DE2051401B2

DE2051401B2 - Schnell oeffnendes und schliessendes ueberdruckventil

Info

Publication number: DE2051401B2
Application number: DE19702051401
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-10-20
Filing date: 1970-10-20
Publication date: 1976-02-05
Also published as: DE2051401A1; GB1328898A; DK127756B; JPS5211457B1

Description

Die Erfindung betrifft ein schnell öffnendes und schließendes überdruckventil mit einem in einem Ventilgehäuse axial verschiebbar geführten Ventilkörper, der in der Schließstellung des Ventils durch sein Eigengewicht und/oder durch Federkraft und durch Magnetkraft auf seinen Ventilsitz und der in der Offenstellung des Ventils durch das ausströmende Gas gegen einen Anschlag auf der Ventilkörperführung gedrückt wird.

Bei bekannten Überdruckventilen wird in der Regel gegen den Druck einer Rückstellfeder eine Auslaßöffnung freigegeben, die folglich in ihrer Größe dem Überdruck annähernd proportional ist. Das Öffnen und Schließen dieser bekannten Überdruckventile geht relativ langsam vor sich; da der Ventilkörper — je nach dem herrschenden Druck - zwischen seiner Schließstellung und dem vollen Öffnen stufenlos alle Zwischenstellungen einnehmen kann. Dieses langsame Übergangsverhalten ist z. B. dann unzulässig, wenn der austretende Gasstrom eine Mindestgeschwindigkeit nicht unterschreiten darf.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Offnungsger.chwindigkeit eines Vollhub-Sicherheitsventils durch eine besondere Formgebung des Gasaustrittsbereichs

zu erhöhen, um ein schlagartiges öffnen zu erreichen. Dabei sollte durch stetige Erweiterung des Auslaßbereichs in Strömungsrichtung erreicht werden, daß nach dem Ansprechen des Ventils von der Auslaßströmung ein Sog auf den Ventilkörper ausgeübt wird (DT-OS

18 03 822). Mit einem solchen Ventil läßt sich jedoch höchstens — wenn überhaupt — nach Ausbildung der Strömung, also nach dem Öffnen oder Ansprechen des Ventils die Geschwindigkeit des Ventilkörpers beeinflussen. Ein sicheres Schließen läßt sich dagegen nicht immer erreichen, weil nach Abreißen der Strömung mit geringer werdendem Hub des Ventilkörpers der Gegendruck wieder ansteigt; es sind also stabile Gleichgewichtslagen außerhalb der Extremstellungen des Ventilkörpers möglich.

Weiterhin ist es auch bereits bekannt, zur Vermeidung von labilen Gleichgewichtszuständen und zum Erreichen eines gewissen »Einrast«-Effekts zusätzlich zu der auf das Verschlußstück eines Ventils wirkenden Gewicht- oder Federkraft einen Permanentmagneten vorzusehen (US-PS 32 70 763, CH-PS 3 41 041) und die Nichtlinearität der Magnetkraft bei Änderung des Luftspalts zur Vermeidung von Schwingungen des Schließkörpers und instabilen Zwischenlagerungen auszunützen. Wegen der starken Abhängigkeit der magneti-

sehen Anziehungskraft von dem Luftspall läßt sich bei solchen Anordnungen mit dem Permanentmagneten nur ein sehr geringer Hub des Ventils beeinflussen, weshalb diese bekannten Ventile einen relativ hohen Strömungswiderstand in der Offenstellung besitzen.

Außerdem sind die erreichbaren Geschwindigkeiten des Vpntilkörpers immer noch für viele Anwendungsfälle zu gering.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Überdruckventil zu schaffen, das »schlagartig« sowohl schnell öffnet als auch schließt und bei dem dabei der Ventilkörper einen Vollhub ausführt, so daß der Strömungswiderstand in der Offenstellung des Ventils gering wird.

