DE2920882A1 - Ventilanordnung - Google Patents

Description

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AGA AKTIEBOLAG

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"Ventilanordnung"

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung der Art, die verhindern soll, daß ein Druckmittelsystem auf einen Druckpegel unterhalb eines vorgegebenen Restdruckes entleert wird und welches die Füllung und die Evakuierung des Systemes zuläßt. Die Ventilanordnung hat ein Restdruckventilelement, welches in einem Durchflußkanal des Systems angeordnet ist. Das Ventilelement ist auf den vorgegebenen Restdruck eingestellt bzw. einstellbar und hat ein federvorgespanntes· Verschlußstück, welches abdichtend gegen einen Ventilsitz gedrückt wird, wobei die Federvorspannung dem vorgegebenen Restdruck entspricht,

Bei gewissen Druckmittelsystemen für gasförmige oder flüssige Medien ist es erwünscht, eine vollständige Entleerung des Systems zu verhindern. Wenn beispielsweise ein Gassystem für sogenannte Edelgase (nicht kontaminierte Gase) vollständig geleert wird, kann Luft in das System eindringen, wodurch beim späteren Einfüllen des Edelgases in das System das Edelgas kontaminiert wird. Um dies zu verhindern, ist an einer geeigneten Stelle, beispielsweise am Auslaß des Systems ein Ventil angeordnet, welches auf den niedrigsten Druck eingestellt ist, auf welchen das System entleert werden kann, das ist der Restgasdruck. Das Ventil kann auch so aufgebaut sein, daß es die Beladung des Systems mit einem Mittel, also beispielsweise mit einem Gas oder einer Flüssigkeit zuläßt. Nach dem Füllen des Systems wird das Ventil ge-

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schlossen. Dann dient das Ventil alleine dazu sicherzustellen, daß das System nicht unter den gewünschten Druckpegel entleert wird. Es gibt eine ganze Anzahl solcher Ventilkonstruktionen, die jedoch alle gewisse Nachteile aufweisen. Die bekannten Konstruktionen sind insbesondere häufig sehr konstruktionsaufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ist es, eine gattungsgemäße Ventilanordnung mit vergleichsweise einfachem Aufbau zu schaffen, bei welchen die bei bekannten Ventilen bekannt gewordenen Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß das gesamte Restdruckventilelement dichtend verschiebbar in dem Strömungskanal liegt, daß in dem Strömungskanal eine erste Anschlageinrichtung angeordnet ist, gegen welche ein einen Ventilsitz bildendes Restdruckventilelement aufgrund des Restdruckes in dem System oder aufgrund des Restdruckes kombiniert mit einer Feder zwischen dem den Ventilsitz bildenden Teil des Restdruckventilelements und einer Kanalwand gedruckt wird, daß das Restdruckventilelement von einem Druck in dem System oberhalb des Restdruckes offenbar ist, und daß in dem Strömungskanal auf der gegenüberliegenden Seite der Anschlageinrichtung ein zweiter Anschlag angeordnet ist, gegen welchen ein Ventilverschlußstück des Restdruckventilelements zusammen mit einer Verschiebung des Restdruckventilelements mit Hilfe einer von außen einwirkenden Vorrichtung oder einem äußeren Druckmittel gedruckt wird, wodurch das Restdruckventilelement durch Abheben des Ventilverschlußstückes von dem Ventilsitz zwangsgeöffnet ist.

Weitere wesentlichen Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, welches die Benutzung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung an Gasbehältern veranschaulicht. Ein besonderes Problem bei solchen Behältern z.B. für Edelgase besteht darin, daß die Behälter, die von dem Verbraucher zurückgegeben werden, nahezu immer praktisch vom Gas entleert sind und das Ventil des Behälters nicht vollständig geschlossen ist. Dadurch kann die Umgebungsluft in den Gasbehälter eindringen, beispielsweise infolge von Temperaturänderungen. Das Edelgas, welches

nachfolgend in das System einzufüllen ist, wird verunreinigt. Folglich muß ein in dieser Weise zurückgegebener Behälter zunächst gereinigt werden, was ein kostenaufwendiges Verfahren ist. Normalerweise erfordert diese Reinigung ein Evakuieren der Flasche oder des Behälters oder eine Spülung mit dem Gas, welches in das System eingefüllt werden soll. Darüber hinaus ist es' häufig erforderlich, die Flasche oder den Behältern zunächst zu erhitzen, um jegliche Feuchtigkeit, welche sich unter anderem auf den Flaschenwänden angesammelt hat, zu beseitigen.

