DE202015106096U1

DE202015106096U1 - Druckhalte- und Regelventil

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Publication number: DE202015106096U1
Application number: DE202015106096.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-02-19
Anticipated expiration: 2025-11-12
Also published as: EP3374676A1; WO2017081249A1; US20180356844A1; CN108700212A

Abstract

Druckhalte- und Regelventil gekennzeichnet durch ein zylindrisches Ventilgehäuse (1) mit einer Oberseite (2), in der eine zentrale Eintrittsbohrung (3) mit einem Durchmesser d1 vorgesehen ist, und mit einer Unterseite (4), in der eine Innenbohrung (5) vorgesehen ist, deren Durchmesser d2 größer ist als der der Durchmesser der Eintrittsbohrung (3) und die einen Auslass des Druckhalte- und Regelventils bildet, einen Verschließkolben (8) mit einem Oberteil (9), dessen Durchmesser d3 kleiner als der Durchmesser d2 der Innenbohrung (5) und größer als der Durchmesser d1 der Eintrittsbohrung (3) ist, eine frei bewegliche, kreisförmige Dichtungsscheibe (7) aus einem Elastomer zwischen dem Verschießkolben (8) und einer Innen-Dichtfläche (6), die zwischen der Innenbohrung (5) und der Eintrittsbohrung (3) an einer Innenseite des Ventilgehäuses (1) gebildet ist, und durch eine Druckfeder (12), die in der Innenbohrung (5) abgestützt ist und über den Verschließkolben (8) die Dichtungsscheibe (7) gegen die Innen-Dichtfläche (6) drückt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckhalte- und Regelventil.
Aus EP 0 759 132 A1 ist ein Druckhalteventil bekannt, bei dem ein verschiebbarer Ventilkolben gegen die Oberseite eines Gehäuseventilsitzes angedrückt wird, zu dessen Unterseite der Gehäuseeintrittskanal führt und an dessen Oberseite sich der Gehäuseaustrittskanal anschließt, und bei dem zwischen dem Ventilkolben und einer auf ihn einwirkenden einstellbaren Druckfeder eine Trennmembrane liegt, die zwischen dem den Ventilkolben enthaltenden Ventilgehäuse und einem die Druckfeder enthaltenden Federdorn dicht eingespannt ist. In dem Ventilgehäuseraum ist oberhalb des Ventilsitzes eine den Ventilkolben verschiebbar führende Führungsscheibe angeordnet, die mit dem zylindrischen Führungsschaft des Ventilkolbens einen über den gesamten Schaftumfang verlaufenden engen Ringspalt bildet und bis auf diesen Ringspalt die Unterseite der Trennmembrane gegenüber der mit dem Gehäuseaustrittskanal verbundenen Ventilsitzoberseite dicht abdeckt, wobei die radiale Weite des Ringspaltes höchstens so groß bemessen ist, dass der Ringspalt von dem Medium, in Abhängigkeit von dessen Viskosität, nur mit einer durch Drosselung wirksam gedämpften, verlangsamten Strömung durchflossen werden kann.
Herkömmliche Druckhalteventile, wie das Ventil aus der EP 0 759 132 A1 , versagen auf Grund der engen Materialpassungen nach kurzer Zeit, wenn das Fördermedium kleinste Mengen an suspendierten Feststoffen enthält oder wenn das Fördermedium ein leicht zersetzlicher und/oder polymerisierender Stoffgemisch ist, was insbesondere bei Acrolein der Fall ist, das in Anlagen verarbeitet wird, bei denen ein in einer Vorstufe gebildetes Zwischenprodukt durch eine Pumpe in eine Vakuumkolonne gefördert wird.
Flüssiges rohes Acrolein, welches mit phenolischen Inhibitoren stabilisiert ist, neigt auch dann zur beschleunigten Abscheidung von Polymerisationsprodukten, wenn es zwischen metallischen bewegten Flächen gerieben wird. Dies ist der Fall, wenn Acrolein durch Regelventile geleitet wird, welche metallische Schließkontaktflächen aufweisen. Solche Regelventile werden in Anlagen zur Reingewinnung von Acrolein durch Vakuumdestillation eingesetzt. Infolgedessen beträgt die störungsfreie Betriebszeit solcher Verfahrensanlagen oftmals nur wenige Wochen. Da Acrolein einen giftigen, stark tränenreizenden Gefahrstoff darstellt, ist die Wartung gestörter Anlagen, welche Acrolein verarbeiten, mit umständlichen und langwierigen und daher kostspieligen Arbeitsschritten verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckhalte- und Regelventil bereitzustellen, welches auch dann eine lange Lebensdauer hat, wenn Medien gefördert werden, die feste Bestandteile enthalten oder dazu neigen, Festbestandteile beim Durchlauf durch eine Anlage zu entwickeln.