Überraschenderweise hat sich nun herausgestellt, daß diese Aufgabe mit einem Ventil der eingangs genannten Art gelost werden kann, bei dem zu'· Erzeugung einer weiteren, zusätzlichen Krafikoniponente in dem durchströmten Teil des Ventilgehäuses eine Innenleiteinrichtung vorgesehen ist, die den Strömungsquerschnitt zwischen dem Ventilkörper und der Innenlcitcinrichtung in Richtung des ausströmenden Gases derart kontinuierlich verringert, daß nach dem Ansprechen des Überdruckventils eine strömungsabhängige, der Rückstellkraft entgegenwirkende Kraftkomponente entsteht.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil wird also auf den Ventilkörper sowohl die von dem Eigengewicht oder einer entsprechenden Druckfeder hervorgerufene, von der Stellung des Ventilkörpers nahezu unabhängige Kraftkomponenle und außerdem eine strömungsabhängige Kraft ausgeübt. Ferner wird die Schließkraft noch durch die von einem Permanentmagneten hervorgerufene Anziehungskraft erhöht, die von der Lage

bzw. dem Hub des Ventilkörpers abhängig ist. Durch diese kombinierte Anwendung verschiedener Kraftkomponenten auf den Ventiikörper wird ein tatsächlich schlagartiger Übergang von einer Extremlage des Ventilkörpers in die andere und außerdem eine sogenannte Vollhub-Charakteristik erreicht, weshalb der Strömungswiderstand in der Öffnungsstellung des Ventils gering ist. Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Ventil sichergestellt, daß die Geschwindigkeit des ausströmenden Gases einen Mindestwert nicht unterschreiten kann, was zur Vermeidung einer Rückschlaggefahr, z. B. bei der Verwendung des Ventils als Sicherheitsventil für Tankräume, zur Vermeidung einer Leckage usw. von großer praktischer Bedeutung ist. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Ventils ist einfach und robust, was einen relativ geringen Herstellungsaufwand und eine hohe Betriebszuverlässigkeit zur Folge hat. Wichtig ist schließlich noch, daß die Schließ- und Öffnungsdrücke (durch minimale Hubverstellung) sehr genau einstellbar sind und daß der Schließdruck sogar kleiner oder, um eine genaue Druckkonstanthaltung zu ermöglichen, nahezu gleich dem Öffnungsdruck gewählt werden kann.

Einige vorteilhafte Ausführungsarten und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Überdruckventils sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 wiedergegeben.

Weitere Merkmale. Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Abbildungen sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor. Es zeigt

F i g. 1 den Vertikalschnitt durch eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen Überdruckventils, und

F i g. 2 den Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsart der Erfindung.

Gemäß F i g. 1 besteht das Überdruckventil nach der Erfindung aus dem Ventilgehäuse 1, in dem der Ventilkörper 2 axial verschiebbar auf der Ventilkörperführting 5 gelagert ist.

Der Ventilkörper 2 besitzt eir^ zentrale Öffnung 12, in welche die auf dem Führungsbolzen 10 aufgeschraubte Ventilkörperfiihrung 5 im Gleitsitz eingefüg· ist. Diese Öffnung 12 wird an ihrem unteren Ende durch den eingeschraubten Zapfen 11 verschlossen, durch den der Führurgsbolzen 10 verschiebbar hindurchgeführt ist.

Wie aus den F i g. 1 und 2 zu entnehmen ist, die das Ventil in seiner Offenstellung wiedergeben, begrenzt die Ventilkörperfiihrung 5 gleichzeitig in Zusammenwirkung mit dem Zapfen 11 den Hub dos Ventilkörpers 2.

In der Schließstellung ruht der Ventilkörper 2 auf dem Ventilsitz 3, wobei sich der Schließdruck bzw. die Rückstellkraft aus dem Eigengewicht des Ventilkörpers 2 des im vorliegenden Fall aufrechtstehenden Ventils sowie aus der magnetischen Anziehungskraft zwischen einem Permanentmagneten 6 und der Ventilkörperführung 5 zusammensetzt, die aus ferromagnetischem Material besteht. Der Ventilkörper selbst muß in diesem Fall aus einem magnetisch neutralen Material hergestellt sein.

Die durch das Gewicht des Ventilkörpers 2 gegebene Schließ- bzw. Rückstellkraft kann selbstverständlich auch durch eine Druckfeder ersetzt oder ergänzt werden, was z. B. notwenig wäre, wenn das Ventil im Betrieb nicht oder zumindest nicht ständig aufrechtstehen würde.