Ein Verfahren zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten besteht in der Ausrüstung der Ventilanordnung der Gasflasche mit einem speziellen Ventilelement, einem sogenannten Restdruckventilelement, welches verhindert, daß die Flasche so weit von ihrem Inhalt entleert wird, daß der Druck in der Flasche unterhalb atmosphärischen oder den Umgebungsdruck abfällt. Das Ventilelement ist somit in einer Weise aufgebaut, daß sichergestellt ist, daß der Gasdruck in der Flasche immer einen solch hohen Wert hat, daß die Umgebungsluft nicht in die Flasche eindringen kann. Der Restgasdruck in der Flasche sollte im Bereich von 0,1 bis 0,2 Megapascal liegen.

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Bestimmte Arten von Restgasventilelementen bekannter Art haben u.a. den Nachteil, daß der Abdichtungsdruck gegen vollständige Entleerung des Gasinhaltes aus der Flasche unbefriedigend ist. Deswegen war es notwendig, den Druckpegel, auf welchen die Flasche entleert werden kann, auf einen Wert anzuheben, der von dem Verbraucher abgelehnt wird, da er auf diese Weise einen zu hohen Anteil des Gasinhaltes der Flasche verliert. Andere Restgasventilelemente erfordern die Wiedereinstellung des Ventilelementes von Hand, wenn der Behälter gefüllt wird; dies kompliziert den Füllvorgang und stellt gewisse Anforderungen an die Verantwortlichkeit des Personals. Ventilanordnungen sind auch bekannt, bei welchen das Restgasventilelement automatisch wieder eingestellt wird, wenn ein Flaschenfüllvorgang beginnt. Derartige Ventilanordnungen haben jedoch einen Aufbau, der die Anwendung einer Vielzahl von Elementen erfordert; hierdurch wird die Herstellung schwierig und kostenaufwendig. Außerdem erfordern die zuletzt genannten Ventilanordnungen einen unbefriedigend großen Raumbedarf in Längsrichtung. Mit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung werden alle die zuvor genannten Nachteile vermieden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigt:

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Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Gasflaschenventilanordnung mit Restdruckventilelement,

Fig. 2 (vergrößert) die Ventilanordnung, teilweise geschnitten, in einer geschlossenen Füllstellung, und

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, bei welcher sich die Ventilanordnung in einer geöffneten Füllstellung befindet.

Die Ventilanordnung nach Fig. 1 umfaßt ein Ventilgehäuse 1, welches auf einen Gasbehälter oder eine Gasflasche mittels Schraubengewinde 6 aufgeschraubt werden kann. In dem Ventilgehäuse 1 ist ein sich längs erstreckender Gaskanal 7, welcher mit der Gasflasche in Strömungsverbindung steht. An den Gaskanal 7 ist ein Strömungskanal 11 angeschlossen, welcher sich quer zu dem Gaskanal 7 erstreckt und welcher für den Anschluß an einen Gasverbraucher bestimmt ist. Der Gaskanal 7 kann mit Hilfe eines Ventilkolbens 2 mit einem Abschlußglied, welches gegen einen Sitz 8 in dem Ventilgehäuse 1 verstellt werden kann, verschlossen werden. Der Ventilkolben 2 wird durch Drehung eines Handrades 4 betätigt, welches auf den Ventilkolben 2 einwirkt. Der Ventilkolben 2 ist in einer Führungshülse gelagert, gegen welche er über eine Dichtung 3 abgedichtet ist. Wenn das Handrad 4 in Öffnungsrichtung gedreht wird, wird der Ventilkolben 2 mit dem Verschlußglied aufgrund einer Ventilfeder 5 angehoben; dadurch wird die Strömungsverbindung zwischen dem Gaskanal 7 und dem Strömungskanal 11 hergestellt.

