DE2739249A1

DE2739249A1 - Sicherheitsventil fuer steuerleitungen

Info

Publication number: DE2739249A1
Application number: DE19772739249
Authority: DE
Inventors: Leland E Gelnett
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1976-09-27
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1978-03-30
Also published as: BE858968A; GB1583474A; NL7710386A; FR2365740A1; US4111223A

Description

	Patentanwälte	R 950	I G.	2739249
Dipt-lng. E. Prinz	Dipl.-Chem. Dr. G. Hauser			Opt-mg. Leiser
	Ernsbergerstrasse 19
	8 München 60
Unser Zeichen:	3O.August 1977

ROCKWQ-L INTERNATIONAL CORPORATION

600 Grant Street

Pittsburgh Pennsylvania 15 219 Sicherheitsventil für Steuerleitungen

Die Erfindung betrifft in Abhängigkeit von Druckbedingungen arbeitende Sicherheits- bzw. Entlastungsventile, die den Druck in einer Druckmittelleitung begrenzen. In Druckmittelleitungen ist es üblich, Membranregler vorzusehen, um den Druck in der Druckmittelleitung zu reduzieren und/oder zu steuern. Viele dieser Regler weisen eine Steuerleitung auf, über die der an einer stromabwärtigen Stelle herrschende Druck in der Druckmittelleitung an die Membran angelegt ist.Zum Schutz der Membran gegen Ubermässige Druckbeanspruchungen ist manchmal ein Sicherheitsventil oder eine andere Schutzeinrichtung in der Steuerleitung angeordnet.

Auch bei wertvollen Instrumenten und anderen Kontrollgeräten ist manchmal eine Schutzeinrichtung in der Druckmittelleitung zu dem Instrument oder zum Kontrollgerät angeordnet.

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Bisher war hierzu ein druckempfindliches überdruckventil vorgesehen, das nur ein öffnen der Steuerleitung nach außen gestattet, ohne auf die Tatsache Rücksicht zu nehmen, einen ausreichenden Druck am Regler aufrechtzuerhalten, um diesen geschlossen zu halten.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein druckempfindliches Ventil zu schaffen, das Instrumente oder dergleichen vor übergroßen Druckwerten schützt.

Vorzugsweise soll das druckempfindliche Ventil so ausgebildet sein, daß der Druckmittelstrom gedrosselt wird, während gleichzeitig der Druck in der Druckmittelleitung gesenkt wird.

Ferner soll sich das Ventil gemäß der Erfindung selbst zurückstellen können, wenn sich die normalen Strömungsbedingungen wieder einstellen.

Vorzugsweise soll beim erfindungsgemäßen Ventil der Entlastungsstrom zur Atmosphäre hin minlmalislert werden, indem die Kanalöffnungen verengt werden.

Die Erfindung schafft ein druckempfindliches Sicherheitsventil, das den Auslaß begrenzt, indem die Kanalöffnungen verengt werden und vorzugsweise eine Kanalöffnung mehr als die andere Kanalöffnung verengt wird. Somit kann der Druckaufbau begrenzt werden, während der Auslaß der Leitung nach außen geöffnet wird. In der normalen Betriebsstellung findet zwischen den Kanälen des Ventils die volle Strömung statt, und der Auslaß ist abgesperrt. Bei einer Funktionsstörung oder einem Ausfall arbeitet das erfindungsgemäße Sicherheitsventil so, daß der Druckaufbau begrenzt wird, während gleichzeltig übergroße Druckwerte ±n der Druckmittelleitung entlastet bzw. nach außen abgelassen werden. Wenn sich

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in der Leitung wieder normale Strömungsbedingungen einstellen, kehrt das Ventil in seine Grundstellung zurück, in der die Kanäle wieder für die volle Ströcung verbunden sind und der Auslaßkanal abgesperrt ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Fig.1 ist eine Seitenansicht eines Ventils nach der Erfindung,

Fig.2 ist eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig.1, Fig.3 ist eine Draufsicht auf das Ventil,

Fig.4 ist eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig.3, und

Fig.5 ist eine schematische Ansicht einer Anordnung des Ventils in Verbindung mit einem Druckregler, der den Druck in einer Druckmittelleitung steuert.

