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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckausgleichsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Druckausgleichsventil ist ein Druckausgleichsventil für Kühlräume, Kühlhäuser, Hochtemperaturräume oder dergleichen, das in einem Wanddurchbruch anordenbar ist und einen Druckausgleich zwischen dem inneren gekühlten oder geheizten Bereich und dem Außenbereich ermöglicht, mit einem Gehäuse, einer Kugel, die unter der Wirkung ihres Eigengewichts dichtend in einer Ausnehmung gelagert ist.
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Wände, Decken, Boden und geschlossene Öffnungen eines Tief kühl- oder Hochtemperaturraumes sind in aller Regel Druckdifferenzen ausgesetzt, die beispielsweise durch Luftdruck erzeugt werden können. Zum Druckausgleich, zur Begrenzung des Differenzdruckes auf für das Bauwerk oder für den Raum mit abweichender Temperatur unschädliche Werte, sei es von außen nach innen oder von innen nach außen, werden derartige Druckausgleichsventile eingesetzt. Das Verdampfen, Sieden, das Einbringen von warmen Waren oder längeres Öffnen der Türen erzeugen eine Lufterwärmung, eine Freisetzung von Dampfen und dadurch einen Überdruck innerhalb des Raumes. Dadurch kann es zu Rissen oder Verspannungen in den Wänden eines Gebäudes oder in den wärmedämmenden Paneelen kommen. Umgekehrt erzeugt ein Kondensieren, Gefrieren, Einbringen von kalten Waren eine Luftabkühlung innerhalb eines Raumes und dadurch einen Unterdruck, der dieselben schädlichen Auswirkungen auf das Bauwerk zeigen kann. Desweiteren wirken sich auch Schwankungen des atmosphärischen Druckes infolge Wetterveränderungen, wie beispielsweise Stürme oder Gewitter, als Druckunterschiede auf die Außenseite der Wandung aus, was wiederum die oben genannten Nachteile, eine unerlaubt hohe Belastung des Bauwerks, mit sich bringen kann.
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STAND DER TECHNIK
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Ein bekanntes Druckausgleichsventil weist einen zylinderförmigen Stutzen auf, der innerhalb eines Wanddurchbruches gelagert ist. Außenseitig schließt an den Stutzen ein Gehäuse an, innerhalb dessen zwei übereinander angeordnete Öffnungen, die jeweils mit einer vertikal unter der Wirkung zumindest einer Feder stehenden Klappe verschlossen sind. Die Klappen öffnen sich jeweils in unterschiedliche Richtungen, je nach dem, ob innenseitig Über- oder Unterdruck herrscht. Desweiteren ist im Inneren des zylindrischen Stutzens ein rohrförmiges Heizelement angeordnet. Aufgrund der relativ komplexen Luftführungswege im Zusammenhang mit einer für die Rückführung notwendigerweise hohen Federkraft ist die Luftvolumendurchlaßrate eines derartigen Ventils nicht allzu hoch. Um einen relativ großen Aufklappwinkel der Klappen, einen relativ großen Luftdurchlaßquerschnitt zu bewirken, muß eine relativ große Druckkraft vorhanden sein, die der linear zunehmenden Federkraft der Feder entgegenwirkt. Das System aus Feder und Masse der Klappe gerät bei höherem Luftdurchsatz in den Luftdurchgang stark behindernde Schwingbewegungen. Bei schlagartig sehr hohem Über- oder Unterdruck kann es zu einem Überdehnen der Blattfeder kommen.
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Es sind weiterhin sogenannte Kugelventile bekannt, bei denen eine Kugel eine Ausnehmung unter der Wirkung ihres Eigengewichts verschließt und beim Auftreten von Überdruck die Ausnehmung freigeben, so daß der Überdruck abgebaut werden kann.
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In der
US 3 813 896 A ist ein Druckausgleichsventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Dieses Druckausgleichsventil dient zum Druckausgleich für eine Kammereinheit.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem bzw. die Aufgabe zugrunde, ein Druckausgleichsventil der eingangs genannten Art anzugeben, das einfach und wirtschaftlich hergestellt werden kann, das eine dauerhafte und zuverlässige Drucksausgleichsfunktion in beiden Richtungen, d. h. sowohl von außen nach innen als auch von innen nach außen, gewährleistet, das eine Anpassung an einen vorgebbaren maximalen Betriebsdifferenzdruck ermöglicht und das einen kompakten Aufbau besitzt.