Eine Gasreguliereinheit oder eine Schlauch- oder Leitungskupplung ist an einen Verbindungsstutzen 9 der Ven-

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tilanordnung mittels eines Schraubengewindes 10 anschließbar. Der Strömungskanal 11 verläuft in dem Verbindungsstutzen 9. In dem Strömungskanal 11 ist ein Restdruckventilelement, welches in den Fig. 2 und 3 detaillierter dargestellt ist, angeordnet. Das Restdruckventilelement hat ein axial verschiebliches Gehäuse 12, von welchem eine Hälfte in den Fig. 2 und 3 geschnitten dargestellt ist. Das Gehäuse 12 ist gegen die Wand des Verbindungsstutzens 9 mit Hilfe eines Dichtringes 22 abgedichtet. Das Gehäuse 12 hat die Form einer Hülse und ist mit einer Bohrung 27 ausgestattet. Zwischen einer Anlagefläche der Bohrung 27 und einer Wand 28 des Hauptventiles ist eine Feder 19 angeordnet. Die Wand 28 ist mit Durchgangsöffnungen 25 für den Gasdurchlaß versehen. Auch das hülsenförmige Gehäuse 12 hat Gasdurchtrittslöcher 13. Das Gehäuse 12 ist mit einem Sitz 14 ausgestattet, gegen welchen ein Ventilverschlußstück 15 mit einer Dichtung 20 anliegt. Das Verschlußstück 15 ist an einer Spindel 16 gehalten, die mittig in dem hülsenförmigen Gehäuse 12 axial verschieblich angeordnet ist. Die Spindel 16 ist auf der dem Verschlußstück 15 gegenüberliegenden Seite mit einem scheibenförmigen Element 17 versehen. Zwischen dem Element 17 und dem Boden der Bohrung 27 ist eine weitere Feder 18 angeordnet. Die Federn 18 und 19 liegen ineinander und erstrecken sich koaxial zur Spindel 16. In einer ringförmigen Nut 26 des Verbindungsstutzens 9 ist eine Anschlagplatte 21 für die Begrenzung der Bewegung des Ventilgehäuses 12 in Öffnungsrichtung des Ventilelements vorgesehen. Die Anschlagplatte 21 hat eine Öffnung für den Durchtritt des Verschlußstückes 15 bei dessen axialer Bewegung.

Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß das Schraubengewinde 10 des Verbindungsstutzens 9 ein (zweiteiliges) Element

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bestehend aus Überwurfmutter 23 und Gasauslaßstück trägt, welch letzteres gegen eine Stirnfläche des Verbindungsstutzens 9 über einen Dichtring 24 dichtend anliegt. In dieser Hinsicht kann das Element eine Vorrichtung zur Verbindung der Ventilanordnung mit einer Gasreguliereinrichtung oder einer Schlauchverbindung sein.

Fig. 2 veranschaulicht den Zustand beim Entleeren des Gasbehälters. Bei Öffnung des Hauptventiles strömt Gas durch die Öffnungen 25 in die Bohrung 27 und durch die Löscher 13. Der Gasdruck hebt das Verschlußstück 15 mit der Dichtung 20 von dem Sitz 14 ab, so daß das Gas durch den Strömungskanal 11 des Verbindungsstutzens 9 austreten kann. Wenn der Gasdruck in der Flasche auf einen Wert abgefallen ist, der dem von der Feder 18 ausgeübten Druck entspricht, das ist auch der Druck, der dem gewünschten Restgasdruck entspricht, ist der Gasdruck in der Flasche nicht mehr in der Lage, das Verschlußstück 15 von dem Sitz 14 abzuheben; folglich besteht keine Gefahr, daß Luft in die Flasche eindringt.

Wenn die Gasflasche gefüllt werden soll, strömt das Gas durch das Restdruckventilelement in entgegengesetzter Richtung, d.h. in Ventilelementverschlußrichtung. Da das Restdruckventilelement nur einen Sitz 14 und ein Verschlußstück 15 aufweist, müssen der Sitz 14 und das Verschlußstück 15 während des Flaschenfüllvorganges getrennt werden. Dies wird durch Verstellung des Gehäuses 12 zusammen mit dem Verschlußstück 15 und der Spindel 16 in Verschlußrichtung auf die Wand 28 des Hauptventiles erreicht. Sobald das scheibenförmige Element 17 auf den Anschlag 33 der Wand 28 trifft, können die Spindel 16 und das Verschlußstück 15 sich axial nicht mehr weiterbewegen, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Das hülsenförmige Gehäuse 12 bewegt sich jedoch axial weiter, wodurch der

