DE2537510A1

DE2537510A1 - Zweiteiliges ueberdruckventil

Info

Publication number: DE2537510A1
Application number: DE19752537510
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Wolf
Original assignee: Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Current assignee: Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1975-08-22
Publication date: 1977-02-24
Also published as: DE2537510C3; HU177064B; GB1521554A; FR2321649A1; NL7607020A; BR7604433A; DE2537510B2; JPS5924303B2; JPS5226627A; JPS5779368A; US4237593A; FR2321649B1

Description

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PATENTANWÄLTE

DR. JAEGER & GRAMS

DlPL -CHEM. DR. KLAUS JAEGER TELEPHON: (O89) 8 54 27 O1; 8 57 4O 8O DIPL.-ING. KLAUS D. GRAMS GRAFELFING ■ ARIBOSTR. 47 TELEX : 5 21777 isar d 8O₃₁ STOCKDORF ■ KREUZWEG

WOC-16

WOCO Franz-Josef Wolf & Co.,

6483 Bad Soden-Salmünster, Sprudelallee 19

Zweiteiliges Überdruckventil

Die Erfindung betrifft ein zweiteiliges überdruckventil, ein Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung.

Überdruckventile bestehen aus drei Funktionskomponenten: dem Ventilsitz, dem Ventilkörper und einem Element, das den Ventilkörper in Schliessrichtung vorspannt.

Es sind zahllose Überdruckventile bekannt« bei denen diese drei Funktionskomponenten als drei einzelne Bauteile ausgebildet sind, beispielsweise der Ventilsitz als Öffnung mit konischem Profil, der Ventilkörper als eingepasste Kugel oder eingepasster Kegel und die Beaufschlagung als Druckfeder oder Zugfeder. Die Herstellung und Montage solcher

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selbsttätig öffnenden und schliessenden Überdruckventile ist wirtschaftlich und technisch aufwendig, jedoch bei Öffnungsüberdrücken über etwa 1 bar meistens unvermeidbar.

Für niedrigere Öffnungs- und Schliessdrücke sind auch zweiteilige selbsttätig öffnende und schliessende Überdruckventile bekannt. Bei diesen wird der Ventilkörper entweder durch seine Schwere oder seinen Auftrieb vorgespannt auf den Ventilsitz gedrückt, oder ist der Ventilkörper selbst elastisch ausgebildet und so gehaltert, dass er durch seine Eigenelastizität auf den Ventilsitz gepresst wird. Die zweiteiligen Ventile der ersten Gruppe weisen keine lageunabhängige Funktionsfähigkeit auf. Das Ventil arbeitet nur in einer ganz bestimmten räumlichen Ausrichtung einwandfrei. Die zweiteiligen Überdruckventile der zweiten Gruppe sind gebräuchlicherweise entweder so ausgebildet« dass der Ventilkörper eine einseitig eingespannte elastische Klappe ist, die aufgrund ihrer Elastizität axial auf den Ventilsitz gedrückt wird, oder dass der Ventilkörper als über den Ventilsitz gezogener elastischer Schlauch ausgebildet ist und sich durch seine Eigenelastizität radial selbst vorspannt. Diese zweite Gruppe der zweiteiligen Überdruckventile weist einen spezifischen Herstellungsnachteil auf. Die Verbindung des Ventils mit der Überdruckseite muss aufgrund des schlauchförmig ausgebildeten Ventilkörpers axial geführt werden, während der Ventilsitz radial ausgebildet sein muss. Es müssen also zwei im wesentlichen senkrecht zueinander stehende und wirkende Bohrungen, Öffnungen oder Kanäle hergestellt werden, die in aller Regel auch zwei voneinander unabhängige Arbeitsgänge erfordern. Bei der Herstellung von Massenware fällt jedoch jeder einzelne Arbeitsgang auf der Kostenseite ins Gewicht.

Der entscheidende Nachteil aller zweiteiligen Überdruckventile, deren Ventilkörper elastisch ausgebildet ist und sich selbst

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bei axial dünner Ausbildung und seitlicher Einspannung vorspannt, liegt in der Gegenläufigkeit der an den Werkstoff für einen solchen Ventilkörper zu stellenden Anforderungen. Für einen Ventilkörper wird vom Werkstoff verlangt, dass er möglichst dicht, formbeständig, starr, abrieb- und verschleissfest sowie passgenau verarbeitbar ist. Von einem gummielastisehen Werkstoff zur Beaufschlagung eines Ventilkörpers muss dagegen primär eine hohe Elastizität erwartet werden, die eine bestimmte Weichheit, Flexibilität und Geschmeidigkeit des Materials erfordert. Ein solches Material neigt zu hohem Abrieb, zu Verklemmungen und Verklebungen, ist im Vergleich zu dichten und starren Werkstoffen ausgesprochen gasdurchlässig und verliert aufgrund von elastischen Ermüdungserscheinungen die für die Herstellung einwandfreier Dichtungslinien und Dichtungsflächen erforderliche geometrische Masshaltigkeit und Formbeständigkeit*

Aufgrund dieser Nachteile haben sich die zweiteiligen Überdruckventile mit einem sich selbst vorspannenden Ventilkörper aus elastischem Material in der Praxis nur für relativ niedrige Öffnungsdrücke und auch nur dort wirklich bewährt, wo sie im Bedarfsfall rasch und einfach auswechselbar sind.

Die Problematik der selbsttätig öffnenden und schliessenden Überdruckventile für die Massenfertigung durchaus hochwertiger Produkte sei am Beispiel der Elektrolytkondensatoren dargestellt.

Elektrolytkondensatoren werden in der Grössenordnung von einigen 100 000 Stück pro Jahr hergestellt und in elektrischen Geräten und Anlagen eingebaut. Der eigentliche Kondensatorteil und der Elektrolyt befinden sich in einem meist aus Aluminium bestehenden Becher, der mit einer Abdeckscheibe leckdicht verschlossen ist. Durch elektrische, elektrochemische oder innere und aussere kalorische Einwirkungen können in Elektro-

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lytkondensatoren der beschriebenen Art rasch Überdrücke von mehreren bar auftreten. Wenn keine Vorsorge zum Ablassen dieser Überdrücke getroffen ist, kann ein Bersten der verschlossenen Becher zu unübersehbaren Schaden in den Anlagen führen, in denen sie eingebaut sind. Es ist daher gebräuchlich, Elektrolytkondensatoren mit Überdruckventilen auszurüsten.

Das für diese Aufgabe einfachste und zunächst naheliegendste Überdruckventil ist eine gebräuchliche Berstmembran. Das Bersten der Membran zwingt jedoch dazu, den Kondensator auszutauschen, um ein Auslaufen des Elektrolyten in die Anlage hinein zu verhindern. Jedoch selbst dafür ist die Voraussetzung, dass das Bersten der Membran überhaupt bemerkt wird. Ausserdem ist der Elektrolytkondensator nach Abbau des Überdruckes in zumindest etwa 80 % aller Fälle weiterhin voll funktionsfähig, so dass der Austausch eines in der Regel recht teuren Elektrolytkondensators lediglich aufgrund der geborstenen Membran unwirtschaftlich ist. Der Kondensatorfachmann hat daher bereits nach Möglichkeiten gesucht, selbsttätig öffnende und schliessende Überdruckventile zu schaffen. Ein solches Ventil sollte etwa im Bereich zwischen 5 und 10 bar öffnen und im Bereich zwischen etwa 2 und 5 bar schliessen. Für diesen Zweck bieten dreiteilige Ventile, bei denen der Ventilsitz, der Ventilkörper und die Ventilkörperbeaufschlagung als getrennte Bauelemente ausgebildet sind, die technisch beste Lösung. Diese Lösung muss jedoch angesichts der hohen Stückzahlfertigung und der aus anderen Gründen ohnehin hohen Herstellungskosten für die Elektrolytkondensatoren aus wirtschaftlichen Gründen ausscheiden.

Aus der DT-OS 23 41 375 ist ein zweiteiliges Überdruckventil der zuvor beschriebenen Art mit radialem Ventilsitz und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Dieses Ventil weist die zuvor ausführlich beschriebenen Unzulänglichkeiten

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auf. Der zusätzliche Arbeitsgang bei dem aus der genannten Druckschrift bekannten Ventil ist das seitliche Schlitzen eines vorgeformten Gehäusedomes zur Bildung des radialen Ventilsitzes. Die Schlitzvorrichtung muss dabei für jede neue Becherabmessung neu justiert werden. Beim Schlitzen werden nur ungenaue Ventilsitzflächen erhalten, so dass der gesamte Dommantel als Dichtfläche wirkt. Dadurch wird die Leckgefahr erheblich vergrössert. Ausserdem muss der Gehäusedom aus einem schlitzbaren Material hergestellt sein« kann beispielsweise nicht aus einem gespritzten spröden Kunststoff bestehen. Schliesslich muss das Schlitzen des Domes vor dem Anbringen der Durchführungen erfolgen, gleichgültig, ob dies nun sinnvoll oder nicht ist. Ausserdem ist das Überziehen eines fest sitzenden elastischen Schlauchstückes über einen solchen Dom ein für die Massenproduktion ungeeigneter Verfahrensschritt.

Ein selbsttätig öffnendes und schliessendes Überdruckventil für einen Elektrolytkondensator mit axialem Ventilsitz ist aus der DT-OS 23 21 166 bekannt. Das Ventil verkörpert Merkmale eines zweiteiligen mit denen eines dreiteiligen Ventils. Der Ventilsitz ist in der Ventilbohrung des Becherdeckels für den Elektrolytkondensator vorgeformt. Der Ventilkörper ist eine Kreisscheibe mit Zentralbohrung aus elastischem Material. Der Aussendurchmesser des elastischen Ventilkörpers ist grosser als der Innendurchmesser der im Becherdeckel als Ventilbohrung ausgebildeten Ventilkammer. Die Ventilkammer weist zentral eine Bohrung und peripher einen axialen Durchlass auf« dessen obere Mündung als Ventilsitz angesehen werden kann. Der Ventilkörper wird elastisch nachgebend durch ein durch diesen und durch die Zentralbohrung der Ventilbohrung hindurchgreifendes vorspannend wirkendes Druckknopfelement unter Aufwölbung der Ränder nach obm in die Ventilkammer eingedrückt. Der Innenrand des Ventilkörpers wird dabei durch

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das Druckknopfelement dichtend auf eine Dichtungslippe gepresst. Die selbsttätig öffnende und schliessende Überdruckdichtung gegen den peripheren Durchlass erfolgt dabei im wesentlichen durch Andruck des Ventilkörpers gegen die Innenwand der zylindrischen Ventilkammer. Diese den Andruck bewirkende Ventilkörperbeaufschlagung erfolgt dabei primär aus der Materialbeschaffenheit des elastischen Ventilkörpers selbst heraus« wobei diese Wirkung durch den vom Druckknopfelement ausgeübten Zwang verstärkt wird. Das Öffnen des Ventils bei Überdruck erfolgt durch elastische Verformung des Ventilkörpers.

Diese Ausbildung des Ventils erfordert die Montage von zwei Einzelteilen, nämlich das Einsetzen des Ventilkörpers und das Durchstecken des Druckknopf element es. Es wird also gegenüber dreiteiligen Ventilen kein wesentlicher Montage vorteil erhalten, obwohl alle Nachteile der elastischen Ausbildung des Ventilkörpers in Kauf genommen werden müssen. Ausserdem ist jedoch eines der beiden zu montierenden Teile, nämlich das Druckknopfelement, nicht symmetrisch. Es muss zur Montage so ausgerichtet werden, dass das Rastelement in die Bohrung eingeführt wird. Die Montage dieses Ventils ist also entweder von Hand oder nur mit hohem maschinellem Steuerungsaufwand durchführbar. Diese Ausbildung des Überdruckventils ist also f€r die Massenproduktion denkbar ungeeignet, selbst wenn es gegenüber der zuvor beschriebenen Ausbildung des bekannten Überdruckventils den Vorteil aufweist, dass es aus Kunststoff Spritzgusselementen herstellbar ist.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein selbsttätig öffnendes und schliessendes zweiteiliges Überdruckventil, insbesondere für den Einsatzbereich von Überdrücken von 1 bis 10 bar, zu schaffen, das so einfach herstellbar und montierbar ist,

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dass es sich für die Massenproduktion eignet und gleichzeitig hohe Dichtheit und lange Standzeiten gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein zweiteiliges selbsttätig öffnendes und schliessendes Überdruckventil vorgeschlagen, das erfindungsgemäss gekennzeichnet ist durch die einstückige Ausbildung eines Ventilgehäuses, eines Ventilsitzes und einer axial vorspannend wirkenden Ventilkörperbeaufschlagung aus (a) einem gummielastischen oder federelastischen Werkstoff in Kombination mit einem starren Ventilkörper oder (b) einem formbeständigen starren Werkstoff in Kombination mit einem gummielastischen oder federelastisehen Ventilkörper, dessen Höhe senkrecht zur Ventilsitzebene mindestens 75 % seiner Breite parallel zur Ventilsitzebene beträgt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht das Ventilgehäuse vorzugsweise aus einer synthetischen Gummimischung, die auch Naturkautschukanteile enthalten kann, und ist gekennzeichnet durch einen rotationssymmetrischen antipyramidalen doppelkegelstumpfförmigen Ventilgehäuseinnenraum mit einer ganzflächig offenen und einer gegenüberliegenden ganzflächig geschlossenen Stirnseite. In der geschlossenen Stirnwandfläche ist exzentrisch, vorzugsweise peripher, ein Durchlasskanal ausgebildet. Für kleinere bei Überdruck abzulassende Gasvolumen ist dieser Durchlasskanal als dünne zylindrische Bohrung ausgebildet. Bei grösseren Abblasvolumen können mehrere solcher Durchlasskanäle oder ein grösseres Randsegment aus der Stirnwand ausgeschnitten sein. Dabei ist darauf zu achten, dass diese stirnseitige Wandfläche jedoch mindestens etwa 60 % der grösseren Stirnfläche des sich gegen die Wand öffaenden Teils des Doppelkegelstumpfes des Innenraumes bedeckt. Diese einseitig geschlossene Doppelkegelstumpfhalfte mit dem Durchlasskanal im stirnseitigen Verschluss bildet die eigentliche Ventilkammer und ist im folgenden als solche bezeichnet. In der Ventilkammer sitzt der Ventilkörper so, dass er unter Frei-

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lassen des Durchlasskanals zwischen der stirnseitigen elastischen Wand der Ventilkammer und der als Ventilsitz dienenden Ventilkammerinantelflache eingespannt ist. Der Ventilkörper ist vorzugsweise hochsymmetrisch ausgebildet und hat insbesondere die Gestalt einer Kugel oder eines symmetrischen dipyramidalen Doppelkegelstumpfes. Er besteht vorzugsweise aus Glas, durch Säurebehandlung entalkalisiertem Glas, Quarzglas, harten Plasten oder Metall.

Vor allem wenn das Ventilgehäuse aus Gummi besteht, wird das Ventil vorzugsweise koaxial zu einer Ventilbohrung so eingebaut, dass die Innenfläche der Ventilbohrung die Aussenfläche des Ventilgehäuses axial auf der ganzen Länge fest umschliesst. Das Ventilgehäuse kann dann als in die Ventilbohrung eindrückbarer Stopfen für die nachträgliche Montage ausgebildet sein. Insbesondere bei der Verwendung des Ventils in Abschlussdeckeln für Elektrolytkondensatoren wird das Ventilgehäuse jedoch durch Einspritzen der Gummimasse in die im Deckel vorgesehene Ventilbohrung hergestellt. Ein solcher Deckel für Bechergehäuse von Elektrolytkondensatoren besteht in der Regel aus Kunststoff, vorzugsweise Polyamid-6 oder PoIyamid-6.6, meist glasfaserverstärkt, und weist weitere Vertiefungen oder Bohrungen auf, die für die Aufnahme von Dichtungsmaterial bestimmt sind. Diese Dichtungen haben die Aufgabe, den Deckel bzw. die Abschlussscheibe gegen das Bechergehäuse und die elektrischen Durchführungen abzudichten. Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird das Ventilgehäuse für das Überdruckventil gleichzeitig und in einem einzigen Arbeitsgang mit den übrigen Dichtungen durch Einspritzen ein und derselben Gummimasse in die entsprechenden Ausnehmungen und bzw. oder Bohrungen ausgeformt. Dadurch wird eine feste Verbindung zur Abdeckplatte des Bechergehäuses erhalten. Der einzige noch erforderliche Arbeitsgang ist das Eindrücken

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des symmetrischen Ventilkörpers, das in einfachster Weise und vollautomatisch erfolgen kann.

Bei der Ausformung des Ventilgehäuses durch Einspritzen der Gummimischung in die Ventilbohrung ist diese vorzugsweise so ausgebildet, dass sie an ihren axial äusseren stirnseitigen Rändern axial vorstehende umlaufende Hochkanten mit einer Höhe von wenigen Zehntel Millimetern aufweist. Diese axialen umlaufenden Hochkanten weisen vorzugsweise ein sich axial auswärts verjüngendes Profil auf und dienen der Abdichtung der Ventilbohrung gegen das Formwerkzeug beim Einspritzen der Gummimischung. Entsprechende Hochkanten können auch um die übrigen Ausnehmungen und Bohrungen, die im gleichen Arbeitsgang mit der Gummimischung ausgespritzt werden, vorgesehen sein.

Das Einspritzen des Ventilgehäuses bietet weiterhin in besonders wirkungsvoller Weise die Möglichkeit, die Innenwand der Ventilbohrung so zu profilieren, dass das Ventilgehäuse zusätzlich zur ohnehin bereits recht festen Materialverbindung zwischen dem Gehäusematerial und dem Deckelmaterial durch die Ausbildung von VorSprüngen und Rücksprüngen gegen axiale Verschiebung im Ventilloch bzw. der Ventilbohrung gesichert ist.

Bei der federelastischen Ausbildung des Ventilgehäuses, des Ventilsitzes und der Ventilkörperbeaufschlagung werden diese Elemente in der erfindungsgemäss einstückigen Weise aus einem mit federnder Formgebung, vorzugsweise durch Spritzguss, ausgeformten harten Duroplasten oder Thermoplasten oder aus einem federnden Stahlblech durch Tiefziehen und Warmpressen hergestellt. Der Ventilkörper wird nachträglich von der offenen Ventilgehäuseseite her in die Vehtilkammer eingedrückt. Das Ventilgehäuse kann in der Ventilbohrung durch Preßsitz oder durch Verschrauben von Klemmvorrichtungen gesichert sein. Alternativ kann das Ventilgehäuse

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im Bereich der Ventilkammer verstärkt und mit Aus sengewinde versehen sein.

Vorstehend ist der Fall beschrieben, dass das Ventil der Erfindung aus einem gummielastisehen oder federelastischen Gehäuse mit einem starren Ventilkörper besteht. Nach der zweiten Alternative der Erfindung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass das Zusammenwirken zwischen dem starren und dem elastischen Material umgekehrt ist, dass also das Ventilgehäuse und die Ventilkammer, der Ventilsitz und die axiale Ventilkörperbeaufschlagung einstückig aus einem formbeständigen und starren Werkstoff bestehen, während der Ventilkörper aus einem gummiela»tischen oder federelastischen Werkstoff besteht. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten gummielastischen Ventilkörpern beträgt jedoch die axiale Höhe des Ventilkörpers mindestens 75 % seiner radialen Breite. Vorzugsweise sind Höhe und Breite des Ventilkörpers im entspannten Zustand gleich gross. Dadurch werden erfindungsgemäss eine weit grössere Dichtheit und eine höhere Standzeit des Ventils gewährleistet. Ausserdem ist der Ventilkörper der Erfindung bei elastischer Ausbildung zur Erzeugung der axialen Vorspannung nicht radial eingespannt, sondern wird durch das einstückig mit der Ventilkammer und dem Ventilsitz ausgebildete Element zur Ventilkörperbeaufschlagung ausschliesslich axial vorgespannt, wenn man von den am Ventilsitz selbst auftretenden radialen Komponenten absieht. Auch bei dieser Ausbildung des Ventils wird der Ventilkörper durch einfaches Eindrücken von der offenen Seite des Gehäuses her montiert. Auch der elastische Ventilkörper des Ventils der Erfindung ist vorzugsweise als Kugel ausgebildet.

Diese Ausbildung des Ventils der Erfindung nach der zweiten Alternative ist vor allem dann fertigungstechnisch vorteilhaft, wenn das Ventilgehäuse mit der Ventilkammer, der Ventilsitz und

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die Ventilkörperbeaufschlagung in und aus der Wandung des Behälters bzw. Behälterteils selbst ausgeformt werden können. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Spritzgussteilen aus Kunststoff und von Gussteilen aus Metall ohne Schwierigkeiten möglich. Auch kann das Ventilgehäuse aussen vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sein und über einen Teil oder die gesamte Zylinderhöhe mit einem Aussengewinde versehen sein, mit dem es in das Ventilloch der Wandung des Behälters oder Behälterteils eingeschraubt werden kann. Auch bei dieser Ausbildung kann das Ventilgehäuse mit der Ventilkammer, dem Ventilsitz und der Ventilkörperbeaufschlagung aus einem Kunststoffspritzgussteil, insbesondere aus einem relativ harten und starren Duroplasten oder Thermoplasten, oder aus Metall bestehen.

Sowohl bei der Ausführung des Ventilgehäuses aus Metall als auch bei der Ausführung des Gehäuses aus Kunststoff oder aus Gummi oder einem anderen gummielastischen Werkstoff kann jedoch die Montage auch durch stirnseitiges Aufflanschen erfolgen. Das Ventilgehäuse weist für diese Montage angeformte Plansche auf.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 im Schnitt ein montiertes Ventil nach

einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Ventilgehäuse aus federelastischem Werkstoff;

Fig. 2 im Schnitt und in schematischer

Darstellung einen Elektrolytkondensator mit einem Ventil der Erfindung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ;

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Fig. 3 eine vergrösserte Teildarstellung

des Ventils nach Fig. 2;

Fig. 4 in perspektivischer Darstellung,

teilweise im Schnitt, ein Ventil der in Fig. 3 gezeigten Art in pfropfenartiger Ausbildung in einem Ventilloch eines dünnwandigen Gefässes und

Fig. 5 im Schnitt ein Ventil der in Fig.

gezeigten Art, jedoch mit elastischem Ventilkörper und starrem Gehäuse.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind das Ventilgehäuse 1, der Ventilsitz 2 und die Ventilkörperbeaufschlagung 3 einstückig aus einem dünnen feder-

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elastischen Stahlblech geformt. Das Gehäuse 1 ist im Querschnitt kreisförmig. Der Ventilsitz 2 ist durch eine radiale Einschnürung des Gehäusemantels unter Bildung einer doppelkonischen Innenwandfläche ausgeformt. Der obere Teil dieses im wesentlichen antipyramidal doppelkonischen Innenraumes des Ventilgehäuses ist die eigentliche Ventilkammer 4. In der Ventilkammer 4 ist der dipyramidal doppelkonische VentilköiJper 5 zwischen dem Ventilsitz 2 und der als federnde Stirnwand des Gehäuses ausgebildeten Ventilkörperbeaufschlagung 3 unter axialer Vorspannung eingespannt. Der Ventilkörper besteht aus Hartgummi, einem harten Kunststoff oder vorzugsweise aus Metall. Bei grösserer Dimensionierung des Ventils kann er auch als Hohlkörper ausgebildet sein. Der Ventilkörper 5 wird bei der Montage durch die offene Stirnseite 6 des Gehäuses 1 gegen den federnden Widerstand des Ventilsitzes 2 in die Ventilkammer eingedrückt. Der Ventilkörper ist dabei so bemessen, dass er unter der axialen Vorspannung durch das Ventilkörperbeaufschlagungselement 3 dichtend gegen den Ventilsitz gepresst wird. Br liegt dabei an der als Beaufschlagung wirkenden Stirnfläche 3 so an, dass er eine peripher in dieser ausgebildete Belüftungsöffnung 7 freilässt. Der obere Teil 8 der Ventilkammer 4 ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, so dass das Ventilgehäuse 1 mit diesem zylindrischen Teil in eine zylindrische Ventilbohrung 9 einer Gehäusewand 10 eingesetzt werden kann. Am Gehäuse ist einstückig ein Kreisflansch 11 angeformt, der beispielsweise über Schraubbolzen 12 und" eine Kreisringscheibe dichtend auf der Gefässwand 10 befestigt ist.

Beim Auftreten eines tiberdrucks im Gefäss, der grosser als die axiale Vorspannung des Ventilkörpers 5 gegen den Ventilsitz 2 ist, wird der Ventilkörper 5 unter Einwirkung des Überdruckes auf seine Bodenfläche 14 gegen die Beaufschlagung durch das Stirnblech 3 angehoben und vom Ventilsitz

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abgehoben. Der Überdruck wird über den Ringspalt zwischen dem starren Ventilkörper 5 und dem Ventilsitz 2, die Ventilkamraer 4 und die Belüftungsöffnung 7 ausgeglichen. Stach Abfall des Überdruckes wird der Ventilkörper 5 durch die Ventilkörperbeaufschlagung 3 wieder dichtend gegen den Ventilsitz 2 gepresst.

Das Gehäuse 1 kann auch aus Thermoplast oder Duroplast sein. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 2 und 3 gezeigt. Die Fig. 2 zeigt im Längsschnitt in schematischer Darstellung einen Elektrolytkondensator, dessen Elektrodeneinsatz 15 in einem Bechergehäuse 16 aus Aluminium eingesetzt ist. Das Gehäuse 16 ist mit einer Abdeckscheibe 17 aus PoIyamid-6 verschlossen« die eine umlaufende Randnut mit eingespritztem Dichtungsmaterial aufweist. Durch Umbördeln des Becherrandes 19 in die Dichtung hinein wird das mit dem Elektrolyt gefüllte Gehäuseinnere dichtend verschlossen. In der KunstStoffabdeckscheibe 17 ist seitlich ein Überdruckventil 20 eingearbeitet. Das Überdruckventil 20 ist in vergrösserter Darstellung in Fig. gezeigt.

Das einstückig mit dem Ventilsitz 2 und der Ventilkörperbeaufschlagung 3 ausgebildete Ventilgehäuse 1 ist in die Ventilbohrung 21 der Kunststoffabdeckscheibe 17 des Elektrolytkondensators eingespritzt. Die Gummimischung besteht im wesentlichen aus einem Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymerisatkautschuk mit üblichen Zuschlagen. Als Dienkomponente wird vorzugsweise 1.3-Butadien eingesetzt. Die Abdeckscheibe 17 ist im Bereich der Ventilbohrung 21 durch einen hochgezogenen Rand 22 so verstärkt, dass die axiale Länge der Ventilbohrung gleich der axialen Länge des Ventilgehäuses 1 ist. Stirnseitig sind die Ränder der Ventilbohrung 21 von umlaufenden Hbchkanten 23 umgeben, die im Querschnitt ein sich axial auswärts verjüngendes Profil aufweisen und axial Bruchteile eines Millimeters hoch sind.

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Gleiche Hochkanten laufen auch um die anderen Ausnehmungen und Bohrungen der Abdeckscheibe 17 herum, die gleichzeitig zu Dichtungszwecken mit demselben Material ausgespritzt werden« aus dem das Gehäuse 1 des Überdruckventils ausgeformt wird. Die eingespritzte Gummimischung bildet eine feste Verbindung mit dem Kunststoff der Abdeckscheibe. In der Regel ist das Ventilgehäuse 1 dadurch bereits fest genug in der Abdeckscheibe 17 verankert. Für höhere Beanspruchungen weist jedah die Ventilbohrung 21 einen einwärts vorspringenden Kragen 24 auf, der für eine zusätzliche axiale Verankerung des Ventilgehäuses in der Abdeckscheibe sorgt.

Das Ventilgehäuse 1 weist eine offene Stirnseite 6 und eine geschlossene Stirnseite 3 auf, in der ein Durchlass exzentrisch angeordnet ist. Bas Innere des Ventilgehäuses hat die Form eines rotationssymmetrischen Doppelkegelstumpfes, wobei die beiden Kegelstumpfhalften einander antipyramidal gegenüberstehen, also in der Weise, dass ihre beiden grosseren Basisflächen stirnseitig auswärts weisen und ihre beiden kleineren Basisflächen in der Mitte zusammenfallen. Der obere stirnseitig durch die elastische Gehäusewand 3 abgeschlossene Kegelstumpf bildet die Ventilkammer 4. Der untere Kegelstumpf öffnet sich ganzflächig frei in das Innere des Bechergehäuses des Elektrolytkondensators.

Die Belüftung der Ventilkammer 4 erfolgt durch eine kreisrunde zylindrische Durchlassöffnung 7 in der Stirnseitig abschliessenden Gehäusemembran 3. Bei grösseren Abblasvolumina können auch mehrere solcher zylindrischer Durchlässe 7 oder Durchlässe mit anders ausgebildeten Querschnitten, beispielsweise mit kreisringförmigem Querschnitt, vorgesehen sein.

Als Ventilkörper 5 dient eine Glaskugel. Die Kugelgestalt

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wird für den Ventilkörper bevorzugt, da sie aufgrund ihrer hochsymmetrischen Gestalt auch bei der Massenfertigung besonders einfach einzusetzen £st. Bei der Montage eines kugelförmigen Ventilkörpers braucht dieser zuvor nicht in eine spezielle Ausrichtung gebracht zu werden.

Der Durchmesser der Kugel ist grosser als der im entspannten Zustand in der Ventilkammer zur Verfügung stehende Kugelraum. Beim Eindrücken der Kugel durch die Öffnung 6 des Gehäuses 1 hindurch in die Ventilkammer 4 hinein wird die Ventilkammer 4 daher leicht verformt. Durch die Rückstellkraft der stirnseitigen Ventilgehäusewand 3 wird der Ventilkörper 5 daher axial und dichtend gegen den Ventilsitz 2 gezwungen. Eine weitere axiale Vorspannungskomponente wird dem Ventilkörper 5 ausserdem von den konisch verlaufenden Ventilsitzflächen und der in diesen wirkenden Rückstellkraft erteilt.

Die auf den Ventilkörper 5 einwirkende axiale Vorspannung ist im wesentlichen eine Funktion des Materials« aus dem das Ventilgehäuse 1 besteht und ist ausserdem eine Funktion der Abmessungen des Ventilkörpers und der Dicke der stirnseitigeh Abschlusswand 3. In dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten ^usführungsbeispiel des in die Abschlussplatte eingespritzten Ventilgehäuses ist der auslassseitige Rand des Ventilgehäuses radial vergrössert ausgebildet» wodurch die Elastizität der Stirnfläche 3 konstruktiv erhöht wird.

Als Regel zur Einstellung der jeweils gewünschten Öffnungsdrücke und Schliessdrücke kann gelten« je grosser der Radius der Ventilkörperkugel relativ zur frei in den entspannten Ventilkammerraum einbeschreibbaren Kugel« je dicker die Membran 3 und je kleiner ihr Radius ist« um so grosser werden der Öffnungsdruck und der Schliessdruck

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des Ventils sein. Für einen Kugeldurchnvesser von 20 mm, einer Dicke der Stirnwandmembran 3 von 14 nun und einem grössten Radius des Ventilkanunerkegelstumpfes von 28 mm und einem kleinsten Durchmesser des Ventilkammerkegelstumpfes von 14 mm öffnet das Ventil beispielsweise bei einem Überdruck von 6 bar und schliesst bei einem Überdruck von 2,4 bar, wenn die für die Herstellung des Ventilgehäuses 1 verwendete Gummimischung eine mittlere Rückstellkraft besitzt. Durch wenige einfache Versuche kann sich der Fachmann die für den einzelnen Fall erforderlichen Öffnungsdrücke und Schliessdrücke durch entsprechende Dimensionierung und Wahl der Gummimischung leicht einstellen.

Die Ventilkörperkugel besteht im wirtschaftlichsten Fall aus einfachem Glas. Insbesondere für den Fall, dass Bedenken gegen die Verträglichkeit eines normalen Alkaliglases oder Erdalkaliglases mit den Elektrolyten bestehen, kann der Ventilkörper auch aus einem im Säurebad entalkalisierten Glas, aus Quarz oder aus einem harten spröden Kunststoff, vorzugsweise einem Thermoplasten, bestehen. Für zahlreiche Anwendungsfälle werden Metallkugeln, insbesondere Edelstahlkugeln, bevorzugt.

Der wesentliche Vorteil des in den Figuren 2 und 3 gezeigten Überdruckventils für Elektrolytkondensatoren liegt in seiner ausserordentlich billigen Herstellung und einfachen Montage. Das Ventilgehäuse 1 wird gleichzeitig und in einem einzigen Arbeitsgang mit den übrigen Dichtungselementen 18 in die Kondensatorabdeckscheibe 17 eingespritzt. Anschliessend wird in die mit der offenen Stirnseite 6 nach oben weisende Ventilkaramer die Kugel vollautomatisch eingedrückt. Als Aufgabevorrichtung für den Kugeleinsetzmechanismus kanndabei ein Auslaufmechanismus einfachster Konstruktion dienen. Die in die trichterförmige

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Öffnung des Ventilgehäuses eingefallene Kugel wird dann durch einen leichten Druck eines Gummistempels in die Ventilkammer eingedrückt. Dabei brauchen weder Ventilschläuche gespannt und sorgfältig übergezogen zu werden, noch brauchen kompliziert geformte Haltemechanismen unter vorgegebenen Ausrichtungen gezielt eingesetzt zu werden.

Ein weiteres Ausffihrungsbeispiel des Überdruckventils der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Das Ventilgehäuse 1 besteht ebenfalls aus einem gummielastischen Werkstoff. Im Gegensatz zu der in Fig. 3 gezeigten Ausbildung ist das Gehäuse jedoch nicht eingespritzt« sondern als Pfropfen vorgefertigt. Dieses insbesondere für den Einbau in sehr dünnwandige Behälter, vor allem für Behälter aus Stahlblech oder dünnwandigen glasfaserverstärkten Kunststoffbehältern geeignete Ventil weist im wesentlichen die in Fig. 3 gezeigte Ausbildung auf. Im Gegensatz zu dem eingespritzten Ventilgehäuse weist das Ventilgehäuse 1 der Fig. 4 jedoch eine kreiszylindrische Form auf. Der Mantel des Zylinders weist in der Mitte eine relativ tiefe Ringnut 25 auf, die in an sich bekannter Weise dichtend den Innenrand der Ventilbohrung durch die dünne Wand 10 aufnimmt. In der in Fig. 4 gezeigten perspektivischen Darstellung des Ventilgehäuses ist die obere Öffnung des Durchlasskanals 7 zur Ventilkammer 4 und die Oberfläche der den Ventilkörper vorspannenden Membran erkenntlich. Das Innere des dargestellten Ventilgehäuses ist ebenfalls antipyramidal doppelkegelstumpfförmig ausgebildet. Als Ventilkörper dient eine Glaskugel, die, wenn es die Umstände erfordern, auch vor dem Einsetzen des Ventilgehäuses 1 in das Ventilloch 9 eingesetzt werden kann. Vorzugsweise wird die Kugel jedoch nach dem Einsetzen des Ventilgehäuses 1 in das Ventilloch 9 eingesetzt. Bei dieser Reihenfolge des Einbaues kann das Ventilgehäuse 1 beim Einsetzen in das Ventilloch stärker und ohne Rücksicht auf den Ventilkörper

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verformt werden. Nach dem Einsetzen liegt die Ventilkammer in praktisch vollständig entspanntem Zustand vor.

Die Ringnut 25 ist vorzugsweise entweder auf der Höhe des Ventilsitzes 2 oder mittig in der Höhe der stirnseitigen Gehäusemembran 3 angeordnet. Bei der Ausbildung der Ringnut ist darauf zu achten« dass die verbleibende Stärke der Gummiwandung des Gehäuses an allen Stellen ausreichend stark bemessen ist, um eine ins Gewicht fallende Gasdiffusion mit Sicherheit auszuschliessen.

Das aus einem eingespritzten Gummigehäuse bestehende Ventil nach den Figuren 2 und 3 wird vorzugsweise in Verbindung mit Abschlussdeckeln für Elektroljrtkondensatoren, Batterien oder Akkumulatoren verwendet, weil bei der Herstellung dieser Abschlussdeckel ohnehin das Einspritzen von Dichtungen erforderlich ist. Der für die Installierung des selbsttätig öffnenden und schliessenden Überdruckventils zusätzlich erforderliche Montageaufwand besteht also lediglich und ausschliesslich im vollautomatischen Einsetzen der Ventilkörperkugel mit billigsten apparativen Mitteln. Die Anwendung des Ventils ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt. Durch seine ausserordentlich einfache konstruktive Ausbildung und seine hohe Anpassungsfähigkeit sowohl vom Material eis auch von der konstruktiven Ausgestaltung her kann das Ventil der Erfindung in den verschiedensten Bereichen der Technik, insbesondere dem Konsumgüterbereich und dem Bereich der Massenproduktion, eingesetzt werden. Das Ventil der Erfindung ist ausserdem als wirkungsvolles Rückschlagventil einsetzbar. Hierzu wird insbesondere der Ventilsitz flacher und steifer ausgebildet. Entsprechend wird vorzugsweise auch ein flacherer Ventilkörper verwendet. Auch braucht die Vorspannung von der Ventilkörperbeaufschlagung, also von der Gehäusemembran 3, nicht direkt auf den Ventilkörper übertragen zu werden, sondern

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kann die Übertragung auch über einen an den Ventilkörper angeformten Steg oder Zapfen erfolgen. Durch Anbringen eines Zapfens oder Stege* auf der Fläche 14 (Fig. 1) des Ventilkörpers 5 kann dieser auch durch ein Hebelsystem anhebbar sein, so dass das Überdruckventil durch Hebeldruck auch mechanisch zu öffnen, der Behälter also auch manuell belüftbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel nach der zweiten Alternative der Erfindung mit einem starren Ventilgehäuse und einem elastischen Ventilkörper ist in der Fig. 5 gezeigt. In der Gefässwand 10, beispielsweise der Abdeckscheibe eines Elektrolytkondensators oder dem Deckel eines Akkumulators, ist das Ventilgehäuse 1 einstückig mit dem Ventilsitz 2 und der Ventilkörperbeaufschlagung 3, der eigentlichen Ventilkammer 4 und dem Belüftungskanal 7 ausgeformt. Die Ausformung dieser Elemente in der Gefässwand 10 ist dann besonders einfach und wirtschaftlich, wenn diese Gefässwand 10, beispielsweise also die Abdeckscheibe,aus Kunststoff besteht und durch Spritzguss hergestellt wird. Bei der Herstellung von Abdeckscheiben für Elektrolytkondensatoren oder Akkumulatoren durch KunststoffSpritzguss wird als Kunststoff vorzugsweise ein glasfaserverstärktes Polyamid-6 verwendet. Nach der Herstellung des Gefässelementes 10, wobei gleichzeitig das Ventilgehäuse 1 ausgeformt wird, braucht zur Montage des Überdruckventils nur noch der elastische Ventilkörper von der offenen Seite des Gehäuses her in den Sitz gedrückt zu werden. Insbesondere wenn der Ventilkörper 5 in der in Fig. 5 gezeigten Weise aus einer elastischen Gummikugel besteht, kann diese Montage mit billigsten und einfachsten Mittel auch vollautomatisch erfolgen.

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Claims

Patentansprüche

( 1. Zweiteiliges selbsttätig öffnendes und schliessendes Überdruckventil, gekennzeichnet durch die einstückige Ausbildung eines Ventilgehäuses (1), eines Ventilsitzes (2) und einer axial vorspannend wirkenden Ventilkörperbeaufschlagung (3) aus (a) einem gummielastischen oder federelastischen Werkstoff in Kombination mit einem starren Ventilkörper (5) oder (b) einem formbeständigen starren Werkstoff in Kombination mit einem gummielastischen oder federelastischen Ventilkörper (5), dessen Höhe senkrecht zur Ventilsitzebene mindestens 75 % seiner Breite parallel zur Ventilsitzebene beträgt.
2. Überdruckventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen rotationssymmetrischen antipyramidalen doppelkegelstumpf förrnigen Ventilgehäuseinnenraum mit einer ganzflächig offenen und einer ganzflächig geschlossenen Stirnseite (6;3)_f durch einen exzentrisch in der geschlossenen Stirnseite ausgebildeten Durchlasskanal (7) und durch einen Ventilkörper (5)_r der in der einseitig geschlossenen Doppelkegelstumpfhalfte (Ventilkammer) (4) unter Freilassen des Durchlasskanals (7) zwischen der Gehäusestirnseite

(3) und der als Ventilsitz dienenden Ventilkammermantelfläche eingespannt ist.
3. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2_t g e kennzeichnet durch eine Ausbildung des Ventilgehäuses (1) in der Weise, dass ein den Ventilgehäusemantel auf der gesamten axialen Länge des Ventils vollständig umschliessender, die Stirnflächen freilassender Einbau des Ventils in eine Ventilbohrung (9;21) eines Behälters (10) oder Behälterteils (17) erfolgen kann.

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4. Überdruckventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse (1) aus einer in die Ventilbohrung (21) eingespritzten und mit dieser fest verbundenen Gummimischung.
5. überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, g e kennzeichnet durch einen kugelförmigen oder symmetrisch-bipyramidalen doppelkegelstumpfförmigen Ventilkörper (5).
6. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e kennzeichnet durch einen Ventilkörper (5) aus Glas, Quarzglas, starrem Kunststoff oder Metall in Kombination mit einem Ventilgehäuse (1) aus einer Gummimischung.
7. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder

5 und 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper (5) aus einem Elastomeren oder einem elastischen Thermoplasten in Kombination mit einem Ventilgehäuse (1) aus einem starren Duroplasten, Thermoplasten oder Metall.
8. Überdruckventil nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet , dass das Ventilgehäuse, der Ventilsitz und die axiale Ventilkörperbeaufschlagung in der Wandung des Behälters oder Behälterteils und aus dieser ausgeformt sind.
9. Verfahren zur Herstellung eines Überdruckventils nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass man das Ventilgehäuse aus derselben Gummimischung, aus der auch andere Dichtungselemente des Behälters oder Behälterteils bestehen, herstellt, dass man diese Dichtungen und das Ventilgehäuse in einem

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einzigen Arbeitsgang in entsprechend vorgeformte Ausnehmungen und bzw. oder Bohrungen des Behälters oder Behälterteils einspritzt und dass man schliesslich den Ventilkörper von der offenen Stirnseite des Ventilgehäuses her in die Ventilkammer eindrückt.
10. Verwendung des Überdruckventils nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder des Verfahrens nach Anspruch 9 zur Herstellung von Abdeckscheiben und Verschlüssen für Bechergehäuse von Elektrolytkondensatoren, Batterien oder Akkumula toren.

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