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Das erfindungsgemäße Druckausgleichsventil der eingangs genannten Art ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Druckausgleichsventil ist demgemäß gekennzeichnet durch eine erste auf beiden Stirnseiten offene, d. h. zum Innenbereich und zum Außenbereich hin offene, Kammereinheit mit einer ersten Trennwandeinheit, die innerhalb der ersten Kammereinheit vom inneren unteren Stirnrandbereich zum oberen äußeren Stirnrandbereich verläuft, eine zweite auf beiden Stirnseiten offene, d. h. zum Innenbereich und zum Außenbereich hin offene, Kammereinheit mit einer zweiten Trennwandeinheit, die innerhalb der zweiten Kammereinheit vom inneren oberen Stirnrandbereich zum äußeren unteren Stirnrandbereich verläuft, und zumindest eine innerhalb jeder Kammereinheit vorhandene Kugel, die unter der Wirkung ihres Eigengewichts in einer Ausnehmung der jeweiligen Trennwandeinheit selbstzentrierend dichtend gelagert ist, die bei Auftreten eines Über- bzw. Unterdrucks die jeweilige Ausnehmung freigibt und nach Abbau des Über- bzw. Unterdrucks die Ausnehmung wieder dichtend verschließt.
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Eine konstruktiv einfache Umsetzung des erfindungsgemäßen Druckausgleichsventils zeichnet sich gemäß einer Weiterbildung dadurch aus, daß die erste und zweite Trennwandeinheit als bereichsweise diagonal innerhalb der Kammereinheit verlaufende schiefe Ebene ausgebildet ist.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckausgleichsventils zeichnet sich dadurch aus, daß die erste und zweite Trennwandeinheit einen kaskadenförmigen Verlauf mit horizontalen und geneigten Bereichen aufweist und die Ausnehmungen für die Kugeln im horizontalen Bereich der Trennwandeinheiten vorhanden sind.
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Eine bevorzugte Weiterbildung, die einen kompakten Aufbau erlaubt, gleichzeitig ein relativ großes Durchflußvolumen ermöglicht, gleichzeitig beim Luftdurchgang angeregte Schwingungen durch voneinander stark abweichende Resonanzfrequenzen der Teileinheiten dämpft, zeichnet sich dadurch aus, daß in jeder Kammereinheit zwei Kugeln vorhanden sind, die bevorzugt hintereinander im diagonalen Verlauf der Trennwandeinheit vorhanden sind, wobei die Kammereinheiten bevorzugt nebeneinander angeordnet sind.
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Eine konstruktiv einfache und eine dauerhaft zuverlässige Funktion gewährleistende bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die Selbstzentrierung der Kugeln durch Führungsmittel gewährleistet wird, und zwar in Querrichtung durch die Kammerwände der Kammereinheiten und in Längsrichtung durch quer zur Längsrichtung angeordnete Führungsprofile, die bevorzugt in eingebautem Zustand des Druckausgleichsventil vertikal vorhanden sind, und/oder durch geneigte Bereiche der Trennwandeinheiten.
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Eine besonders wirtschaftliche Herstellung wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß die Trennwandeinheit mit den Führungsprofilen ein Bauteil bilden, das bevorzugt in einem Guß hergestellt wird und das innerhalb der Kammereinheiten des Gehäuses zusammen mit den Kugeln positioniert werden kann. Dieses Bauteil und das Gehäuse werden bevorzugt als Gußbauteile ausgebildet. Es ist ebenfalls möglich im Rahmen einer wirtschaftlichen Herstellung das Bauteil und das Gehäuse als ein Gußbauteil herzustellen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Druckausgleichsventil kann eine dauerhaft dicht schließende Funktion gewährleistet werden, das Ventil kann durch Variation der Masse der Kugeln auf einen definierten Ansprechdruck eingestellt werden, und das Ventil zeigt in beiden Richtungen, sowohl von innen nach außen als auch von außen nach innen, die gleiche Ausgleichswirkung. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß das Ventil auch horizontal eingebaut werden kann. Gegenüber den bekannten Kugelventilen hat das erfindungsgemäße Kugelventil den Vorteil, daß ein vergrößerter Durchflußquerschnitt durch Anordnung der zwei selbstzentrierend gelagerten Kugeln für jeweils eine Ausgleichsrichtung ermöglicht wird.
