DE2858185C2 - Ventil für wechselnde Durchströmrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für wechselnde Durchströmrichtungen, insbesondere für Hochdruckdampf, entsprechend den im Oberbegriff des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmalen.

Ein derartiges Ventil ist in der nicht vorveröffentlichten DE-PS 26 51 986 beschrieben. Dieses Ventil hat ein 2λ -ei Anschlußstutzen aufweisendes Gehäuse und einen zum Absperren der Anschlußstutzen dienenden Absperrteil. Dem Ventilgehäuse ist ein Entlastungsventil zugeordnet, das über jeweils eine Leitung mit den beiden Anschlußstutzen sowie über eine dritte Leitung mit dem Ventilgehäuse verbunden ist Das Entlastungsventil hat zwei zueinander koaxiale Kolben sowie zwei 'ev/eils mit einem Koiben zusammenwirkende und jeweils über eine Leitung mit einem Anschlußstutzen verbundene Ventilsitze. Zwischen den Kolben ist ein Stützelement angeordnet. Die Kolben haben zur Beaufschlagung des Stützelementes mit Betriebsdruck dienende Kanäle und können aus unterschiedlichen Richtungen in einer solchen Weise mit Betriebsdruck und Gehäusedruck beaufschlagt werden, daß ein Gehäuseüberdruck durch Abheben des jeweils zugeordneten Kolbens in den jeweils den Betriebsdruck führenden Anschlußstutzen abgeleitet und der jeweils andere Kolben über das Stütz element gegen den jeweils zugeordneten Ventilsitz gepreßt werden.

Aufgrund seiner Konstruktion beansprucht das Entlastungsventil viel Konstruktionsraum. Die beiden Kolben stützen sich jeweils mittels einer Schraubenfeder auf dem zwischen den Kolben befindlichen Stützelement ab. wodurch bereits ein Teil 0"s überaus hohen Raumbedarfs bedingt ist. Andererseits sind die jeweils mit Druck zu beaufschlagenden Flächen an den Kolben verhältnismäßig klein. Selbst wenn man die Schraubenfedern verhältnismäßig schwach dimensionieren würde, so daß sie keinen nennenswerten Einfluß auf den jeweiligen Ansprechwert haben, läßt sich eine befriedigende Ansprechgenauigkeit insbesondere in hohen Betriebsdruckbereichen nicht erzielen, da hierfür die druckbeaufschlagten Flächen zu klein sina Eine Vergrößerung dieser Flächen würde jedoch den Raumbedarf in noch itärkerem Maße erhöhen, so daß Has Entlastungsventil in keinem Fall zu einem unmitteiuaren Einbau in den Absperrteil eines Ventils geeignet ist.

Es ist ferner aus der US-PS 23 51 775 ein Ventil bekannt, bei dem das Entlastungsventil unmittelbar im Absperrteil angeordnet ist Das Ventil ist in eine zwischen einem Tank und einem Tankwagen verlaufende Rohrleitung eingeschaltet. Wenn in dem dem Tankwagen zugeordneten Anschlußstutzen oder aber im Gehäuse des Ventils ein Überdruck entsteht, wird diese nut Hilfe des Entlastungsventils in Richtung auf den Tank abgebaut. Zu diesem Zweck ist das Entlastungsventil als Doppelventil ausgebildet derart, daß jeweils eine als Schließteil dienende Kugel zusammen mit einem zugeordneten Ventilsitz innerhalb einer Bohrung angeordnet ist derart, daß eine zwischen den Kugeln befindliche Feder die Kugeln in unterschiedliche Richtungen jeweils gegen den zugeordneten Ventilsitz drückt. Eine die Kugeln und die Feder aufnehmende Bohrung ver-

läuft schräg durch den Randbereich des Absperrteils und ist zwischen den Ventilsitzen mittels einer ersten Querbohrung mit dem zum Tank führenden Anschlußstutzen verbunden. Jeweils jenseits der Ventilsitze ist die Bohrung mit ihrem einen Ende an den Innenraum des Ventilgehäuses angeschlossen, während das andere Ende der Bohrung über eine zweite Querbohrung mit derjenigen Seite des Absperrventils in Verbindung steht an der die zum Tankwagen führende Leitung angeschlossen is:.

