DE2604135A1 - Ventil, insbesondere membransicherheitsventil - Google Patents

Description

Patentanwalt DIPL.-ING.BERTHOLD SCHMID STUTTGART 1 ■ FALBENHENNENSTRASSE 17 · FERNSPRECHER (0711)608893 UNSBK ZBICBBN

12 0-/1 ij/3W

i'iriaa
■ 3r au km arm
Armaturen ^G
iiotnrist (SCuWEIZ)

Ventil, insbesondere Membran-Sicherheitsventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere auf ein Membran-Sicherheitsventil mit einem von innen nach außen durchströmten Ventilsitz, wobei zumindest der anliegende Teil des Ventilsitzes oder des insbesondere als Ventilteller ausgebildeten Verschluiäor^ans aus einem elastischen -laterial besteht.

709832/0409

Bei Ventilen ist zumindest beim offnen eine oft nicht unerhebliche Ge rauchentwicklung zu beobachten. Dieses vorwiegend am Anfang der üffnungsphase zu beobachtende Brummen wird als sehr lästig empfunden und es wurden schon die verschiedensten Maßnahmen zur Vermeidung oder zumindest Eindämmung dieser Geräuschentwicklung ergriffen. Besonders Membran-Sicherheitsventile, deren Verschlußorgan, also beispielsweise Ventilteller, gegen die Kraft einer Schließfeder geöffnet und deren hohlzylindrisch ausgebildeter Ventilsitz von innen nach außen durchströmt wird, neigen sehr stark zu Cieräuschbildung. Der die langsame Ventilöffnung gegen die Schließfeder bewirkende Druckanstieg wird im sehr kleinen Öffnungsspalt zwischen der Düsenkante und dem Verschlußorgan in hohe Strömungsgeschwindigkeit umgesetzt. Es tritt deshalb zunächst, in Strömungsrichtung nach der Düsenkante, keine zusätzliche Druckbeaufschlagung des Verschlußorganes im Öffnungssinn ein. Der die Ventilöffnung bewirkende überdruck baut sich kurzzeitig ab, die Schließfeder veranlaßt damit erneut das Schließen des Ventiles.

Dieser öffnungs-und Schließvorgang wiederholt sich bei langsamen Druckanstieg in steigender Frequenz und wird verstärkt durch die Eigenschwingungen der Schließfeder

709832/0409

sowie durch die Rückprallelastizität des elastischen Verschlußorganes bis zum eingangs erwähnten krümmen und Schlagenο Während das Brummen des Ventiles bei geringsten Ventilhüben beginnt, zeigt das Schlagen wesentlich vergrößerten, kurzzeitigen Ventilhub an.

Ab bestimmtem Ventilhub und der sich damit einstellenden, verringerten Strömungsgeschwindigkeit nach der Düsenkante, wird das Verschlußorgan vom stetig steigenden überdruck im üffnungssinn zusätzlich beaufschlagt. Erst diese zusätzliche Beaufschlagung des Verschlußorganes bewirkt einen stetigen Abschluß des Überdruckes und beendet die Schwingungsvorgänge.

Die Unterdrückung der Schwingungsvorgänge ist durch sehr harte Schließfedern möglich, bewirkt aber eine wesentliche Verringerung des Ventilhubes bei vorgegebenen Drucksteigerungen und damit eine Minderung der Durchflußleistung. Ebenfalls wird durch eine Form der Düsenkante, z. 3. vom Innendurchmesser der Düse nach außen und gegen das Abschlußorgan sich vergrößernder Durchmesser, das Schwingen des Vantilsystems gedämpft. Nachteil dieser Düsenformen sind sehr starke Anfälligkeit gegen Verschmutzung der Verschlußorgane.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird nun darin gesehen, ein Ventil, insbesondere ein Membran-Sicherheits-

709832/0409 - H-

veutil der eingangs genannten Art, zu schaffen, welches gegen Schwingungen zumindest weitgenend unempfindlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen und es ist entsprechend dem kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs ausgebildet. Bei geschlossenem Ventil liegt die Dichtfläche an der Gegendichtfläche an, wobei sie sich auf mehreren konzentrischen Kreisen und/oder Kreisringflächen berühren. Wie viele es sind und wie breit die Eerührungslinie bzw. -fläche jeweils ausfällt, hängt von der Konstruktion im einzelnen sowie der Härte der aneinander anliegenden Materialien und dem Anpreßdruck ab. Durch die stufenartige Ausbildung einer der Dichtflächen und eine entsprechende Gestaltung der zugeordneten Gegendichtfläche erreicht man, daß beim Anheben des einen Teils vom anderen eine der Kreislinien- oder Kreisringflächen nach der anderen von der Gegenfläche abhebt, und zwar beginnend von innen nach außen. Das setzt natürlich eine entsprechende Anpassung des kurvenartig verlaufenden Profils an das stufenartige voraus. Hinsichtlich der Wirkung ist dann folgendes festzustellen:

709832/0409

Aufgrund der mehrstufi,.^ vorgenommenen Vergrößerung der Wirkfläche des verschiebbaren Teils, also normalerweise des Ventiltellers, wird der bei den vorbtikannten Ausführungen zu beobachtende ötoß in mehrere kleine Stone aufgeteilt, deren V.'irkunK gering ist oder vom bewerten System ohne oder mit nur ganz geringen Auswirkungen aufgenommen wird. Ks leuchtet ohne weiteres ein, daia hier sowohl die Zahl der Treppenstufen als auch die üffnungspx-schwinaigkeit des Ventils eine entscheidende Rolle spielen. An sich bringen bereits zwei kozentrische üerührunKslinien oder -flachen eine Verbesserung hinsichtlich dar Schwingungsdämpfung, jedoch wird diese mit zunehmender Zahl besser, wobei natürlich auch nach oben Grenzen Hosetzt sind. Eine sehr gute Schwingungsdämpfung erreicht man bereits bei zwei bis fünf konzentrischen Berührungslinien oder -kreisringflächen.

wenn hier von einem stufenartigen Querschnitt die Rede ist, so ist das äußere Profil des Ventiltellers oder das Profil eines dementsprechend ausgebildeten Ventilsitzes gemeint, welches sich bei einem vertikalen Radialschnitt ergibt. Analopes gilt für die kurvenartige Form der Gegendicht flächt.

- 6 709832/0409

260A135

Eine besonders bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dab sich der Ventilsitz von außen nach innen stetig verjüngt und insbesondere seine innere Kante abgerundet ist. Bei diesem Ventil besteht also in üblicher Weise der Ventilsitz aus einem härteren Material als der Ventilteller oder ein am Ventilteller befestigter Dichtkörper. Infolgedessen besteht also eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dariu, da£ der Ventilteller aus einem harten Material besteht und ein ring- oder scheibenförmiges elastisches Dichtelement trägt. Letzteres besitzt also das bsi einem radialen Schitt erkennbare stufenartige Profil. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, daß durchaus nicht nur die Außenecken der Treppenstufen an der Gegendichtfläche zur Anlage kommen, sondern auch Treppenwangen und/oder der Boden daran anliegen können. Im übrigen müssen die einzelnen Treppen nicht notwendigerweise aus vertikalen und horizontalen Flächen bestehen, vielmehr ist auch ein anderes "Treppenprofil" denkbar.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der harte Teil des Ventiltellers das elastische Dichtelement mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Außenrand zumindest teilweise umfaßt. Dadurch wird dem radialen

- 7 709832/0409

Ausweichen aes elastischen Teils entgegengewirkt, was besonders die Wirkung des ilochhubeffektes bei grobem Durchfluß in positiven Sinne beeinflußt.

In der Zeichnung ist ein Ausführun^sbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 schematisch einen Ausschnitt aus einem

Membran-Sicherheitsventil in einem Vertikal-Län.^sschnittj

Fig. 2-k in vergrößertem Mailstab einen Ausschnitt

aus Fig. 1 in drei verschiedenen Öffnungsphasen des Ventiltellers.

Beim Ausführunp-.sbeispiel handelt es sich um ein Membran-Sicherheitsventil, dessen Ventilsitz 1 rohrförmig oder hohlzylindrisch ausgebildet und von innen nach außen durch strömt ist. In Figur 4 ist die Strömungsrichtung durch den Pfeil 2 symbolisiert. Des weiteren besitzt dieses Ventil ein als Ventilteller 3 ausgebildetes Verschlußorgan, welches gegen die Kraft einer Ventilfeder 4 in die geöffnete Lage überführt wird. Die Ventilfeder k umgibt die Ventilspindel 5 konzentrisch.

Der Ventilteller j5 besteht aus einem topfförmigen Teil 6 und einem darin eingesetzten Dichtelement 7. Das topf-

709832/0A09

-JT-40

röriiiige Element 6 besteht aus hartem Material, beispielsweise Metall, und sein Außenrand 8 umfaßt das Dichtelement nahezu vollständig. Der bei geschlossenem Ventil an der Gegendichtflache 9, also der Stirnseite des Ventilsitzes 1, anliegende Teil des elastischen Dichtelements 7, besitzt in einem durch die Ventilspindelachse gelegten Schnitt einen stufenartigen Querschnitt. Die einzelnen Treppenstufen sind besonders deutlich in Pig. 4 zu sehen. Des weiteren Desitzt die Gegendichtfläche 9 ein stetiges, kurvenartig verlaufendes Profil, dessen Form ebenfalls die r'ig. 4 am besten erkennen läßt. 3eim Ausführungsbeispiel fällt die Cegendichtflache von innen nach auiuen ab, wobei die Kirvenform entsprechend dem Stufenprofil gestaltet wurde. Aus strömungstechnischen eirunden ist die innere Xante 10 aes Ventilsitzes bzw. der Gegendichtfläche y abgerundet.

Die Figuren 1 und 2 zeigen den Ventilteller 3 in seiner geschlossenen Lage. Aus der vergrößerten Darstellung der Fig. 2 sieht man, daß bei der gewählten Stufenzahl das elastische Dichtelement an drei in radialer Richtung voneinander entfernten Stellen 11, 12 und 13 der Gegendichtfläche 9 angepreßt ist. Die Berührungssteilen haben die Gestalt dreier konzentrisch zueinander liegender Kreis-

709832/0409

ringflächen, die in axialer Richtung gegeneinander versetzt

liebt man nun, ausgehend von Fig. 2, den Ventilteller 3 im Sinne des Pfeils 14 etwas an, so wird zunächst die Dichtung an der Stelle 11 aufgehoben (Fig. 3). übrig bleibt noch eine Dichtung an den Stellen 12 und 13. Nachdem das Medium im Innern des Ventilsitzes einströmt, bewirkt diese geringfügige Anhebung des Ventilsitzes eine Vergrößerung der wirksamen Fläche und damit eine Zunahme der an der Unterseite des Ventiltellers angreifenden hydraulischen Kraft. Bewegt man den Ventilteller 3 in Pfeilrichtung 14 weiter nach oben, so wird auch die Dichtung an der Stelle 12 aufgehoben (Fig. 4), wodurch sich die Angriffsfläche für den anstehenden Druck nochmals vergrößert. Bei noch stärkerem Hub wird schließlich auch noch die letzte Dichtstelle 13 aufgehoben, und nunmehr kann das Medium in den den Ventilteller 3 umgebenden Raum eintreten. Gleichzeitig wird dann die vom Medium anströmbare Fläche des Ventiltellers 3 abermals vergrößert. Aus Vorstehendem ergibt sich, daß die Form der Gegendichtflache an diejenige des elastischen Dichtelements 7 genau angepaßt werden muß, um die beschriebene Öffnungscharakteristik zu erzielen.

- Io-

709832/0409

Außerdem wird klar, daß die Kraftzunahme am Ventilteller um jeweils geringere Beträge zunimmt, wenn man die Zahl der Treppenstufen erhöht. Daß das Profil der Treppenstufen von dem Gezeichneten abweichen kann, wurde eingangs schon dargelegt.

Beim erfindungsgemäßen Ventil erreicht man dadurch eine wesentliche Geräuschdämpfung, daß sich die Vergrößerung der Wirkfläche an der Unterseite des Ventiltellers in Teilbeträgen vollzieht, während sie bei bekannten Membran-Sicherheitsventilen dieser Art und auch anderen Ventilen lediglich einstufig ist und dadurch das bewegte System beim öffnen des Ventils zu Schwingungen anregt, die Ursache für das Brummen sind.

- 11 -

709832/0409

Claims (4)

1. Ansprüche

   Ventil, insbesondere Membran-Sicherheitsventil, mit einem von innen nach außen durchströmten Ventilsitz, wobei zumindest der anliegende Teil des Ventilsitzes oder des insbesondere als Ventilteller ausgebildeten Verschlußorgans aus einem elastischen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der bei geschlossenem Ventil an der Gegendichtflache (9) anliegende Teil des elastischen Dichtelements (7) im Querschnitt ein stufenartiges, und die Gegendichtflache ein stetiges, entsprechend den Stufen kurvenartig verlaufendes Profil besitzen, wobei die Berührungsflächen (11, 12, 13) konzentrisch zueinander liegen und beim öffnen des Ventils die innersten (11) vor den nächstäußeren (12) getrennt werden.
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ventilsitz (1) von außen nach innen stetig verjüngt und insbesondere seine innere Kante (10) abgerundet ist.
3. 3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (3) aus einem harten Material besteht und

   709832/0409 " ^l2~

   OFHQfNAL INSPECTED

   ein ring- oder scheibenförmiges, elastisches üiehtelement (7) trägt.
4. 4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der harte Teil (6) des Ventiltellers (J) das elastische Dichtelement (7) mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Außenrand (8) zumindest teilweise umfaßt.

   709832/CU09