DE19710541A1 - Als Ventileinsatz für unter Druck stehende Fluidbehälter dienende Vorrichtung - Google Patents

Als Ventileinsatz für unter Druck stehende Fluidbehälter dienende Vorrichtung

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DE19710541A1
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 44 26 730 bekannt.
Um Gefahren bei der unsachgemäßen Verwendung von unter Druck stehenden Fluid­ behältern - beispielsweise Aerosoldosen - zu vermindern, schreibt die Druckgas­ packungsverordnung TRG 300 vor, daß zu gewährleisten ist, daß Druckgaspackungen auch bei einer Erwärmung auf 50°C nicht explodieren.
Dennoch treten in der Praxis Unfälle häufig dadurch auf, daß die gesetzlich vorge­ schriebene unbedenkliche Erwärmungstemperatur von 50°C vom Verbraucher über­ schritten wird:
Bei der Verwendung von Druckgaspackungen mit einer einzigen Komponente wird der Packungsinhalt bei Temperaturerniedrigung, beispielsweise wenn mit der Druckgaspac­ kung im Freien gearbeitet wird, häufig dickflüssig. Da durch die Temperaturverringe­ rung der Druck in der Packung abnimmt, sinkt gleichzeitig die Austrittsgeschwindigkeit des auszugebenden Materials. In einer solchen Situation hilft sich der Verwender der Druckgaspackung häufig damit, daß er die Druckgaspackung erwärmt, wobei teilweise die Temperatur von 50°C überschritten wird und die Explosion der Druckgaspackung erfolgt. Dies kann zu schweren Verletzungen führen.
Eine Temperaturerhöhung auf über 50°C kommt überdies bei der Verwendung von Druckgaspackungen mit zwei verschiedenen chemischen Komponenten dadurch zu­ stande, daß die exotherme chemische Reaktion den Packungsinhalt erwärmt, wodurch sich gleichzeitig der Druck in der Dose erhöht. Durch die Temperaturerhöhung wieder­ um läuft die chemische Reaktion schneller, so daß eine weitere Erwärmung stattfindet. Bei der Verwendung von Druckgaspackungen mit mehreren miteinander reagierenden Komponenten kann es somit trotz sachgemäßer Anwendung zur Überschreitung der Temperatur von 50°C und damit zur Explosion der Packung kommen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Sicherheit von Druckgaspac­ kungen zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Sollbruchstelle wird ein kontrollierter Abbau des Überdrucks ermöglicht, ohne daß es zu einem Zerbersten des unter Druck stehenden Fluid-Behälters mit den da­ durch auftretenden Verletzungen infolge umherfliegender Bruchstücke des Fluidbehäl­ ters kommt.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Ventilkolben aus Vollmaterial weist der erfin­ dungsgemäße Ventilkolben einen wenigstens teilweise hohlen Ansatz auf, wodurch Material eingespart wird. Bevorzugt ist es, den Ansatz rohrförmig auszubilden. Der An­ satz kann jedoch auch anders geformt sein, beispielsweise in Form einer Halbkugel. Sofern die Vorrichtung einen Ventilkolben mit teilweise hohlem Ansatz aufweist, ist es gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 3 vorteilhaft, daß die Sollbruchstelle eine Schwächung der Wand des Ansatzes ist.
Für bestimmte Ausführungsformen ist es vorteilhaft, wenn der Ansatz nach außen wei­ sende Rippen aufweist. Diese Rippen können sowohl als Führung in einem Federventil, als auch zur mechanischen Stabilisierung des Ansatzes bei dem Kippventil dienen.
Nach Anspruch 5 kann die Sollbruchstelle zwischen den Rippen angeordnet sein. Nach Anspruch 6 ist es ebenfalls möglich, daß wenigstens eine Rippe wenigstens eine Soll­ bruchstelle aufweist.
Die Sollbruchstelle kann verschiedenartig erreicht werden. Insbesondere haben sich nur nach innen, nur nach außen oder sowohl nach innen als auch nach außen weisen­ de Einkerbungen, Rinnen oder Kehlen bewährt. Die Sollbruchstelle kann jedoch bei­ spielsweise ebenfalls eine Schwächung der Wand oder einer Rippe sein.
Im allgemeinen dienen Ansatzdecke und/oder Ansatzboden dazu, den Austritt des un­ ter Druck stehenden Fluids durch die innere Durchgangsbohrung des Ventilkörpers nach außen zu verhindern.