Fig.1 zeigt ein Ventil 10 mit einem Ventilgehäuse und einem Kanal 12. Das Gehäuse kann Jede gewünschte Gestalt besitzen. Das in Fig.1 gezeigte Ventilgehäuse ist aus Stangenmaterial mit Sechskantquerschnitt hergestellt, und das offene bzw. auslaßseitige Ende 14 ist abgedreht und mit einem Gewinde 16 versehen, das erforderlichenfalls als Anschluß an eine Auslaßleitung dienen kann. Der Kopf eines Begrenzungsanschlages 18 ist in dieser Figur ebenfalls sichtbar.

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Fig.2 zeigt das Ventil 10 in der Grundarbeitsstellung, in der der Ventilschieb er 20 auf dem Absatz 22 einer abgesetzten Bohrung 24 aufsitzt. In dieser Stellung besteht eine freie und vollständige Verbindung zwischen den Kanälen 12 und 26 über die engere Bohrung 28 der abgesetzten Bohrung 24. Der Ventilschieber 20 besitzt einen Schaftabschnitt 30, der aus einem Stück mit einem zylindrischen Bodenabschnitt 32 besteht, und einen Flansch 34, der in der Nähe des anderen Endes des Schaftabschnitts 30 befestigt ist. Der zylindrische Bodenabschnitt 32 ist am bodenseitigen Ende offen, und ein Kanal 36 verläuft von diesem Zylinder durch den Schaftabschnitt 30 nach oben und kreuzt sich mit einer Querbohrung 38 in der Nähe des Flansches 34. Hierdurch wird der von dem Zylinder 32 umschlossene Raum in Verbindung mit dem Raum oberhalb des Zylinders 32 gebracht, der durch die engere Bohrung 28 und den Flansch 34 begrenzt ist.

Das andere Ende des Ventilschiebers 20 besitzt einen kurzen, mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 40, der sich über den Flansch 34 hinaus erstreckt. Oberhalb des Flansches ist eine Abdeckung 42 eingeschraubt, die ein federn! nachgiebiges Dichtungselement 44 festhält, die die engere Bohrung 28 mit kleinerem Durchmesser bezüglich der Entlüftungsöffnung abdichtet. Zwischen der Abdeckung 42 und einem mit öffnungen versehenen, kappenförmigen Auslaßverschluß 48 ist eine Schraubenfeder 46 angeordnet, die den Ventilschieber 20 elastisch in die Schließstellung drückt. Der kappenförmige Auslaßverschluß 48 1st in das Ende des Ventils 10 eingeschraubt und so ausgelegt, daß die federnde Vorbelastung des Ventilschiebers 20 veränderbar 1st und eingestellt werden kann.

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An gegenüberliegenden Selten des Ventils 10 sind Leitungskanäle 12 und 26 eingebohrt, die ein eingeschnittenes Innengewinde aufweisen, so daß eine Druckmittelleitung, wie in Fig.5 gezeigt, eingesetzt und angeschlossen werden kann. Am inneren Abschnitt der Kanäle sind kleinere Bohrungen 50, 52 vorgesehen, die in die Bohrung 28 münden. Wie sich aus Fig.2 entnehmen läßt, ist die Bohrung 50 so eingebohrt, daß ihre Achse gegen die Achse des Kanals nach unten versetzt liegt, während die Achse der Bohrung 52 gegen die Achse des Kanals 26 nach oben versetzt liegt. Eine Begründung für eine derartige Ausbildungsform wird später gegeben.

