DE2249598A1

DE2249598A1 - Sicherheitsventil

Info

Publication number: DE2249598A1
Application number: DE19722249598
Authority: DE
Inventors: John Harold Mang
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1971-11-08
Filing date: 1972-10-10
Publication date: 1973-05-17
Also published as: JPS4858416A; FR2160068A5; AU4834972A

Description

Die Erfindung betrifft ein geschwindigkeitsempfindliches Sicherheitsventil für strömende Medien.

Auf einer Vielzahl industrieller Anwendungsgebiete werden pneumatische oder Plüssigkeitsdrucksysteme im Zuge der Herstellung oder Bearbeitung verwendet. Da solche unter Druck stehende Systeme häufig gefährliche Substanzen führen oder an sie angeschlossen sind, beispielsweise Brennstoffe, Schmieröle und entflammbare Substanzen, wie Farben, sucht man schon seit langer Zeit nach einer zwangsläufigen automatischen Vorrichtung zur Beendigung der Strömung im Falle des Bruches in einer Leitung oder des Aufhörens der Farbversorgung zur Pumpe, an welche eine pneumatische unter Druck stehende Kompressorleitung ebenfalls angeschlossen ist.

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Bei industriellen Farbsprühsystemen hat sich beispielsweise herausgestellt, daß kleine Brandherde sehr schnell durch verschiedene Farbzuführungsleitungen durchbrennen und die freigewordene Farbe rasch das Feuer unterhalt und steigert, bevor das System als solches abgeschlossen werden kann.

Durch die Erfindung soll ein Sicherheitsventil in Form einer automatischen Einrichtung zum Anhalten einer Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsströmung zu einer Pumpe vorgeschlagen werden, wobei zwangsläufige mechanische Einrichtungen zur Wiederöffnung des Sicherheitsventiles und damit zur Wiederherstellung der Strömung vorgesehen sind.

Beim Erfindungsgegenstand handelt es sich um ein geschwindigkeitsabhängiges Sicherheitsventil mit einer mit einem das Medium führenden Kanal in Verbindung stehenden Kammer. An der Kammer sind ein Einlaß und ein Auslaß an der stromaufwärts bzw. stromabwärts liegenden Seite dieses Kanals für das Medium vorgesehen. Ein auf dem Boden der Kammer in der Nähe oder oberhalb des Einlasses bei normaler offener Strömung sitzendes Kugelglied läßt sich gegen einen Sitz in eine geschlossene Stellung bewegen. Die Bewegung der Kugel aus der geöffneten in die geschlossene Stellung wird durch eine vorbestimmte Vergrößerung der Geschwindigkeit des durch den Kanal strömenden Mediums verursacht. Die Geschwindigkeitszunahme und die daraus resultierenden Kräfte überwinden die Schwerkraft, die auf die Kugel wirkt, oder eine auf die Kugel wirkende Federkraft und bewegen somit die Kugel in Richtung ihres Sitzes. Sitzt die Kugel einmal auf, dann hält ein resultierendes Druckdifferential oberhalb und unterhalb des Sitzes die Kugel in der geschlossenen Stellung. Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Erhöhung oder Verringerung der Empfindlich-

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keit des Ventils auf Geschwindigkeitssteigerungen. Oberhalb des Sitzes ist ein Stößel zum Lösen der Kugel aus der geschlossenen Stellung und zu ihrer Rückführung in die normalerweise offene Stellung vorgesehen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeis^ielen näher erläutert werden.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine teilweise schematische Querschnittsdarstellung eines geschwindigkeitsempfindlichen Sicher-' heitsventils gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise schematische Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines geschwindigkeitsempfindlichen Sicherheitsventils gemäß der vorliegenden Erfindung5

Fig. 3 eine teilweise schematische Querschnittsdarstellung einer dritten Ausführungsform eines geschwindigkeitsempfindlichen Sicherheitsventils gemäß der Erfindung; und in

Fig. 4 eine teilweise schematische Querschnittsdarstellung einer vierten Ausführungsform eines geschwindigkeitsempfindlichen Sicherheitsventils gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein geschwindigkeitsempfindliches Sicherheitsventil mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Ventil enthält ein Ventilgehäuse 11 mit einer senkrecht angeordneten Ventilkammer 12. Ein Einlaß 13 sitzt am unteren Ende

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der Kammer 12, während am oberen Ende des Ventilgehäuses 11 ein Auslaß 14 vorgesehen ist. Durch das Ventilgehäuse 11 wird in der Nähe des oberen Endes der Kammer 12 und unterhalb des Auslasses 14 ein Ventilsitz 15 definiert. An den Einlaß 13 und an den Auslaß 14 sind Schläuche 16 angeschlossen, die den Weg für das Medium durch das Ventil 10 darstellen.