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Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Ausgestaltungen können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination angewandt werden. Es zeigen:
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1 schematischer Querschnitt durch einen Kühlraum mit Druckausgleichsventil,
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2 schematische Perspektivdarstellung eines Druckausgleichsventils mit zwei Kammereinheiten mit Trennwandeinheiten,
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3 schematische Detailperspektive des Innenlebens des Druckausgleichsventils mit kaskadenförmiger Trennwand, Führungsprofilen und zwei Kugeln,
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4 schematischer Längsschnitt durch das Innenbauteil gem. 3
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5 schematische Draufsicht auf das Bauteil gem. 3 (hälftig),
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6 schematische Draufsicht auf ein als ein Gußteil ausgebildetes Druckausgleichsventil bei abgenommenen Deckel und
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7 schematische Seitenansicht des Ventils gemäß 6.
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WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Der in 1 schematisch im Querschnitt dargestellte Kühlraum 50 besitzt in seiner Wandung ein horizontal eingebautes Druckausgleichsventil 10, das einen Druckausgleich zwischen dem Innenbereich 16 und dem Außenbereich 14 und umgekehrt ermöglicht. Dabei kann sowohl ein Überdruck als auch ein Unterdruck ausgeglichen werden.
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Gemäß 2 besitzt das Druckausgleichsventil 10 ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 12 mit einem Deckel 62, einen Boden 60, zwei Seitenaußenwänden 64 und einer gemeinsamen Seiteninnenwand 66. Dadurch bildet das Gehäuse 12 eine erste Kammereinheit 20.1 und eine zweite Kammereinheit 20.2, die jeweils in ihrem nach außen und in ihrem nach innen weisenden Stirnbereich offen ist. Im inneren Stirnrandbereich und im äußeren Stirnrandbereich ist ein überstehender umlaufender Flansch 18 an das Gehäuse 12 angeformt.
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Die Druckausgleichsrichtungen sind in den Fig. schematisch durch Pfeile P dargestellt. Im Innern der beiden nebeneinander angeordneten Kammereinheiten 20.1, 20.2 sind in 2 schematisch dargestellte Trennwandeinheiten 22.1, 22.2 vorhanden, die innerhalb der Kammereinheiten 20.1, 20.2 jeweils kaskadenförmig verlaufend mit geneigtem Bereich 36 und horizontalen Bereichen 34 zur Lagerung von Kugeln angeordnet sind. Die erste Trennwandeinheit 22.1 der ersten Kammereinheit 20.1 verläuft hierbei vom inneren unteren Stirnrandbereich 24 zum äußeren oberen Stirnrandbereich 26 und die zweite Trennwandeinheit 22.2 der zweiten Kammer verläuft von dem inneren oberen Stirnrandbereich 28 zum äußeren unteren Stirnrandbereich 30. Beide Trennwandeinheiten 22.1, 22.2 erstrecken sich über die gesamte Breite B der jeweiligen Kammereinheit 20.1, 20.2.
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In 2 sind die Trennwandeinheiten 22.1, 22.2 schematisch als schiefe Ebene dargestellt. Sie besitzen in 2 nicht dargestellte Ausnehmungen und Führungsmittel zum Lagern und Führen von Kugelelementen, was weiter unten an einer alternativen Ausgestaltung beschrieben werden wird.
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In den 3 bis 5 ist das Innenleben einer ersten Ausführungsvariante eines Druckausgleichsventils 10.1 schematisch dargestellt. Die Trennwandeinheiten 22.1, 22.2 sind als diagonal – gemäß dem prinzipiellen Verlauf in 2 – verlaufende kaskadenförmige Bauelemente mit geneigten Bereichen 36 und im wesentlichen horizontalen Bereichen 34 ausgebildet. Dabei sind zwei horizontale Bereiche 34 vorhanden, die jeweils eine kreisförmige Ausnehmung 38 besitzen, in der jeweils eine Kugel 40 unter der Wirkung ihres Eigengewichts dichtend auf der Ausnehmung 38 gelagert ist. Die Kugeln 40 sind selbstzentrierend gelagert, wobei diese Selbstzentrierung in Querrichtung dadurch erfolgt, daß der Abstand der Kammerwandungen in Querrichtung nur unwesentlich größer ist als der Durchmesser der Kugel und in Längsrichtung einerseits stabförmige, im wesentlichen vertikal angeordnete Führungsprofile 32.1, 32.2 und der geneigte Bereich 36 der Trennwandeinheit 22.1, 22.2 vorhanden sind.