An einer Stelle am Ventil 10, an der sie die Leitungskanäle 12 und 26 nicht stört, ist eine Bohrung 54 eingebohrt, die mit einem Gewinde versehen ist und zur Aufnahme eines Begrenzungsanschlages 18 dient, wie in Fig.4 gezeigt ist. Dieser Begrenzungsanschlag 18 weist einen Endabschnitt mit verringertem Durchmesser auf, der in die Kammer der kleineren Bohrung 28 an einer Stelle ragt, an der die nach oben gerichtete Bewegung des Ventilschiebers 20 begrenzt wird. Dieser Begrenzungsanschlag 18 nimmt ein Dichtungselement 56 auf, um ein Lecken zu verhindern, und der Begrenzungsanschlag 18 und das Dichtungselement 56 werden eingeschraubt, nachdem der Ventilschieber 20 in die Bohrung 24 eingesetzt worden ist.

Der Beschreibung und der Zeichnung läßt sich entnehmen, daß das Ventil 10 dazu bestimmt 1st, in einer Druckmittelleitung angeordnet zu werden, um die Bildung von überdruck zuständen zu verhindern. Das Ventil nimmt normalerweise die in den Fig.2 und 4 gezeigte Arbeitsstellung ein. Wenn ein überdruck auftritt, dessen Größe durch die Stärke der Feder 46 und die eingestellte Stellung des kappenförmigen Auslaßverschlusees 48 bestimmt ist, wirkt

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dieser überdruck auf die Unterseite des Flansches 34 in der Kammer 28. Der Druck wirkt auch auf die Außenseite des Zylinders 32 und wird infolge des Kanals 36 und der Querbohrung 38 auf die Innenseite des Zylinders 32 übertragen. Die Summe der Flächen, auf die der Druck einwirkt, führt zu einer unausgeglichenen Kraft, die den VentilschJeba*in der Öffnungsrichtung des Ventils beaufschlagt, d.h. daß sie den Ventilschieba?entgegen der Vorspannung der Feder 46 nach oben zu drücken sucht (vgl. Fig.2). Wenn ein ausreichend hoher Druckwert erreicht wird, bewegt sich der Ventilschieber 20 entgegen der Federkraft 46 nach oben. Bei dieser Bewegung wird die Verbindung zwischen der Bohrung 50 am innenliegenden Ende des Kanals 12 und der Kammer 28 abgesperrt, während die Verbindung zwischen der Bohrung 52 an dem innenliegenden Ende des Kanals 26 und der Kammer 28 bestehen bleibt. Gleichzeitig öffnet sich die Kammer 28 Über den weiteren Teil der Bohrung 24 und die öffnungen in dem kappenförmigen Verschluß 48 in Längsrichtung zur Umgebung hin. In dieser Stellung wird der Jeweils in dem Kanal 12 und der damit verbundenen Leitung herrschende Druck aufrechterhalten, und der Kanal 26 und die daran angeschlossene Leitung werden zum Außenraum hin geöffnet.

Eine Ausführungsform einer Druckmittelsteuerung, der ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil zugeordnet ist, ist in Fig.5 gezeigt. In dieser Figur ist schematisch ein Membranregler 58 mit Ventilen 60 in einer Druckmittelleitung dargestellt. Die Membrane 62 ist durch eine Feder 64 federbelastet, und eine Steuerleitung 66 überträgt den Druck an der stromabwärtigen Seite zu der anderen Seite der Membrane. Wenn die Ventile 60 des Reglers durch Fremdkörper in derOffensteilung blockiert sind oder ein ähnlicher Vorgang eintritt, kann sich der Druck bis auf einen Wert aufbauen, bei dem die

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Membrane 62 beschädigt wird oder sogar in manchen Fällen brechen kann. Um dies zu verhindern, ist das Sicherheitsventil 10 in die Leitung 66 eingefügt. Wenn nach Fig.5 ein Überdruck an der etromabwärtigen Seite auftritt, wird er zu dem Sicherheitsventil 10 übertragen das daraufhin Offnet, und die stromabwärtige Leitung wird gedrosselt, während der Abschnitt der Leitung 66 zwischen dem Sicherheitsventil und der Membrane des Reglers über die Bohrung 2k und den kappenförmigen Auslaßverschluß 48 zur Umgebung hin geöffnet wird. Wenn das abgelassene Fluid an eine bestimmte Stelle abgeführt werden soll, kann eine Leitung (nicht gezeigt) auf das Gewinde 16 an der Außenseite des Sicherheitsventiles 10 aufgeschraubt werden.

