DE2202247A1 - Federeinrichtung,insbesondere fuer Ventile - Google Patents

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PATENTANWÄLTE MUnchen: Frankfurt/M.:

Dipl.-Chem. Dr. D. Thomson DIpI. - Ing. W. Walnkauff Dipl.-Ing. H. Tledtke (Fudwhohl Ti)

Dipl.-Chem. G. BQhiing Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Chem. Dr. U. Eggen»

8000 München 2

Kaleer-Ludwlg-Platzβ l8. Januar l^a72

Imperial Chemical Industries Limited London, Großbritannien

Federeinrichtung,insbesondere für Ventile

Die Erfindung bezieht sich auf ringförmige konische Tellerfedern und ihre Verwendung in Entlastungsventilen.

Eine Eigenschaft von in vielen Entlastungsventilen verwendeten Schraubenfedern besteht darin, daß bei jeder Anfangsauslenkung der Feder eine weitere Vergrößerung der Auslenkung eine Vergrößerung der angelegten Kraft erfordert. Es wurde nun eine verbesserte Feder gebildet, die die nützliche Eigenschaft hat, daß eine Vergrößerung der Auslenkung in einem großen Bereich der Federauslenkungen keine Vergrößerung der notwendigen angelegten Kraft erfordert und sogar deren Verringerung erlauben kann.

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Mit der Erfindung wird eine ringförmige konische Tellerfeder mit gleichförmiger Dicke geschaffen, bei der das Verhältnis ihrer freien Höhe zu ihrer Dicke zumindest -f2:l beträgt.

Die freie Höhe ist als axialer Abstand zwischen einem Außenrand und dem entsprechenden Innenrand des Konus definiert; die Außen- und Innenränder sind jeweils durch den größten und den kleinsten Durchmesser der Tellerfeder definiert.

Vorzugsweise liegt das Verhältnis der freien Höhe h der Feder zu ihrer Stärke t im Bereich von 1,5 : 1 bis 2,5 : 1. Das Verhältnis des Innendurchmessers der Tellerfeder zu ihrem Außendurchmesser ist vorteilhafterweise im Bereich von 1:11/2 bis 1 : H.

Die erfindungsgemäßen Federn können vorteilhafterweise einen Außendurchmesser haben, der im Bereich von 1,27 cm (0,5 engl. Zoll) bis 91,¹J cm (36 engl. Zoll) liegt. Die Stärke kann vorteilhafterweise in dem Bereich von 0,0847 cm (1/30 engl. Zoll) bis 1,27 cm (1/2 engl. Zoll) liegen. Die Federn können aus jedem Material bestehen, das geeignete elastische Eigenschaften besitzt, beispielsweise verschiedene Stahlsorten und bestimmte synthetische Materialien, z. B. Nylon.

Ea wurde festgestellt, daß Entlastungsventile, beispielsweise bei Dampfkesseln und Kohlenwasserstoffe verarbeitenden Aggregaten verwendete Entlastungsventile, die Stapel

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von erfindungsgemäßen ringförmigen konischen Tellerfedern enthalten, zuverlässiger und schneller arbeiten ale konventionelle Entlastungsventile. Beispielsweise springen Entlastungsventile, die erfindungsgemäße Federn enthalten, je nach Bedarf entweder in den vollen Offenzustand oder den vollen Schließzustand und neigen nicht wie einige konventionelle Entlastungsventile dazu, nur zu einer Zwischenstellung zu öffnen. Bekanntlich kann eine Teilöffnung von Entlastungsventilen zu gefährlichen Bedingungen führen, beispielsweise wenn brennbarer Dampf in die Atmosphäre abgelassen wird.

Erfindungsgemäß besitzt ein Entlastungsventil zumindest eine Tellerfeder und vorzugsweise einen Stapel übereinander gelegter sich berührender ringförmiger konischer Tellerfedern, die alle gleichförmige Dicke und im wesentlichen das gleiche Verhältnis von h : t haben, das im Bereich von η[2ϊ 1 bis 2,5 : 1 und vorzugsweise im Bereich 1,5 '· 1 bis 2,5 '· 1 liegt. Der Tellerfederstapel braucht nur zwei Federn aufweisen. Die Federn können parallel gestapelt sein, d. h. die innere konische Oberfläche der einen Feder steht in Berührung mit der äußeren konischen Oberfläche der Feder unter ihrf oder zwei Federn können in Serie gestapelt sein, d. h. die inneren konischen Oberflächen von zwei ein Paar bildenden Federn sind einander zugewandt. Es ist ebenfalls möglich, für verschiedene Bedarfsfälle die Federn in einer Kombination der Parallel- und Serienanordnung zu stapeln.

Es wurde festgestellt, daß konventionelle Entlastungs-

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ventile dazu neigen, beim Erreichen ihres Solldrucks nicht schnell genug oder nicht zu ihrem vollen Ausmaß zu öffnen, was zu möglicherweise gefährlichen Bedingungen führt. Beispielsweise können Ventile, die brennbare Dämpfe in die Atmosphäre lassen, die Bildung gefährlicher Luft-Dampfgemische ermöglichen, wenn das Ablassen des brennbaren Dampfes zu langsam ist. Zur Lösung dieses Problems wurden verschiedene Arten von Entlastungsventilen mit kleinen Pilotventilen versehen, die ein schnelles und vollständiges öffnen des Hauptentlastungsventils auslösen. Es wurde jedoch festgestellt, daß die Pilotventile bei Fabrikbedingungen leicht außer Betrieb gesetzt werden können, beispielsweise durch die Ansammlung von Schmutz. Daher ist es möglich, daß die zugehörigen Hauptventile überhaupt aufhören zu arbeiten, was zu sehr ernsten Konsequenzen führt.