Dazu ist das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil gekennzeichnet durch ein zylindrisches Ventilgehäuse mit einer Oberseite, in der eine zentrale Eintrittsbohrung mit einem Durchmesser d1 vorgesehen ist, und mit einer Unterseite, in der eine Innenbohrung vorgesehen ist, deren Durchmesser d2 größer ist als der der Durchmesser der Eintrittsbohrung und die einen Auslass des Druckhalte- und Regelventils bildet, einen Verschließkolben mit einem Oberteil, dessen Durchmesser d3 kleiner als der Durchmesser der Innenbohrung und größer als der Durchmesser der Eintrittsbohrung ist, eine frei bewegliche, kreisförmige Dichtungsscheibe aus einem Elastomer zwischen dem Verschließkolben und einer Innen-Dichtfläche, die zwischen der Innenbohrung und der Eintrittsbohrung an einer Innenseite des Ventilgehäuses gebildet ist, und durch eine Druckfeder, die in der Innenbohrung abgestützt ist und über den Verschließkolben die Dichtungsscheibe gegen die Innen-Dichtfläche drückt.
Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Druckhalteventil aus der EP 0 759 132 A1 , das viele genau eingepassten und daher störungsanfälligen Einzelteilen enthält, enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung nur zwei frei bewegliche Teile und eine schwimmende, d.h. frei bewegliche Elastomer-Dichtung welche genau wie die frei beweglichen Teile ohne den Einsatz von Spezialwerkzeugen leicht ausgetauscht werden können.
Das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil ist weitgehend unempfindlich gegen die Anwesenheit von suspendierten Feststoffen im durchfließenden Medium. Das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil hat einen Selbstreinigungseffekt, denn, da alle beweglichen Teile sich axial und lateral frei bewegen können, werden Ablagerungen oder Anballungen von suspendierten Feststoffen stets mit dem Fördermedium ausgeschwemmt. Daher ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Regelventils besonders dann vorteilhaft, wenn das Fördermedium durch Polymerisation unlösliche Festkörper ausscheidet.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsscheibe einen Durchmesser d3 hat, der größer ist als der Durchmesser der Eintrittsbohrung plus der radialen Erstreckung der Innen-Dichtfläche, und der kleiner ist als der Durchmesser des Oberteils des Verschließkolbens. Durch diese Abmessungen der Dichtungsscheibe wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Dichtungsscheibe auf jeden Fall die Eintrittsbohrung abdeckt und zwar unabhängig von der seitlichen Lage der Dichtungsscheibe gegenüber der Eintrittsbohrung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Oberteil des Verschließkolbens und der Innenbohrung gebildeter Spalt eine Querschnittsfläche hat, die der Querschnittsfläche der Eintrittsbohrung entspricht. Damit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass für die Strömung des zu fördernden Mediums kein Engpass in dem Druckhalte- und Regelventil vorhanden ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite und die Unterseite des Ventilgehäuses als plane Dichtungsflächen ausgebildet sind. Damit können die Oberseite und die Unterseite in vorteilhafter Weise beim Einbau des Druckhalte- und Regelventils als Dichtflächen gegenüber Anschlussbauteilen genutzt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder über einen über eine Nut in der Innenbohrung angeordneten Seegering in der Innenbohrung abgestützt ist. Eine derartige Halterung für die Druckfeder hat den Vorteil, dass die Druckfeder bei Bedarf einfach und schnell ausgetauscht werden kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Seegering und der Druckfeder wenigstens ein Spannring zur Einstellung der Vorspannung der Druckfeder angeordnet ist. Die Spannringe sind in vorteilhafter Weise ein einfaches Mittel, um die Vorspannung der Druckfeder zu verändern, um die Federkraft, die auf die Dichtungsscheibe wirkt, dem jeweiligen Bedarf anzupassen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse und der Verschließkolben aus Metall sind. Aufgrund der Dimensionierung der Bauteile des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Regelventils können das Ventilgehäuse und der Verschließkolben aus Metall sein, ohne dass sich dies nachteilig bei der Bildung von Ablagerungen in dem zu fördernden Medium auswirkt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Regelventils und;
2 einen Schnitt durch einen Einbau des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Regelventils in einer Verfahrensanlage.