Eine Kugel 17 ist aus einer normalerweise offenen Stellung auf einem Stift 18 in eine geschlossene Stellung bewegbar, in der sie am Sitz 15 anliegt. Der Stift 18 ist in Achsrichtung in einer Gewindebüchse 19 befestigt, welche den Boden des Ventilgehäuses 11 bildet. Der Stift 18 erstreckt sich vom Boden der Kammer 12 zu einer Stelle in der Nähe des Einlasses 13, wo die Kugel 17 in ihrer offenen Stellung am Einlaß 13 oberhalb einer Ausnehmung 20 ruht. Vorzugsweise wird die Kugel 17 durch den Stift 18 etwas oberhalb der Mittellinie des Einlasses 13 gehalten.

In der offenen Stellung der Kugel 17 strömt das Druckmittel durch den Einlaßschlauch 16, den Einlaß 13» um die Kugel 17, durch die Kammer 12, über den Sitz 15, durch den Auslaß 14 und durch den Austrittsschlauch 16.

Der Durchmesser der Kammer 12 in der Nähe des Einlasses 13 und der Durchmesser der Kugel 17 sind so ausgelegt, daß der wirksame Strömungsbereich der Kugel in ihrer offenen Stellung annähernd der gleiche wie derjenige der Maximal strömung ist, die zur Betätigung der Einrichtung stromabwärts vom Ventil erforderlich ist.

Wenn Druckmittel durch das Ventil 10 mit einer gewünschten NorraalpeKchwindigkeit strömt, dann hält die auf die KugeJ 17 will·, ende Schwerkraft die Kugel 17 in ihrer offenen

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Stellung. Eine Erhöhung der Druckmittelgeschwindigkeit, verursacht beispielsweise durch einen Bruch im Schlauch 16 stromabwärts vom Ventil 10 oder, weil die Farbe aus einer Flüssigkeitspumpe ausläuft, an welche der Schlauch 16 angeschlossen ist, und die resultierende Kraft-vergrößerung führen dazu, daß die auf die Kugel 17 wirkende Schwerkraft überwunden wird und die Kugel 17 sidh in Richtung des Sitzes 15 bewegt. Wenn die Kugel 17 einmal vorübergehend am Sitz 15 aufsitzt, dann hält das Druckdifferential aus dem Druck unterhalb der Kugel 17 und dem Druck oberhalb der Kugel 17 die Kugel 17 in ihrer geschlossenen Stellung und beendet die Strömung durch den Schlauch 16.

Die Strömung wird wiederhergestellt durch Herunterdrücken eines Stößels 21, wie es gestrichelt in Pig. 1 angedeutet ist. Der Stößel 21 enthält einen Knopf 22, der an einem axial verlaufenden Schaft 23 befestigt.ist, welcher durch eine Bohrung 24 mit einer Abdichtung 58 im Ventilgehäuse 11 vorsteht. Eine Feder 25 drückt den Schaft 23 nach oben. Wird der Stößel 21 heruntergedrückt, dann löst der Schaft 23 die Kugel 17 vom Ventilsitz 15, wodurch die Kugel 17 in ihre normale, die Strömung wieder öffnende Stellung zurückkehrt. Die Kugel 17 bleibt in ihrer geschlossenen Stellung, bis sie von Hand in ihre offene Stellung zurückgestellt werden soll. Wenn jedoch die Geschwindigkeit des Mediums noch auf einem ausreichenden Wert liegt, um die Kugel 17 senkrecht nach oben zu bewegen, dann bewegt sich die Kugel wieder gegen den Sitz 15, bis richtige Betriebsbedingungen stromabwärts vom Ventil 10 wiederhergestellt sind.