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Sitz 14 die Dichtung 20 des Verschlußstückes 15 verläßt. Das Füllgas kann dann durch die Löcher 13, die Bohrung 27 und die Löcher 25 in die Gasflasche über das Hauptventil strömen. Damit sich das Gehäuse 12 axial in der beschriebenen Weise bewegen kann, ist ein Gasfüllanschlußelement 29, welches von der Überwurfmutter 23 an dem Verbindungsstutzen 9 gehalten ist, mit einem Druckelement 31 ausgestattet, welches über die Anschlagplatte 21 das hülsenförmige Gehäuse 12 in axialer Richtung auf das Hauptventil zu verstellt, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Die Anschlagplatte 21 wird dabei in der Nut 26 axial verschoben. Das für die Füllung verwendete Anschlußelement 29 ist gegen den Verbindungsstutzen 9 über eine Dichtung 30 abgedichtet. Das Druckelement 31 des für die Gasfüllung bestimmten Anschlußelementes 29 ragt dabei weiter von der Anschlagfläche des Verbindungsstutzens 9, an welcher der Dichtungsring 30 anliegt, in den Strömungskanal 11 hinein, als der entsprechende Teil des in Fig. 2 dargestellten Anschlußelementes für die Gasentnahme. Das Anschlußelement 29 hat in dem Druckelement 31 ferner eine Aufbohrung, welche die axiale Relativverschiebung des Verschlußstückes 15 zu dem Gehäuse 12 zuläßt.

Für die Verschiebung des Restdruckventilelementes in Richtung auf das Hauptventil ist es notwendig, die von der Feder 19 ausgeübte Kraft zu überwinden. Nach Füllung der Flasche mit der gewünschten Gasmenge wird das Anschlußelement 29 wieder abgenommen. Die Feder 19 drüökt das Restgasventilelement in seine Ausgangsstellung, in welcher die Anschlagplatte 21 gegen den äußeren Anschlag 32 der Nut 26 anliegt. Der.Hauptzweck der Feder 19 ist es sicherzustellen, daß die Reibungskraft zwischen Dichtungsring 22 und der Wand des Verbindungsstutzens 9 überwunden wird. Bei einem genügend hohen Gasdruck in dem

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Behälter kann jedoch die Feder 19 entfallen. Nach dem Füllen der Flasche bewegt sich unter dem darin herrschenden Druck das Ventilgehäuse 12 in die Entleerungsstellung des Restdruckventilelements.

Anstelle der mechanischen Einwirkung des Druckelements 31 auf das Restdruckventilelement ist es auch möglich, bei genügend hohem Druck des Füllgases das Ventilgehäuse 12 direkt unter dessen Wirkung in axialer Richtung in ■ die Öffnungsstellung des Restdruckventilelementes zu verschieben.

Die mechanisch bewirkte Öffnung des Restdruckventilelements mit Hilfe des Druckelements 31 ist notwendig, wenn die Gasflasche vor dem Füllen evakuiert werden soll. In diesem Fall ist es auch notwendig, die Rückstellfeder 19 einzusetzen.

Bei der zuvor beschriebenen Ventilanordnung ist eine Konstruktion vorgesehen, die mit einem einzigen Ventilsitz und einem einzigen -Ventilverschlußstück auskommt, die bei der Füll- und Entleerungsfunktion der Ventilanordnung gemeinsam wirksam werden. Bei Füllen des Gasbehälters mit einem Druckmittel kann die Ventilanordnung sowohl mechanisch als auch mittels des von dem Druckmittel ausgeübten Überdruckes in Füllrichtung betätigt werden. Die Rückkehr des Restdruckventilelements in die Ausgangsposition nach dem Füllen kann mit Hilfe des Druckes der Gasfüllung in Ausströmrichtung des Ventilelementes oder durch den Einsatz einer Federkraft bewirkt werden. Die Feder, die diese Rückstellung des Ventilelementes bewirkt, ist koaxial zu der Ventilspindel und der Restdruckfeder angeordnet; auf diese Weise benötigt das Restdruckventi!element nur geringen Raum in Längsrichtung.

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Das beschriebene Restdruckventilelement besteht nur aus wenigen Teilen, die einfach zusammengefügt werden können und zuverlässig arbeiten.

Der Erfindungsgedanke ist nicht auf das dargestellte Ausfuhruhgsbeispiel beschränkt. So können beispielsweise die Funktionen des Ventils umgekehrt werden, was bedeutet, daß das Restdruckventilelement in umgekehrter Richtung in den Strömungskanal einsetzbar ist.

