DE2921561C2 - Ventilation valve - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Beatmen von Membranräumen, welche im Betriebsfalle atmosphärische Luft enthalten, insbesondere in Sicherheits-Absperrventilen, Gas-Druckregelgeräten od. dgl.The invention relates to a valve for ventilating membrane spaces which, during operation, contain atmospheric air, in particular in safety shut-off valves, gas pressure regulators or the like.
Es ist eine Vielzahl von Geräten und Einrichtungen bekannt, bei welchen Membransysteme zum Erfassen von Druckwerten benutzt werden. Bei Gas-Druckregel- oder anderen Kontrollvorgängen wird beispielsweise der Istdruck auf die eine Seite der Membran geleitet und die so gegebene Istkraft mit einer durch eine Sollwertfeder vorgegebenen Sollkraft verglichen. In Abhängigkeit vom jeweiligen Soll-Ist- Vergleich erfolgen Bewegungen des Membransystems, durch welche die Geräte dann die erforderlichen Regel- oder Schaltfunktionen auszuführen vermögen.A large number of devices and equipment are known in which membrane systems are used to record pressure values. In gas pressure control or other control processes, for example, the actual pressure is directed to one side of the membrane and the actual force thus obtained is compared with a target force specified by a setpoint spring. Depending on the respective target-actual comparison, the membrane system moves, which then enables the devices to carry out the required control or switching functions.
Derartige Membransysteme stehen also einerseits unter Systemdruck; andererseits sind sie mit der Atmosphäre verbunden. Bei Gas-Druckregelgeräten nach DIN 3380 und Sicherheitseinrichtungen nach DIN 3381 ist vorgeschrieben, bei Störfällen, etwa durch Schäden an der Meßmembran, einen Gasaustritt von mehr als 30 l/h (bezogen auf Luft im Normalzustand) in den Aufstellungsraum zu verhindern. Sofern dies nicht durch Absperreinrichtungen erreicht werden kann, ist ein Anschlußstutzen für eine Beatmungsleitung von mindestens DN 15 vorzusehen. Besonders bei Kleingeräten wird der Anschluß einer solchen Beatmungsleitung nur ungern vorgenommen, weil ihr Verlegen einen wesentlichen Kostenfaktor darstellt.Such membrane systems are therefore under system pressure on the one hand; on the other hand, they are connected to the atmosphere. In the case of gas pressure regulators in accordance with DIN 3380 and safety devices in accordance with DIN 3381, it is mandatory to prevent gas leakage of more than 30 l/h (based on air in normal conditions) into the installation room in the event of a malfunction, for example due to damage to the measuring membrane. If this cannot be achieved by shut-off devices, a connection piece for a ventilation line of at least DN 15 must be provided. Connection of such a ventilation line is not popular, particularly in the case of small devices, because laying it represents a significant cost factor.
Auf das Beatmen des Raumes über der Meßmembran kann jedoch nicht verzichtet werden. Bei einem hermetischen Abschluß bewirkten nämlich Bewegungen des Membransystems oder auch Temperaturschwankungen eine Änderung des Druckes im Raum über der Meßmembran. Dies aber käme einer Sollwertänderung gleich.However, ventilation of the space above the measuring membrane is essential. If the system is hermetically sealed, movements of the membrane system or temperature fluctuations would cause a change in the pressure in the space above the measuring membrane. This would be equivalent to a change in the setpoint.