Entlastungsventile die mit zumindest einer erfindungs-

gemäßen Feder versehen sind, sind beträchtlich besser als konventionelle Entlastungsventile und vermeiden den Bedarf für Pilotventile. Sie arbeiten schnell, wenn ihr Solldruck erreicht ist, und öffnen im wesentlichen bis zu ihrer vollen Öffnungsgröße. Fällt der Druck auf den Ventilrücksetzdruck ab, schließen die mit den erfindungsgemäßen Tellerfedern versehenen Ventile ebenfalls schnell und vollständig.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen ringförmigen konischen Tellerfeder;

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Pig. 2 zeigt eine perspektivische Ansieht der Tellerfeder nach Pig. I; und

Fig. 3, 4 und 5 zeigen Querschnitte verschiedener

Anordnungen von Stapeln der erfindungsgemäßen ringförmigen konischen Tellerfedern; und

Fig. 6 zeigt einen Teilschnitt eines mit einer erfindungsgemäßen Federeinrichtung versehenen Entlastungsventils.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte ringförmige konische Tellerfeder besteht aus Chromstahl und hat eine Wand 1 mit der Dicke t in der Größenordnung von 0,0965 cm (0,038 engl. Zoll), einen Außendurchmesser von 6,35 cm (2,5 engl. Zoll) und einen Innendurchmesser (Bohrung) von 3,18 cm (1,25 engl. Zoll); das Verhältnis der freien Höhe h zur Dicke t beträgt 1,6 : 1.

Fig. 3 zeigt einen Satz von parallel gestapelten ringförmigen konischen Tellerfedern.

Fig. 4 zeigt ein Paar in Serie gestapelter ringförmiger konischer Tellerfedern.

Fig. 5 zeigt einen Satz von Paaren ringförmiger konischer Tellerfedern, wobei jedes Paar parallel angeordnet ist und die Paare in Serie gestapelt sind.

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Dae in Pig. 6 gezeigte Entlastungsventil enthält zwei ringförmige konische Tellerfedern la'und Ib aus Chromstahl. Jede Tellerfeder besitzt eine Wandstärke t in der Größenordnung von 0,318 cm (0,125 engl. Zoll), einen Außendurchmeaser von 17*78 cm (7 engl. Zoll) und einen Innendurchmesser (Bohrung) von 10,16 cm (Ί engl. Zoll). Das Verhältnis der freien Höhe h zur Dicke beträgt 1,7 : 1. Die untere Feder la liegt auf der Klappe 2 des Ventils auf. Der Ventilsitz 3 besteht aus PoIytetrafluoräthylen (PTFE). Die Federn la und Ib sind durch einen Abstandsring H voneinander getrennt.

Die obere Feder Ib liegt am Kopfträger 5 des Ventils an, der durch einen Einstellbolzen 6 vertikal bewegbar ist. Der Bolzen 6 ragt durch einen oberen Deckel 7 des Ventils hindurch, der mit Trägersäulen 9 mit einem unteren Deckel 8 verspannt ist. Ein Flansch 10 wird zur Verbindung des Ventils mit einem Kessel, einem Rohr etc. verwendet.

Beim Betrieb wird der Einstellbolzen 6 aufwärts oder abwärts geschraubt, bis er eine geeignete vorbestimmte Kraft auf die obere Feder Ib ausübt. Die Größe des nach unten ausgeübten Drucks kann aus der Auslenkung der Federn und ihren bekannten Eigenschaften berechnet werden.

Ist der nach oben gerichtete Gasdruck auf die Ventilklappe 2 zur Überwindung der durch die Federn nach unten ausgeübten Kraft ausreichend, werden die Federn schnell ausgelenkt und ermöglichen das Abheben der Klappe und das Entweichen von

Gas durch die zwischen der Klappe 2 und dem Ventilsitz 3 ge-

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lassene öffnung in die Atmosphäre.

Es wurde festgestellt, daß sich das Ventil schon in einer Zeitspanne von ⁰J¹ Sekunde voll öffnet; diese Ansprechzeit ist wesentlich kürzer als die der konventionellen Ventile. Fällt der Gasdruck wieder unter einen vorbestimmten Pegel ab, der kleiner als der Pegel ist, bei dem das Ventil öffnet, schließt das mit der erfindungsgemäßen Pedereinrichtung versehene Ventil in einer ähnlichen Ansprechzeit vollständig.

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Claims (8)

1. Patentansprüche:

   ί l.i Federeinrichtung aus mindestens einer Tellerfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder gleichförmige Dicke hat und daß das Verhältnis ihrer freien Höhe zu ihrer Dicke zumindest ^2 : 1 ist.
2. 2. Pedereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der freien Höhe der Tellerfeder zu ihrer Dicke im Bereich von 1,5 : 1 bis 2,5 : 1 liegt.
3. 3. Pedereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Innendurchmessers der Tellerfeder zum Außendurchmesser im Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : l\ liegt.
4. Ί. Pedereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tellerfedern in Stapelform übereinander angeordnet sind.
5. 5. Pedereinrichtung nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfedern einander parallel gestapelt sind.
6. 6. Pedereinrichtung nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Tellerfedern in Serie gestapelt sind.
7. 7. Fede einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

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   zeichnet, daß die Tellerfedern sowohl in Parallel- als auch in Serienform gestapelt sind.
8. 8. Federeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Entlastungsventil.

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