Dieses bekannte Ventil ist bereits aufgrund seiner Bauweise nicht für die Anwendung in hohen Betriebsdruckhereichen geeignet. Das Herstellen der Bohrungen ist technisch schwierig und erhöht den Herstellungsaufwand Es kommt als weiterer Nachteil hinzu, daß auch hier die Ansprechgenauigkeit des Entlastungsventils von der Genauigkeit der Federkraft abhängig ist. so daß insoweit dieselben Nachteile bestehen, die im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Ventil genannt wurden.

Es ist ferner aus der DE-AS 20 41 722 ein Druckentlastüngsvcnti! bekannt, mit dessen Hilfe irr! Gehäuse eines Ventils gegebenenfalls auftretender Überd 'ick aogebaut werden kann. Das Entlastungsventil ist ein separates Bauteil mit eigenem Gehäuse, das über Leitungen mit den beiden Anschlußstutzen und dem Ventilgehäuse verbunden ist Das Entlastungsventil arbeitet zwar auch nach dem Differenzdruckprinzip derart daß der auf äußere Ringflächen eines Kolbens einwirkende Gehäusedruck beim Oberschreiten eines bestimmten Wertes ein Abheben dieses Kolbens vom Ventilsitz auslöst Die Größe der beim Abheben des Kolbens zu überwindenden Gegenkraft jedoch ist entscheidend von einer durch einen Kompensator gebildeten Federkraft abhängig. Das von dem Kompensator umgebene Volumen steht zwecks Druckausgleich nur mit einem der beiden Anschlußstutzen in Verbindung. Abhängig davon, ob dieser Druck führt oder nicht, herrschen innerhalb des Kompensators unterschiedliche Druckverhältnisse. Hierdurch und aufgrund der Tatsache, daß die Federkraft eines Compensators nur sehr schwierig mit ausreichender Genauigkeit vorgegeben werden kann und im übrigen nicht konstant bleibt, ist die Ansprechgenauigkeit des bekannten Entlastungsventils unbefriedigend. Es kommt hinzu, daß das bekannte Entlastungsventil zwei Schließteile von unterschiedlicher Konstruktionsform benfiigt und insgesamt verhältnismäßig aufwendig ist. Auch ist das bekannte Entlastungsventil aufgrund seiner Bauform nicht für einen integrierten Einbau unmittelbar in einen Absperrschieber oder dergleichen geeignet.

Hiervon ausgehend war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Entlastungsventil in besonders raumsparender Bauweise zu schaffen, welches zum unmittelbaren Einbau in den Absperrteil eines Ventils geeignet ist und auch bei höheren Betriebsdruckwerten eine gute Ansprechgenauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Das Stützelement des im Absperrteil angeordneten Entlastungsventils ist als Ventilsitz für die Kolben ausgebildet und hat die Form einer Scheibe, die bei Beaufschlagung des einen Anschlußstutzens mit Betriebsdruck gegen den dem drucklosen Abschlußstutzen zugeordneten Kolben gedruckt wird und den Kanal desselben und auch den Kanal des durch den Betriebsdruck nachgeführten anderen Kolbens abdichtet. Eine derartige Ausbildung und Anordnur £ der Ventilsitze ist nicht nur technisch einfach, sondern auch überaus raumgünstig.

Ein Gehäuseüberdruck hebt jeweils denjenigen Kolben von der Scheibe ab. dessen Kanal in dem druckheaufschlagten Anschlußstutzen endet Auch innerhalb des Absperrteils eines Ventils lassen sich die druckbeaufschlagten Flächen verhältnismäßig groß bemessen, so daß das nach dem Differenzdruckprinzip arbeitende Entlastungsventil auch bei höheren Betriebsdruckwerten eine besonders gute Ansprechgenauigkeit hat und

ίο zwar auch dann, wenn der Überdruck bereits verhältnismäßig gering ist Der Einbau in den Absperrteil kann ohne Schwierigkeiten vorgenommen werden. Es kommt hinzu, daß die Funktion des Entlastungsventils nicht von außen beeinflußt werden kann. Dies wiederum trägt zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei.

Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Ventil bilden die Kolben und die zwischen ihnen befindliche Sitzscheibe des Entlastungsventil ein wahlweise von der einen oder der anderen Seite mit Betriebidruck beaufschlagbares und durch diesen in axialer Richtung verschiebbares System, wobei durch diese Verschiebung die Scheibe ein Abdichten gegenwt^r der drucklosen Seite bewirkt, während der der druckbeaufschlagten Seite zugewandte Kolben der Scheibe nachgeführt wird, so daß auch die Verbindung zum Innenra^m des Gehäuses noch abgedichtet ist Erst ein Oberdruck von bestimmter Größe im Gehäuse ist in der Lage, entgegen der dichtenden Wirkung des Betriebsdruckes den der Betriebsdmckseite zugewandten Kolben von der Scheibe abzuheben, so daß durch den im Kolben befindlichen Kanal ein Abbau des Überdrucks in den mit Betriebsdruck beaufschlagten Anschlußstutzen erfolgen kann. Sobald der Abbau erfolgt ist. wird der betreffende Kolben durch den Betriebsdruck wieder gegen die Scheibe gedruckt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Kolben und die zwischen diesen angeordnete Scheibe beidseitig durch Federdruck etwa gleicher Größe zusammengepreßt sind. Die Federn bewirken. daß auch zum Beispiel bei vorangegangener Abschaltung des Betriebsdrucks die beiden Kolben und die Scheibe immer eine definierte Lage einnehmen. Da die Kräfte der beiden Federn gegeneinander gerichtet sind. kompensieren sie sich im Rahmen der zuvor beschriebenen Funktion. Wenn die Kolben gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung jeweils mittel., einer Pexiblen Membran in den umgebenden Bereich des Absperrteils eingespannt sind, ist hierdurch in einfacher Weise eine zuverlässige Abdichtung der beweglich anzuordnenden Kolben gegenüber dem umgebenden Bereich des Absperrteils gewährleistet.

Ferner ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die Membran am Kolben zwischen einem Ringansatz desselben und einem gegengesetzten inneren Einspannring und am Absperrteil zwischen einer radialen Schulterfläche und einem äußeren Einspannring gehalten is:, der den inneren Einspannring koaxial umgibt. Der äußere Einspannring dient hierbei gleichzeitig als Führung für den noch zum Kolben gehörenden inneren Einspannring.

Ferner kann die Scheibe in einem den Absperrteil durchsetzenden Teil einer zur Betätigung desselben dienenden Spindel gehalten und geführt sein.
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die mit dem Gehäusedruck beaufschlagbare äußere Ringfläche am Kolben mit dem Innenraum des Ventilgehäuses durch Spalte in Verbindung steht, die durch ein Spiel zwischen Absperrteil und Spindel gebildet

sind. Im allgemeinen reichen die sich aufgrund von Fertigungstoleranzen ergebenden Spalte aus, zumal dann, wenn das Ventil ein Absperrschieber ist, dessen Absperrteil aus zwei durch Federkraft gegeneinander abgestützten Schließplatten besteht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß in eine vom Anschlußstutzen ausgehende Bohrung im Absperrteil ein mit der Außenseite desselben bündig abschließendes Druckstück eingesetzt ist, das als Anschlag für den auf dieser Seite befindlichen Kolben und gegebenenfalls auch für eine an diesem Kolben angreifende Feder dient, und daß der Kolben selbst in einer anschließenden Bohrung von kleinerem Durchmesser gehalten und geführt ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Herstellung.

Nachfolgend wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben, im einzelnen zeigt

F ι g. I einen Längsschnitt durch den Absperrteil eines Ventils mit eingebautem tntlastungsventil;

F ι g. 2 einen Schnitt allein durch den Absperrteil entlang der Linie H-II in F i g. 1.

Das Ventil hat ein hier nur teilweise dargestelltes Gehäuse 10. in das zwei Anschlußstutzen 11 und 12 münden.

i η dem nicht dargestellten Teil des Gehäuses iO befindet sich ein Antrieb für eine Spindel 35, die einen Absperrteil 32 trägt. Dieser hat zwei Schließplatten 33 und 34. die an der Spindel 35 so angeordnet sind, daß sie durch als Tellerfedern ausgebildete Federn 36 mit ihren Sitzflächen 18 geg». die Sitzflächen 19 der Anschlußstutzen 11 und 12 gedruckt werden können.

Die Spindel 35 bildet eine Halterung und Führung für eine Scheibe 37, zu deren beiden Seiten jeweils ein Kolben 38 bzw. 39 angeordnet ist. Beide Kolben 38 und 39 haben jeweils einen äußeren Ringansatz 40, der sich über einen Teil ihrer axialen Länge erstreckt, während

SUi uCn SriuCrCn ι Cii Cin i-mopSrinring τι aüigüSCtZt ΐ3ί.

Zwischen dem Ringansatz 40 und dem Einspannring 41 ist jeweils eine flexible Membran 42 am jeweiligen Kolben 38 bzw. 39 eingespannt.