Der in der Leitung 66 zwischen dem Sicherheitsventil 10 und dem Regler 58 herrschende Druck bestimmt das MaB der Öffnung des Auslasses zur Umgebung hin sowie das Maß der Verengung der Bohrung 50. In diesem Zusammenhang behält man vorzugsweise einen geringfügig erhöhten Druckwert im Regler bei, um sicherzustellen, daß der Regler nicht öffnet. Hierdurch werden zusätzliche Auswirkungen auf den stromabwärtsseitig herrschenden Überdruck vermieden. Bekannte Überdruckventile lassen entweder nicht genügend Fluid aus,um einen sicheren Druckwert aufrechtzuerhalten oder sie lassen zur Umgebung hin zu viel Fluid aus, so daß der Regler öffnet, wodurch die Schwierigkeiten verstärkt werden.

Das erfindungsgeaäße Sicherheitsventil wirkt auch zweiseitig, so daß es jeglichen Druckanstieg entlastet, der am reglerseitigen Ende der Steuerleitung beispielsweise infolge eines gestörten Steuerregiere oder schlechter Dichtungen aufgebaut wird. Infolge des Auslasses über das Sicherheiteventil wird verhindert, daß Ubermässiger

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Druck den Regler beeinträchtigt und beschädigt und/oder es wird auch verhindert, daß der Übermäßige Druck In den stromabwärts vom Regler liegenden Leitungsabschnitt übertragen wird.

Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil 1st somit auch zum Schutz von Steuerreglern, Meßinstrumenten, Steuereinrichtungen oder dergleichen geeignet. Wenn das erfindungsgemäße Sicherheitsventil beispielsweise an der einlaßseitigen Leitung zu einem Steuerregler eingebaut ist, werden Beschädigungen des Steuerreglers infolge Übergroßen einlaßseitigen Druckes verhindert. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils für Meßinstrumente können diese in einer Zweigleitung zum Messen des Druckes oder der Temperatur oder dergleichen angeordnet sein. Ein zwischen dem Instrument und der Hauptleitung eingebautes Sicherheitsventil hält den erforderlichen Druckwert aufrecht, während es übergroße Druckwerte abbaut, die bei einem Druckstoß oder anderen Überdruck verursachenden Ereignissen auftreten. Das Sicherheitsventil drosselt in diesem Fall die Verbindung mit der Druckmittelleitung, während es die mit dem Meßinstrument verbundene Leitung nach außen öffnet und das Meßinstrument auf einem sicheren Druckwert hält. Im Rahmen des allgemeinen Fachwissens sind noch weitere Anwendungsfälle denkbar.

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-¹V

I. e e r s e i t e

Claims

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Patentanwälte

Opl.-lng. Dipt.-Chem.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

Unser Zeichen; R 950 30.August 1977

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION 600 Grant Street

Pittsburg h Pennsylvania 15 219

Patentansprüche

Sicherheitsventil, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer darin in Längsrichtung verlaufenden abgestuften Sacklochbohrung (24) und querverlaufenden Kanälen (12, 26) in verschiedenen Höhen, die die Bohrung ,(28) mit kleinerem Durchmesser der abgestuften Bohrung (24) kreuzen, durch einen in der Bohrung (24) beweglichen Ventilschieber (20), der einen am Boden offenen Zylinder (32) und einen Schaftabschnitt (30) umfaflt, der sich von dem geschlossenen Ende des Zylinders koaxial in Richtung zu dem offenen Ende der abgesetzten Bohrung (24) erstreckt, durch einen Flansch (34) an dem Schaftabschnitt (30), der auf dem Absatz (22) der abgesetzten Bohrung (24) aufsitzen kann, durch einen Verschluß (48), der das offene Ende der Bohrung (24) verschließt, durch eine Feder (46) zwischen dem Verschluß (48) und dem Ventilechieber (20), die den Ventilschieber (20) in Richtung des Bodens der Sacklochbohrung (24) vorspannt, durch kanalfOrmige Bohrungen (36, 38), die den Innenraum des Zylinders (32) mit dem Abschnitt der Bohrung (24) oberhalb des Zylinders (32) Ab/Ba