Sofern ein Ansatz mit ihm verbundene Ansatzdecken und/oder Ansatzböden aufweist, sind diese untereinander stoffschlüssig verbunden.
Die Ansprüche 11 und 12 beschreiben eine bevorzugte Ausführungsform einer Ventil­ einsatzvorrichtung für ein Federventil.
Die Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen zur Herstellung von Ventilkörper und Ventilkolben gemäß Anspruch 14 hat den Vorteil, daß durch die mit dem Druckan­ stieg gleichzeitig erfolgende Temperaturerhöhung ein Erweichen des Thermoplasten stattfindet und dieser dem Druck - insbesondere an der Sollbruchstelle - nachgeben kann. Hier hat sich insbesondere Polyethylen bewährt.
Elastische Ventilkörper, vorzugsweise Ventilkörper aus Gummi, eignen sich zur Herstel­ lung von Ventileinsatzvorrichtungen für Kippventile.
Um bei Kippventilen mit dem elastischen Ventilkörper den gewünschten kontrollierten Druckausgleich über die Sollbruchstelle zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, die Sollbruch­ stelle nicht an dem die innere Durchgangsbohrung des Ventilkörpers durchquerenden Ansatz, sondern an einem weiteren Ansatz vorzusehen. Es ist ebenfalls möglich, den Ansatzboden des die innere Durchgangsbohrung durchquerenden Ansatzes selbst mit einer Sollbruchstelle zu versehen.
Natürlich muß die gesamte Vorrichtung diffusionsdicht sein. Dies läßt sich, ungeachtet der jeweiligen Form der Einzelteile, durch die Auswahl der Materialien für den Ventiltel­ ler, den Ventilkörper und den Ventilkolben erreichen. Wird jedoch aufgrund anderer günstiger Eigenschaften ein Material verwendet, das die erforderliche Diffusionsdichtig­ keit nicht gewährleistet, so kann die Vorrichtung oder einzelne ihrer Teile zusätzlich durch ein Beschichtungsmaterial, beispielsweise Paraffin oder eine aufgedampfte Me­ tallschicht, beschichtet werden.
Die erfindungsgemäße Ventileinsatzvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwen­ dung in Druckgaspackungen.
Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen radialen Schnitt durch eine Ventileinsatzvorrichtung für ein Federventil,
Fig. 2 den Schnitt A-A durch Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Ventileinsatzvor­ richtung für ein Kippventil,
Fig. 4 den Schnitt B-B in Fig. 3,
Fig. 5 die Vergrößerung des Bereichs C aus Fig. 4,
Fig. 6 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Ventilvorrichtung für ein Kippventil,
Fig. 7 den Schnitt D-D in Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Ventilvorrichtung für ein Kippventil,
Fig. 9 den Schnitt E-E in Fig. 8,
Fig. 10 die Vergrößerung des Bereichs F aus Fig. 9.
Fig. 1 zeigt koaxial zur geometrischen Längsachse 11 der Ventileinsatzvorrichtung ei­ nen Ventilteller 12, um den teilweise ein Ventilkörper 13 spritzgegossen ist, der einen Ventilkolben 14 längs der geometrischen Längsachse 11 beweglich führt. Auf die Un­ terseite des Ventilkolbens 14 drückt nach oben eine Ventilfeder 16, wodurch Dichtlip­ pen 19 fluiddicht in einen Ventilsitz 21 gedrücktwerden. Halteschenkel 22 der Ventilfe­ der 16 sind unten am Ventilkörper angeklipst, und zwar in der Art einer Bügelfeder.
Der Ventilkörper 13 hat ein Zentralrohr 23, das mit seiner inneren Durchgangsbohrung 24 den Ventilkolben 14 mit wenig Spiel führt. Der obere Bereich des Zentralrohrs 23 trägt außen vollständig umlaufende Dichtlippen 26, deren Vielzahl ein Dichtlabyrinth bildet.
Der Ventilteller 12 weist in seinem einen Endbereich einen glockenförmigen Randbund 28 auf, der fluiddicht mit einem Bördelrand des Fluidbehälters 18 verbindbar ist.