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Bezugszeichenliste:

1 Ventilgehäuse

2 Ventilkolben

3 Dichtung

4 Handrad

5 Ventilfeder

6 Gewinde

7 Gaskanal

8 Sitz

9 Verbindungsstutzen

10 Gewinde

11 Strömungskanal

12 Gehäuse

13 Gasdurchtrittslöcher

14 Sitz

15 Ventilverschlußstück

16 Spindel

17 Element

18 Feder

19 Feder

20 Dichtungsring

21 Anschlagplatte

22 Dichtungsring

23 Überwurfmutter

24 Dichtungsring

25 Durchgangsöffnungen

26 Nut

27 Bohrung

28 Wand

29 Gasfüllanschlußelement

30 Dichtungsring

31 Druckelement

32 Anschlag

33 Anschlag

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Claims (6)

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   Frankfurt/M 21.5.1979

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   Ansprüche:

   f l.J Ventilanordnung, welche die Entleerung eines Druckmittelsystems auf einen Druck unter einen vorgegebenen Restdruck verhindert und die Füllung oder Evakuierung des Systems zuläßt, mit einem Restdruckventilelement in einem Strömungskanal des Systems, welches Restdruckventilelement auf den Restdruck eingestellt oder einstellbar ist und einen federvorgespannten Ventilkörper zum Abdichten gegen einen Sitz hat, wobei die Federvorspannung dem eingestellten oder einstellbaren Restdruck entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Restdruckventilelement dichtend verschiebbar in dem Strömungskanal (11) liegt, daß in dem Strömungskanal (11) eine erste Anschlageinrichtung (21, 32) angeordnet ist, gegen welche ein

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   einen Ventilsitz (12, 14) bildendes Restdruckventilelement aufgrund des Restdruckes in dem System oder aufgrund des Restdruckes kombiniert mit einer Feder (19) zwischen dem den Ventilsitz (12, 14) bildenden Teil des Restdruckventilelements und einer Kanalwand (28) gedrückt wird, daß das Restdruckventilelement von einem Druck in dem System oberhalb des Restdruckes offenbar ist, und daß in dem Strömungskanal (11) auf der gegenüberliegenden Seite der Anschlageinrichtung (21, 32) ein zweiter Anschlag (33) angeordnet ist, gegen welchen ein Ventilverschlußstück (15, 16, 17) des Restdruckventilelements zusammen mit einer Verschiebung des Restdruckventilelements mit Hilfe einer von außen einwirkenden Vorrichtung (29, 31) oder einem äußeren Druckmittel gedruckt wird, wodurch das Restdruckventilelement durch Abheben des Ventilverschlußstückes (15, 16, 17) von dem Ventilsitz (12, 14) zwangsgeöffnet ist.
2. 2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die' Verschiebung des Restdruckventilelements in Richtung auf den zweiten Anschlag (33) mit Hilfe eines mechanischen Elementes (29, 31) bewirkbar ist, welches in den Strömungskanal (11) einsetzbar ist und auf den den Ventilsitz (12, 14) bildenden Teil des Restdruckventilelements einwirkt.
3. 3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Restdruckventilelements in Richtung des zweiten Anschlags (33) mit Hilfe eines Überdruckes des Druckmittels, mit welchem das System zu beschicken ist, bewirkt wird.
4. 4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Restdruckventilelement nach der Entfernung des mechanischen Elements (29, 31)

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   oder des Überdruckes gegen die erste Anschlageinrichtung (21, 32) mit Hilfe des Restdruckes oder mit Hilfe des Restdruckes in Kombination mit der Feder (19) verschoben wird.
5. 5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilverschlußstück (15, 16, 17) axial verschieblich in dem Restdruckventilelement gelagert und mit Hilfe einer Feder (18) ein Dichtungsring (20) des Ventilverschlußstückes (15, 16, 17) gegen den Ventilsitz (12, 14) in Gaseinlaßrichtung gedrückt wird.
6. 6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Restdruckventilelement die beiden Federn (18, 19) koaxial um eine Spindel (16) des Ventilverschlußstückes (15) angeordnet sind, wobei die eine Feder (18) eine Federkraft hat, die dem Restdruck entspricht, und die andere Feder (19) eine Federkraft hat, die dem Druck entspricht, der für die Verschiebung des Ventilelements in-Richtung der ersten Anschlageinrichtung (21, 32) erforderlich ist.

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