DE2511964C2

DE2511964C2 - Hydraulischer Druckbegrenzer mit einem elastisch beaufschlagten Verschlußorgan

Info

Publication number: DE2511964C2
Application number: DE2511964A
Authority: DE
Inventors: François 92400 Courbevoie Duveau
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1975-03-19
Publication date: 1984-06-28
Also published as: US4003398A; DE2511964A1; FR2265022B1; GB1470641A; FR2265022A1

Description

Die Erfindung bezieht lieh auf einen hydraulischen Druckbegrenzer mit einem elastisch beaufschlagten Verschlußorgan, bestehend aus einem aus natürlichem oder künstlichem elastischem Werkstoff gefertigten Scheibcnelement, in dessen mittlerem Bereich unter Bildung von Lippen ein Schlitz oder dergleichen angeordnet ist, wobei die Lippen normalerweise (im Ruhezustand) geschlossen sind und durch elastische Vorformung des Scheibenelementes unter Druckeinwirkung sich öffnen.

Es handelt sich um Hilfsvorrichtungen für Hydraulikkreise, deren Aufgabe es ist, das Ablaufen eines Mediums zu ermöglichen, wenn der Druck in einem umschlossenen Raum oder stromabwärts einer Pumpe einen vorbestimmten Druck überschreitet, wobei der Abfluß zum Behälter oder stromauf der Zufuhr gerichtet wird. Derartige Vorrichtungen wurden als Sicherheitsventile bezeichnet, wenn es sich um den Schutz eines umschlossenen Raumes handelt, und als Oberdruckventile, wenn es sich um den Schutz eines Kreises handelt.

Diese Vorrichtungen werden bislang in mechanischer Form erstellt. Die Einfachsten von ihnen, z. B. die Kugelventile, sind die unsichersten. Bei hohen Drücken sind sie im allgemeinen die Ursache für gefährliche Schwingungen und müssen daher mit hydraulischen Dämpfungsgliedern versehen werden, was sie verteuert.

In der Regel haben diese Vorrichtungen außerdem den Nachteil, daß ihr Druck mit der Durchflußleistung erheblich variiert.
Um die Druckveränderung als Funktion der Durchflußmengen zu verringern, sind Überdruckkolbenventile entweder als Schieber oder für hohe Durchflußleistungen mit gesteuerter Ventilklappe gebaut worden. Hierbei und vor allem bei den teueren Vorrichtungen stellt sich jedoch das Problem des Verschleißes von Fedem oder Bälgen, die zu ihrer Beaufschlagung vorgesehen sind.

Die oben angeführten Vorrichtungen sind Lösungen, die bei einem Durchgang von Wasser oder nicht aggressiven Flüssigkeiten geeignet sind. Sie sind daher z. B. in der chemischen Industrie nicht geeignet, so daß für derartige Anwendungsfälle noch kostspieligere Lösungen, aufgrund der erforderlichen Verwendung von Spezial- und in bestimmten Fällen von Edelmetallen, vorgesehen werden müssen.

Hydraulische Druckbegrenzer der eingangs beschriebenen Art sind dem Prinzip nach bekannt. Nach der DE-AS 12 50 225 ist ein Ventil, bestehend aus einer perforierten gummielastischen Membran bekannt, die längs ihres Umfanges unter Vorspannung in einer öffnung der Wandung eines unter Überdruck stehenden Behälters dichtend befestigt ist. Diese vorgespannte Membran soll sich nach beiden Seiten ausbiegen können, um beispielsweise nach der Entnahme eines Teils des Behälterinhaltes, durch Herausbiegen der Membran, Luft in den Behälter einzulassen, indem sich die Membran nach innen biegt, bis ein Druckausgleich erzielt ist. Ein solches Ventil soll im Stande sein, den noch vorhandenen Behälterinhalt aus dem Bereich der Austrittsöffnung zurückzudrängen. Problematisch ist bei dieser Einrichtung die konische Abschrägung des Randes der Membran und deren damit verbundene, komplizierte Einbau in die Öffnung eines vorzugsweise starren Behälterwandteils, z. B. durch Kleben, Schweißung oder dergleichen. Die Membran selbst ist profilartig ausgeformt, derart, daß die Berührungsflächen der Behälterwandung und der Membran in ausgebautem Zustand der Membran miteinander einen Winkel derart einschließen, daß sich die Membran beim Einbau in Richtung auf das Behälterinnere vorwölbt. Diese Art der Fertigung eines Ventiles der vorbezeichneten Art ist kompliziert und unwirtschaftlich.