Der Ventilkolben 14 (Fig. 1, 2) umfaßt einen der Führung dienenden Ansatz 31, der ei­ ne äußere Wand 36 aufweist und im inneren Bereich 37 bis auf den Zapfen 25 hohl ist. An den Ansatz 31 schließt sich der ringförmige Ansatzboden 32 an. An dem oberen Bereich des Führungsansatzes 31 schließt sich die mit diesem stoffschlüssig verbunde­ ne Ansatzdecke 34 und an dieser der nach unten ragende Stutzen 25 an. An der Unter­ seite des Stutzens 25 greift das Federblatt 42 der Ventilfeder 16 an.
Teilbereiche der Wand 36 des Führungsansatzes 31 sind in Form von Rippen 33 aus­ gebildet, die zur Führung an der inneren Durchgangsbohrung 24 des Zentralrohres 23 dienen. Die Kolbenwand weist eine Sollbruchstelle 17 auf, die durch eine Berstwand 38 und 39 sowie 38' und 39' erreicht wird.
Natürlich müssen insbesondere das Material des Führungsansatzes, die Dicke 41 der Wand 36 und die Dicke der Wand zwischen den Einkerbungen 38, 39 so gewählt wer­ den, daß die erforderliche Dichtigkeit für das Treibgas oder andere Stoffe gewährleistet ist, jedoch bei einem bestimmten Druck das Brechen an der Sollbruchstelle 17 erreicht wird. Die jeweilige Formgebung hängt selbstverständlich von der Art der verwendeten Materialien, ihrer Diffusionsdichtigkeit sowie ihrer mechanischen Verformbarkeit unter dem jeweiligen Gasdruck ab.
In der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind Ventilkolben 14 und Ventil­ körper 13 aus Polyethylen. Die Verwendung thermoplastischer Kunststoffe zur Herstellung des Ventilkolbens hat den Vorteil, daß durch die mit dem Druckanstieg gleichzeitig erfolgende Temperaturerhöhung ein Erweichen des Thermoplasten stattfin­ det und dieser dem Druck insbesondere an der Sollbruchstelle 17 leichter nachgeben kann. Eine weitere Erhöhung des Drucks führt dann zum Aufbrechen oder Aufreißen der Kolbenwand 31 an der Sollbruchstelle 17, wodurch es zum erwünschten Druckab­ bau kommt. Dieser findet im allgemeinen nicht durch einen Knall, sondern durch ein kontinuierliches Ausströmen des Fluids beziehungsweise Gases statt.
In einer weiteren, nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform weist die An­ satzdecke 34 keinen Stutzen 25 auf, so daß der gesamte innerhalb der Wand 36 lie­ gende Bereich in Fig. 2 hohl ist. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen dem Ansatz­ boden 32 und der Feder 16 eine Metallscheibe vorgesehen, die zur Übertragung des Drucks des Federblatts 42 auf den Ansatzboden 32 dient.
Fig. 3, 4 und 5 zeigen eine Ventileinsatzvorrichtung für ein Kippventil auf einem Fluid­ behälter 18 unter Druck. Die Ventileinsatzvorrichtung umfaßt ebenfalls einen Ventilteller 12, einen Ventilkörper 13 sowie den Ventilkolben 14. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dar­ gestellten Ausführungsform ist der Ventilkörper 13 aus einem elastischen Material, vor­ zugsweise aus Gummi.
Der Ventilkolben 14 umfaßt einen koaxial der Achse 11 verlaufenden Ansatz 35, der an seiner Unterseite mit dem ringförmigen Ansatzboden 32 verbunden ist, der die innere Durchgangsbohrung 24 abdichtet. Oberhalb des Ansatzbodens 32 befinden sich vier Öffnungen 46.
Durch Kippen des Ventilkolbens 14 gemäß Pfeil 43 entsteht zwischen dem unteren En­ de des Ventilkörpers 13 und der Oberseite des Ansatzbodens 32 gemäß Pfeil 44 ein Ringspalt, durch den das in der Druckdose 18 enthaltene Fluid, die Öffnung 46 und den Hohlraum 47 im Ansatz 35 durchströmend, austreten kann.
Mit dem Ansatzboden 32 ist ein weiterer Ansatz 40 verbunden, der oben durch die An­ satzdecke 34 gasdicht verschlossen ist.