Da die Geschwindigkeit des auf die Kugel 17 auftreffenden Mediums die Schwerkraft unter Schließen des Ventils über-

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windet, ist das Gewicht der Kugel 17 ein Pattor in dem Druckabfall, der erforderlich ist, tun die Kugel durch die Kammer 12 zu bewegen. Ein anderer Paktor ist die Ouerschnittßfläche der Kammer 12. Bei der Ausf Uhruagsform ^; nach Fig. 1 ist die Kammer 12 gestuft und weist einen kleineren Querschnitt in der Nähe des Sitzes 15 auf. Die Reduktion der Strömungsfläche erhöht die Geschwindigkeit und die "SchlieiJ^-kraft, wenn sich die Kugel 17 dem Sitz 15 nähert.

Das Gewicht der Kugel 17, die Länge der Kammer 12 und die Querschnittsfläche der Kammer 12 sind jeweils Variable, die sich für verschiedene Strömungsbedingungen, wie Strömungsgeschwindigkeit und Viskosität des Mediums einstellen lassen. Es hat sich herausgestellt, dafl wegen der Variierbarkeit der Strömungscharakteristiken die oben erwähnten Variablen am besten empirisch bestimmt werden.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Sicherheitsventils 10a wiedergegeben. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich ein Einlaß 13a durch den Boden eines Ventilgehäuses 11a unmittelbar unter einer Kugel 17a, die in einer Kammer 12a angeordnet ist. Ein ringförmiger Einsatz 13 ist innerhalb des Ventilgehäuses 11a angeordnet, so daß man die wirksame Querschnittsfläche der Kammer 12a ändern kann. Bei der wiedergegebenen Ausführungsform enthält das Ventilgehäuse 11a einen oberen Teil 31, der mit einem unteren Teil 32 durch Schrauben 33 verbunden ist. 'Viii ein Arbeiter den Einsatz 30 austauschen, so entfernt er die Schrauben 33 und trennt die Gehäuseteile 31 und 32. Er kann dann den Einsatz 30 herausnehmen und einen anderen Einsatz abweichender Größe einsetzen, wodurch der wirksame Querschnitt der Kammer 12a geändert wird.

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Die Wirkungsweise des Sicherheitsventiles nach dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen derjenigen der Ausführungsform nach Fig. 1, außer daß die Kugel 17a sich leichter gegen die Wirkung der Schwerkraft durch das Druckmittel, das vom Einlaß 13a unmittelbar auf die Kugel 17a trifft, anheben läßt. Die Kugel 17a "schwimmt" somit in der Kammer 12a in der Nähe eines Sitzes 17a, wenn der Druck und die Geschwindigkeit des Mediums auf einem Normalwert gehalten werden. Eine Zunahme der Geschwindigkeit läßt die Kugel 17a sich gegen den Sitz 15a bewegen. Weil die Kugel 17a in einer offenen Stellung in der Nähe des Sitzes 15a schwimmt, verursacht bereits eine kleine Bewegung infolge einer verhältnismäßig kleinen Geschwindigkeitssteigerung, daß die Kugel auf den Sitz 15a trifft und in der Abdichtstellung durch das sich ergebende Druckdifferential in der vorher beschriebenen Weise verbleibt. Ein Stößel 21a dient dazu, die Kugel 17a in ihre offene Stellung zurückzustellen.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform enthält ein Sicherheitsventil 10b ein Ventilgehäuse 11b, eine Kammer 12b, einen Einlaß 13b, einen Auslaß 14b, einen Sitz 15b, Schläuche 16b, eine Kugel 17b und einen Stößel 21b. Ein Stift 40 erstreckt sich in Achsrichtung nach unten durch eine Büchse 41 und eine Dichtung 59b zu einer kalibrierten Skala 42, die an der Büchse 41 befestigt ist. Ein geriefter Ring 43 ist drehbar an der Skala 42 montiert und mit Gewindeeingriff an einem Teil des Stiftes 40 angebracht. Am unteren Ende des Gewindestiftes 40 befindet sich ein Zeiger 44. Ein Drehen im Uhrzeigersinn des Ringes 43 führt zu einer Bewegung des Stiftes 40 nach oben innerhalb der Kammer 12b. Die in ihrer normalen offenen Stellung gegen den Stift 40 anliegende Kugel 17b wird durch die nach aufwärts gerichtete Bewegung des Stiftes 40 näher an den Sitz 1^rj~b