Aus der DE-PS 60 457 ist bei Leitungen für hochgespannte Gase ein Sicherheitsventil in Form eines durch-

stochenen Gummiblättchens bekannt, dessen Stichloch sich bei höherem Druck erweitert und das Ausströmen von Gasen gestattet. Der Verwendungszweck eines solchen Gummiblättchens bleibt also auf Leitungen für gasförmiges Fluidum beschränkt. Das Cummiblättchen ist einstückig ausgeformt und läßt hohe Durchflußleitungen als gesteuerte Ventilklappe nicht erwarten.

Nach der US-PS 24 92 225 ist ein Druckventil in Verbindung mit einem Behältnis bekanntgeworden, welches zylindrisch ausgebildet ist und ein U-förmiges Hohlprofil aufweist. Dieses Ventil wird in einen Rohrstutzen oder dergleichen in Preßsitz eingepaßt bzw. ein- oder aufgeschraubt oder mittels Ringriefen haltbar aufgedrückt. Das Ventil weist kugelförmige Gestalt auf und ist an der gewölbten Oberfläche alternativ mit einem Längsschlitz, einem Kreuzschlitz oder mit parallel verlaufenden Längsschlitzen von unterschiedlicher Länge versehen. Es handelt sich um ein einstückiges Ventilelement zur Herbeiführung eines Druckausgleichs in einem umschlossenen Raum. Das Problem bei dieser Ventilstruktur liegt darin, deren Materialstärke dem jeweils im umschlossenen Raum vorherrschenden Druck anzupassen, und es ist nicht auszuschließen, daß die im Scheitelbereich des Ventilkörpers angeordneten, selbstschließenden Schlitze den Anforderungen eines zuverlässigen Druckausgleichs auf die Dauer nicht genügen können. Außerdem erfordern solche Ventile eine verhältnismäßig komplizierte und daher aufwendige Fertigung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überdruckregulierung zu schaffen, die einfach in der Herstellung ist, deren Verschlußorgan an einer Druckveränderung in einem beträchtlichen Größenbereich teilnimmt und deren elastisches Reaktionsorgan, welches das Verschlußorgan selbst ist, eine große Ermüdungsfestigkeit aufweist, und dies alles bei einem sehr niedrigen Herstellungspreis.

Es sind hydraulische Druckbegrenzer bekannt, die mittels eines einem elastischen Druck ausgesetzten Verschlußorgans arbeiten und bei denen der eigentliche Verschlußkörper die elastische Reaktion liefert.

Derartige Verschlußorgane sind in der Technik nicht sehr verbreitet, da sie entweder zu dicht oder nicht empfindlich genug oder zu dünn und daher nicht zuverlässig genug sind.

Die vorerwähnte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verschlußorgan aus einem Stapel von mindestens zwei Scheiben besteht, und daß die Schlitze benachbarter Scheiben winklig zueinander verlaufen.

Vorzugsweise ist zwischen zwei benachbarten Scheiben eine Scheibe oder ein Blatt aus einem Material angeordnet, welches das Gleiten aufgrund der Relativverformung der benachbarten Scheiben begünstige wobei diese Scheiben über einen großen Bereich eingeschnitten sind, damit sie kein Hindernis für den freien Durchtritt der Flüssigkeit darstellen, die die stromauf gelegene Scheibe passiert hat.

Vorzugsweise bestehen die Regulierscheiben aus natürlichem oder künstlichem Kautschuk, der eine große Elastizität und daher nur einen sehr geringen Biegewiderstand darbietet und gegenüber dem chemischen Erzeugnis beständig ist, für das die Vorrichtungen den Druck überwachen bzw. regulieren soll.

Die Zwischenscheiben, die im allgemeinen einfache Blätter sind, sollen die gleiche Beständigkeit gegenüber ti chemischen Erzeugnissen aufweisen und einen Glcitkoeffizienten von derselben Größenordnung wie Polytetrafluorethylen besitzen.