Um nun aber bei Kleingeräten das Verlegen von Beatmungsleitungen zu vermeiden, trotzdem aber im Schadensfall ein Überschreiten der Grenzbedingungen (Abströmen von mehr als 30 l/h in den Aufstellungsraum) zu verhindern, sind bereits folgende Lösungen bekannt bzw. vorgeschlagen worden:In order to avoid laying ventilation lines in small devices, but still prevent the limit conditions from being exceeded in the event of damage (outflow of more than 30 l/h into the installation room), the following solutions are already known or have been proposed:
Der Einbau wie überhaupt die Anwendung einer Festdrossel in den Beatmungsanschluß stellt zwar eine relativ einfache Lösung dar. Für die Bemessung des Drosseldurchmessers muß jedoch nach den geltenden Normvorschriften berücksichtigt werden, daß jeder denkbare Störungsfall abgesichert ist. Als ungünstigste Störung wird dabei angenommen, daß der höchstzulässige Eingangsdruck vor der Festdrossel ansteht. Bei einem Gerät mit einem zulässigen Eingangsdruck von 0,5 bar darf die Drossel nur noch einen Durchmesser von ca. 0,2 mm haben. Abgesehen davon, daß ein derart kleiner Drossel-Durchmesser bereits fertigungstechnische Probleme mit sich bringt, werden dadurch auch die Stellbewegungen des Membransystems stark gedämpft. Es ist deshalb einleuchtend, daß sich die Benutzung einer Festdrossel in der Mehrzahl aller Fälle verbietet.The installation and use of a fixed throttle in the ventilation connection is a relatively simple solution. However, when dimensioning the throttle diameter, the applicable standards must take into account that every conceivable fault is covered. The most unfavorable fault is assumed to be that the highest permissible inlet pressure is present before the fixed throttle. In a device with a permissible inlet pressure of 0.5 bar, the throttle may only have a diameter of approx. 0.2 mm. Apart from the fact that such a small throttle diameter already causes problems in terms of production, it also greatly dampens the adjustment movements of the diaphragm system. It is therefore obvious that the use of a fixed throttle is prohibited in the majority of cases.
Neben dem Einbau von Festdrosseln lassen sich des weiteren auch Beatmungsventile verwenden, wie die einschlägige Literatur, so u. a. DE-AS 12 33 794, DE-GM 77 02 557 und DE-GM 77 21 084, ausweist. In addition to the installation of fixed throttles, ventilation valves can also be used, as shown in the relevant literature, including DE-AS 12 33 794, DE-GM 77 02 557 and DE-GM 77 21 084.
Bei diesen insoweit schon vorgeschlagenen Lösungen wird im Beatmungsanschluß eine Einrichtung installiert, welche mit einem Verschlußorgan versehen ist. Dessen Wirkungsweise beruht auf dem Schwebekörper-Prinzip: Solange der Gasaustritt infolge Stellbewegung oder Membraneffekt unter dem vorgegebenen Grenzwert liegt, ist das Atmungsventil geöffnet. Wird der Grenzwert erreicht, bewegt sich das Verschlußorgan gegen den Ventilsitz und verschließt die Atmungsbohrung.In the solutions already proposed, a device is installed in the ventilation connection which is equipped with a closing element. Its mode of operation is based on the float principle: as long as the gas discharge is below the specified limit value due to the adjustment movement or membrane effect, the breathing valve is open. If the limit value is reached, the closing element moves against the valve seat and closes the breathing hole.
Allein schon wegen der Tatsache, daß die zu berücksichtigenden einschlägigen Normen ein Ansprechen schon bei sehr kleinen Grenzwerten vorschreiben, haben die insoweit vorgeschlagenen Einrichtungen den Nachteil, die Beatmungsöffnung unter Umständen schon bei normalen Stellbewegungen vollständig zu verschließen. Weitere Stellbewegungen führen dann zwangsläufig zur Erhöhung des Druckes im Raum über der Meßmembran und damit zu einer negativen Beeinflussung der Regelgenauigkeit.Due to the fact that the relevant standards to be taken into account require a response even at very low limit values, the devices proposed in this respect have the disadvantage that the ventilation opening may be completely closed even with normal adjustment movements. Further adjustment movements then inevitably lead to an increase in the pressure in the space above the measuring diaphragm and thus to a negative influence on the control accuracy.
Bei der nach DE-AS 12 33 794 vorgeschlagenen Einrichtung wurde diesem Nachteil bereits dadurch begegnet, daß auch nach Ansprechen des Ventils noch eine Bypaß-Bohrung geöffnet bleibt, was jedoch wiederum die schon weiter oben beschriebenen Nachteile bezüglich des zulässigen Eingangsdruckes zur Folge hat.In the device proposed according to DE-AS 12 33 794, this disadvantage has already been counteracted by the fact that a bypass bore remains open even after the valve has responded, which, however, in turn results in the disadvantages already described above with regard to the permissible inlet pressure.
Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, ein Ventil zum Beatmen gaserfüllter Membranräume, insbesondere in Sicherheits-Absperrventilen, Gas-Druckregelanlagen od. dgl., zu schaffen. Mit einem derartigen Beatmungsventil lassen sich zum einen die geltenden Normvorschriften einhalten und zum anderen aber auch die den bekannten Lösungsvorschlägen anhaftenden Nachteile vermeiden.The present invention has the task of creating a valve for ventilating gas-filled membrane spaces, in particular in safety shut-off valves, gas pressure control systems or the like. With such a ventilation valve, on the one hand, comply with the applicable standards and, on the other hand, avoid the disadvantages inherent in the known proposed solutions.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Beatmungsventil im wesentlichen aus einem von einer Membran betätigten Stellglied und einer Drossel besteht, wobei im Ruhezustand über diese und das mit ihr in Reihe geschaltete Stellglied eine offene Verbindung zur Atmosphäre gegeben ist, und im Beatmungsfall durch den vom Gasaustritt in der Drossel erzeugten und auf die Meßmembran einwirkenden Differenzdruck Δ p das Öffnen des Stellgliedes und damit zugleich die Menge des in die Atmosphäre abströmenden, im Störungsfalle ggf. brennbaren und/oder toxischen Gases, derart geregelt wird, daß unabhängig von den bei extremen Stellbewegungen in den zu beatmenden Membranräumen auftretenden Druckwerten, mindestens jedoch bis zu einem Druck von 0,2 bar, ein vorbestimmter Grenzwert konstant gehalten wird.This object is achieved according to the invention in that the ventilation valve essentially consists of an actuator actuated by a membrane and a throttle, whereby in the resting state an open connection to the atmosphere is provided via this and the actuator connected in series with it, and in the case of ventilation the opening of the actuator and thus at the same time the amount of gas flowing out into the atmosphere, which may be flammable and/or toxic in the event of a fault, is regulated by the differential pressure Δ p generated by the gas outlet in the throttle and acting on the measuring membrane in such a way that a predetermined limit value is kept constant regardless of the pressure values occurring in the membrane spaces to be ventilated during extreme actuating movements, but at least up to a pressure of 0.2 bar.
Der weiteren Ausbildung der vorgeschlagenen Erfindung dienende Merkmale lassen sich den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie auch den Zeichnungen entnehmen.Features serving to further develop the proposed invention can be found in the subclaims, the description and also the drawings.
Mit der vorgeschlagenen Erfindung geht eine Reihe von Vorteilen einher. Diese sollen im folgenden anhand eines Vergleiches hervorgehoben werden:The proposed invention has a number of advantages. These are highlighted below by means of a comparison:
Bei Hubbewegungen eines Gas-Druckregelgerätes od. dgl., welche einen über dem vorgeschriebenen Grenzwert liegenden Luftaustritt bedingen, schließen die bekannten bzw. schon vorgeschlagenen Ventile den Antriebsraum hermetisch ab. Eine Beatmung ist hierbei nicht mehr gegeben. Bei weitergehenden Hubbewegungen kommt es daher in diesem Raum zu einem Druckanstieg, welcher zu einer unerwünschten Erhöhung des Ausgangsdruckes führt.When a gas pressure regulator or similar device performs lifting movements that cause air to escape in excess of the prescribed limit, the known or already proposed valves hermetically seal the drive chamber. Ventilation is no longer possible. If the lifting movements continue, the pressure in this chamber increases, which leads to an undesirable increase in the output pressure.