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In 4 sind strichpunktiert die möglichen Lagen der Kugeln 40 dargestellt. Erfolgt kein Druckausgleich, so sitzt die Kugel 40 jeweils dichtend auf dem Rand der Ausnehmung 38. Tritt ein Über- bzw. Unterdruck auf, bewegt sich, je nachdem, ob der Überdruck innen oder außen vorhanden ist, die jeweilige Kugel nach oben von der Ausnehmung 38 weg, so daß ein Druckausgleich stattfinden kann. Dasselbe gilt umgekehrt für den Ausgleich bei einem vorhandenen Unterdruck.
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Die Führungsprofile 32.1, 32.2 sind an das jeweilige Trennwandelement 22.1, 22.2 einstückig angeformt, so daß insgesamt ein Bauelement bestehend aus Trennwandeinheiten 22.1, 22.2, Führungsprofilen 32.1, 32.2 gegossen werden kann, das nach Einbringung der Kugeln 40 in dem Inneren der Kammereinheit 20.1 bzw. 20.2 jeweils in diagonal umgekehrter Position angeordnet ist. Die Führungsprofileinheiten 32.2, die jeweils im Bereich des äußeren Stirnrandbereichs der zweiten Kammereinheit 20.2 bzw. im inneren Stirnrandbereich der Kammereinheit 20.1 vorhanden sind, bilden zusammen mit der Führungsprofileinheit 32.1 die Führungsmittel für die untere Kugel 40 wobei die Führungsprofileinheiten 32.1, 32.2 in einer Draufsicht gesehen in den Ecken eines Dreiecks angeordnet sind und die Kugel 40 innerhalb des Dreiecks praktisch höhenverschiebbar und durch die Führungsprofileinheiten 32.1, 32.2 selbstzentrierend vorhanden ist. Bei der zweiten Kugel 40, die sich auf einem etwas höheren Niveau befindet, übernimmt zusammen mit der Führungsprofileinheit 32.1 der geneigte Bereich, der an den Stirnrandbereich anschließt die Führungsaufgaben zur Selbstzentrierung der Kugel 40.
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In den 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckausgleichsventils 10.2 dargestellt. Diese Ventil 10.2 ist als Gußventil mit abnehmbarer Deckeleinheit 60 ausgebildet. Im Unterschied zu dem oben beschriebenen Ausführungbeispiel sind die Führungsprofileinheiten 32.3 beziehungsweise 32.4 direkt an die Seitenausenwände 64 beziehungsweise die Seiteninnenwand 66 angeformt. Das Wirkprinzip ist dasselbe.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt eine Möglichkeit dar, das erfindungsgemäße Druckausgleichsventil umzusetzen. Mit dem erfindungsgemäßen Druckausgleichsventil läßt sich einerseits ein problemlos dichtschließendes Ventil einsetzen, das auf einen definierten Ansprechdruck infolge der Variation der Masse der Kugeln eingestellt werden kann. In beiden Richtungen sowohl von innen nach außen als auch von außen nach innen besitzt das Druckausgleichsventil dieselbe Ausgleichswirkung. Je nach dem, ob ein Über- bzw. Unterdruck außen oder innen entsteht, erfolgt ein rascher Druckausgleich. Das Vorsehen von mehr als einem Kugelelement 40 je Kammereinheit 20.1 bzw. 20.2 ermöglicht bei gegebener Baugröße eine Vergrößerung des Durchflußquerschnitts zum Druckausgleich und ermöglicht ferner eine Dämpfung der vom Luftdurchgang angeregten Schwingungen der Kugelelemente. Der Druckausgleich kann insbesondere auch wegen der Unterdrückung der Luftschwingungen auch bei hohem Luftdurchsatz, schnell und problemlos stattfinden.