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herangeführt. Weil die Kugel 17b näher an den Sitz 15b herangeführt ist, führen kleine Steigerungen in der Geschwindigkeit des Mediums dazu, daß sich die Kugel 17b nach oben bewegt, wodurch die Kugel 17b auf den Sitz 15b trifft und durch das Druckdifferential an ihrem Platz gehalten wird. Wird der Stift 40 axial nach unten durch Drehen des Knopfes 43 gegen den Urzeigersinn bewegt, dann ist eine größere Geschwindigkeitssteigerung erforderlich, um die Kugel 17b über den größeren vertikalen Abstand gegen den Sitz 15b zu bewegen. Die Empfindlichkeit der Kugel 17b läßt sich deshalb steuern, indem man ihren Ort in der normalerweise offenen Stellung relativ zum Sitz 15b ändert. Durch Bestimmung der Größe der Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um die Kugel über eine gegebene senkrechte Distanz in Richtung des Sitzes 15b innerhalb der Kammer 12b zu bewegen, ist es möglich, die Skala so zu kalibrieren, daß sie mit dem Zeiger 44 die richtige Stellung des Stiftes 40 für die erforderlichen Strömungsbedingungen anzeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Skala 42 auf die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Ventil 10 strömenden Mediums kalibriert.

Nach Fig. 3 läuft die Kammer 12a von einer verhältnismäßig großen Fläche am Fuß zu einer verhältnismäßig kleineren Fläche am Ventilsitz 15b konisch zusammen. Ist die Strömung durch das Ventil 10 konstant, dann hat die konische Kammer 12b eine entsprechende Geschwindigkeitszunahme bei der Bewegung des Mediums in Richtung des Ventilsitzen 15b "Ur Folge. Somit bewegt, wenn die Geschwindigkeit bis zu dem Punkt zunimmt, an dem die Kugel 17b sich in Richtung des Sitzes 15b bewegt, die durch die Konizität der Kammer 12b verursachte Geschwindigkeitszunahme

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die Kugel Mh umso rascher, je weiter sie sich dem Sitz 15b annähert, was zu einem raschen Schluß führt.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben. Bei dieser Ausführungsform enthält ein Sicherheitsventil 10c ein Ventilgehäuse 11c, eine gestufte Kammer 12c, einen Einlaß 13c, einen Auslaß 14c, einen Sitz 15c und Schläuche 16c. Eine Kugel 17c ist an einem Stift 50 befestigt. Der Stift 50 erstreckt sich durch eine Büchse 51, die auf dem Boden des Ventilgehäuses 11c montiert ist. Der Stift 50 erstreckt sich in einen Büchsenhohlraum 52 und endet mit einem Flansch 53· Eine Schraube 54 erfaßt den Flansch 53 und ist mit·Gewindeeingriff in der Büchse 51 aufgenommen. Die Schraube

54 erstreckt sich unter das Ventilgehäuse 11c. 0-Ringe

55 dichten die Kamer I2c und den Büchsenhohlraum 52 gegen die Atmosphäre ab. Ein Halterungsring 56 ist am oberen Ende der Büchse 51 aufgeschraubt und nimmt den Stift auf, der sich nach oben in die Kammer 12c erstreckt. Eine Druckfeder 57 umgibt den Stift 50 und ist zwischen dem Flansch 53 und dem Halterungsring 56 angeordnet. Die Feder 57 drückt den die Kugel 17c tragenden Stift 50 nach unten in eine normalerweise offene Stellung. Wenn eine vorbestimmte Strömungskraft gegen die Federkraft wirkt, dann wird die Kugel 17c in ihrer normalerweise offenen Stellung gehalten. Eine vorbestimmte Geschwindigkeitszunahme überwindet die Druckkraft der Feder 57 und bewegt die Kugel 17c in Richtung des Sitzes 15c Die Schraube kann relativ zur Büchse 51 eingestellt werden, so daß man dadurch das Ausmaß der Druckkraft der Feder 57 ändern kann. Dadurch wird die Schwellengeschwindigkeit geändert, die erforderlich ist, um die Kugel 17c in Richtung des Sitzes 15c zu drücken.

