz 34.
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Durch den abnehmenden Druck in der Druckleitung, welcher auf die UnterseitSes
Ventilgliedes wirkt, wird das Ventilglied immer stärker an den Dichtsitz gepresst.
InnerhalVkurzer Zeit wird der Zylinderraum 28 über die Leitung 68, 64 und die Drossel
66 völlig entlüftet, so dass beim Wiedereinschalten der Verdichteranlage im Zylinderraum
28 nur der Atmosphärendruck herrscht. Beim erneuten Inbetriebsetzen des Kolbenverdichters,
wobei zuvor das Entlüftungsventil 60 geschlossen worden ist, kann nun das Ventilglied
40 durch den Verdichterdruck wieder in seine Offenstellung zurückgesteuert werden,
wobei die aus dem Zylinderraum 28 verdrängte Luft über die Drossel 66 aus den Leitugen
64,68 entweichen kann.
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In Fig. 4 ist lediglich der Ventilkörperhals mit den entsprechenden
Teilen eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Absperrventiles gezeigt und gleiche
Teile wie in Fig. 1 eisen die gleichen Bezugszahlen wie diese Teile der Fig 1 auf.
Der konstruktive Unterschied zum Ausführungsbeispiel eines Absperrventiles gemäss
Fig.1 liegt darin, dass die als Ganes mit 70 bezeichnete Rappenmutter mit einer
Drossel 72 ausgestattet ist, so dass die gemäss Fig. 3 vom Entlüftungsventil 60
der Verdichteranlage zugeführte Druckluft
über eine Leitung 61
zunächst in ihrer vollen StE auf den das Ventilgleid in seine Schliesstellung steuernden
Kolben 48 auftrifft und daran anschliessend aus dem Zylinderraum gedrosselt entweichen
kann.
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Die in Fig. 5 gezeigte Konstruktion stellt eine Variante zur Konstruktion
gemäss Fig. 1 dar. Der konstruktive Unterschied besteht darin, dass die Schliessvorrichtung
des Kolbens eine mit Hilfe der Kappenmutter 30 im Zylinderraum 28 eingespannte und
mit dem Schaft 36 des Ventilgliedes verbundene Membran 76 aufweist.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 ist eine Konstruktionsvariante
eines Ventiles ähnlich Fig. 1 gezeigt, bei der im Zylinderraum 28 des Ventilkörpers
ein Magnet angeerdnet ist.
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Dessen Erregerspule 78 und deren koaxial zum Schaft 36 angeordneter
Weicheisenanker ist mit 80 bezeichnet. Die Anschlussleitungen 82, 84 der Erregerspule
sind durch eine im Führungskörper angeordnete Öffnung 86 nach aussen geführt. Der
Anker liegt mit seiner einen Stirnfläche an der zugekehrten Stirn fläche des Schaftes
36 an, während auf dessen anderer Stirnfläche eine Druckfeder 88 wirkt, die sich
an der Kappenmutter 30 abstützt und die versucht, das Ventilglied in seiner Schliessstellung
zu halten. Während des Betriebs des Verdichters wird die Erregerspule 78 erregt
und damit der Anker 80 vom Schaft abgehoben, so dass sich das Ventilglied in seine
Offenstellung bewegen kann. Wird der Verdichter stillgelegt, so erhält das Ventilglied
durch die Druckfeder 88 einen Stoss und bewegt sich in Richtung des Ventilsitzes.
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Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf eine speæiclle
Schliessvorrichtung verzichtet. Bei dieser Konstruktion ist der am Ventilglied angeordnete
Schaft 90 aus dem Führungskörper 92 herausgeführt. Das aus dem Führungskörper herausragende
Schaftendstück 94 weist hierbei einen
Durchmesser auf, der wesentlich
kleiner als der Durchmesser des übrigen Schaftteiles ist.
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Während der einen grösseren Querschnitt aufweisende Schaft teil in
einer entsprechenden zylinE schen Ausnehmung 96 verschiebbar geführt ist, die am
Umfang sich in Längsrich tung erstreckenden Nuten 98 aufweist, so dass die obere
mit 99 bezeichnete ringförmige Stirnfläche dieses Schaftteiles von dem im Druckgefäss
herrschenden Druck beaufschlagt werden kann, ist das einen wesentlich kleineren
Querschnitt aufweisende stiftförmige Schaftendstück im Führungskörper druckdicht
geführt, was mittels einer zwischen Führungskörper und einer auf diesem aufgeschraubten
Mutter 100 angeordneten Ringdichtung 102 bewerkstelligt ist.
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Bei dimer Konstruktion konnte der Querschnitt auf die der sich im
Pruckgefäß aufbauende Druck wirken kann, um einen Betrag verringert erden, der dem
Querschnitt des stiftförmigen Schaftendstückes 94 entspricht. Es ist dadurch sichergestellt,
dass einerseits ein-ausreichender Kraftüberhang zum Ruhigstellen des Ventilgliedes
in seiner Offenstellung und andererseits gewährleistet ist, dass sich dasselbe beim
Entlüften der Verbindungsleitung rasch inCeine Schliesstelung bewegte