Unter Anwendung der vorgeschlagenen Erfindung hingegen wird bei dynamischen Vorgängen zwar auch die austretende Luftmenge auf 30 l/h begrenzt. Da aber nach Erreichen dieses Wertes keine Schließ- sondern eine Regelfunktion einsetzt, ist gewährleistet, daß sich ein eventueller Druckaufbau wieder ausgleichen kann. Der verlangte Istwert erfährt keinerlei bleibende Änderung.However, when the proposed invention is used, the amount of air escaping is limited to 30 l/h during dynamic processes. However, since a control function rather than a closing function is activated once this value is reached, it is guaranteed that any pressure build-up can be balanced out again. The required actual value does not undergo any permanent change.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht gegenüber Ventilen, welche nach dem Schwebekörper-Prinzip arbeiten, auch darin, daß Beatmungsventile der vorgeschlagenen Art in beliebiger Einbaulage verwendet werden können.A further advantage of the invention compared to valves which operate according to the float principle is that ventilation valves of the proposed type can be used in any installation position.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigtThe invention is illustrated in an embodiment in the drawing.
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Gas-Druckregelgerät mit je einem in den zu belüftenden Meßmembranräumen des Regelgerätes und des Sicherheits-Absperrventils angeordneten Beatmungsventil, Fig. 1 is a vertical section through a gas pressure regulator with a ventilation valve arranged in each of the measuring diaphragm chambers of the regulator and the safety shut-off valve to be ventilated,
Fig. 2 ein Diagramm mit dem Funktionsverhalten von Beatmungsventilen, Fig. 2 a diagram showing the functional behaviour of ventilation valves,
Fig. 3 ein Beatmungsventil nach Fig. 1, jedoch im vergrößerten Maßstab, und schließlich Fig. 3 a ventilation valve according to Fig. 1, but on an enlarged scale, and finally
Fig. 4 ein weiteres Beatmungsventil nach Fig. 1 in ebenfalls vergrößertem Maßstab. Fig. 4 shows another ventilation valve according to Fig. 1, also on an enlarged scale.
In Fig. 1 ist ein Gas-Druckregelgerät 1 mit einem Sicherheits-Absperrventil 1 b baulich vereinigt. Dabei ist sowohl der zu belüftende Raum 1 c oberhalb der Meßmembran 1 d des Gerätes 1 als auch der zu belüftende Raum 1 e über der Meßmembran 1 f des Kontrollgerätes 1 a des Sicherheitsabsperrventils 1 b mit je einem Beatmungsventil 2 versehen.In Fig. 1, a gas pressure regulator 1 is structurally combined with a safety shut-off valve 1 b . Both the space 1 c to be ventilated above the measuring membrane 1 d of the device 1 and the space 1 e to be ventilated above the measuring membrane 1 f of the control device 1 a of the safety shut-off valve 1 b are each provided with a ventilation valve 2 .
In Fig. 2 ist das Funktionsverhalten von Beatmungsventilen dargestellt. Die obere Kennlinie 2&min; gilt dabei für das Beatmungsventil 2 der vorliegenden Erfindung; die Kennlinie "x" charakterisiert das Verhalten an sich bekannter Beatmungsventile. Fig. 2 shows the functional behavior of ventilation valves. The upper characteristic curve 2' applies to the ventilation valve 2 of the present invention; the characteristic curve "x" characterizes the behavior of known ventilation valves.
Aufbau und Wirkungsweise des Beatmungsventils 2 sind nun im folgenden unter Zugrundelegung von Fig. 3 näher erläutert:The structure and mode of operation of the ventilation valve 2 are now explained in more detail below with reference to Fig. 3:
Im Ruhezustand ist der zu beatmende Membranraum über die Anschlußbohrung 2 a, die Festdrossel 3 , das durch die Feder 4 geöffnete Stellglied 5 und die Bohrung 2 b mit der Atmosphäre verbunden. Hierdurch ist die erforderliche Be- und Entlüftung gewährleistet.In the resting state, the membrane space to be ventilated is connected to the atmosphere via the connection bore 2 a , the fixed throttle 3 , the actuator 5 opened by the spring 4 and the bore 2 b . This ensures the necessary ventilation and deaeration.