Gemäß 1 hat das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil ein zylindrisches, metallisches Ventilgehäuse 1 mit einer Oberseite 2, in der sich eine zentrale Eintrittsbohrung 3 mit einem Durchmesser d1 befindet. Das Ventilgehäuse 1 umfasst eine Innenbohrung 5, deren Durchmesser d2 größer ist als der der Durchmesser der Eintrittsbohrung 3 und die einen Auslass des Druckhalte- und Regelventils bildet. Das Ventilgehäuse 1 hat eine Unterseite 4, die ebenso wie die Oberseite 2 als plane Fläche ausgebildet ist und damit beim Einbau des Druckhalte- und Regelventils als Dichtflächen gegenüber Anschlussbauteilen genutzt werden kann.
In dem Ventilgehäuse 1 verbindet sich zwischen der Innenbohrung 5 und der Eintrittsbohrung 3 eine zylindrische, plane, Innen-Dichtfläche 6 als Übergang zwischen der Innenbohrung 5 und der Eintrittsbohrung 3. Eine frei bewegliche, kreisförmige Dichtungsscheibe 7 aus einem Elastomer ist zwischen einem Verschließkolben 8 und der Dichtfläche 6 angeordnet. Wie 1 zeigt, ist der Durchmesser d3 eines zylindrischen Oberteils 9 des Verschließkolbens 8 kleiner als der Durchmesser der Innenbohrung 5 aber größer als der Durchmesser der Eintrittsbohrung 3.
Die Dichtungsscheibe 7 hat einen Durchmesser d3, der größer ist als der Durchmesser der Eintrittsbohrung plus der radialen Erstreckung der Dichtfläche 6. Außerdem ist der Durchmesser d3 der Dichtungsscheibe 7 kleiner als der Durchmesser des Oberteils 9 des Verschließkolbens 8. Die Dichtungsscheibe 7 verschießt damit die Eintrittsbohrung 3 unabhängig von der seitlichen Lage der Dichtungsscheibe 7, wenn der Verschließkolben 8 die Dichtungsscheibe 7 gegen die Dichtfläche 6 drückt. Der Verschließkolben 8 hat abgerundete Randkanten 10. Ein zylindrischer Unterteil 11 des Verschließkolbens 8 hat einen kleineren Durchmesser d4 als der Innendurchmesser einer Druckfeder 12, die den Verschließkolben 8 über die Dichtungsscheibe 7 gegen die Dichtfläche 6 drückt.
Die Druckfeder 12 hat zwischen den Windungen freie Durchtrittspalte. Der Außendurchmesser der Druckfeder 12 ist kleiner als der Durchmesser d2 der Innenbohrung 5. Die Druckfeder 12 wird durch einen oder mehrere Spannringe 13 vorgespannt. Die Spannringe 13 sitzen mit Passung h6 in der Innenbohrung 5, die eine Passung H7 hat. Ein Seegering 14, beispielsweise ein Seegering nach DIN 472, welcher in eine Nut 15 eingeklemmt ist, hält die Spannringe 13 durch Stauchung gegen die Druckfeder 12 gedrückt. Im Einbauzustand übt die Druckfeder 12 durch Vorspannung mittels des Verschließkolbens 8 eine Kraft auf die Dichtungsscheibe 7 aus, wodurch die Eintrittsbohrung 3 flüssigkeitsdicht verschlossen wird.
Die Spannkraft der Druckfeder 12 berechnet sich zu Federkonstante mal Stauchung in mm nach nachstehender Formel:
Wie ersichtlich ist, gibt es verschiedene freie Variablen, um die gewünschte Federspannung zu erreichen. Der hydraulische Druck der bei der Eintrittsbohrung 3 zufließenden Flüssigkeit bewirkt, dass sich die Dichtungsscheibe 7 von der planen inneren Dichtfläche 6 gegen die Federkraft der Druckfeder 12 abhebt und der bei der Eintrittsbohrung 3 eintretende Flüssigkeitsstrom am Verschließkolben 8 vorbei, durch einen Spalt 16 zwischen dem Oberteil des Verschließkolbens 8 und der Innenbohrung 5 und zwischen den Windungen der Druckfeder 12 in die Innenbohrung 5 fließen kann.
Ein Spalt 16, der zwischen dem Oberteil 9 des Verschließkolbens 8 und der Innenbohrung 5 gebildet wird, hat eine Querschnittsfläche, welche der Querschnittsfläche der Eintrittsbohrung 3 entspricht. Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Regelventils bewegt sich nur die Feder 12 und der Verschließkolben 8. Die Dichtungsscheibe 7 bleibt dabei zwischen dem Verschließkolben 8 und der Dichtfläche 6.
Die Druckfeder 12, der Verschließkolben 8 und die Dichtungsscheibe 7 können sich in der Austrittsbohrung 5 radial bewegen und ordnen sich, wie Versuche zeigen, im freien Spiel zentrisch in der Innenbohrung 5 ein, wenn das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil bei laufendem Betrieb bewegt wird. Daher kann das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil beispielsweise vorteilhaft auf Seeschiffen eingesetzt werden, wo durch den Wellengang die Ordinatenachse eine Taumelbewegung durchführt.
Das Druckhalte- und Regelventil gemäß 1 kann, wie in 2 gezeigt ist, zwischen zwei DIN Flanschen 17, 17‘ unter Verwendung von Flachdichtungen 18 eingebaut werden. Wenn die Flansche 17, 17‘ Teile von zwei Absperrventilen sind, lässt sich bei laufendem Betrieb durch Zusperren beider Ventile oberhalb und unterhalb des Druckhalte- und Regelventils von 1 und durch Lösen von Schraubbolzen 19, 19‘ das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventils leicht ausbauen. Das ausgebaute Druckhalte- und Regelventils wird durch Ausspannen des Seegerings 14 zerlegt und eine andere Druckfeder 12 oder ein zusätzlicher Spannring 13 oder mehrere zusätzliche Spannringe kann/können in kurzer Zeit eingesetzt oder ausgewechselt werden.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Oberseite
3: Eintrittsbohrung
4: Unterseite
5: Innenbohrung
6: Dichtfläche
7: Dichtungsscheibe
8: Verschließkolben
9: Oberteil Verschließkolben
10: Randkanten
11: Unterteil Verschließkolben
12: Druckfeder
13: Spannring
14: Seegering
15: Nut für Seegering
16: Spalt
17: Flansch
17´: Flansch
18: Flachdichtung
18´: Flachdichtung
19: Schraubbolzen
19´: Schraubbolzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0759132 A1 [0002, 0003, 0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 472 [0022]

Claims

Druckhalte- und Regelventil gekennzeichnet durch ein zylindrisches Ventilgehäuse (1) mit einer Oberseite (2), in der eine zentrale Eintrittsbohrung (3) mit einem Durchmesser d1 vorgesehen ist, und mit einer Unterseite (4), in der eine Innenbohrung (5) vorgesehen ist, deren Durchmesser d2 größer ist als der der Durchmesser der Eintrittsbohrung (3) und die einen Auslass des Druckhalte- und Regelventils bildet, einen Verschließkolben (8) mit einem Oberteil (9), dessen Durchmesser d3 kleiner als der Durchmesser d2 der Innenbohrung (5) und größer als der Durchmesser d1 der Eintrittsbohrung (3) ist, eine frei bewegliche, kreisförmige Dichtungsscheibe (7) aus einem Elastomer zwischen dem Verschießkolben (8) und einer Innen-Dichtfläche (6), die zwischen der Innenbohrung (5) und der Eintrittsbohrung (3) an einer Innenseite des Ventilgehäuses (1) gebildet ist, und durch eine Druckfeder (12), die in der Innenbohrung (5) abgestützt ist und über den Verschließkolben (8) die Dichtungsscheibe (7) gegen die Innen-Dichtfläche (6) drückt.
Druckhalte- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsscheibe (7) einen Durchmesser d4 hat, der größer ist als der Durchmesser d1 der Eintrittsbohrung (3) plus der radialen Erstreckung der Innen-Dichtfläche (6), und der kleiner ist als der Durchmesser d3 eines Oberteils (9) des Verschließkolbens (8).
Druckhalte- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (2) und die Unterseite (4) des Ventilgehäuses (1) als plane Dichtungsflächen ausgebildet sind.
Druckhalte- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Oberteil (9) des Verschließkolbens (8) und der Innenbohrung (5) gebildeter Spalt (16) eine Querschnittsfläche hat, die der Querschnittsfläche der Eintrittsbohrung (3) entspricht.
Druckhalte- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (12) über einen über eine Nut (15) in der Innenbohrung (5) angeordneten Seegering (14) in der Innenbohrung (5) abgestützt ist.
Druckhalte- und Regelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Seegering (14) und der Druckfeder (12) wenigstens ein Spannring (13) zur Einstellung der Vorspannung der Druckfeder (12) angeordnet ist.
Druckhalte- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (1) und der Verschließkolben (8) aus Metall sind.