Durch die Innenleiteinrichtung 4 sowie durch die äußere Form des Ventilkörpers 2 wird erreicht, daß sich der Strömungsquerschnitt nach obenhin soweit verrin

gert, daß nach dem Ansprechen des Überdruckventils zusätzlich eine nach oben gerichtete Strömungskraft auf den Ventilkörper 2 einwirkt, die das Öffnen beschleunigt.

In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsart der Erfindung dargestellt, bei der die von dem Hub des Ventilkörpers stark abhängige, mit dem Hub abnehmende Komponente der Rückstellkraft durch eine Membran 7 aus Gummi od. ä. erzeugt oder ergänzt wird. Diese Membran 7 ist auf dem Ventilsitz 3 derart angeordnet.

daß sie in der Schließstellung des Ventils den Ventilkörper 2 ringförmig umgibt. Da die Membran einen oder mehrere Hohlräume 8 aufweist, die über die Kanäle 9 mit dem Druckraum verbunden sind, wird der Überdruck auf die Wandungen der Gummimembran übertragen und führt bei geschlossenem Ventil zu einem erhöhten Anpreßdruck zwischen der Membran und dem Ventilkörper 2. Dadurch wird zunächst die zum Heben des Ventilkörpers 2 erforderliche Kraft gesteigert, da sich die Reibungskraft zwischen der Mem-

bran 7 und dem Ventilkörper 2 erhöht. Der Überdruck muß also in diesem Falle das Eigengewicht des Ventil-Wörpers 2 und zusätzlich die Reibungskraft zwischen der Membran 7 und dem Ventilkörper 2 überwinden, so daß sich bereits dadurch die nicht lineare Charakteristik des erfindungsgemäßen Überdruckventils einstellt. Zusätzlich kann auch bei dieser Ausführungsart, wie in F i g. 2 gezeigt ist, ein Permanentmagnet 6 und c^;n ferromagnetischer Gegenkörper, der hier mit der Ventilkörperführung 5 identisch ist, zur Erhöhung der öffnungs- und Schließgeschwindigkeit eingesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Sehne!! öffnendes und schließendes Oberdruckventil mit einem in einem Ventilgehäuse axial verschiebbar geführten Ventilkörper, der in der Schließstellung des Ventils durch sein Eigengewicht und/oder durch Federkraft und durch Magnetkraft auf seinen Ventilsitz und der in der Offenstellung des Ventils durch das ausströmende Gas gegen einen Anschlag auf der Ventilkörperführung drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer weiteren, zusätzlichen Kraftkomponente in dem durchströmten Teil des Ventilgehäuses (1) eine Innenleiteinrichtung (4) vorgesehen ist, die den Strömungsquerschnitt zwischen dem Ventilkörper (2) und der Innenleiteinrichtung (4) in Richtung des ausströmenden Gases derart kontinuierlich verringert, daß nach dem Ansprechen des Überdruckventils eine strömungsabhängige, der Rückstellkraft entgegenwirkende Kraftkomponente entsteht.
2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Magnetkraft in dem Ventilkörper (2) ein Permanentmagnet (6) angeordnet ist, dessen Abstand von einem Gegenpol, d. h. einem zweiten Magneten entgegengesetzter Polarität oder einem Körper aus ferromagnetischem Material, in jeder Stellung des Ventils etwa dem Hub des Ventilkörpers (2) entspricht.
3. Überdruckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (6) im Innern eines aus magnetisch neutralem Material bestehenden Ventilkörpers (2) und der Gegenpol auf der Ventilkörperführung (5) derart angeordnet sind, daß sich Magnet und Gegenpol in der Schließstellung des Ventils berühren oder fast berühren.
4. Überdruckventil nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer zusätzlichen, von dem Hub des Ventilkörpers (2) abhängigen Komponente der Schließ- oder Rückstellkraft auf dem Ventilsitz (3) eine elastische verformbare Membran (7) derart angeordnet ist, daß sie bei geschlossenem Ventil den Ventilkörper (2) ringförmig umgibt und dab die Membran (7) einen umlaufenden, über Kanäle (9) mit dem Druckraum verbundenen Hohlraum (8) aufweist, dessen Wandung bei Überdruck radial nach innen gegen den Ventilkörper (2) verschiebbar ist.