Mit dem beim Durchströmen der Drossel 3 erzeugten Differenzdruck wird die Membran 6 beaufschlagt. Bei Erreichen des vorgeschriebenen Grenzdurchflusses wird durch den Differenzdruck die Membran 6 und damit auch die Ventildichtung 7 gegen die Feder 4 zur Ventildüse 2 c bewegt. Der so eingeleitete Regelvorgang läßt über das Stellglied 5 nur die Gasmenge abströmen, welche an der Drossel 3 den zur Aufrechterhaltung der Regelung erforderlichen Differenzdruck erzeugt. Verringert sich der Gasaustritt, geht auch der Differenzdruck zurück und das Stellglied 5 wird durch die Feder 4 wieder vollständig geöffnet.The differential pressure generated when flowing through the throttle 3 acts on the diaphragm 6. When the prescribed limit flow is reached, the differential pressure moves the diaphragm 6 and thus also the valve seal 7 against the spring 4 to the valve nozzle 2 c . The control process thus initiated allows only the amount of gas to flow out via the actuator 5 which generates the differential pressure at the throttle 3 required to maintain the control. If the gas outlet decreases, the differential pressure also decreases and the actuator 5 is fully opened again by the spring 4 .
Die Fig. 3 zeigt ferner, daß beim Stellglied 5 eine nicht druckausgeglichene Konstruktion gewählt wurde. Damit wird folgender, durchaus erwünschter Nebeneffekt erzielt: Fig. 3 also shows that a non-pressure-balanced design was chosen for the actuator 5. This achieves the following, entirely desirable side effect:
Der Überdruck in dem zu beatmenden Raum erzeugt am Stellglied 5 eine zusätzliche Schließkraft, welche bei höheren Druckwerten den vollständigen Abschluß des Ventiles bewirkt. Stellt sich in der Membrankammer 1 c bzw. 1 e ein Druck ein, der nicht mehr von dynamischen Stellbewegungen des Regel- oder Kontrollgerätes hervorgerufen wird, sondern Folge eines Membrandefektes, z. B. eines Bruches, ist, wird das Stellglied 5 vollständig und bleibend geschlossen.The excess pressure in the space to be ventilated generates an additional closing force on the actuator 5 , which causes the valve to close completely at higher pressure values. If a pressure is established in the diaphragm chamber 1 c or 1 e that is no longer caused by dynamic actuating movements of the control or monitoring device, but is the result of a diaphragm defect, e.g. a break, the actuator 5 is completely and permanently closed.
Zur Vereinfachung und Verbilligung der Konstruktion ist auch eine Variante entsprechend Fig. 4 denkbar. Bei dieser ist die Membran 6 so ausgebildet, daß durch ihre Eigenspannung das Stellglied 5 im Ruhezustand vollständig geöffnet ist. Die nach Fig. 3 erforderliche Feder 4 ist entbehrlich, weil sie durch die Rückstellkräfte der Membran 6 ersetzt wird. Zudem ist die Ventildichtung 7 unmittelbar an die Membran 6 anvulkanisiert, so daß auch die Aufnahme-Elemente 8 entbehrlich sind.To simplify and reduce the cost of the construction, a variant according to Fig. 4 is also conceivable. In this case, the membrane 6 is designed in such a way that the actuator 5 is completely open in the resting state due to its own tension. The spring 4 required according to Fig. 3 is dispensable because it is replaced by the restoring forces of the membrane 6. In addition, the valve seal 7 is vulcanized directly onto the membrane 6 , so that the receiving elements 8 are also dispensable.
Eine weitere Vereinfachung ist ferner auch dadurch gegeben, daß die Drossel 3, welche den für den Regelvorgang erforderlichen Differenzdruck erzeugt, nicht mehr im Ventilgehäuse 9 angeordnet zu sein braucht, sondern in der Membran 6 selbst. Dabei ist es zweckmäßig, die Drossel 3 in der Randzone der Membran 6 einzubauen, weil hierdurch die geringstmögliche Beeinflussung der Membraneigenschaften gewährleistet ist.A further simplification is also provided by the fact that the throttle 3 , which generates the differential pressure required for the control process, no longer needs to be arranged in the valve housing 9 , but in the membrane 6 itself. It is expedient to install the throttle 3 in the edge zone of the membrane 6 , because this ensures the least possible influence on the membrane properties.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: F16K 17/00 |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |