DE2605015A1

DE2605015A1 - Pilotgesteuertes membranventil

Info

Publication number: DE2605015A1
Application number: DE19762605015
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Leinemann
Original assignee: Braunschweiger Flammenfilter Leinemann and Co
Current assignee: Braunschweiger Flammenfilter Leinemann and Co
Priority date: 1976-02-10
Filing date: 1976-02-10
Publication date: 1977-08-11
Also published as: NO146109C; FR2341088A1; IT1065363B; NO142683B; DK536276A; NL7613494A; US4312375A; NO146109B; ES453962A1; NO142683C; FR2341088B1; NL160371C; NO781565L; NO763903L; NL160371B; US4148336A

Description

Die Erfindung betrifft ein pilotgesteuertes Membranventil zur Entlüftung von Behältern, Apparaturen o.dgl., bestehend aus einem je einen Anschluß- und Abgasstutzen aufweisenden Ventilgehäuse, das den Ventilsitz für das Hauptventil sowie eine über letzterem liegende Ventilkammer umschließt, die mit dem Anschlußstutzen eine Oberdruckverbindung aufweist, während das Pilotventil mit einem einen Druckausgleich herstellenden Pilotauslaß versehen ist, wobei die Querschnitte des Pilotventils sowie seines Pilotauslasses größer sind als der Querschnitt der genannten Oberdruckverbindung.

Derartige Ventile werden dann eingesetzt, wenn die Verwendung fremdgesteuerter Ventile zu aufwendig oder aus sicherheits- oder betriebstechnischen Gründen nicht durchführbar ist, es andererseits die Betriebsbedingungen jedoch erforderlich machen, daß der Ventilansprechdruck in der Nähe des maximalen Betriebsdruckes liegt. Und wenn ferner ein hoher Abdichtungsgrad bis in die Nähe des Ventilansprechdruckes gegeben sein muß, und/oder sich nach dem öffnen des Ventils Vollhub ohne zusätzliche wesentliche Drucksteigerung einzustellen hat.

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Bei einem bekannten Ventil gemäß der eingangs erläuterten Bauart ist das Pilotventil als Tellerventil ausgebildet, das über Membranen gesteuert wird. Der wesentliche Nachteil dieser Konstruktion liegt in der sehr komplizierten und damit störanfälligen Pilotventilsteuerung. Dieser Nachteil wird noch dadurch verstärkt, daß der Pilotsteuerungsmechanismus vom Ventildurchflußmedium umspült wird, wodurch zusätzlich Funktionsstörungen hervorgerufen werden können. Dies gilt insbesondere bei kritischen Produkten der Chemieindustrie, die zu Korrosion, Verschmutzung, Polimerisat- und Sublimatbildung u.dgl. führen können. Ein Versagen der Pilotventilsteuerung führt zu einem kompletten Ausfall des Sicherheitsventiles, wodurch erhebliche Schäden und Unfälle entstehen können.

Ausgehend von dem eingangs erläuterten Ventil liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Wirkungsweise des Pilotventils zu verbessern, insbesondere die Pilotventilsteuerung in ihrer konstruktiven Ausbildung zu vereinfachen und hinsichtlich ihrer Störanfälligkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Pilotventil ein Membranventil ist, dessen den Pilotsteuerungsmechanismus umschließender Ventilraum atmosphärisch ist.

Somit sind sowohl Haupt- als auch Hilfsventil membrangesteuert, so daß das neue Ventil keine empfindlichen, eng tolerierten Führungselemente mehr aufweist. Vor allem aber kommt der Pilotsteuerungsmechanismus mit dem Durchflußmedium nicht mehr in Berührung.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann das Pilotventil eine Sprungcharakteristik aufweisen derart, daß die Einstellkraft für den Ansprechdruck des Pilotventils bei zunehmendem Ventilhub ab-

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nimmt. Hierdurch ergibt sich ein besonders vorteilhaftes Betriebsverhalten, das weiter unten anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert wird.

In einer konstruktiv zweckmäßigen und die Wartung vereinfachenden Ausführungsform kann das Pilotventil eine abnehmbare, seinen Steuerungsmechanismus freilegende Ventilkappe aufweisen.

Bei bestimmten Betriebsbedingungen kann es vorteilhaft sein, das Pilotventil als selbständiges Ventil auf dem Ventilgehäuse des Hauptventils lösbar zu befestigen. Bei einer Funktionsstörung des Pilotventils bzw. bei Betriebsänderungen kann dann in einfacher Weise ein neu einjustiertes Pilotventil aufgeschraubt werden.

Hinsichtlich der Betriebssicherheit und des Umweltschutzes ist es vorteilhaft, wenn der Pilotauslaß über ein Druckausgleichsrohr mit dem Abgasstutzen verbunden ist. Ist in das Druckausgleichsrohr eine justierbare Drossel eingebaut, läßt sich die Druckdifferenz zwischen Ansprech- und Schließdruck in einfacher Weise variieren. Man erreicht dadurch einen Schließdruck, der dicht an den Ventilansprechdruck herankommen kann.

Die Forderung nach schneller, vollständiger öffnung des Hauptventils beim Ansprechen des Pilotventils kann noch dadurch unterstützt werden, daß das Druckausgleichsrohr mit einer Injektormündung in dem Abgasstutzen endet. Durch die so hervorgerufene Injektorwirkung wird das Absaugen der Gase aus der Ventilkammer verstärkt. Dadurch können die Querschnitte des Pilotventxls bzw. seines Druckausgleichsrohres gegenüber der Überdruckverbindung zwischen Ventilkammer und Anschlußstutzen verringert werden.

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Bei Ströaningsmedien, die leicht zu Schmutzablagerungen neigen, kann es von Vorteil sein, wenn der Pilotauslaß über eine großräumige Verbindungskammer mit dem Abgasstutzen verbunden ist:.

Soll durch das neue Ventil keine Belüftungsfunktion möglich sein, dann kann die Überdruckverbindung zwischen Ventilkammer und Anschlußstutzen ein Rückströmsxcherhextsventil aufweisen. Dadurch kann sich bei unterdruck im Behälter, der Apparatur o.dgl. dieser Unterdruck nicht in die Ventilkammer fortpflanzen, so daß das Hauptventil immer geschlossen bleibt.

Die Überdruckverbindung zwischen Ventilkammer und Anschlußstutzen kann aber auch durch eine Druckausgleichsöffnung im Ventilteller des Hauptventils gebildet sein. In diesem Fall dient das neue Ventil auch zur Belüftung von Behältern, Apparaturen o.dgl.

Eine besonders gute Abdichtung des membrangeführten Ventiltellers wird dann erreicht, wenn die Ventildichtung am Ventilsitz zumindest beim Hauptventil durch dessen Membran gebildet ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Membran des Hauptventils gegenüber der Ventilkammer im Bereich des Ventilsitzes frei ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ventilteller des Hauptventils einen kleineren Durchmesser als der Ventilsitz aufweist und bei geschlossenen Ventil auf einer gegenüber dem Ventilsitz vorzugsweise bShenverstellbaren Stütze aufliegt. Beginnt sich der Ventilteller abzuheben, dann liegt anfangs bei geringem Tellerhub die Membrane noch auf dem Ventilsitz auf und wird aufgrund des in der Ventilki—ι: r herrschenden Druckes an den Ventilsitz gepreßt. Dies erweist sich insbesondere dann als zweckmäßig, wenn z.B. aus Gründen chemischer Beständigkeit relativ harte Dichtungen bzw. Membranwerkstoffe verwendet werden müssen. Die Membrane wird durch den sie beaufschlagen-

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den Druck an die Außenkanten des Ventilsitzes gepreßt und erhöht hierdurch den Abdichtungseffekt.

Bei besonders kritischen Produkten, insbesondere Produkten mit Auskristallisation, Polimerisation oder Sublimation sind in das Ventilgehäuse eingebaute Heizschlangen von Vorteil. Dabei sind die Heizschlangen so anzuordnen, daß alle funktionsbeeinflussenden Elemente, die vom Strömungsmedium beaufschlagt werden, ausreichend beheizt sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung lassen sich der konstruktiven Beschreibung entnehmen.

In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 4 im Längsschnitt vier verschiedene Ausführungsformen von pilotgesteuerten Membranventilen;

Figur 5 in vergrößertem Maßstab ein Detail aus

; Fig. 1 und

Figur 6 ein vergrößertes Detail aus Fig. 3.

Das in Figur 1 dargestellte Ventil besteht aus einem je einen Anschlußstutzen 1 und einen Abgasstutzen 2 aufweisenden Ventilgehäuse 3, das den Ventilsitz 4 für das Hauptventil sowie eine über

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letzterem liegende Ventilkammer 5 umschließt.

Das in den Figuren 1 und 5 dargestellte Hauptventil besteht aus einem Ventilteller 6 mit einer eingespannten ringförmigen Membran 7/ die mit ihrem äußeren Rand im Ventilgehäuse 3 eingespannt ist. Die Membran 7 dient hier entgegen den üblichen Ausführungsformen nicht nur zur Führung des Ventiltellers 6, sondern zugleich auch zur Abdichtung gegenüber dem Ventilsitz 4. Figur 5 läßt deutlich erkennen, daß die Membran 7 gegenüber der Ventilkammer 5 im Bereich des Ventilsitzes 4 frei ist und deshalb von dort gemäß den auf der rechten Seite der Figur 5 eingezeichneten Doppelpfeilen von Druck beaufschlagt und dadurch fest an den Ventilsitz 4 angepreßt werden kann. Zentrisch im Ventilteller 6 ist eine Druckausgleichsöffnung 8 vorgesehen, die den Anschlußstutzen 1 mit der Ventilkammer 5 verbindet.

Das Ventilgehäuse 3 bildet an seinem oberen Ende einen Ventilsitz 9 für ein Pilotventil 10. Letzteres weist ebenfalls einen Ventilteller 11 auf, in den eine Membran 12 eingespannt ist, die auf ihrem äußeren Rand von einer abnehmbaren Pilot-Ventilkappe 13 beaufschlagt ist. Dadurch ist der den Pilotsteuerungsmechanismus umschließende Pilot-Ventilraum 14 gegenüber dem Pilotauslaß 15 vollständig abgedichtet und kann daher atmosphärisch sein. Der Pilotauslaß 15 ist über ein Druckausgleichsrohr 16 mit dem Abgasstutzen 2 verbunden und endet in letzterem mit einer Injektormündung 17.

In der linken Hälfte der Figur 1 ist für das Pilotventil 10 eine Gewichtsbelastung 18 und in der rechten Zeichnungshälfte als Alternative eine Federbelastung 19 dargestellt.

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Das Ventil wird an einen nicht dargestellten, zu be- und entlüftenden Behälter o.dgl. angeflanscht. Über die Druckausgleichsöffnung 8 im Ventilteller 6 ergibt sich in der Ventilkammer 5 der gleiche Druck wie im Anlagenteil. Da die der Ventilkammer 5 zugewandte Fläche des Hauptventils größer ist als die dem Anschlußstutzen 1 zugewandte Ventilfläche wird das Hauptventil bei Überdruck fest verschlossen. Erreicht der Druck im Anlagenteil und somit in der Ventilkammer 5 den Einstelldruck des Pilotventiles 10, so öffnet dieses. Der Druck in der Ventilkammer 5 fällt dann über das geöffnete Pilotventil 10 und das Druckausgleichsrohr 16 ab, so daß sich unterhalb des Hauptventiltellers 6 ein Überdruck bildet, der dann das Hauptventil öffnet. Diese Funktion ist dann gewährleistet, wenn der Querschnitt des Pilotventiles 10 und des Druckausgleichsrohres 16 entsprechend größer ist als der Querschnitt der Druckausgleichsöffnung 8 im Hauptventil.

Der für die Funktion des Gesamtventiles wichtige Pilotsteuerungsmechanismus 18,19 liegt in dem gegenüber dem Strömungsmedium geschützten Pilot-Ventilraum 14, der atmosphärisch be- und entlüftet werden kann. Nach Abnahme der Pilot-Ventilkappe 13 kann der Einstelldruck durch Veränderung der Belastungsgewichte bzw. Verstellung der Federbelastung ohne Funktionsunterbrechung des Gesamtventiles verändert werden.

Figur 2 zeigt ein Pilotventil 10 mit Sprungcharakteristik. Die Einstellung des Ansprechdruckes des Pilotventiles 10 erfolgt hier nicht durch Gewichts- und/oder Federbelastung, sondern durch einen ortsfest angebrachten Permanentmagneten 20, der eine mit dem Pilot-Ventilteller 11 verbundene Magnetgegenplatte 21 beaufschlagt. Ist

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der Ansprechdruck des Pilotventiles 10 erreicht, beginnt sich der Ventilteller 11 zu öffnen, wodurch der Abstand zwischen dem Permanentmagneten 20 und der Magnetgegenplatte 21 größer wird. Damit fällt die durch den Permanentmagneten zunächst hervorgerufene Ventileinstellkraft sofort stark ab und das Pilotventil öffnet mit Sprungcharakterxstxk sofort auf Vollhub und gibt damit sofort nach Erreichen des Einstelldruckes den vollen Querschnitt frei. Dadurch fällt gleichzeitig und kurzfristig der Druck in der Ventilkammer 5 ebenfalls ab, so daß das Hauptventil auch sofort voll öffnet.

Bei Verwendung eines Pilotventiles mit ganz oder teilweise abnehmender Einstellkraft bei zunehmendem Ventilhub läßt sich somit die Forderung, wonach bei Erreichen des eingestellten Ansprechdruckes das Ventil sofort auf Vollhub öffnen soll, in besonders einfacher Weise erreichen. Unterstützt wird diese Forderung noch durch die Verwendung membrangesteuerter Ventilteller, da sich die Angriffsfläche nach Beginn der Ventilöffnung entsprechend vergrößert.

Das Pilotventil 10 wird vorteilhaft so dimensioniert, daß zum Erreichen eines vollen .Strömungsquerschnittes nur ein relativ geringer Ventilhub erforderlich ist. Dadurch ergibt sich bei einer Ausführungsform gemäß Figur 2 nur eine geringe Abstandsveränderung zwischen Permanentmagneten 20 und Magnetgegenplatte 21. Bei geringem Absinken des Betriebsdruckes unter den Ansprechdruck des Pilotventiles nähert sich daher die Magnetgegenplatte 21 wieder dem Permanentmagneten 20, wodurch sich sofort die Schließkraft erhöht. Man erreicht somit einen dicht an den Ventilansprechdruck herankommenden Schließdruck. Durch den Einbau einer justierbaren Drossel 22 in das Druckausgleichsrohr 16 läßt sich zusätzlich die Druckdifferenz zwischen Ansprech- und Schließdruck variieren.

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Bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ventilen ist nicht nur eine Überdruckfunktion, also eine Entlüftung, sondern auch eine unterdruckfunktion und somit eine Belüftung möglich. In der Ventilkammer 5 herrscht der gleiche Unterdruck wie in dem zu be- und entlüftenden Anlageteil, so daß der Druck im Abgasstutzen 2 auf die äußere Fläche der Membran 7 des Hauptventils wirkt und diese anhebt, wenn das Produkt aus Druck χ Fläche dem Ansprech— druck des Gewichtes des Ventiltellers 6 des Hauptventils entspricht. Da der Ansprechdruck des Pilotventiles 10 im allgemeinen höher liegt als der gewichtsbelastete Ansprechdruck, der sich aus den vorerwähnten Verhältnissen für das Pilotventil ergibt, bleibt letzteres bei der Belüftungsfunktion geschlossen. Damit wirkt die Pilotsteuerung in den Figuren 1 und 2 bei einer Belüftungsfunktion nicht. Man hat somit ein direktes gewichtsbelastetes Membranventil.

In der Praxis tritt häufig die Forderung auf, den Ansprechdruck für die Entlüftung verhältnismäßig hoch zu legen, während die Belüftung bereits bei sehr geringen Druckverhältnissen eintreten muß. Da aber die Ventilteller 6 des Hauptventils aufgrund ihrer erforderlichen Ausführungsart ein gewisses Mindestgewicht aufweisen müssen, das bei einer Ventilkonstruktion gemäß Figur 4 den Ansprechdruck bei Belüftung beeinflussen würde, kann die in den Figuren 3, 4 und 6 dargestellte Ausführungsform für das Hauptventil vorteilhaft sein. Hier ist der Durchmesser des Ventiltellers kleiner als der Ventilsitz 4, wobei der Ventilteller bei geschlossenem Hauptventil auf einer gegenüber dem Ventilsitz höhenverstellbaren Stütze 23 aufliegt. Bei dieser Konstruktion wirkt im Belüftungsfall als Gewicht nur die sehr leichte Membrane 7, so daß schon bei wenigen mm WS eine öffnung gewährleistet ist.

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Soll hingegen eine Belüftungsfunktion nicht gegeben sein, dann kann entsprechend der Konstruktion gemäß Figur 3 eine die Ventilkammer 5 mit dem Anschlußstutzen 1 verbindende Bypassleitung 24 mit einem Rückströmsicherhextsventil 25 vorgesehen werden.

Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ist der Pilotauslaß 15 über eine großräumige Verbindungskammer 26 mit dem Abgasstutzen 2 verbunden. Diese Verbindung eignet sich für leicht zu Schmutzablagerungen neigenden Strömungsmedien besser als das Druckausgleichsrohr 16 mit seinem relativ kleinen Strömungsquerschnitt. Figur 4 läßt außerdem Heizschlangen 27 erkennen, durch die alle vom Strömungsmedium beaufschlagten funktionsbeeinflussenden Elemente beheizt werden können.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche:

ι 1. Pilotgesteuertes Membranventil zur Entlüftung von Behältern, Apparaturen o.dgl., bestehend aus einem je einen Anschluß- und Abgasstutzen aufweisenden Ventilgehäuse, das den Ventilsitz für das Hauptventil sowie eine über letzterem liegende Ventilkammer umschließt, die mit dem Anschlußstutzen eine Überdruckverbindung aufweist, während das Pilotventil· mit einem einen Druckausgleich herstellenden Pilotauslaß versehen ist, wobei die Querschnitte des Pilotventils sowie seines Pilotauslasses größer sind als der Querschnitt der genannten Überdruckverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (10) ein Membranventil ist, dessen den Pilotsteuerungsmechanismus (18,19,20,21) umschließender Ventilraum (14) atmosphärisch ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (10) eine Sprungcharakteristik aufweist derart, daß die Einstellkraft für den Ansprechdruck des Pilotventils bei zunehmendem Ventilhub abnimmt.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (10) eine abnehmbare, seinen Steuerungsmechanismus (18,19,20,21) freilegende Ventilkappe (13) aufweist.
4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (10) als selbständiges Ventil auf dem Ventilgehäuse (3) des Hauptventils lösbar befestigt ist.

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5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotauslaß (15) über ein Druckausgleichsrohr (16) mit dem Abgasstutzen (2) verbunden ist.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das Druckausgleichsrohr (16) eine justierbare Drossel (22) eingebaut ist.
7. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausgleichsrohr (16) mit einer Injektormündung (17) in dem Abgasstutzen (2) endet.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotauslaß (15) über eine großräumige Verbindungskammer (26) mit dem Abgasstutzen (2) verbunden ist.
9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckverbindung (24) zwischen Ventilkammer (5) und Anschlußstutzen (1) ein Rückströmsicherheitsventil (25) aufweist.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberdruckverbindung zwischen Ventilkammer (5) und Anschlußstutzen (1) durch eine Druckausgleichsöffnung (8) im Ventilteller (6) des Hauptventils gebildet ist.
11. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventildichtung am Ventilsitz (4) zumindest beim Hauptventil durch dessen Membran (7) gebildet ist.

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12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (7) des Hauptventils gegenüber der Ventilkainmer (5) im Bereich des Ventilsitzes (4) frei ist.
13. Ventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (6) des Hauptventils einen kleineren Durchmesser als der Ventilsitz (4) aufweist und bei geschlossenem Ventil auf einer Stütze (23) aufliegt.
14. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze (23) gegenüber dem Ventilsitz (4) höhenverstellbar ist.
15. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch in das Ventilgehäuse (3) eingebaute Heizschlangen (27).

Dipl.-Ing. Werner Gramm

Patentanwalt

Gr/Gru.

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