Der Stapel wird vorzugsweise in ein^m Gehäuse untergebracht, das an die Leitung stromabwärts der Pumpe angeschlossen und mit zwei Anschlußöffnungen versehen ist, die sich in zwei parallelen Flächen gegenüberliegen und mit einer vorzugsweise regelbaren oder austauschbaren Vorrichtung versehen sind, die die Scheiben auf einer Ringfläche zusammendrücken, deren Oberdeckungsgröße veränderbar ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann mit Vorteil in Verbindung mit volumetrischen oder halbvolumetrischen Pumpen bzw. Flüssigkeitsringpumpen, jedoch auch bei Zentrifugalpumpen Verwendung finden; vor allem, wenn sich der überwachte Druck im instabilen Bereich befindet.

Die Vorrichtung nach der Erfindung neigt nicht zur Vibration.

Der Konstrukteur bzw. der Benutzer verfügen über eine große Anzahl variabler Größen, die es ihnen ermöglichen, nach Belieben die Funktionsmerkmale bzw. Variablen festzusetzen, deren hauptsächliche die folgenden sind:

Wahl des Werkstoffes für die Hauptscheiben;
Wahl des Werkstoffes für die Zwischenscheiben;
Dicken der Scheiben;
Anzahl der gestapelten Scheiben;
Kompressionsfläche der ringförmigen Stirnflächen.

Die Funktion der Vorrichtung nach der Erfindung erklärt sich auf einfache Weise dadurch, daß sich die Spalte aufgrund der Verformung der Scheiben unter dem Einfluß von Druckveränderungen vergrößern. Selbstverständlich ist bei einem Druck von Null oder nahe Null ein dünner mittlerer Durchlaß von einer Größenordnung vorhanden, von der die mechanischen Vorrichtungen nicht immer frei sind.

Der beschriebene Druckbegrenzer kann nicht nur allein zur Begrenzung der Belastung eines Hydraulikkreises Verwendung finden. Er kann u.a. zur Bildung oder Ausrüstung eines Kolbens verwendet werden, der sodann in der Lage wäre, selbst seinen maximalen Betriebsdruck zu begrenzen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen, in denen zwei AusführungMjcispiele des Gegenstands der Erfindung veranschaulicht sind, erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Explosivdarstellung, aus der der abwechselnde Aufbau des Stapels der Scheiben ersichtlich ist;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Explosivdarstellung eines Gehäuses, bei dem der Stapel symbolisch durch eine einzige Scheibe dargestellt ist;

Fig. 3 einen schematischen Axialschnitt durch das Gehäuse im Einbauzustand in eine Leitung und

F i g. 4 ein Kurvendiagramm als Leitlinie für den Konstrukteur und Benutzer.

In Fig. 1 sind eine Anzahl elastischer Scheiben A 1, A 2. A 3 eines Stapels 13 und die Zwischenscheiben B 1, B 2. B 3 aus Polytetrafluorethylen des Stapels 13 dargestellt.

Die Schlitze 19 zweier elastischer Scheiben, z. B. der Scheiben 4 2 und A 3. verlaufen rechtwinklig zueinander.

Desgleichen sind die Spalte 20 der beiden Zwischenscheiben Ii 2 und B 3 rechtwinklig zueinander und in bezug auf die Schlitze 19 der beiden angrenzenden elastischen Hauptscheiben A 1. A 2 ... mit einem Winkel von 45 angeordnet. Um das Gleiten der einander be-

nachbarten, elastischen Hauptscheibcii A 1 A 2 ... beim freien Durchtritt der Flüssigkeit zu begünstigen, bzw. zu fördern, ist jeder Zwischenscheibe B\. B2 ... über einen großen Bereich einmal durch den Spalt 20 und darüber hinaus durch zusätzliche Schlitze 21 eingeschnitten, wobei die letzteren mit dem Spalt 20 einen rechten Winkel bilden.

In den F i g. 2 und 3 ist ein Gehäuse dargestellt. d;is als Ganzes mit 1 bezeichnet ist und zwei BefestigungsRanschen 2, 3 aufweist, die gegebenenfalls zu den Enden von zwei Teilstücken einer in gestrichelten Linien durch eingezeichneten Leitung L gehören, in die die Vorrichtung eingeschaltet werden soll. Ein Gehäusekörper 4 mit kreisförmigem Querschnitt ist zwischen den beiden Bcfestigungsflanschen 2,3 angeordnet. Die Vereinigung erfolgt durch mindestens zwei Schraubenbolzen 5, 6, deren Muttern mit 7,8,9 und 10 bezeichnet sind.