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verbinden, und durch einen Auslaß, der die Bohrung mit größerem Durchmesser der abgesetzten Bohrung (24) mit der Umgebung verbindet.
2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzungsanschlag (28) den Weg der Bewegung des Ventilschiebers (20) in dem Gehäuse begrenzt.
3. Sicherheitsventil nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Bohrung (24) verschließende Verschluß (48) zum Einstellen der Belastung der Feder (46) verstellbar ist.
4. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (48) öffnungen aufweist, die den Auslaß bilden.
5. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse um die Auslaß-Öffnung mit einem Außengewinde (16) versehen ist.
6. Sicherheitsventil mit einem Gehäuse, das Eintrittsund Austrittskanäle (12, 26) für ein Druckmittel und eine Auslaßöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckempfindlicher Ventilschieber (20) unter der Einwirkung des Drucks des Druckmittels zwischen einer ersten Stellung, in der die Eintritts- und Austrittskanäle (12, 26) in Verbindung miteinander sind und einer zweiten Stellung bewegbar ist, in der die Verbindung zwischen den Eintritts- und Austrittskanälen (12, 26) durch den Ventilschieber (2o) abgesperrt ist, daß an dem Ventilschieber (20) Einrichtungen (36, 38) vorgesehen sind, die einen der Eintritts- und Austrittskanäle (12, 26) mit der Auslaßöffnung in der zweiten Stellung

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des Schiebers verbindet, daß der Ventilschieber (20) federnd in seine erste Stellung gedruckt ist, und daß Anschlüsse vorhanden sind, über die der Druck in der Druckmittelleitung am Ventilschieber (20) angelegt ist, so daß sich dieser in seine zweite Stellung bewegt, wenn der Druck in der Druckmittelleitung einen Sollwert überschreitet.
7. Sicherheitsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittskanal (12) verschließbar ist und daß der Austrittskanal (26) mit der Auslaßöffnung in der zweiten Stellung des Schiebers (20) verbindbar ist.
8. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Ausgleichung des Drucks auf den Ventilschieber (20) vorgesehen ist.
9. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 6 bis Θ, dadurch gekennzeichnet, daß es einem Druckregler mit einer Membrankammer und einem Druckregelventil in einer Druckmittelleitung zugeordnet ist, und daß an den Anschluß der Druck von einer stromabwärtig vom Regelventil liegenden Stelle in der Druckmittelleitung an dem Ventilschieber (20) anliegt, so daß sich dieser in seine zweite Stellung bewegt, wenn der Druck an dieser Stelle in der Druckmittelleitung einen Sollwert Überschreitet.
10. Druckmittelsteuerung,dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckregler mit einer Membrankammer und mit Steuerventilen in Verbindung mit einem Sicherheitsventil (10) an einer Druckmittelleitung angeschlossen ist, daß das Sicherheitsventil (10) die Membrankammer mit der Druckmittelleitung verbindet, daß das Sicherheitsventil einen Ventilschieber (20), eine Auslaßöffnung und Eintrittsund Austrittskanäle (12, 26) aufweist, die in einer ersten

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Stellung des Ventilschiebers (20) miteinander in Verbindung sind, daß der Ventilschieber (20) unter der Einwirkung des Drucks in der Druckmittelleitung in eine zweite Stellung bewegbar ist, in der die Verbindung zwischen den Eintritts- und Austrittskanälen (12, 26) unterbrochen ist und die Auslaßöffnung mit dem Eintrittskanal oder dem Austrittskanal verbunden ist, so daß der Eintritts - oder Austrittskanal in der zweiten Stellung des Schiebers zum Außenraum hin geöffnet ist.
11. Druckmittelsteuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittskanal (26) in der zweiten Stellung des Ventilschiebers (20) mit der Auslaßöffnung verbunden ist.

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