Die Schließplatten 33 und 34 bilden jeweils eine nach innen weisende Ringschulter 43, gegen die jeweils ein äußerer Einspannring 44 gesetzt ist. Dieser dient zum Einspannen des äußeren Bereiches der Membran 42 an der jeweiligen Schließplatte 33 bzw. 34 und gleichzeitig auch als Führung für den mit dem Kolben 38 bzw. 39 beweglichen inneren Einspannring 41.

An der der Scheibe 37 zugewandten Seite haben die Kolben 38 und 39 jeweils eine Ringfläche 45, die an der Scheibe 37 dichtend anliegt, solange im Gehäuse 10 kein unzulässig hoher Druck herrscht.

Bereits der im Anschlußstutzen 11 herrschende Betriebsdruck bewirkt ein entsprechendes Anliegen der beiden Kolben 38 und 39 gegenüber der Scheibe 37. Diese Teile werden bei der hier beschriebenen Ausführungsform aber zusätzlich durch als Tellerfedern ausgeführte Federn 46 gegeneinandergedrückt Diese sind jeweils auf einen inneren Ringansatz 47 eines Druckstükkes 48 aufgesetzt das einen etwas größeren Durchmesser hat als die Kolben 38 bzw. 39 und das zur Außenseite der jeweiligen Schließplatte 33 bzw. 34 bündig abschließt Die beiden Druckstücke 48 sind jeweils mit einem Durchgang 49 in Form einer Bohrung versehen, der einen zentralen Kanal 50 in jedem der Kolben 38 bzw. 39 in Richtung auf den jeweiligen Ar.schkißstutzen 11 bzw. 12 verlängert

Der die als Sitz dienende Ringfläche 45 umgebende Teil der Kolbenfläche und die nach außen jeweils anschließende Stirnfläche des inneren Einspannringes 41 ergeben jeweils eine Ringfläche, die mit dem im Gehäuse 10 anstehenden Druck beaufschlagt ist und der durch Spalte 25 bis in diesen Ringflächenbereich gelangen kann. Im einzelnen ergibt sich jetzt folgende Arbeitsweise:

Die Federn 46 halten die Kolben 38 und 39 mit der Scheibe 37 zunächst in der hier dargestellten Lage, solange beide Anschlußstutzen 11 und 12 drucklos sind. Da hierbei bereits die Kolben 38 und 39 an der Scheibe 37 dichtend anliegen, ist eine Verbindung zum Innenraum des Gehäuses 10 von keinem der Anschlußstutzen 11 oder 12 aus vorhanden.

Wird jetzt der Anschlußstuizen 11 mit Betriebsdruck beaufschlagt, so wirkt dieser auf die dem Anschlußstutzen 11 zugewandte Stirnfläche des Kolbens 38 und verschiebt diesen mit der Scheibe 37 und dem gegenüberliegenden Kolben 39 so weit, bis letzterer an dem ihm benachbarten Druckstuck 48 anliegt. Die von den beiden Federn 46 ausgehende Kraftwirkung kann außer Betracht bleiber., da sie sich im wesentlichen kompensiert. Die beiden Membranen 42 lassen diese Verschiebung aufgrund ihrer Flexibilität zu. zumal insbesondere ihre äußeren Einspannflächen einschließlich der Ringschulter 43 entsprechend divergieren.

Sofern jetzt im Gehäuse 10 ein Überdruck entsteht, kann dieser aufgrund entsprechender Bemessung der Ringfläciis im Bereich des Kolbens 38 mit seinem Einspannring 41 diese in Richtung auf den Anschlußstutzen 11 verschieben und damit den Kolben 38 mit seiner Ringfläche 45 von der Scheibe 37 abheben. Hierdurch entsteht eine Verbindung zwischen der Überdruckseite und dem Anschlußstutzen 11, und zwar über den Durchgang 49 im Druckstück 48 und dem Kanal 50 im Kolben 38. Der Überdruck kann sich also abbauen. Sobald dies geschehen ist. wird sich der Kolben 38 mit seiner Ring-

fix_! vie ...:_n,i_A_ „„ Aio. c^kajka Yj dichtend Sn!s^rtS"

Diese behält ihre in Richtung auf den Anschlußstutzen 12 verschobene Stellung solange bei, wie im Anschlußstutzen 11 ein entsprechender Betriebsdruck ansteht