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Die Sicherheitsventile 10, 10a und 10b werden vorzugsweise in vertikaler oder im wesentlichen vertikaler Richtung betrieben. 'Vährend das Sicherheitsventil 10c in vertikaler Stellung betrieben werden kann, läßt es sich auch in anderen Stellungen, einschließlich einer horizontalen Stellung, betreiben.

Es hat sich gezeigt, daß ein Sicherheitsventil in der Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung ein sehr wirksames Mittel zum raschen und automatischen Beenden einer Strömung liefert, wenn ein Druckabfall ausreichender Größe stromabwärts vom Ventil auftritt.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

Sicherheitsventil zur Steuerung einer Strömung, gekennzeichnet durch die Kombination aus

einem Ventilgehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß, einer im Ventilgehäuse gebildeten Kammer, einem vom Gehäusestrom abwärts vom Auslaß gebildeten Ventilsitz, ein aus einer offenen Stellung in eine geschlossene Stellung gegen den Sitz bei einem stroma-bwärtsliegenden Druckabfall beweglichen Ventilglied und aus Einrichtungen zur Bewegung des Ventilglieds aus der geschlossenen Stellung in die offene Stellung unter Bückstellung der Strömung durch die Kammer.
2. Geschwindigkeitsempfindliches Sicherheitsventil für Strömungen, insbesondere Druckmittelströmungen nach Anspruch 1, gekennz ei chn et durch ein Ventilgehäuse mit einer vertikal angeordneten Kammer, einen Einlaß in das Ventilgehäuse in Verbindung mit der Kamer, einen Auslaß aus dem Ventilgehäuse und in Verbindung mit der Kammer, ein kugelförmiges Ventilglied innerhalb der Kammer, das zwischen einer normalerweise offenen Stellung in eine geschlossene Stellung bei einer Änderung der Geschwindigkeit des durchdie Kammer strömenden Mediums verschiebbar ist, einen vom Gehäuse definierten Ventilsitz zwischen Einlaß und Auslaß zur Aufnahme des kugelförmigen Ventilgliedes und Abdichtung der Kammer bei Bewegung des kugelförmigen Ventilgliedes in die geschlossene Stellung und Einrichtungen zur Bewegung des kugelförmigen Ventilgliedes vom Sitz und seine Rückführung in die

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normalerweise offene Stellung.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Querschnittsflache der Kammer in der Nähe des Einlasses größer als in der Nähe des Ventilsitzes ist, so daß der Strömungsgeschwind igkeitanstieg bei der Bewegung des kugelförmigen Ventilgliedes aus der offenen in die geschlossene Stellung das kugelförmige Ventilglied rascher in die geschlossene Stellung bewegt.
4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Einrichtungen zum Abheben des kugelförmigen Ventilgliedes vom Sitz aus einem Stößel mit einem axialen Schaft bestehen, der sich von außen in die Kammer bis zu einer Stelle innerhalb der Kammer in der Nähe des Sitzes erstreckt, und daß Vorspanneinrichtungen vorgesehen sind, die den Schaft von der Kammer wegzudrücken suchen.
5. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen senkrecht verlaufenden Stift, der sich nach oben bezüglich des Ventilgehäusebodens erstreckt und am oberen Ende das kugelförmige Ventilglied aufnimmt, wenn sich dieses in seiner offenen Stellung befindet.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeich net, daß der Stift auf den Ventilsitz zu und von ihm weg in chsrichtung beweglich ist.

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7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Stift in den Boden des Ventilgehäuses eingeschraubt ist und sein unteres Ende unterhalb des Ventilgehäuses sitzt.
8. Ventil nach Anspruch 7_f gekennzeichnet durch eine in der Nähe des unteren End es des Stiftes angeordnete kalibrierte Skala.
9. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige Ventilglied am oberen Ende des Stiftes befestigt ist.
10. Ventil nach"Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine den Stift vom Sitz wegdrückende Feder.
11. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Einsatz, der innerhalb des Ventilgehäuses entfernbar montiert ist.

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