Das Gehäuse 4 ist durch die Ringmembran 12 geschlossen, die zur Ausübung eines bestimmten Druckes auf die Ringfläche des Stapels 13, der hier durch eine Reihe paralleler Striche dargestellt ist, und für eine gewisse Begrenzung der Verformung unter Last ausgelegt ist. Die Dichtheit wird durch übliche Dichtungen 17, 18 erreicht, die jedoch aus einem gegenüber dem zu fördernden chemischen Erzeugnis beständigen Material bestehen.

Schließlich werden zwei Flanschanschlüsse 14, 15, die in der Technik als Schweißbunde für Rotationskörper verwendet werden, für die Verbindung mit der Leitung L verwendet.

In dem Diagramm nach Fig.4 sind die Durchflußleistung auf der Abszisse (m^J) und die Drücke auf der Ordinate (bar) eingetragen. Die Kurve C stellt den Betrieb der Pumpe dar, die als halbvolumetrische Pumpe angenommen ist, deren Druckhöhe P auf ca. 5 bar begrenzt sein soll.

Die ideale Kurve der Reguliervorrichtung ist die Horizontale H.

Im vorliegenden Fall muß der Konstrukteur oder Benutzer den Scheibenstape! so bemessen, daß seine Betriebskurve d. h. die Durchlaßkurve des Druckbegrenzers, die Kurve Fist, deren Tangente im Punkt Feinen kleinstmöglichen Winkel mit H beschreibt und die in der Nähe von Fden größtmöglichen Krümmungsradius aufweist sowie für einen Druck Null so nahe wie möglich bei der Durchflußleitung Null endet. Da mehrere Parameter, wie eingangs dargelegt, zur Verfügung stehen, wird dieses Ergebnis mit sehr wenigen Versuchen erreicht. Die resultierende Kurve der Pumpe, die druckseitig mit dem in dieser Weise bemessenen Druckbegrenzer nach der Erfindung ausgerüstet ist. ist die Kurve R, die aus den Kurven C und F für einen gegebenen Druck nach der Gleichung Abszisse von R + Abszisse von F = Abszisse von Oerrechnet wird.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Druckbegrenzer mit einem elastisch beaufschlagten Verschlußorgan, bestehend aus einem aus natürlichem oder künstlichem elastischem Werkstoff gefertigten Scheibenelement, in dessen mittlerem Bereich unter Bildung von Lippen ein Schlitz oder dergleichen angeordnet ist, wobei die Lippen normalerweise (im Ruhezustand) geschlossen sind und durch elastische Verformung des Scheibenelementes unter Druckeinwirkung sich öffnen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan aus einem Stapel (13) von mindestens zwei Scheiben (A 1, A 2 ...) besteht, und daß die Schlitze (19) benachbarter Scheiben winklig zueinander verlaufen.

2. Druckbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarte elastische Scheiben (A 1, A 2...) eine mit einem Spalt (20) versehene Zwischenscheibe oder ein Zwischenblatt (Bi, B2 ...) aus einem Werkstoff eingelegt ist, der ein Gleiten der beiden benachbarten elastischen Scheiben (A 1, A 2...) aufgrund einer Relativverformung begünstigt.

3. Druckbegrenzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte (20) zweier benachbarter Zwischenscheiben oder Zwischenblätter (B 1, 52...) unter einem Winkel ausgerichtet sind.

4. Druckbegrenzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (19) einer elastischen Scheibe (A 1, A 2 ...) und die Spalte (20) einer angrenzenden Zwischenscheibe (Bi, B2 ...) unter einem Winkel versetzt zueinander angeordnet sind.

5. Druckbegrenzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (20) der Zwischenscheiben oder der Zwischenblätter (Bi, B2 ...) durch zusätzliche Schlitze (21) ergänzt ist, die vorzugsweise einen rechten Winkel mit dem Spalt (20) bilden.

6. Druckbegrenzer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Scheiben (A 1, A 2 ...) aus natürlichem oder künstlichem Kautschuk mit sehr geringem Biege-Widerstand bestehen.

7. Druckbegrenzer nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenscheiben (Bi, B2 ...) aus Polytetrafluoräthylen bestehen.

8. Druckbegrenzer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (4) mit zwei ebenen Flächen, gegen welche das Verschlußorgan spannbar ist, und durch eine regelbare oder austauschbare Einrichtung zur Begrenzung der Nutzfläche der Scheiben (A i,A2...).

9. Druckbegrenzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Begrenzung der Nutzfläche der Scheiben (Ai, A 2...) als Ringmembran (12) ausgebildet ist.