Steigt der Druck in der Dose infolge Temperaturerhöhung über einen bestimmten Grenzwert an, so bewirkt der im inneren hohlen Bereich 37 des Ansatzes 40 auf die In­ nenseite der Wand 36 wirkende Überdruck einen Bruch der Wand 36 an der Sollbruch­ stelle 17 des Ansatzes 40. Die in Fig. 5 vergrößert dargestellte Sollbruchstelle 17 wird jeweils durch eine Schwächung in der nach innen 39 und nach außen 38 weisenden Wand 36 erreicht.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kippventils. Im Gegensatz zu dem in Fig. 3 gezeigten Kippventil ist an dem Ansatzboden 32 ein Rohrstück 48 vorgesehen, das mit dem die Sollbruchstelle 17 tragenden Ansatz 40 verbunden ist.
Steigt der Druck in der Dose 18 über einen vorbestimmten Wert an, so bricht der An­ satz an der Sollbruchstelle 17 durch den von innen auf die Wand 40 wirkenden Über­ druck. Die Wand 36 des Ansatzes 40 und die Sollbruchstelle 17 sind wie in Fig. 5 dar­ gestellt ausgebildet.
Die Ausführungsform in Fig. 8, 9 und 10 unterscheidet sich von den vorherigen in Fig. 3 bis 7 dadurch, daß der Ansatz 40, der die Sollbruchstelle 17 aufweist, sich an den ring­ förmigen Ansatzboden 32 nach unten anschließt. In dieser Ausführungsform wirkt der Überdruck von außen auf die Wand 36. Um Deformationen der Wand 36 zu vermeiden, weist diese nach außen weisende Rippen 33 auf, die der Verstärkung dienen.
Bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks bricht der Ansatz 40 an der Sollbruch­ stelle nach innen auf und der Druck wird über den Hohlraum 47 des Ansatzes 48 abgebaut.
Natürlich ist es ebenfalls möglich, die Sollbruchstelle 17 an anderen Stellen des Ventil­ kolbens 14, beispielsweise am Ventilboden 32, vorzusehen.

Claims (25)

1. Als Ventileinsatz für unter Druck stehende Fluidbehälter dienende Vorrichtung, welche einen Ventilteller (12), einen Ventilkörper (13) und einen Ventilkolben (14) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (14) wenigstens eine Sollbruchstelle (17) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (14) einen wenigstens teilweise hohlen Ansatz (31, 35, 40) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle (17) eine Schwächung der Wand (36) des Ansatzes (31, 40) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (36) des Ansatzes (31, 40) nach außen weisende Rippen (33) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Sollbruchstelle (17) zwischen den Rippen (33) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Rip­ pe (33) wenigstens eine Sollbruchstelle (17) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sollbruchstelle (17) eine nach innen oder nach außen weisende Ein­ kerbung, Rinne oder Kehle ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle (17) eine nach innen und außen weisende Einkerbung (39, 38), Rinne oder Kehle ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (31, 35, 40) des Ventilkolbens (14) an seinem einen Ende im wesentlichen ringförmigen Ansatzboden (32) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (31, 40) des Ventilkolbens (14) an seinem anderen Ende eine mit dem Ansatz (31, 40) ver­ bundene Ansatzdecke (34) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) mittels des Ansatz (31) längs der geometrischen Längsachse (11) beweglich geführt wird und dieser Führungsansatz (31) umlaufende Dichtlippen (19) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Ventilkör­ per (13) befestigte und auf den Ventilkolben (14) wirkende Ventilfeder (16) vorge­ sehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ventilkörper (13) und/oder der Ventilkolben (14) aus Kunststoff ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Thermoplast ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Poly­ ethylen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 13 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (13) elastisch ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (13) aus Gummi ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ventilkolben (14) wenigstens zwei Ansätze (35, 40) der geometri­ schen Längsachse aufweist, wovon einer (35) die innere Durchgangsquerung (24) des Ventilkörpers (13) durchquert und der andere (40) die Sollbruchstelle (17) aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (40) we­ nigstens teilweise innerhalb des Ansatzes (35) liegt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (40) we­ nigstens teilweise außerhalb des Rohres (48) liegt.
21. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß sie im wesentlichen diffusionsdicht ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsdich­ tigkeit durch ein Beschichtungsmaterial erreicht wird.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungs­ material Paraffin ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungs­ material eine aufgedampfte Metallschicht ist.
25. Druckgaspackung mit einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
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