Sollte aber der Anschlußstutzen 12 mit Betriebsdruck beaufschlagt sein, während der Anschlußstutzen 11 drucklos ist, so wird der Betriebsdruck ein Verschieben der Scheibe 37 zum Anschlußstutzen 11 hin bewirken, wobei der Kolben 38 mitgenommen wird, bis er an dem ihm benachbarten Druckstück 48 anliegt Wenn ein Überdruck im Gehäuse 10 auftritt wird dieser in entsprechender Weise jetzt das Abheben des Kolbens 39 von der Scheibe 37 bewirken, so daß ein Abbau des Überdrucks in den Anschlußstutzen 12 hinein erfolg«.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die hier beschriebenen Druckentlastungsventile bzw. -systeme nicht nur für Absperrschieber der dargestellten Art geeignet sind.

Sie lassen sich vielmehr auch in Absperrschieber mit konischem Schließteil und auch in die Schließteile von Ventilen einsetzen. Die Funktionsweise ist gewährleistet, sofern nur eine entsprechende Druckbeaufschlagung erfolgt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Ventil für wechselnde Durchströmrichtungen, insbesondere für Hochdruckdampf, mit einem zwei Anschlußstutzen aufweisenden Gehäuse und mit einem Absperrteil zum Absperren der Anschlußstutzen, mit einem Entlastungsventil, das zwei zueinander koaxiale Kolben mit je einem von der dem Anschlußstutzen zugewandten Kolbenseite zu der diesem abgewandten Kolbenseite führenden Kanal zwei jeweils mit einem Kolben zusammenwirkende und jeweils mit einem Anschlußstutzen verbundene Ventilsitze, an denen die Kolben bei Betriebsdruck anliegen, sowie ein zwischen den Kolben angeordnetes und mit diesen in axialer Richtung bewegliches ' Stützelement aufweist, und mit durch den Gehäusedruck beaufschlagbaren äußeren Ringflächen an den Kolben, die auf die übrigen, aus dem den Betriebsdruck führ^-xien Anschlußstutzen druckbeaufschia^ten Koibenflächen so abgestimmt sind, daß der dem den Betriebsdruck führenden Anschlußstutzen zugeordnete Kolben vom Ventilsitz abhebt, wenn der Gehäusedruck höher ist als der Betriebsdruck, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventil im Absperrteil (32) angeordnet ist, daß das Stützelement als Ventilsitz für die Kolben (38, 39) ausgebildet ist und die Form einer Scheibe (37) hat, die bei Beaufschlagung des einen Anschlußstutzens (11) mit Betriebsdruck gegen den dem drucklosen Arschiußstutzen (12) zugeordneten Kolben (39) gedrückt wird und den Kanal (50) desselben und den Kanal (50) de^ durch den Betriebsdruck nachgeführten anderen Kolbons (38) abdichtet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dad, rch gekennzeichnet, daß die Kolben (38,39) und die zwischen diesen befindliche Scheibe (37) beidseitig durch Federdruck etwa gleicher Größe zusammengepreßt sind.

3. Ventil nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (38,39) jeweils mittels einer flexiblen Membran (42) in den umgebenden Bereich des Absperrteils (32) eingespannt sind.

4. Ventil nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (42) am Kolben (38, 39) zwischen einem Ringansatz (40) desselben und einem gegengesetzten inneren Einspannring (41) und am Absperrteil (32) zwischen einer radialen Schulterfläche (43) und einem äußeren Einspannring (44) gehalten ist. der den inneren Einspannring (41) umgibt.

5. Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (37) in einem den Absperrteil (32) durchsetzenden Teil einer zur Betätigung desselben dienenden Spindel (35) gehalten und geführt ist.

6. Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Gehäusedruck beaufschlagbare äußere Ringfläche am Kolben (38, 39) mit dem Innenraum des Ventilgehäuses (10) durch Spalte (25) in Verbindung steht, die durch ein Spiel zwischen Absperrteil (32) und Spindel (35) gebildet sind.

7. Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß in eine jeweils von einem Anschlußstutzen (11, 12) ausgehende Bohrung im Absperrteil (32) ein mit einem Durchgang (49) versehenes Druckstück (48) eingesetzt ist, das als Anschlag für den auf dieser Seite befindlichen Kolben (38, 39) und gegebenenfalls auch für eine an diesem Kolben (38,39) angreifende Feder (46) dient, und daß der Kolben (38,39) selbst in einer anschließenden Bohrung von kleinerem Durchmesser gehalten und geführt ist